N'electrónica, “placa de circuitu impresu” (del inglés: printed circuit board, PCB), ye la superficie constituyida per caminos, pistes o buses de material conductor laminadas sobre una base non conductora. El circuitu impresu utilizar pa coneutar llétricamente al traviés de les pistes conductores, y sostener mecánicamente, per mediu de la base, un conxuntu de componentes electrónicos. Les pistes son xeneralmente de cobre ente que la base fabrícase xeneralmente de resines de fibra de vidriu reforzada, Pertinax, pero tamién cerámica, plásticu, teflón o polímeros como la baquelita.
Tamién se fabrequiern de celuloide con pistes de pintura conductora cuando se riquir que sían flexibles pa coneutar partes con movimientu ente sigo, evitando los problemes del cambéu d'estructura cristalina del cobre que fai argayadizos los conductores de cables y plaques
La producción de les PCB y el montaxe de los componentes puede ser automatizada. Esto dexa que n'ambientes de producción en masa, sían más económicos y fiables qu'otres alternatives de montaxe (p. y.: wire-wrap o entorcháu, yá pasáu de moda). N'otros contestos, como la construcción de prototipos basada n'ensamblaxe manual, la escasa capacidá de cambéu una vegada construyíos y l'esfuerzu qu'implica la soldadura de los componentes fai que les PCB nun sían una alternativa óptima. Igualmente, fabríquense plaques con islles y / barres conductores pa los prototipos, dalgunes según el formatu de les Protoboards.
La organización IPC (Institute for Printed Circuits), xeneró un conxuntu d'estándares que regulen el diseñu, ensamblado y control calidable de los circuitos impresos, siendo la familia IPC-2220 una de les de mayor reconocencia na industria. Otres organizaciones, tamién contribúin con estándares rellacionaos, como por casu: Institutu Nacional d'Estándares d'Estaos Xuníos (ANSI, American National Standards Institute), Comisión Electrotéunica Internacional (IEC, International Engineering Consortium), Alianza d'Industries Electróniques (EIA, Electronic Industries Alliance), y Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC).
Historia
Probablemente, l'inventor del circuitu impresu foi l'inxenieru austriacu Paul Eisler (1907-1995), que mientres trabayaba n'Inglaterra, foi quien fabricó un circuitu impresu como parte d'una radio, alredor de 1936. Aproximadamente en 1943, nos Estaos Xuníos empezaron a usar esta teunoloxía a gran escala pa fabricar radios robustes, cola cuenta d'usales na Segunda Guerra Mundial. Dempués de la guerra, en 1948, EE.XX. lliberó la invención pal so usu comercial. Los circuitos impresos nun se volvieron populares na electrónica de consumu hasta mediaos de 1950, cuando'l procesu de “autu-ensamblaxe” foi desenvueltu pola Armada de los Estaos Xuníos.
Primero que los circuitos impresos (y por a la temporada de la so invención), la conexón “puntu a puntu” yera la más usada. Pa prototipos, o producción de pequeñes cantidaes, el métodu wire wrap puede considerase más eficiente.
Orixinalmente, cada componente electrónicu tenía pines de cobre o latón de dellos milímetros de llargor, y el circuitu impresu tenía furos taladraos pa cada pin del componente. Los pines de los componentes travesaben los furos y yeren soldaos a les pistes del circuitu impresu. Esti métodu d'ensamblaxe ye llamáu furacu pasante o through-hole. En 1949, Moe Abramson y Stanilus F. Danko, de la United States Army Signal Corps, desenvolvieron el procesu d'autu-ensamblaxe, onde les pines de los componentes yeren inxertaes nuna llámina de cobre col patrón de interconexón, y depués yeren soldaes. Col desenvolvimientu de la laminación de tarxetes y téuniques de grabaos, esti conceutu evolucionó nel procesu estándar de fabricación de circuitos impresos usáu na actualidá. La soldadura puede faese automáticamente pasando la tarxeta sobre un fluxu de soldadura dilida, nuna máquina de soldadura per fola.
El costu acomuñáu cola perforación de los furos y la llongura adicional de les pines, esaniciar al utilizar dispositivu de montaxe superficial (teunoloxía de montaxe superficial).
Composición física
La mayoría de los circuitos impresos tán compuestos por ente una a dieciséis capes conductores, separaes y soportaes por capes de material aislante (sustratu) laminadas (pegaes) ente sigo. De normal, la cantidá de capes d'una PCB depende dela cantidá de señales que se quieren rutar.
Les capes pueden conectase al traviés de furos, llamaos víes. Los furos pueden ser electorecubiertos; pa coneutar cada capa del circuitu, el fabricante por aciu un procesu químicu, deposita en toles superficies espuestes del panel, incluyendo les parés del furacu una fina capa de cobre químicu, esto crea una base metálica de cobre puru; o tamién pueden utilizase pequeños remaches. Los circuitos impresos d'alta densidá pueden tener “víes ciegues”, que son visibles en solo un llau de la tarxeta, o “víes soterraes”, que nun son visibles nel esterior de la tarxeta.
Sustratos
Los sustratos de los circuitos impresos utilizaos na electrónica de consumu de baxu costu, facer de papel trescaláu de resina fenólica, de cutiu llamaos pol so nome comercial: Pértinax. Usen designaciones como XXXP, XXXPC y FR-2. El material ye de baxu costu, fácil de mecanizar y causa menos gastadura de les ferramientes que los sustratos de fibra de vidriu reforzaos (la más conocida ye la FR-4). Les lletres "FR" na designación del material indiquen "retardante de llapada" (Flame Retardant, n'inglés).
Los sustratos pa los circuitos impresos utilizaos na electrónica industrial y de consumu d'altu costu, tán fechos típicamente d'un material designáu FR-4. Estos consisten nun material de fibra de vidriu, trescalaos con una resina epóxica resistente a les llapaes. Pueden ser mecanizados, pero debíu al conteníu de vidriu abrasivo, requier de ferramientes feches de carburu de tungsteniu na producción d'altos volúmenes. Debíu al reforzamientu de la fibra de vidriu, exhibe una resistencia a la flexón alredor de 5 vegaes más alta que'l Pertinax, anque a un costu más altu.
Los sustratos pa los circuitos impresos de circuitos de radiu en frecuencia d'alta potencia usen plásticos con una constante dieléctrica (permitividad) baxa, tales como Rogers® 4000, Rogers® Duroid, DuPont Teflón (tipos GT y GX), poliamida, poliestireno y poliestireno entecruzáu. Típicamente tienen propiedaes mecániques más probes, pero considérase que ye un compromisu d'inxeniería aceptable, en vista del so desempeñu llétricu superior.
Los circuitos impresos utilizaos nel vacíu o en gravedad cero, como nuna nave espacial, al ser incapaces de cuntar col enfriamientu por conveición, de cutiu tienen un nucleu gruesu de cobre o aluminiu pa estenar el calor de los componentes electrónicos.
Non toles tarxetes usen materiales ríxidos. Dalgunes son diseñaes pa ser bien o llixeramente flexibles, usando DuPont's Kapton filme de poliamida y otros. Esta clase de tarxetes, dacuando llamaes “circuitos flexibles”, o “circuitos ríxidu-flexibles”, respeutivamente, son difíciles de crear, pero tienen munches aplicaciones. Dacuando son flexibles p'aforrar espaciu (los circuitos impresos dientro de les cámares y auriculares son cuasi siempres circuitos flexibles, de tala forma que puedan doblar nel espaciu disponible llindáu. N'ocasiones, la parte flexible del circuitu impresu utilízase como cable o conexón móvil escontra otra tarxeta o dispositivu. Un exemplu d'esta última aplicación ye'l cable que coneuta'l cabezal nuna imprentadora d'inyección de tinta.
Carauterístiques básiques del sustratu
Mecániques Abondo ríxidos pa caltener los componentes. Malo de taladrar. Ensin problemes de laminado.
Químiques Metalizado de les parafuses. Retardante de les llapaes. Nun absuerbe demasiao mugor.
Térmiques Estena bien el calor. Coeficiente d'espansión térmica so por que nun se ruempa. Capaz de soportar el calor na soldadura. Capaz de soportar distintos ciclos de temperatura.
Llétrequiers Constante dieléctrica baxa, pa tener poques perdes. Rixidez dieléctrica (puntu de rotura dieléctrica) elevada.
Diseñu Usualmente un inxenieru (llétricu o electrónicu) diseña'l circuitu y un especialista diseña'l circuitu impresu. El diseñador tien d'obedecer numberoses normes pa diseñar un circuitu impresu que funcione correutamente y que coles mesmes seya baratu de fabricar.
Automatización de diseñu electrónicu
Los diseñadores de circuitos impresos de cutiu utilicen programes d'automatización de diseñu electrónicu (EDA, poles sos sigles n'inglés), pa distribuyir ya interconectar los componentes. Estos programes almacenen información rellacionada col diseñu, facilita la edición, y puede tamién automatizar xeres repetitives.
La primer etapa ye convertir l'esquema nuna llista de nodos (net list n'inglés). La llista de nodos ye una llista de los pines (o patillas) y nodos del circuitu, a los que se conecten los pines de los componentes. Usualmente el programa de “captura d'esquemáticos”, utilizáu pol diseñador del circuitu, ye responsable de la xeneración de la llista de nodos, y esta llista ye darréu importada nel programa de ruteo.
El siguiente pasu ye determinar la posición de cada componente. La forma senciella de faer esto ye especificar una rejilla de files y columnes, onde los dispositivos tendríen de dir. Depués, el programa asigna'l pin 1 de cada dispositivu na llista de componentes, a una posición na rejilla. Típicamente, l'operador puede asistir a la rutina d'allugamientu automáticu al especificar ciertes zones de la tarxeta, onde tienen de dir determinaos grupos de componentes. Por casu, a les partes acomuñaes col subcircuito de la fonte d'alimentación podría asignáse-yos una zona cercana a la entrada al conector d'alimentación. N'otros casos, los componentes pueden ser asitiaos manualmente, yá seya pa optimizar el desempeñu del circuitu, o pa poner componentes tales como períes, interruptores y conectores, según riquir el diseñu mecánicu del sistema.
El programa depués espande la llista de componentes nuna llista completa de tolos pines pa la tarxeta, utilizando plantíes d'una biblioteca de footprints acomuñaos a cada tipu de componentes. Cada footprint ye un mapa de los pines d'un dispositivu, usualmente cola distribución de los pad y perforaciones encamentaes. La biblioteca dexa que los footprint sían dibuxaos solo una vegada, y depués compartíos por tolos dispositivos d'esi tipu.
En dellos sistemes, los pads d'alta corriente son identificaos na biblioteca de dispositivos, y los nodos acomuñaos son etiquetaos pa llamar l'atención del diseñador del circuitu impresu. Les corrientes elevaes requiern de pistes más anches, y el diseñador usualmente determina esti anchu.
Depués el programa combina la llista de nodos (ordenada pol nome de los pines) cola llista de pines (ordenada pol nome de cada unu de los pines), tresfiriendo les coordenaes físiques de la llista de pines a la llista de nodos. La llista de nodos ye depués reordenada, pol nome del nodo.
Dellos sistemes pueden optimizar el diseñu al intercambiar la posición de les partes y puertes lóxiques p'amenorgar la llongura de les pistes de cobre. Dellos sistemes tamién detecten automáticamente los pines d'alimentación de los dispositivos, y xeneren pistes o víes al planu d'alimentación o conductor más cercanu.
Depués el programa trata de rutear cada nodo na llista de señales-pines, atopando secuencies de conexón nes capes disponibles. De cutiu delles capes son asignaes a l'alimentación y a la tierra, y conócense como planu d'alimentación y tierra respeutivamente. Estos planos ayuden a blindar los circuitos del ruíu.
El problema de ruteo ye equivalente al problema del vendedor viaxeru, y ye polo tanto NP-completu, y nun s'empresta pa una solución perfecta. Un algoritmu práuticu de ruteo ye escoyer el pin más alloñáu del centru de la tarxeta, y depués usar un algoritmu cobiciosu” pa escoyer el siguiente pin más cercanu cola señal del mesmu nome.