Fabricación de PCB .Conectando los puntos: ¿Qué es una tarjeta de circuitos?

¿Qué es una tarjeta de circuito? ¿No le parece una pregunta tonta para preguntar en una publicación como ésta? Nuestros lectores están involucrados en todos los aspectos del desarrollo de la tarjeta de circuitos, y muchos de nosotros hemos dedicado toda nuestra carrera para ellos. Pero lo que si usted es nuevo en esta industria? ¿Dónde se puede ir a aprender lo básico?

Tengo una licenciatura en electrónica (BSEET), y aunque se estudió la teoría electrónica y pasamos mucho tiempo en el laboratorio durante esos cuatro años, no discutimos las placas de circuitos en absoluto.Aprendimos cómo probar nuestras ideas mediante la construcción de pequeños circuitos, y sobre la simulación y emulación de ellos, pero nada acerca de cómo transformarlas en productos reales. Nada de lo que nuestros clientes realmente necesitan en un entorno de producción. Claro, hay un montón de información disponible en Internet, por no hablar de la formación en el puesto de trabajo, y la formación privada, jornadas técnicas, grupos de usuarios, y las publicaciones de este tipo. Pero muchos de estos recursos a suponer que usted ya sabe algo sobre el tema. A veces parece como si simplemente hay demasiado material para vadear.

¿Por dónde empezar?

Atando Cabos

Afortunadamente, esta columna está reservada para los principiantes, y estoy agradecido a El compartimiento del diseño de PCB de brindarla.Ahora tenemos una pizarra en blanco. Podemos aprender paso a paso. La ventaja que tengo sobre muchos otros escritores técnicos es que no tengo que decidir cuánto de explicar, o qué excluir. Voy a tratar de explicar todo. Yo no tengo que hacer suposiciones acerca de lo mucho que ya sabes, voy a asumir que usted no sabe nada. De hecho, si piensas que me he perdido algo importante o no explicar algo lo suficientemente bueno, puedes enviarme un correo electrónico.

Pero volvamos a la pregunta: ¿Qué es una tarjeta de circuito?

Terminología
Aquí está la definición oficial de los IPC-T-50 la publicación "Términos y Definiciones de Interconexión y Empaquetado de Circuitos Electrónicos" J Revisión:

Junta Impreso (PB)
El término general es para configuraciones de cableado completamente procesados ​​de circuitos impresos e impresos . (Esto incluye las juntas de una sola cara, a doble cara y multicapa con materiales base rígidos, flexibles y rígidos-flex.)

Bien, eso no nos enseñan mucho acerca de lo que es una placa de circuito, pero utiliza el término "circuito impreso", por lo que vamos a conseguir que uno, también:

Circuito Impreso 60,0912
Un patrón conductor que se compone de componentes impresos, de circuito impreso, el cableado discreto, o una combinación de los mismos, que se forma en una disposición predeterminada sobre una base común .(Este es también un término genérico que se utiliza para describir una placa de circuito impreso que se produce por cualquiera de un número de técnicas.)

A menudo me dirijo a IPC cuando quiero comprender algo mejor, y si bien las definiciones de IPC son técnicamente correctas, sólo que no se crea una muy buena imagen mental de lo que es una placa de circuito. Voy a tratar de explicar más y agregar una imagen o dos, pero primero tengo que mencionar algo acerca de la terminología. IPC ha utilizado tradicionalmente el término "placas de circuitos impresos" o la abreviatura PCB, pero la organización ha sido recientemente reemplazar esas referencias con el término "circuitos impresos", o PB.

La razón por la que prefiero "tarjetas de circuitos" es que no estoy seguro de las juntas deben ser considerados como impreso (que por lo general están grabados), y el término "circuito impreso" pronto pueden llegar a confundirse con los más nuevos "electrónica impresa." Impreso electrónico circuitos impresos son realmente, y que la industria ahora está madurando rápidamente. Y el término PCB también se puede confundir con el otro tipo de PCBs que son perjudiciales para el medio ambiente, y PB se puede confundir con el símbolo atómico para el plomo o incluso la mantequilla de maní.

En serio, soy un firme defensor de una comunicación clara y el uso de términos ambiguos, y aplaudo IPC por sus esfuerzos para uniformar, pero en este caso prefiero el término "placa de circuito." Independientemente, predigo que el PCB acrónimo utilizado se ha utilizado siempre, así que usted debe saber que "el diseño de PCB" significa lo mismo que "diseño de la placa de circuito." Vamos a aprender más acerca de IPC más tarde, pero ahora tenemos que volver a descubrir lo que es una placa de circuito.

La placa de circuito más simple

De las definiciones anteriores aprendimos que una placa de circuito es un patrón conductor formado en una disposición predeterminada sobre una base común. El patrón conductor puede ser tan simple como una sola capa de cobre, con porciones de la misma grabadas de distancia para salir de la conectividad deseada. Esto se llama un "proceso sustractivo" porque el material comienza como una hoja completa de cobre, que es relativamente barato y es un buen conductor de la electricidad, y luego las áreas no deseadas están grabados de distancia para dejar el patrón conductor. El cobre utilizado en este proceso suele ser muy delgada, por lo que necesita ser apoyado en algún tipo de material aislante, que es la "base común" que se menciona en la definición del IPC.

Además de proporcionar apoyo para el patrón flexible de cobre, la base también proporciona soporte mecánico para los componentes electrónicos que se pueden montar a la misma. Este material aislante es más comúnmente un curado térmico de fibra de vidrio retardantes de llama, que es un sistema de resina orgánica reforzada por una o más capas de fibras de vidrio tejidas juntos como paño.

La forma más común de este material base se llama FR-4 (retardante de llama), pero muchos otros materiales están disponibles y cada uno tiene sus propias características específicas. Por ejemplo, algunos materiales son más estables a temperaturas más altas, mientras que otros son mejores para circuitos de alta velocidad y otros pueden flexionar de forma continua, por ejemplo. Vamos a aprender más sobre las propiedades del material más adelante, pero por ahora sólo tenemos que entender que la placa de circuito más simple está hecho de un material laminado de una sola cara, que es una sola capa de cobre unido a un material de base del espesor deseado. Laminados con revestimiento de cobre son típicamente 36 x 48 centímetros, que luego se redujo a 18 x 24 pulgadas para el proceso de fabricación de la tarjeta desnuda.

Juntas Multiple-Layer

Tableros de una sola cara se utilizan para circuitos simples, productos muy baratos de gran volumen como los juguetes o los detectores de humo. Los agujeros pueden ser perforados en la placa para los componentes con plomo que se insertan desde el otro lado y soldados a la estructura conductora de cobre, sin tener que añadir el gasto de chapado de los agujeros. Componentes de montaje superficial pueden ser soldados directamente a la estructura conductiva. Es difícil diseñar un circuito de cualquier complejidad en una sola capa sin necesidad de utilizar una gran cantidad de puentes, así que en vez de utilizar un laminado de una sola cara, es más común para comenzar con un laminado que ha sido recubierto con cobre en ambos lados.

Mediante el uso de un laminado que tiene cobre unido a ambos lados, el fabricante de tablero pelado puede grabar un patrón conductor diferente en cada lado y conectarlos entre sí con el oro-aunque agujeros, que se forman mediante la perforación de agujeros a través del estratificado y a continuación, utilizando un proceso de recubrimiento para depositar cobre en las paredes de los orificios. Esta tecnología permite que el material laminado recubierto de cobre para ser procesado en "pares de capas", con la capacidad de colocar caminos conductores que conectan las capas juntas donde sea necesario. Debería ser obvio que más complicados diseños de circuitos se puede lograr mediante el uso de placas de doble cara con chapado en agujeros pasantes, pero vamos a echar un paso más allá esta idea. ¿Por qué no procesar varios pares de capas con diferentes patrones conductivos, insertar más láminas aislantes de material entre los pares de capas, laminado a todos juntos, y luego procesar las capas exteriores al igual que un tablero de doble cara?

El proceso de perforación del agujero y de las planchas ha podido conectar todas las capas juntas, y de esta manera podríamos hacer juntas que son de 4 capas, 6 capas, de 8 capas, 10 capas, etc El advenimiento de tableros de múltiples capas ha abierto la puerta para el diseño de circuitos electrónicos extremadamente complejo, agregando pares de capas como sea necesario para hacer todas las conexiones necesarias. Bueno, eso fue una introducción rápida y todo-demasiado-breve la tecnología de multi-capa, pero tenemos que seguir adelante.Podemos sumergirnos en los detalles de la fabricación de la tarjeta después.

El resto de la historia

Una mirada casual en casi cualquier placa de circuito moderno mostrará algo más que patrones conductores de cobre en el material aislante.¿Cuál es el resto de la historia aquí? Para continuar con nuestra visión general de la placa de circuito común, podría ser útil tener una imagen:

Figura 1: Una placa de circuito típico.

La figura 1 muestra una pequeña área de una placa de circuito que diseñé hace muchos años. Usted puede ver que el patrón conductor se ha formado de manera que los tres componentes se pueden soldar a ella.Usted puede ver las conexiones entre los patrones de componentes terrestres, algunos taladros metalizados llamados vías , y algunas áreas de cuadrados para los puntos de prueba. Hay otras tres cosas importantes que notar en esta imagen:

1. Verde  soldermask se ha aplicado a la superficie de la placa, dejando aberturas en las áreas que se sueldan y de punto de prueba de la accesibilidad. Esto protege las capas exteriores y también hace que el proceso de soldadura más fiable.
2. La tinta blanca se conoce comúnmente como la serigrafía , y proporciona la identificación de partes por designador de referencia, y algunas veces incluye contornos de los componentes y otra información.
3. Cobre desnudo se oxida rápidamente (como una nueva moneda de cobre se pongan marrones), que hace que sea difícil, si no imposible de soldar. Un  acabado final  ha sido aplicada como una capa protectora sobre el cobre expuesto, manteniéndolo soldable.En este ejemplo, que es una aleación de estaño y plomo (capa de soldadura eutéctica aplica en un proceso llamado de nivelación de soldadura con aire caliente, o HASL), pero también podría haber sido plata, oro, estaño, un conservante de soldadura orgánica (OSP), o algún otro recubrimiento.

Aquí hay otra zona de la misma tabla para mostrar alguna variación. Esta parte del diseño tiene grandes áreas de cobre en la superficie de la junta y utiliza las conexiones entre los componentes más gruesos.

Figura 2: Otra vista de la misma placa.

Así que eso es lo que es una placa de circuito. Líneas conductoras que conectan patrones terrestres juntos se llaman  rastros . Áreas conductoras más grandes se llaman  aviones , que también se conoce comúnmente como  cobre vierte o  área llena .

Observe que la serigrafía se puede utilizar para proporcionar nomenclatura extra (como la etiqueta de "12 V" en la foto de arriba), que puede ayudar a la gente en el laboratorio o en el servicio de campo. Es una buena práctica de diseño a considerar las necesidades de otras personas que puedan estar usando su producto mucho después de que ha pasado.Trate de incluir información en el tablero que le será útil para ellos, si es posible.

Nos vemos el próximo mes!

Jack Olson, CID +, ha sido el diseño de placas de circuito de tiempo completo por más de 20 años. Jack le gustaría dar las gracias al Grupo de Usuarios de Orange County PCAD de 1987 para compartir libremente tanto conocimiento y experiencia, y en especial a Jack Miller de RoyoCAD por su patrocinio y apoyo. Él puede ser alcanzado en PCBjack@gmail.com .

http://www.pcbdesign007.com/pages/zone.cgi?topic=0&artcatid=0&a=90822&artpg=2&artid=90822&pg=3