PCBs

PCB  (Printed Circuit Board) “placa de circuito impreso”  es la superficie constituida por caminos, pistas o buses de material conductor laminadas sobre una base no conductora. El circuito impreso se utiliza para conectar eléctricamente a través de las pistas conductoras, y sostener mecánicamente, por medio de la base, un conjunto de componentes electrónicos. Las pistas son generalmente de cobre mientras que la base se fabrica generalmente de resinas de fibra de vidrio reforzada, Pertinax, pero también cerámica, plástico, teflón o polímeros como la baquelita.

Las características básicas de los sustratos son:

Mecánicas

1.   Suficientemente rígidos para mantener los componentes.

2.   Fácil de taladrar.

3.   Sin problemas de laminado.

Químicas

1.   Metalizado de los taladros.

2.   Retardante de las llamas.

3.   No absorbe demasiada humedad.

Térmicas

1.   Disipa bien el calor.

2.   Coeficiente de expansión térmica bajo para que no se rompa.

3.   Capaz de soportar el calor en la soldadura.

4.   Capaz de soportar diferentes ciclos de temperatura.

Eléctricas

1.   Constante dieléctrica baja, para tener pocas pérdidas.

2.   Rigidez dieléctrica (punto de ruptura dieléctrica) elevada.

La mayoría de los circuitos impresos están compuestos por entre una a dieciséis capas conductoras, separadas y soportadas por capas de material aislante (sustrato) laminadas (pegadas) entre sí. 

Normalmente, la cantidad de capas de una PCB depende dela cantidad de señales que se quieren rutar.

Las capas pueden conectarse a través de orificios, llamados vías. Los orificios pueden ser electorecubiertos; para conectar cada capa del circuito, el fabricante mediante un proceso químico, deposita en todas las superficies expuestas del panel, incluyendo las paredes del agujero una fina capa de cobre químico, esto crea una base metálica de cobre puro; o también se pueden utilizar pequeños remaches. Los circuitos impresos de alta densidad pueden tener “vías ciegas”, que son visibles en solo un lado de la tarjeta, o “vías enterradas”, que no son visibles en el exterior de la tarjeta.

En nuestro caso, las PCB serán de sustrato de fibra de vidrio y de dos capas (top y bottom), con una anchura de sustrato de 1,5mm y de 35micrómetros de cobre.

Algunos conceptos importantes antes de seguir son:

•      Drill: agujero en la placa
•      Pad: zona conductora donde para soldar un componente o un conector
•      Net: es una conexión eléctrica en el layout
•         Ratnest: una net que aún no ha sido trazada (un recordatorio del CAD)
•      Máscara de soldadura: material plástico que recubre todo menos los pads
•      Guard: es la zona libre entre el pad y la soldadura
•         Solder: pasta que se aplica sobre la superficie, puede ser máscara de soldadura, serigrafía, etc…
•      Separación entre pistas: las PCBs tienen categorías:  la mejor es la 6 y la peor la 1, en función de la separación entre las pistas, la categoría 6 tiene 0.1mm.
•      Diafonía: efecto de acoplamiento entre dos señales, puede ser capacitivo o inductivo
•      Reflexión: se produce en los ángulos muy cerrados entre pistas, haciendo que la señal rebote, se pierda y llegue deformada.

En cuanto a la colocación de los componentes, una vez que hemos emplazado uno, hay que intentar que el resto tengan la misma colocación: ángulo, posición, dirección del marcaje, etc…

Además dentro de un entorno CAD, es recomendable utilizar el mismo grid siempre, para asegurarnos de que quedan “alineados”.

En algunos casos se introducen ciertos puntos de test en el circuito, de forma que se pueda comprobar el correcto funcionamiento de la placa. Cuando la producción es importante, se utilizan camas de pinchos o bloques con conectores que coinciden con los puntos de test de la placa y la comprueban.

En el instituto contamos con una CNC de la marca LPKF, que viene a ser una fresadora de precisión de décimas de milímetro. La broca más pequeña que utilizaremos será de 0.85mm.

Esta tecnología se basa en el control numérico computarizado, que es el uso de una computadora para controlar y monitorizar los movimientos de una máquina herramienta. Entre esas máquinas herramienta, tanto estáticas como portátiles, podemos mencionar: fresadora, torno, rectificadora, máquina de corte por láser, por chorro de agua o por electroerosión, estampadora, prensa, brazo robotizado, etc. El controlador CNC trabaja en conjunto con una serie de motores (servomotores y/o motores paso a paso), así como componentes de accionamiento para desplazar los ejes de la máquina de manera controlada y ejecutar los movimientos programados.

Básicamente, el controlador de las máquinas CNC recibe instrucciones de la computadora (en forma de códigos G y códigos M) y mediante su propio software convierte esas instrucciones en señales eléctricas destinadas a activar los motores.

Para nuestros diseños aplicaremos una serie de sencillas reglas:

•      Las líneas de Vcc y GND serán de al menos 1mm (40th)
•      El grosor mínimo de una línea será de 10th
•      Entre pistas deberá haber al menos una separación de 10th
•      El tamaño del pad siempre será mayor que el de la remachadora, para evitar partir las pistas al remachar.