Todo lo que necesitas saber sobre el Diseño de placa de circuito impreso y fabricación

Palabras clave: Fabricante de PCB

Las PCB son materiales contemporáneos utilizados en dispositivos electrónicos, ya que proporcionan una forma de unir los componentes electrónicos. Estas placas tienen pistas y pads metálicos, junto con otros elementos formativos creados mediante procesos de fotolitografía a partir de láminas de cobre adheridas a materiales no conductores como la fibra de vidrio epoxi FR-4. Las PCB de un Fabricante de PCB son necesarias en una amplia variedad de usos, incluyendo electrodomésticos, dispositivos industriales y equipos aeroespaciales. Las placas de circuito impreso de una cara, de doble cara y multicapa cumplen con parámetros de diseño y limitaciones específicos de un circuito.

Existen otros subtipos de tecnologías de PCB que se han introducido en el mercado para satisfacer las complejidades del desarrollo de dispositivos electrónicos avanzados y miniaturizados, e incluyen las PCB flexibles, rígido-flexibles y de interconexión de alta densidad. En el proceso de selección, es fundamental determinar qué tipo de placa de circuito impreso se utilizará en una aplicación determinada, y esto puede hacerse con una perspectiva más clara dependiendo de la naturaleza y las características de las placas de circuito impreso.

Principales Materias Primas de las PCB

Las capas esenciales de una placa de circuito impreso (PCB) son un material base no conductor, normalmente derivado de fibra de vidrio llamado FR-4, poliamida o PTFE. Las rutas, conexiones y otros patrones de cobre se desarrollan en la superficie del sustrato para crear las rutas eléctricas requeridas.

Para lograr la conectividad eléctrica entre las diferentes partes de la PCB donde se colocan esos componentes, se utilizan trazas de cobre. El ancho y el grosor de estas trazas se determinan en función de la capacidad de transporte de corriente y la impedancia deseada del circuito.

Las vías son pequeños agujeros a través de la PCB rellenos de capas de cobre, lo que permite la conexión entre las capas de la placa. Algunos de los tipos comunes de vías son las pasantes, las ciegas y las enterradas, con diferentes usos en el diseño de PCB.

Las máscaras de soldadura, que normalmente son un polímero, se aplican a la superficie de la PCB principalmente para proteger las trazas de cobre contra la oxidación y, sobre todo, durante la soldadura para evitar cortocircuitos. También ayuda a proporcionar aislamiento eléctrico entre la traza más cercana y el pad adyacente.

Lámina de cobre: La lámina de cobre viene en diferentes pesos para la producción de trazas conductoras, pads y planos.

Materiales del sustrato: El FR-4 es el material base típico debido a sus buenas características mecánicas y eléctricas; sin embargo, la poliamida y el PTFE se utilizan en aplicaciones de alta frecuencia y alta temperatura.

Máscara de soldadura: Las máscaras de soldadura LPI son bastante populares debido a su capacidad para proporcionar una gran precisión dimensional y una flexibilidad sustancial.

Serigrafía: Una capa de tinta en la capa exterior de cobre que contiene texto, logotipos y referencias de componentes, lo que facilita el ensamblaje de componentes y la resolución de problemas.

Acabados superficiales: Opciones de sustrato que incluyen el nivelado de soldadura por aire caliente (HASL), así como métodos de plateado químico como níquel de inmersión electroless y oro (ENIG) o preservador de soldabilidad orgánico (OSP) que cubren el cobre expuesto y mejoran la soldabilidad.

Las PCB o placas de circuito impreso están compuestas actualmente por varios materiales, pero es importante conocer las propiedades de cada uno.

El FR-4, que significa laminado epoxi reforzado con vidrio, es popular entre los fabricantes de PCB debido a sus características eléctricas, térmicas y mecánicas, caracterizadas por una constante dieléctrica de 4.5 a 1 MHz con un factor de disipación de 0.02, es aplicable para uso general. Tiene una Tg que va desde 130°C hasta 180°C; y una conductividad térmica de 0.3 W/mK.

La poliamida, un polímero de alto rendimiento, se caracteriza por su alta resistencia al calor, resistencia química y fuerza mecánica. A 1MHz, una constante dieléctrica de 3.2 a 3.6 y un factor de disipación de 0.002 la hacen ideal para uso en alta frecuencia. La poliamida pertenece a los plásticos termoestables y tiene una temperatura de transición vítrea entre 260 y 400 grados Celsius; el material tiene una capacidad de disipar calor de 0.2 vatios por metro Kelvin.

Aquí están las principales consideraciones de diseño de placas de circuito impreso:

Colocación de componentes: Deben apuntar a la colocación correcta de los componentes para reducir emisiones y al mismo tiempo mejorar la integridad de la señal y térmica, y mejorar la fabricabilidad de la placa de circuito impreso. Respecto a la colocación de componentes, se deben tomar medidas específicas: el tamaño, la forma, la orientación de los componentes y su proximidad en relación con los factores de interferencia deben considerarse adecuadamente y tienen que corresponder a las condiciones necesarias para proporcionar el funcionamiento adecuado del sistema.

Integridad de la señal: Asegurar que la calidad y el tiempo de la señal se mantengan a través de la placa de circuito impreso desde el fabricante mediante el trazado y enrutamiento adecuados, la adaptación de impedancia y la minimización de diafonía y EMI. Se deben aplicar cosas como planos de tierra, sin curvas pronunciadas y buena terminación para evitar la distorsión de la señal. Por lo tanto, utilice diagramas de ojo y TDR u otras herramientas de simulación y técnicas de análisis para mejorar el rendimiento.

Gestión térmica: El control del calor se realizó para evitar fallos de los componentes debido a una acumulación excesiva de calor en el aparato de flujo. Tome en cuenta la pérdida de potencia del componente eléctrico, la temperatura circundante y los métodos para enfriar el sistema. Para disipar el calor, utilice vías térmicas, rellenos de cobre y disipadores de calor. Utilice todas las herramientas de simulación térmica para investigar y mejorar la gestión térmica, particularmente en usos de alta potencia.

Distribución de energía: Diseñe un PDN adecuado para que los componentes del sistema puedan obtener un suministro de energía limpio e ininterrumpido. Desacople los planos de energía y tierra, evite áreas de cobre sin usar en las placas de circuito impreso y reduzca el rebote de la fuente de alimentación. Se deben emplear condensadores de desacoplamiento mientras que la colocación de vías necesita optimizarse para mejorar la situación con la distribución de energía. Desarrolle dentro de tales confines para lograr una fabricación confiable a un costo considerablemente bajo.

Compatibilidad electromagnética (EMC): Eso significa que todos deben asegurarse de que la placa de circuito impreso no produzca un EMI alto y resista un EMI alto proveniente del exterior. Ejercite medidas como conexión a tierra de CA, blindaje y filtrado, entre otras. Cumplimiento de EMC y estándares para la legislación sobre EMC, particularmente en los sectores automotriz, aeroespacial y médico.

Tipos de placas de circuito impreso

Es igualmente importante tener cierta comprensión de los principales tipos de placas de circuito impreso para que se pueda hacer una mejor elección en su uso. Las tres clasificaciones de placas de circuito impreso incluyen placas de una cara, de doble cara y multicapa, cada una con sus características, fortalezas y debilidades.

Una placa de circuito impreso de una cara tiene líneas conductoras y componentes solo en un lado del sustrato, donde el material del sustrato es principalmente FR-4. Estas placas son las más fáciles y menos costosas disponibles para los diseñadores; recomendadas para circuitos sencillos que se encuentran en dispositivos simples y modelos iniciales. Sin embargo, las placas de circuito impreso de una cara tienen dos desventajas: a) opciones de enrutamiento limitadas, y b) menor densidad de componentes, lo que limita su uso en aplicaciones más sofisticadas.

Las placas de circuito impreso de doble cara son aquellas con trazas conductoras y componentes en ambas caras del sustrato, utilizando vías pasantes. Estas vías son en realidad agujeros perforados que reciben placa en capas superiores, lo que facilita el flujo de señales entre las dos capas. Cualquier complejidad de enrutamiento y alta densidad de componentes es posible en las placas de circuito impreso de doble cara, y los tipos de uso van desde electrónica de consumo, equipos informáticos, control industrial y automatización.

Las PCB multicapa son circuitos con tres o más capas conductoras; y las placas de circuito están hechas de material aislante tejido o acolchado, o capas de prepreg. Estas placas ofrecen el diseño más intrincado y componentes en capas, permitiendo su uso en aplicaciones complejas como electrodomésticos digitales de alta velocidad, aparatos electrónicos de RF y dispositivos aeroespaciales.

Por eso, la PCB multicapa del fabricante de PCB ofrece la capacidad de tener un enrutamiento complejo, una mejor integridad de la señal y una mejor disipación de calor, ya que todas las capas interiores pueden usarse como planos de potencia y tierra. También significa que más capas permiten el uso de técnicas avanzadas como vías ciegas y enterradas, lo que a su vez aumenta el rendimiento general de las PCB multicapa.