¿PCB qué es en electrónica?. Viene del termino en ingles Printed Circuit Board, es una tarjeta o placa de circuito impreso, que soporta y conecta los componentes electrónicos, con caminos o pistas de cobre, para que un circuito o producto funcione como se desea.
Es el núcleo o corazón de la gran mayoría de productos de tecnología (un celular, una computadora, un robot industrial o educativo, la alarma de un auto, una máquina seleccionadora de frutos).
Contenido del artículo
1. [Video] ¿PCB que es?:
2. ¿Para que sirve un PCB?
Es muy usado cuando se trabaja en diseño de electrónica, mecatrónico, eléctrico, también en investigación, producción y manufactura, desarrollo de productos innovadores. Actualmente todos los productos (electrónicos o no) tienen por dentro de sí tarjetas electrónicas con diferentes formas, características, tamaños, componentes, colores.
El cualquier contexto, ignorar, subvalorar o dejar para después la placa en electrónica traduce el éxito o el fracaso en el diseño, fabricación o comercialización de un producto (cualquier producto en realidad tiene electrónica) para una empresa.
De hecho todo el equipo de ingeniería (Diseño, hardware, software, diseño mecanico, mecatrónico, eléctrico, firmware), o diseño industrial, administrativo, financiero, marketing, garantias, depende de un prototipo, producción o lote, para vender un producto (sin importar si es electrónico o no) y así lograr el éxito o fracaso financiero de una empresa.
También significa la falla de una investigación o emprendimiento, lo cual genera retrazos o demoras de meses o años de esfuerzo para probar una tecnología nueva, sensor o aplicación, o lanzar una equipo, aparato, máquina, dispositivo, artefacto al mercado.
3. ¿Que es "baquelita"?
El termino baquelita es una palabra común, para referirse a un soporte o base, de los antiguos circuitos de componentes unidos entre sí con cable. Es usual confundir la «baquelita» con un sustrato o laminado de calidad inferior llamado «fenolico» diferente a la lamina de más calidad que es de material fibra de vidrio. En Conclusión, el material de laminado o refuerzo de un PCB puede ser fenólico (mal llamado «baquelita» o fibra de vidrio (bien llamado FR-4).
A propósito, el material de fibra de vidrio más usado es el FR-4, este traduce flame retardant o retardante a la combustión, pues el lógico que demore la combustión en un producto o instalación en caso de incendio.
Pero en el mundo, no se usa el termino «baquelita» para referirse a la fabricación o manufactura. Dependiendo del país, se usan otras definiciones como son: placa de circuito impreso, tarjeta electrónica, placa PCB o placa base referida al sustrato de un circuito electrónico convencional.
4. Propiedades del PCB
Estos tienen diferentes propiedades eléctricas, térmicas, físicas, que determinan su comportamiento dependiendo de la aplicación:
Eléctricas: Una propiedad llamada constante de permitividad dieléctrica (Er). Esta determina el comportamiento (propagación) de una señal de alta frecuencia y sus campos electromagnéticos, en un medio como es la fibra de vidrio.
Térmicas: Temperatura de transición de vidrio, es la temperatura en la que la fibra pierde sus propiedades y se vuelve frágil como el vidrio, expandiéndose de manera exponencial, esto sucede después de la temperatura especificada TG. También puede sufrir una expansión en el eje Z debido a la temperatura, de manera porcentual (5).
Físicas: Expansión en el eje X y Y en una proporción de partes por Millón debido a la temperatura. También puede absorber una mínima humedad.
El material del PCB lo escoge un diseñador de acuerdo a si va a sufrir de altas temperaturas, si va a ser usado en aplicaciones de alta frecuencia, si debe tener estabilidad dimensional, rigidez mecánica si se va a usar en diseño multicapa, dos o una capa. Lo anterior depende de la aplicación y tiene impacto en los costos, confiabilidad, mantenimiento y reparación del producto.
5. En un PCB que es y como se clasifican los productos
Normalmente se inicial el diseño, sin saber de un PCB que es y como se clasifica de acuerdo con la normativa existente.
Las normas IPC ayudan a clasificar el producto: tipo, su complejidad, desempeño, y aspectos producción, de manera que todas las partes (cliente, usuario, diseñador, estudiante, investigador, docente, fabricante), cumplan con dicha normativa, se comuniquen, hablen el mismo lenguaje, con las especificaciones optimas se diseñe, fabrique y entregue al cliente o usuario, un producto a satisfacción, tal como desde el inicio se le prometió, o de acuerdo al contrato o los requerimientos del diseño.
Clasificación de productos electrónicos
Los productos electrónicos, sus circuitos impresos y los circuitos ensamblados se clasifican así:
5.1. Clasificación del desempeño: dependiendo del uso final
Todos los productos no son iguales, las clases se relacionan con el aumento de la complejidad, sofisticación, los requerimientos de desempeño funcional y la frecuencia de las pruebas e inspección. El usuario o cliente del PCB es quien debería determinar la clase a la que pertenece su producto. Normalmente él no sabe o no está seguro, entonces debemos orientarlo.
Clase 1
Descripción
Ejemplo
| Clase 1 |
Productos Generales, de electrónica de consumo. Productos o Equipos como computadores, también hardware general militar, donde las imperfecciones físicas no son importantes y lo que se quiere es que funcione la soldadura o la placa ensamblada de circuito impreso. Estos productos ya los diseñan y producen muy bien en Asia, así que no estamos en este segmento por ahora.
| Clase 2 |
| Productos electrónicos profesionales o de servicio dedicado: Incluye equipos de comunicaciones, maquinas sofisticadas de negocios o industria, instrumentos y equipo militar, donde el rendimiento y la vida útil es necesaria, y que se desea un servicio ininterrumpido, pero no es crítico o no pone en riesgo la vida humana y las imperfecciones físicas se permiten. Este tipo de productos se diseñan actualmente en Latinoamérica y se espera que se diseñe mucho más. |
| Clase 3 |
| Productos electrónicos de alta fiabilidad. Productos comerciales y militares, donde el funcionamiento continuo y el rendimiento son crítico, vitales, no se toleran fallos o tiempos muertos, como los equipos de soporte de vida médicos, o sistemas de defensa. Los PCB requieren altos niveles de seguridad y confiabilidad. Algunas empresas en Latinoamérica hacen este tipo de diseño, rediseños y reparaciones. Debemos trabajar más intensivamente en este segmento. |
5.2. Nivel de producibilidad: depende de la complejidad del diseño y de la precisión requerida en su producción.
La norma proporciona tres niveles de producibilidad, que se relaciona con las características de una tarjeta, sus tolerancias, mediciones, ensamble, pruebas, verificación del proceso de fabricación, materiales, que se impacta en el aumento de la sofisticación de herramientas, materiales, procesos de fabricación y por su puesto en el aumento de los costos de fabricación. Esto es importante porque significa aumento en los costos y en la complejidad y confiabilidad del producto.
| Clasificación | Descripción | Ejemplo |
| Nivel A | Diseño de complejidad general, preferida. El que se consigue normalmente con los fabricantes. Este es el más usado en Latinoamérica. Estos productos ya los diseñan y producen muy bien en Asia, así que no estamos en este segmento por ahora. |
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| Nivel B | Nivel B: Diseño de complejidad moderada, estándar. De costo más elevado, con fabricantes especializados. Algunos pocos proveedores en Latinoamérica puede cumplir con este tipo |
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| Nivel C | Nivel C: diseño de alta complejidad, reducido: Donde solo lo pueden cumplir unos pocos proveedores en el mundo, selectos, con muchas normas y certificaciones. |
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Estos niveles no son un requerimiento de diseño, sino un método de comunicación, entre el usuario, diseñador y fabricante electrónico, del grado de dificultad de fabricación de una característica del PCB o ensamble. Sin embargo, los requisitos de la precisión, el rendimiento, la densidad de pistas, el equipo, ensamble y pruebas pueden afectar y de hecho determinar el nivel de producibilidad del diseño.
5.3. Clasificación del Tipo de tarjeta
| Clasificación | Descripción | Imagen |
| Tipo 1: Circuito impreso de 1 cara | Es el tipo de PCB más barato. Se recomienda diseñar con consideraciones especiales para facilitar su fabricación, ensamble y reparación. Costo bajo. |
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| Tipo 2: Circuito impreso de 2 caras | El tipo de PCB más común. Costo moderado. |  |
| Tipo 3: Multicapa sin vías enterradas o ciegas | Cuando se comienza con multicapa, se trabaja este tipo de PCB. Se debe ceñirse a las especificaciones del fabricante, para optimizar el diseño. Puede facilitar el trabajo y a la vez es más robusto que un PCB de 2 capas. Costo moderado. |  |
| Tipo 4: Multicapa con vías enterradas o ciegas | La fabricación es mediante laser. El diseño debe estar muy relacionado con la manufactura para evitar pérdidas de tiempo y problemas de confiablidad. Costo alto. |
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| Tipo 5: Núcleo de metal, multicapa sin vías enterradas o ciegas | La fabricación es mediante laser. Se usa en aplicaciones aviónicas. Costo alto. |
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| Tipo 6: Núcleo de metal, multicapa con vías enterradas o ciegas | La más compleja y difícil de lograr configuración, aplicaciones HDI (alta densidad). Costo alto. | Sin Imágen |
5.4. Clasificación del tipo de ensamble electrónico
| Clasificación | Descripción | Imagen |
| Tipo 1 Clase A: Ensamble en una cara: | El más común, con componentes THT – Through Hole Tecnology que se insertan en huecos que atraviesan el PCB. Costo bajo. |  |
| Tipo 1 Clase B: Solo SMT 1 cara: | Ensamble de una cara solo con componentes de tecnología SMT – Surface Mount Tecnology, o SMD (devices) tipo pasivo (chip component) y IC SOIC, recomendado con componentes grandes. Costo bajo. |
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| Tipo 1 Clase C: THT y SMT: | Componentes mezclados tipo SMT y THT sencillos. Recomendado con componentes grandes, en una sola cara, para empezar a adquirir experiencia.Costo bajo. |
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| Tipo 1 Clase X: | Ensamble complejo mixto THT y SMT, componentes tipo fine pitch y BGA. Requiere más experiencia, en diseño, fabricación, ensamble y pruebas. Costo moderado. |  |
| Tipo 2 Clase A: | THT de dos caras, no recomendable, pues se presta para muchos errores de ensamble e interferencia. |
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| Tipo 2 Clase B: | Componentes SMT Solamente, por las dos caras. Requiere experiencia, para sujetar los componentes livianos por la cara con adhesivo. Más costoso. |
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| Tipo 2 Clase C: | Componentes SMT y THT mezclados, con SMT simple bajo la cara de abajo. THT y SMT Se usa típicamente, porque componentes THT soportan más esfuerzo mecánico y se aprovechan las ventajas de SMT. Costo moderado. |
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| Tipo 3 Clase Z: | Componentes SMT y THT mezclados, con SMT complejo bajo la cara de abajo, como BGA y fine pitch, puede tener más costos de todos, por la complejidad de los componentes SMT. Costo alto. |  |
Cuando los componentes están montados sobre una cara o las dos.
- Tipo 1: ensamble en una cara: el más común y menos costoso.
- Tipo 2: ensamble en las dos caras: puede tener más costos dependiendo de la complejidad del componente, la altura y otros procesos que demande (adhesivo, soldadura, limpieza, inspección, retrabajo).
6. ¿Quién hace las normas para un PCB?
Al IPC están afiliadas más de 3500 compañías entre las que se encuentran las multinacionales como Samsung, Motorola, Siemens, también manufacturadores como Jabil, Sanmina, Flextronics, como pero también fabricantes de circuitos impresos, diseñadores, consultores, estudiantes, ingenieros, técnicos, ensambladores y en general especialistas e interesados en la conectividad IPC (en electrónica, incluyendo cables, soldaduras, materiales, productos completos, cajas), así como los estudios de mercado, políticas y reglamentación que afecten la industria.
7. ¿Por qué es importante el diseño con normas IPC?
Actualmente muchos estudiantes y técnicos, tecnólogos, ingenieros, diseñadores, investigadores, estudiantes de postgrado en áreas de mecatrónica, electrónica, diseño industrial, software y sistemas, electricidad, diseñan continuamente circuitos impresos, también como emprendedores y empresarios, tanto en empresas como en instituciones educativas, centros de I+D (investigación y Desarrollo Tecnológico), pero sin conocer las normas IPC (para productos y procesos) y el proceso de diseño de calidad, tampoco métodos, reglas, ni las recomendaciones, buenas prácticas (DFM: Diseño de Manufactura) y técnicas de diseño.
Adicionalmente, cuando se quieren certificar productos para exportar, las normas y procesos pueden ayudar a obtener un producto que sea compatible donde opera o tenga EMC (Electromagnetic Compatibility).
También cuando se están manufacturando o ensamblando productos electrónicos, tanto en prototipos como en volúmenes de producción, las normas ayudan a acelerar el tiempo de lanzamiento al mercado, reducir errores en la manufactura, costos y mejorar el tiempo de procesos.
En un curso de diseño de PCB se pueden practicar muchos temas y conocimientos que se aplican en cursos Técnicos y de la ingeniería: requerimientos, planeación, servicio al cliente, manufactura, ensamble, procesos, física básica y circuitos eléctricos, mecánica, diseño de ingeniería, documentación.
8. ¿Cómo puedo aprender a diseñar con normas?
Participa en un curso de diseño. Es orientado por ingenieros expertos que han trabajado en diseño para empresas productoras de electrónica, así como en manufactura, ensamble y pruebas. También certificados internacionalmente por el IPC como C.I.D.+ (Certified Interconect Designer) y entrenadores del IPC 610 que han impartido talleres y conferencias en Universidades y empresas en México, Colombia, Perú, Ecuador y Paraguay.
Bibliografía
Que es un circuito impreso PCB by Al Delta is licensed under a Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional License.
Creado a partir de la obra en http://aldeltatec.com/.
http://aldeltatec.com/blog-diseno-con-normas-y-certificaciones/normas-pcb-y-electronica/
http://aldeltatec.com/blog-diseno-con-normas-y-certificaciones/normas-pcb-y-electronica/
https://www.sunstone.com/pcb-resources/circuit-board-glossary
http://www.ipc.org/ContentPage.aspx?pageid=About-Membership
http://aldeltatec.com/blog-disene-con-normas/que-es-diseno-para-manufactura-dfm-en-pcb/
https://www.sphere.bc.ca/class/downloads/ipc_2221a-pcb%20standards.pdf
http://www.ipc.org/TOC/IPC-A-610E-Spanish.pdf
https://speedingedge.com/products/right-first-time/
https://www.pcbcic.com/wp-content/uploads/2017/10/2-DFM_Guidelines_1.pdf Design for Manufacturability of Rigid Multi-Layer Boards By: Tom Hausherr. 2006.