Placa de circuito impreso (PCB): qué es, cómo funciona y sus tipos

Los circuitos impresos proceden de los sistemas de conexión eléctrica que se utilizaban en la década de 1850. Al principio se utilizaban tiras o varillas metálicas para conectar grandes componentes eléctricos montados sobre bases de madera. Más tarde, las tiras metálicas se sustituyeron por cables conectados a terminales de tornillo, y las bases de madera se sustituyeron por marcos metálicos. Esto permitió que las cosas fueran más pequeñas, lo que era necesario a medida que los circuitos se volvían más complejos y con más piezas. Thomas Edison probó métodos para utilizar metales en papel de lino. Arthur Berry patentó en 1913 un método de impresión y grabado en Gran Bretaña. En 1925, Charles Ducas, de Estados Unidos, desarrolló un método de galvanoplastia. Creó una ruta eléctrica directamente en una superficie aislada imprimiendo a través de una plantilla (una forma recortada en un tablero o papel) con una tinta especial que podía conducir la electricidad, al igual que los cables. Este método se llamó "cableado impreso" o "circuito impreso".

En 1943, el austriaco Paul Eisler, que trabajaba en el Reino Unido, patentó un método para grabar el patrón conductor, o los circuitos, en una capa de lámina de cobre unida a una base dura que no conducía la electricidad. La técnica de Eisler llamó la atención de los militares estadounidenses y empezaron a utilizarla en nuevas armas, como las espoletas de proximidad en la Segunda Guerra Mundial. Su idea se hizo muy útil en los años 50, cuando se introdujo el transistor. Hasta ese momento, los tubos de vacío y otros componentes eran tan grandes que sólo se necesitaban los métodos tradicionales de montaje y cableado. Sin embargo, con la introducción de los transistores, los componentes se hicieron muy pequeños y los fabricantes necesitaron utilizar placas de circuito impreso para que las conexiones también fueran pequeñas.

La tecnología de agujeros pasantes y su uso en placas de circuito impreso multicapa fue patentada por la empresa estadounidense Hazeltine en 1961. Esto permitió crear placas mucho más complejas, con componentes colocados muy juntos. En la década de 1970 se introdujeron los chips de circuitos integrados, y estos componentes se incorporaron rápidamente a las técnicas de diseño y fabricación de placas de circuito impreso. Hoy en día, la placa de circuito impreso puede tener hasta 50 capas en algunas aplicaciones.

La tecnología de montaje en superficie se desarrolló en los años 60 y se generalizó a finales de los 80.

La principal tarea en el diseño de una placa de circuito impreso es averiguar dónde van a ir todos los componentes. Normalmente hay un diseño o esquema que se convertirá en una placa de circuito impreso. No existe una placa de circuito impreso estándar. Cada placa se diseña para su propio uso y debe tener el tamaño adecuado para ajustarse al espacio requerido. Los diseñadores de placas utilizan programas de diseño asistido por ordenador para trazar los diseños de los circuitos en la placa. Los espacios entre las rutas eléctricas pueden ser de 0,04 pulgadas (1,0 mm) o menores. También se traza la ubicación de los agujeros para los cables de los componentes o los puntos de contacto. Una vez trazado el patrón del circuito, se imprime una imagen negativa a tamaño exacto en una lámina de plástico transparente. Con una imagen en negativo, las zonas que no forman parte del patrón del circuito se muestran en negro y el patrón del circuito se muestra en claro. A continuación, se elimina el metal de las zonas claras, normalmente con productos químicos. Este diseño se convierte en instrucciones para una máquina de perforación controlada por ordenador o para la pasta de soldadura automática utilizada en el proceso de fabricación.

La tarjeta está hecha con capas exteriores de cobre. Se retira el cobre no deseado, dejando los cables de cobre que conectarán los componentes electrónicos. Los componentes se colocan en la tarjeta, haciendo contacto con los cables.

Fotoresistencia

Las placas de circuito se fabrican a veces con fotolitografía. Un recubrimiento llamado fotorresistencia reacciona con la luz, y luego la placa de circuito y el recubrimiento se ponen en un revelador. Este método es caro por placa, pero muy barato de instalar al principio.

Serigrafía

Sin embargo, existen diferentes métodos para fabricar una placa de circuito. Algunas placas de circuitos fabricadas por profesionales utilizan un método diferente para eliminar el cobre sobrante de la placa de circuitos. Se utiliza un proceso llamado serigrafía. La serigrafía consiste en tensar una tela sobre un marco. A continuación, se imprime una imagen en la tela. Luego se presiona la tinta a través de la tela. La tinta no pasa por donde se ha impreso la imagen en la tela. Se llama serigrafía porque la tela suele ser de seda. La tela suele ser de seda porque tiene agujeros muy pequeños. La serigrafía se utiliza para imprimir en la placa una tinta llamada resina. El resistol es una tinta que resiste el grabador utilizado para hacer la placa de circuito. El grabador disuelve el cobre de la placa. Esto es más barato para cada placa que el fotorresistente, pero es más caro al principio.

Fresado

Otra forma de hacer una placa de circuito es utilizar una fresadora. Una fresadora es un taladro que se mueve en varias direcciones. El taladro elimina una pequeña cantidad de cobre cada vez que se mueve por la placa. La fresadora elimina el cobre alrededor de los cables de la placa. Esto deja cobre extra en la placa. Otros métodos no dejan el cobre extra en la placa. Este método es más barato por placa, pero el equipo para hacerlo es caro. Este método no se utiliza a menudo, porque los otros dos métodos son más fáciles.