▷ Què és una pcb o placa de circuit imprès. ús, com es fabrica

Has escoltat alguna vegada el terme PCB, o Placa de circuit integrat? Si no saps el que és, nosaltres t'ho explicarem en aquest article. Mentre llegeixes aquest article, aquestes envoltat de PCB; tens diverses al teu PC, monitor, ratolí i també al teu mòbil. Tot element electrònic aquesta construït mitjançant una PCB, o al menys els seus "òrgans interns".

Índex de continguts

L'ús de les PCB van ser un pas de gegant en l'evolució dels dispositius electrònics, ja que va proporcionar un mètode innovador per a la connexió d'elements sense necessitat d'utilitzar cables elèctrics. El món actual no seria el mateix sense la invenció de les PCB, així que veiem que són i com es fabriquen

Que és una PCB

PCB són les sigles de Placa de Circuit Imprés, però utilitzem les sigles en anglès (Printed Circuit Board) per no confondre per exemple amb les ranures PCI del nostre PC.

Doncs una PCB bàsicament és un suport físic on s'instal·len components electrònics i elèctrics i s'interconnecten entre ells. Aquests components poden ser, xips, condensadors, díodes, resistències, connectors, etc. Si fas un cop d'ull a un ordinador per dins, veuràs que hi ha múltiples plaques planes amb un munt de components enganxats a ella, es tracta d'una placa base i està composta per una PCB i els components que hem citat

Per connectar cada element en una PCB utilitzem una sèrie de pistes conductores de coure extremadament fines i que en general un carril, conductor, com si d'un cable es tractés. En els circuits més senzills, només tenim pistes conductores en una cara o les dues visibles de la PCB, però en altres més complets tenim pistes elèctriques i fins i tot components apilats en múltiples capes d'elles.

El suport principal per aquestes pistes i components és una combinació de fibra de vidre reforçada amb materials ceràmics, resines, plàstic i altres elements no conductors. Tot i que actualment s'estan utilitzat components com cel·luloide i pistes de pintura conductora per fabricar PCB flexibles.

La primera placa de circuit integrat es va construir el 1936 a mà per l'enginyer Paul Eisler per a ser utilitzada per una ràdio. A partir d'aquí els processos es van automatitzar per la seva fabricació a gran escala, primer en ràdios, i després en tot tipus de components.

Què hi ha dins d'una PCB?

Els circuits impresos estan compostos per una sèrie de capes conductores, al menys els més complexos. Cadascuna d'aquestes capes conductores està separada mitjançant un material aïllant que es diu substrat. Per a connectar pistes de diferents capes s'utilitzen orificis anomenats vies que poden travessar completament la PCB o només arribar fins a una determinada profunditat.

El substrat pot ser de diferents composicions, però sempre de materials no conductors perquè cadascuna de les pistes elèctriques portin el seu propi senyal i voltatge. El més utilitzat actualment es diu Pértinax que bàsicament és un paper cobert de resina, molt fàcil de manejar i de mecanitzar. Però en els equips d'altes prestacions s'utilitza un compost anomenat FR-4 és que un material de fibra de vidre cobert de resina resistent a el foc.

Els components electrònics per la seva banda, aniran gairebé sempre a la zona externa de les PCB, i instal·lats a les dues cares, per aprofitar a l'màxim l'extensió d'elles. Abans de crear les pistes elèctriques, les diferents capes de la PCB només estan formades pel substrat i unes làmines molt fina de coure o un altre material conductor, i serà mitjançant una màquina similar a una impressora com es crearan aquestes ia través d'un procés bastant llarg i complex.

Procés de creació de la PCB

Ja sabem de què estan formades les plaques de circuits integrats, però seria molt interessant saber com es fabriquen. És més, nosaltres mateixos podrem crear un circuit integrat bàsic comprant una d'aquestes plaques, però és clar el procés serà bastant diferent a el que s'utilitza en la realitat

Disseny de la PCB mitjançant programari

Tot comença amb el disseny de la PCB, traçant les pistes elèctriques necessàries per connectar els components, així com enumerar quantes capes seran necessàries per poder generar totes les connexions que van a ser necessàries per als components.

Aquest procés es realitza mitjançant programari d'ordinador CAM com ara TinyCAD o DesignSpark PCB, molt usat en les carreres d'enginyeria. No solament es dissenyen les pistes elèctriques, sinó que també es creen les diferents etiquetes per enumerar components instal·lats i identificar cada connector.

S'han de documentar tots els passos necessaris de el procés d'elaboració perquè el fabricant sàpiga exactament què ha de fer quan se li enviï el projecte.

Serigrafiat i traçat fotogràfic

Un cop dissenyada, ara passem directament a fabricant el projecte i serà on comenci la creació física d'una PCB. El procés següent es diu traçat fotogràfic, mitjançant el qual una màquina similar a una impressora (fotoplotter) traça mitjançant làser un gràfic amb les màscares de connexions dels elements electrònics.

Per a això s'utilitza una fina làmina de metall conductor d'unes 7 mil·lèsimes de polzada. Aquestes màscares serviran després per determinar on van enganxats els components electrònics. En els processos més avançats, aquest procés es fa directament a la PCB amb una impressora que grava amb aquest metall les màscares de connexió.

Impressió de capes internes

El següent que es fa és la impressió en la PCB de les diferents pistes elèctriques internes, amb un compost especial. Es tracta de "pintar" un negatiu de les pistes elèctriques sobre la làmina per crear un patró conductor amb un material fotosensible o de pel·lícula seca. Doncs bé, aquesta pel·lícula que s'ha creat, s'exposa a un làser o llum ultraviolada per retirar el material sobrant i així es crearà un negatiu de l'circuit final.

Aquest procés es realitza si la PCB disposa de capes internes amb pistes conductores. A més, aquest procés després es repetirà en les capes exteriors de la PCB per crear les pistes de coure finals i d'acord amb el disseny de l'circuit.

Inspecció i verificació (AOI)

Un cop realitzades les diferents capes de pistes conductores una màquina s'encarregarà d'inspeccionar que totes són correctes i funcionen bé. Això es fa de forma automatitzada comparant el disseny original amb la impressió física, per buscar curtcircuits o pistes partides.

Pel·lícula d'òxid i laminació

A cadascuna de les làmines impreses amb les pistes conductores se li realitza un tractament d'òxid per millorar les capacitats i durabilitat de les pistes de coure de cada capa.

Gràcies a el procés, s'evitarà la delaminació de les diferents capes i pistes conductores en PCB especialment sensibles o amb gran quantitat de components com les dels ordinadors.

El següent que s'ha de fer és construir la PCB definitiva, per a això s'aniran unint cadascuna de les capes de circuit mitjançant làmines de fibra de vidre amb resina epoxi, Pértinax o qualsevol altre mètode que s'utilitzi. Tot això anirà perfectament enganxat mitjançant una premsa hidràulica i és així com obtindrem la placa de circuit integrat.

Perforació d'orificis

En la totalitat d'ocasions necessitarem realitzar una sèrie d'orificis a les PCB mitjançant trepat per poder unir les diferents capes i pistes de coure. També necessitarem perforacions completes per poder subjectar elements electrònics o diferents connectors o ranures d'expansió.

El procés de perforació ha de ser d'una enorme precisió, per conservar la integritat de la PCB, per la qual cosa s'utilitzen capçals de carbur tungstè li material més dur que existeix.

Metal·litzat dels orificis

Perquè aquests orificis puguin establir comunicació amb les diferents pistes internes, serà necessari un procés de xapat amb una fina pel·lícula de coure per proporcionar la conductivitat necessària. Aquests xapats seran d'entre 40 i 60 milionèsimes de polzada.

La PCB ja està preparada per traçar les pistes de coure sobre les cares exteriors d'ella.

Pel·lícula exterior de pistes i galvanoplàstia

Ara passem a crear les pistes conductores de l'exterior, i per això continuarem el mateix procediment que per crear les pistes internes. Primer vam crear la pel·lícula seca en forma de negatiu de l'circuit final. Després, mitjançant un làser, es creen els espais on el coure es va a dipositar per crear les pistes conductores.

I a continuació la PCB se sotmetrà a un procés de galvanoplàstia, que consisteix a enganxar el coure en les zones lliures de làmina seca i així formar les pistes elèctriques de la PCB. La PCB es col·loca en un bany de coure i aquest de s'adherirà mitjançant electròlisi als patrons conductors per crear pistes d'un gruix de tan sols 0, 001 polzades.

Després se li afegirà una altra capa d'estany sobre de la de coure per protegir aquest atac químic quan es anem a el procés SES o "strip-etch-strip"

Strip etch strip

Aquest és penúltim pas, es va a eliminar el coure sobrant de la PCB, el sobrant serà el que no hem banyat d'estany. D'aquesta manera només quedarà el coure protegit amb estany.

Posteriorment hem de retirar també l'estany mitjançant un tractament químic per finalment deixar sol les pistes de coure que finalment van a ser les que van a connectar components i transportar l'electricitat.

Ara un altre procés de AOI verificarà que tot està correcte per finalment gravar la màscara i la llegenda.

Mascara de soldadura i llegenda

Finalment, a la placa de circuit electrònic se li aplicarà una màscara de soldadura perquè posteriorment sigui possible soldar els components a les pistes correctament i justament en el lloc on han d'anar.

Després també s'imprimeix la llegenda composta la informació que el dissenyador hagi volgut proporcionar el la PCB, com a nom de connectors, codi d'elements, etc. A més, també es farà el disseny final de la PCB amb els colors que el fabricant vulgui donar-li, tal com veiem en les plaques base gaming, etc.

Soldadura de components i proves finals

La PCB està llista i només quedarà afegir els components mitjançant braços robots d'alta precisió, i les corresponents ranures. D'aquesta forma la placa aquesta llista per a ser provada elèctricament i comprovar que funciona correctament.

També afegirem les màscares de connexions per soldar aquests elements correctament.

Conclusió i paraules finals

Doncs això és tot sobre què és una PCB i com es fabriquen. Com veus el procés és força complex i requereix de molts passos, hem de tenir en compte que la precisió ha de ser màxima perquè després aquesta funcioni com s'esperi.

Les PCB cada vegada són més complexes, amb pistes més fines i de major densitat, per a ser capaços d'albergar una enorme quantitat de components en molt poc espai.

També et recomanem que visitis la nostra guia de millors plaques base de l'mercat

I també et resultaran interessants aquests tutorials:

Si tens algun dubte o vols fer alguna esmena, escriu-nos en els comentaris. Esperem que la informació sigui interessant.