Una tarjeta de circuito impreso, o PCB, es un módulo autónomo de componentes electrónicos interconectados que se encuentra en dispositivos que van desde dispositivos comunes de beepers, o localizadores, y radios, hasta sofisticados sistemas de radar e informáticos. Los circuitos están formados por una fina capa de material conductor depositado, o "impreso", en la superficie de un tablero aislante conocido como sustrato. Los componentes electrónicos individuales se colocan en la superficie del sustrato y se sueldan a los circuitos de interconexión. Los contactos situados a lo largo de uno o más bordes del sustrato actúan como conectores a otras placas de circuito impreso o a dispositivos eléctricos externos, como interruptores de encendido y apagado. Una tarjeta de circuito impreso puede tener circuitos que realizan una sola función, como un amplificador de señal, o múltiples funciones.

Hay tres tipos principales de construcción de placas de circuito impreso: de un solo lado, circuitos impresos fr4 y multicapa. Los paneles de una cara tienen los componentes en un lado del sustrato. Cuando el número de componentes se convierte en demasiado para una placa de un solo lado, se puede utilizar una placa de doble cara. Las conexiones eléctricas entre los circuitos en cada lado se realizan mediante la perforación de agujeros a través del substrato en las ubicaciones apropiadas y el revestimiento del interior de los agujeros con un material conductor. El tercer tipo, un tablero multicapa, tiene un sustrato formado por capas de circuitos impresos separados por capas de aislamiento. Los componentes en la superficie se conectan a través de agujeros chapados taladrados hasta la capa de circuito correspondiente. Esto simplifica en gran medida el diseño del circuito.

Los componentes de una tarjeta de circuitos impresos fr4 impreso se conectan eléctricamente a los circuitos mediante dos métodos diferentes: la antigua "tecnología de agujeros pasantes" y la nueva "tecnología de montaje en superficie". Con la tecnología de agujeros pasantes, cada componente tiene alambres delgados, o cables, que se empujan a través de pequeños agujeros en el sustrato y se sueldan a las almohadillas de conexión en los circuitos del lado opuesto. La gravedad y la fricción entre los cables y los lados de los agujeros mantienen los componentes en su lugar hasta que se sueldan. Con la tecnología de montaje en superficie, las patas con forma de J o L en cada componente entran en contacto directo con los circuitos impresos. Se aplica una pasta de soldadura que consiste en pegamento, fundente y soldadura en el punto de contacto para mantener los componentes en su lugar hasta que la soldadura se derrita o "refluye" en un horno para hacer la conexión final. Aunque la tecnología de montaje en superficie requiere mayor cuidado en la colocación de los componentes, elimina el largo proceso de perforación y las almohadillas de conexión que consumen mucho espacio, inherentes a la tecnología de agujeros pasantes. Ambas tecnologías se utilizan hoy en día.

Otros dos tipos de circuitos están relacionados con la placa de circuito impreso. Un circuito integrado, a veces llamado IC o microchip, realiza funciones similares a una tarjeta de circuito impreso, excepto que el CI contiene muchos más circuitos y componentes que son "crecidos" electroquímicamente en su lugar en la superficie de un chip de silicio muy pequeño. Un circuito híbrido, como su nombre lo indica, parece una placa de circuito impreso, pero contiene algunos componentes que crecen sobre la superficie del sustrato en lugar de ser colocados en la superficie y soldados.

Historia

Los circuitos impresos evolucionaron a partir de sistemas de conexión eléctrica desarrollados en la década de 1850. Las tiras o varillas metálicas se utilizaron originalmente para conectar grandes componentes eléctricos montados sobre bases de madera. Con el tiempo, las bandas metálicas se sustituyeron por alambres conectados a terminales de tornillo, y las bases de madera se sustituyeron por un chasis metálico. Pero se necesitaban diseños más pequeños y compactos debido a las crecientes necesidades operativas de los productos que utilizaban tarjetas de circuito impreso. En 1925, Charles Ducas de los Estados Unidos presentó una solicitud de patente para un método de creación de una trayectoria eléctrica directamente sobre una superficie aislada mediante la impresión a través de una plantilla con tintas conductivas eléctricas. Este método dio origen al nombre de "cableado impreso" o "circuito impreso".

En 1943, Paul Eisler del Reino Unido patentó un método de grabar el patrón conductor, o circuitos, en una capa de lámina de cobre adherida a una base reforzada con vidrio y no conductiva. El uso generalizado de la técnica de Eisler no llegó hasta la década de 1950, cuando se introdujo el transistor para uso comercial. Hasta ese momento, el tamaño de los tubos de vacío y otros componentes era tan grande que los métodos tradicionales de montaje y cableado eran todo lo que se necesitaba. Sin embargo, con el advenimiento de los transistores, los componentes se hicieron muy pequeños, y los fabricantes recurrieron a las tarjetas de circuito impreso para reducir el tamaño total del paquete electrónico.

La tecnología de agujeros pasantes y su uso en PCBs multicapa fue patentada por la firma estadounidense Hazeltyne en 1961. El aumento de la densidad de los componentes y los trayectos eléctricos muy espaciados dio lugar a una nueva era en el diseño de PCB. Los chips de circuitos integrados se introdujeron en la década de 1970, y estos componentes se incorporaron rápidamente a las técnicas de diseño y fabricación de tarjetas de circuito impreso.

Diseño

No existe tal cosa como una tarjeta de circuito impreso estándar. Cada tarjeta tiene una función única para un producto en particular y debe estar diseñada para cumplir esa función en el espacio asignado. Los diseñadores de tarjetas utilizan sistemas de diseño asistidos por computadora con software especial para diseñar los circuitos impresos fr4 en la tarjeta. Los espacios entre las trayectorias de conducción eléctrica son a menudo de 1,0 mm o menores. La ubicación de los agujeros para los cables de los componentes o puntos de contacto también están dispuestos, y esta información se traduce en instrucciones para una máquina taladradora controlada numéricamente por computadora o para el dispositivo automático de soldadura empleado en el proceso de fabricación.

Una vez que se ha colocado el circuito, se imprime una imagen negativa, o máscara, con un tamaño exacto en una lámina de plástico transparente. Con una imagen negativa, las áreas que no forman parte del circuito se muestran en negro y el circuito se muestra como claro.

Materias Primas

El sustrato más comúnmente utilizado en los circuitos impresos es una resina epoxi reforzada con fibra de vidrio (fibra de vidrio) con una lámina de cobre adherida a uno o ambos lados. Los PCBs hechos de resina fenólica reforzada con papel y una lámina de cobre adherida son menos costosos y a menudo se utilizan en aparatos eléctricos domésticos.

Los circuitos impresos están hechos de cobre, que es plateado o grabado en la superficie del sustrato para dejar el patrón deseado. (Vea los procesos "aditivos" y "sustractivos" descritos en el paso 3 en El proceso de fabricación). Los circuitos de cobre están recubiertos con una capa de estaño-plomo para evitar la oxidación. Los dedos de contacto están chapados con estaño-plomo, luego níquel y finalmente oro para una excelente conductividad.

Los componentes comprados incluyen resistencias, condensadores, transistores, diodos, chips de circuitos integrados y otros.