¿Qué es PCB?

La placa de circuito impreso (Printed

placa de circuito, PCB) aparece en casi todos los dispositivos electrónicos. Si hay componentes electrónicos en un determinado dispositivo, también están montados en PCB de diferentes tamaños. Además de fijar varias piezas pequeñas, la función principal de la PCB es proporcionar conexiones eléctricas entre las distintas piezas que la componen. A medida que los dispositivos electrónicos se vuelven cada vez más complejos y requieren cada vez más piezas, los circuitos y piezas de la PCB se vuelven cada vez más densos.

Un PCB estándar tiene este aspecto. Una placa desnuda (sin componentes) también suele denominarse "placa de cableado impreso (PWB)".

El sustrato del propio tablero está fabricado con un material aislante y difícil de doblar. El material del circuito pequeño que se puede ver en la superficie es una lámina de cobre. Originalmente, la lámina de cobre cubría toda la placa, pero durante el proceso de fabricación, parte de ella fue eliminada y el resto se convirtió en una malla de circuitos pequeños. Estas líneas se denominan conductores (patrón de conductor) o cableado y se utilizan para proporcionar conexiones de circuito entre componentes en la PCB.

Patrón conductor

Nota del editor: En números anteriores de la revista, "Cómo se fabrica la placa base - Explorando la línea de producción de placas base MSI" y "En un chasquido de dedos - Artículos como "Exploración de la línea de producción de teclados y mouse coloridos

" y "Miles de templados - Exploración de la línea de producción de radiadores Kyushu Fengshen" mencionaron PCB. Aunque los PCB son omnipresentes y se pueden ver en casi todos los dispositivos electrónicos, la mayoría de las personas aún no están familiarizadas con los PCB. Un buen ingeniero de hardware puede conocer la calidad de una placa con solo observar el diseño de la PCB. Como consumidor común, es posible que no tenga este conocimiento, pero aún así es muy importante comprender los conocimientos básicos de la PCB. A continuación, el editor ha organizado especialmente este artículo para que todos puedan tener una comprensión más profunda de PCB

.

Levante la tapa de la PCB

PCB es el nombre completo de "Printed Circuit Board" en inglés y "Printed Circuit Board" en chino. El producto semiacabado de PCB es una placa desnuda sin ningún componente electrónico. Generalmente llamamos a la placa desnuda "placa de circuito impreso" y su nombre completo en inglés es "Placa de cableado impreso" o "PWB" para abreviar.

El sustrato de la PCB en sí está hecho de resina epoxi de vidrio o materiales similares que sean aislantes y no sean fáciles de doblar. También puede ver los números y nombres de muchas piezas junto a las piezas en la PCB.

El material del circuito pequeño que se puede ver en la superficie de la PCB es una lámina de cobre. Originalmente, la lámina de cobre cubría toda la PCB, pero parte de ella fue eliminada durante el proceso de fabricación, dejando el resto. part

Se convierte en una malla de pequeñas líneas●. Estas líneas se denominan pistas de película de cobre, denominadas cables (o cableado) y se utilizan para proporcionar conexiones de circuitos para componentes electrónicos en la PCB. A medida que los dispositivos electrónicos se vuelven cada vez más complejos y requieren cada vez más piezas, los circuitos y piezas de la PCB se vuelven cada vez más densos. En los

PCB de doble capa, se pueden ver puentes que conectan circuitos, a los que llamamos "vías". Los orificios guía son pequeños orificios en la PCB que están rellenos o recubiertos con metal y se pueden conectar a los cables en ambos lados de la PCB de doble capa. En PCB multicapa, los cables que conectan cada capa generalmente se conectan a través de orificios ciegos (se pueden ver desde la superficie

) o orificios enterrados (no se pueden ver desde la superficie)

Tipos de PCB

La clasificación de los PCB se basa generalmente en el número de capas, que se dividen principalmente en: monocapa, doble capa y multicapa.

1. PCB de una sola capa

El PCB de una sola capa es también el PCB más básico. Las piezas están concentradas en un lado y los cables en el otro. Debido a que la PCB de una sola capa tiene muchas restricciones estrictas en el diseño del circuito (debido a que solo hay un lado, el cableado no puede cruzarse y debe tomar una ruta separada), solo los primeros circuitos usan este tipo de PCB.

2. PCB de doble capa

El PCB de doble capa tiene cableado en ambos lados. Sin embargo, se deben usar cables en ambos lados para conectar el circuito a través de los orificios entre las dos capas. Debido a que el área de una PCB de doble capa es dos veces mayor que la de una PCB de una sola capa, y debido a que el cableado se puede entrelazar entre sí (se puede enrollar hacia el otro lado), es más adecuado para uso en circuitos más complejos que una PCB de una sola capa.

3. PCB multicapa

Para aumentar el área que se puede enrutar, la PCB multicapa utiliza más placas de cableado de una o dos capas. Los PCB multicapa utilizan varias placas de doble cara, con una capa aislante colocada entre cada capa y luego presionadas entre sí. El número de capas de PCB

representa cuántas capas de cableado independientes hay. Por lo general, el número de capas es un número par e incluye las dos capas más externas. La mayoría de las placas base tienen una estructura de 4 a 8 capas. Dado que las capas de la PCB están estrechamente acopladas, generalmente no es fácil ver el número real.

En tableros multicapa se utilizan más habitualmente vías enterradas y vías ciegas. Debido a que los orificios guía mencionados en la PCB de doble capa deben penetrar toda la PCB, en la PCB multicapa

Si solo desea conectar algunas de las líneas, entonces los orificios guía pueden desperdiciar algunas líneas de otras capas. Las tecnologías de vía enterrada y vía ciega penetran sólo en algunas de las capas. Las vías ciegas conectan varias capas de PCB internas a la PCB de superficie sin penetrar toda la PCB. Las vías enterradas solo se conectan a la PCB interna, por lo que no se pueden ver desde la superficie.

Para fijar las piezas a la PCB soldamos sus pines directamente al cableado. En la PCB (placa de una sola cara) más básica, los componentes se concentran en un lado y los cables en el otro. En este caso, necesitamos hacer agujeros en el tablero para que los pines puedan pasar a través del tablero hacia el otro lado, así los pines de la pieza quedan soldados al otro lado. Debido a esto, los lados frontal y posterior de la PCB se denominan lado del componente (Component

Lado) y lado de soldadura (Solder Side) respectivamente.

Si hay ciertas piezas en la PCB que deben retirarse o volver a colocarse después de completar la producción, se utilizará un enchufe al instalar las piezas. Dado que el casquillo está soldado directamente al tablero, las piezas se pueden desmontar y montar a voluntad. Lo que ve a continuación es el zócalo ZIF (Zero

InserTIon

Force, fuerza de inserción de dial cero), que permite que las piezas (aquí se refiere a la CPU) se inserten fácilmente en el También se puede quitar. Una varilla de retención al lado del casquillo que mantiene la pieza en su lugar después de insertarla.

Zócalo ZIF

Si queremos conectar dos PCB entre sí, generalmente utilizamos conectores de borde comúnmente conocidos como “dedos de oro” (borde

conector). El dedo dorado contiene muchas almohadillas de cobre expuestas, que en realidad son parte del cableado de la PCB. Por lo general, al realizar la conexión, insertamos el dedo dorado de una PCB en la ranura correspondiente de la otra PCB (generalmente llamada ranura de expansión). En los ordenadores, las tarjetas gráficas, de sonido u otras tarjetas de interfaz similares se conectan a la placa base mediante dedos dorados.

Conector lateral (comúnmente conocido como dedo dorado)

Ranura de expansión AGP

El color verde o marrón en el PCB es resistente a la soldadura (soldadura)

máscara) color. Esta capa es una capa protectora aislante que protege los cables de cobre y evita que las piezas se suelden en lugares incorrectos.

Se imprimirá una capa adicional de serigrafía (serigrafía) sobre la capa de máscara de soldadura. Por lo general, se imprimen palabras y símbolos (en su mayoría blancos) para marcar la posición de cada parte en el tablero. La superficie de serigrafía también se denomina superficie de leyenda.

PCB verde con superficie de icono blanca

PCB marrón sin superficie de icono

Tableros de una cara

Como mencionamos hace un momento, en En el PCB más básico, las piezas están concentradas en un lado y los cables en el otro lado. Debido a que los cables solo aparecen en un lado, llamamos a esta PCB PCB de una sola cara. Debido a que existen muchas restricciones estrictas en el diseño de circuitos de placa única (debido a que solo hay un lado, el cableado no puede cruzarse y debe tomar un camino separado), solo los primeros circuitos usan este tipo de placa.

Superficie de PCB de una cara

Parte inferior de PCB de una cara

Tableros de doble cara

Ambos lados de esta placa de circuito Todos tienen alambrado. Sin embargo, para utilizar cables en ambos lados, debe haber conexiones de circuito apropiadas entre los dos lados. Este "puente" entre circuitos se llama vía. Un orificio guía es un pequeño orificio en una PCB que está relleno o recubierto con metal y se puede conectar a cables en ambos lados. Debido a que el área de una placa de doble cara es el doble que la de una placa de una sola cara, y debido a que el cableado se puede entrelazar (se puede enrollar hacia el otro lado), es más adecuado para su uso en circuitos más complejos que un tablero de una sola cara.

Superficie de PCB de doble cara

Parte inferior de PCB de doble cara

Tableros multicapa

Para aumentar el área de cableado, Los tableros multicapa utilizan más tableros de cableado de una o dos caras. Los tableros multicapa utilizan varios paneles de doble cara y se coloca una capa aislante entre cada capa de tableros y luego se pega (presiona). El número de capas en la placa representa cuántas capas de cableado independientes hay. Por lo general, el número de capas es un número par e incluye las dos capas más externas. La mayoría de las placas base tienen una estructura de 4 a 8 capas, pero técnicamente es posible una placa PCB con casi 100 capas. La mayoría de las supercomputadoras grandes utilizan placas base bastante multicapa. Sin embargo, debido a que dichas computadoras pueden ser reemplazadas por grupos de muchas computadoras comunes, las placas supermulticapa han ido cayendo en desuso. Debido a que las capas de la PCB están estrechamente integradas, generalmente no es fácil ver el número real, pero si observa de cerca la placa base, es posible que pueda verlo.

Los agujeros guía (vía) que acabamos de mencionar, si se aplican a un tablero de doble cara, deben penetrar todo el tablero. Sin embargo, en una placa multicapa, si solo desea conectar algunas de las líneas, las vías pueden desperdiciar algo de espacio de línea en otras capas. Las tecnologías de vías

enterradas y

vías ciegas pueden evitar este problema porque solo penetran algunas de las capas. Los orificios ciegos conectan varias capas de PCB internas a la PCB de superficie sin penetrar toda la placa. Las vías enterradas solo se conectan a la PCB interna, por lo que no se pueden ver desde la superficie.

En una PCB multicapa, toda la capa está conectada directamente a tierra y a la fuente de alimentación. Entonces clasificamos cada capa en capa de señal (Signal), capa de energía (Power) o capa de tierra (Ground). Si los componentes de la PCB requieren diferentes fuentes de alimentación, este tipo de PCB suele tener más de dos capas de fuente de alimentación y capas de cables.

Tecnología de embalaje de piezas

Tecnología de embalaje enchufable (Through Hole Technology)

Coloca las piezas en un lado del tablero y suelda los pines al otro. Por otro lado, esta tecnología se denomina embalaje "Through Hole Technology (THT)". Este tipo de pieza ocuparía mucho espacio y requeriría perforar un orificio para cada pasador. Por lo tanto, sus pines ocupan espacio en ambos lados y las uniones de soldadura son relativamente grandes.

Pero, por otro lado, en comparación con las piezas SMT (tecnología

montada en superficie

), las piezas THT tienen una mejor estructura para conectarse a la PCB. Hablaremos de esto nuevamente más adelante. . Por ejemplo, los enchufes para cables e interfaces similares deben poder soportar la presión, por lo que suelen ser paquetes THT.

Piezas THT (soldadas en la parte inferior)

Tecnología montada en superficie (Tecnología montada en superficie)

Utilizar tecnología montada en superficie

, SMT), los pasadores están soldados en el mismo lado que la pieza. Esta técnica elimina la necesidad de soldar cada pin y perforar agujeros en la PCB.

Piezas de superficie

Las piezas de superficie pueden incluso soldarse por ambos lados.

Los componentes de montaje superficial se sueldan al mismo lado de la PCB.

Las piezas SMT también son más pequeñas que las piezas THT. En comparación con los PCB que utilizan componentes THT, los PCB que utilizan tecnología SMT tienen componentes mucho más densos. Las piezas del paquete SMT también son más baratas que las de THT. Por lo tanto, no sorprende que la mayoría de los PCB actuales sean SMT.

Debido a que las uniones de soldadura y los pines de las piezas son muy pequeños, es muy difícil soldarlos manualmente. Sin embargo, si se considera que el montaje actual está totalmente automatizado, este problema sólo se producirá a la hora de reparar piezas.

Proceso de diseño

En el diseño de PCB, en realidad hay pasos muy largos que recorrer antes del cableado formal. El siguiente es el proceso de diseño principal:

Especificaciones del sistema.

Primero, planifique las especificaciones del sistema del dispositivo electrónico. Incluyendo funciones del sistema, restricciones de costos, tamaño, condiciones de operación, etc.

Diagrama de bloques funcionales del sistema

A continuación se debe realizar un diagrama de bloques funcionales del sistema. También se deben marcar las relaciones entre bloques.

Dividir el sistema en varias PCB

Si el sistema se divide en varias PCB, no solo se puede reducir el tamaño, sino que también se puede actualizar el sistema y reemplazarlo con piezas. El diagrama de bloques funcional del sistema proporciona la base para nuestra segmentación. Por ejemplo, una computadora se puede dividir en placa base, tarjeta de visualización, tarjeta de sonido, unidad de disquete, fuente de alimentación, etc.

Determinar el método de empaque y el tamaño de cada PCB

Después de decidir la tecnología y la cantidad de circuitos utilizados en cada PCB, el siguiente paso es decidir el tamaño de la placa. . Si el diseño es demasiado grande, será necesario cambiar la tecnología de empaque o se realizará nuevamente la acción de segmentación. A la hora de seleccionar la tecnología también se deben tener en cuenta la calidad y la velocidad del esquema eléctrico.

Dibuje una descripción general del circuito de todos los PCB

La descripción general debe mostrar los detalles de las interconexiones entre los componentes. La PCB en todos los sistemas debe estar dibujada y hoy en día la mayoría utiliza el método CAD (Diseño Asistido por Computadora). El siguiente es un ejemplo de diseño utilizando CircuitMakerTM.

Descripción general del circuito PCB

Operación de simulación del diseño preliminar

Para garantizar que el diagrama del circuito diseñado pueda funcionar normalmente, primero se debe simular con un software de computadora. . Este tipo de software puede leer planos y mostrar el funcionamiento del circuito de muchas maneras. Esto es mucho más eficiente que hacer una PCB de muestra y luego medirla manualmente.