¿Cuáles son las funciones de una placa de circuito?

Una placa de circuito impreso, o PCB, se encuentra en casi todos los tipos de dispositivos electrónicos. Estas placas de plástico y sus componentes integrados proporcionan la tecnología básica para todo, desde computadoras y teléfonos móviles hasta relojes inteligentes. Las conexiones del circuito en una PCB permiten que la corriente eléctrica se enrute de manera eficiente entre los componentes miniaturizados en la placa, reemplazando los dispositivos más grandes y el cableado voluminoso.

Dependiendo de la aplicación para la que esté diseñada, una placa de circuito impreso puede realizar una variedad de tareas relacionadas con la informática, las comunicaciones y la transferencia de datos. Aparte de las tareas que realiza, quizás la función más importante de una placa de circuito es proporcionar una forma de integrar la electrónica de un dispositivo en un espacio compacto. Una PCB permite que los componentes se conecten correctamente a una fuente de alimentación mientras están aislados de forma segura. Además, las placas de circuito son menos costosas que otras opciones porque pueden diseñarse con herramientas de diseño digital y fabricarse en grandes volúmenes utilizando la automatización de fábrica.

Una placa de circuito moderna suele estar hecha de capas de diferentes materiales. Las diversas capas se fusionan mediante un proceso de laminación. El material base de muchas placas es fibra de vidrio, que proporciona un núcleo rígido. A continuación, viene una capa de lámina de cobre en uno o ambos lados del tablero. Luego, se utiliza un proceso químico para definir las trazas de cobre que se convierten en caminos conductores. Estos rastros toman el lugar de la envoltura de cables desordenada que se encuentra en el método de construcción punto a punto utilizado para ensamblajes electrónicos anteriores.

A capa de máscara de soldadura se agrega a la placa de circuito para proteger y aislar la capa de cobre. Esta capa de plástico cubre ambos lados del tablero y frecuentemente es verde. Es seguido por un capa de serigrafía con letras, números y otros identificadores que ayudan en el montaje de la placa. Los componentes de una placa de circuito se pueden unir a la placa de varias formas, incluida la soldadura. Algunos métodos de fijación utilizan pequeños orificios conocidos como vías que se perforan a través de la placa de circuito. Su propósito es permitir que la electricidad fluya de un lado al otro del tablero.

A circuito es un bucle de material conductor por el que puede viajar la electricidad. Cuando el circuito está cerrado, la electricidad puede fluir ininterrumpidamente desde una fuente de energía, como una batería, a través del material conductor y luego de regreso a la fuente de energía. El diseño del circuito se basa en el hecho de que la electricidad busca fluir desde un voltaje de potencia más alto, que es una medida del potencial eléctrico, a un voltaje más bajo.

Cada circuito se compone de al menos cuatro elementos básicos. El primer elemento es un fuente de energía para alimentación de CA o CC. El segundo elemento es un material conductor, como un cable, por el que la energía puede moverse. Esta ruta conductora se conoce como pista o rastro. El tercer elemento es el carga, que consta de al menos un componente que consume parte del poder para realizar una tarea u operación. El cuarto y último elemento es al menos uno controlador o cambiar para controlar el flujo de poder.

Cuando inserta una carga en la ruta cerrada de un circuito, la carga puede usar el flujo de corriente eléctrica para realizar una acción que requiere energía. Por ejemplo, se puede hacer que un componente de diodo emisor de luz (LED) se encienda cuando la energía fluye a través del circuito donde se inserta. La carga necesita consumir energía ya que una sobrecarga de energía podría dañar los componentes conectados.

Los componentes más importantes de una placa de circuito incluyen:

• Batería: Proporciona energía para un circuito, generalmente a través de un dispositivo de doble terminal que proporciona una diferencia de voltaje entre dos puntos del circuito.
• Condensador: Un componente similar a una batería que puede contener o liberar rápidamente una carga eléctrica
• Diodo: Controla la electricidad en una placa de circuito forzándola a fluir en una dirección
• Inductor: Almacena energía de una corriente eléctrica como energía magnética.
• IC (integradoCircuito): Un chip que puede contener muchos circuitos y componentes en forma miniaturizada y que normalmente realiza una función específica.
• LED (LigeroEmitiendoDiodo): Una pequeña luz que se utiliza en una placa de circuito para proporcionar retroalimentación visual
• Resistor: Regula el flujo de corriente eléctrica proporcionando resistencia
• Cambiar: Bloquea la corriente o permite que fluya, dependiendo de si está cerrada o abierta
• Transistor: Un tipo de interruptor controlado por señales eléctricas.

Cada uno de los componentes de una placa de circuito realiza una tarea específica o un conjunto de tareas que están determinadas por la función general de la PCB. Algunos de los componentes, como los transistores y los condensadores, funcionan directamente con corrientes eléctricas. Sirven como bloques de construcción dentro de componentes más complejos conocidos como circuitos integrados.

El término PCBA (un acrónimo de conjunto de placa de circuito impreso) se utiliza para describir una placa de circuito que está completamente poblada con componentes conectados a la placa y conectados a las pistas de cobre. También se conoce como ensamblaje enchufable. Una placa que tiene trazas de cobre pero no tiene componentes instalados a menudo se denomina tabla rasa o un placa de circuito impreso.

El diseño de las placas de circuito modernas permite que se produzcan en masa a un costo menor que las placas envueltas en alambre más antiguas. Una vez que se ha diseñado la fase de diseño de una placa con la ayuda de un software informático especializado, la fabricación y el montaje son, en la mayoría de los casos, automatizados. Se considera que un PCBA está terminado y listo para usar después de que se completan las pruebas de control de calidad.

Un circuito abierto es uno que no está cerrado debido a un cable roto o una conexión suelta. Un circuito abierto no funcionará porque no puede conducir electricidad. Aunque puede haber voltaje disponible en un circuito abierto, no hay forma de que fluya. En algunos casos, se desea un circuito abierto. Por ejemplo, el interruptor que se usa para encender y apagar una luz abre y cierra el circuito que conecta la luz a su fuente de energía.

Otro tipo de circuito defectuoso es el cortocircuito, que puede ocurrir cuando se mueve demasiada energía a través de un circuito y daña el material conductor o la fuente de alimentación. Un cortocircuito puede ser causado por dos puntos en un circuito que se conectan cuando no se supone que deben hacerlo, como el dos terminales de una fuente de alimentación que se conectan sin componente de carga entre ellos para drenar algunos de los Actual. Cortar una fuente de alimentación de esta manera puede ser peligroso e incluso puede provocar un incendio o una explosión.

Los tubos de vacío y los relés eléctricos realizaban las funciones básicas de las primeras computadoras. La introducción de circuitos integrados condujo a una reducción tanto del tamaño como del costo de los componentes electrónicos. Pronto se desarrollaron placas de circuito que contenían todo el cableado de un dispositivo que anteriormente ocupaba una habitación entera. Estos primeros tableros estaban hechos de una variedad de materiales, incluyendo masonita, baquelita y cartón, y los conectores consistían en alambres de latón enrollados alrededor de postes.

A partir de la década de 1940, las placas de circuito se volvieron más eficientes y más baratas de producir cuando el alambre de cobre reemplazó al latón. Las primeras placas con cableado de cobre se usaban en radios militares y, en la década de 1950, también se usaban para dispositivos de consumo. Pronto, las placas de un solo lado que contenían cableado en un solo lado evolucionaron a los PCB de doble cara y multicapa que actualmente se utilizan ampliamente.

Desde la década de 1970 hasta la de 1990, el diseño de PCB se volvió más complejo. Al mismo tiempo, tanto el tamaño físico como el costo de las tablas continuaron reduciéndose. A medida que los tableros se volvieron más densos con componentes adjuntos, se desarrollaron aplicaciones de diseño asistido por computadora (CAD) para ayudar en su creación. En la actualidad, hay una variedad de herramientas disponibles para el diseño de PCB digitales, desde opciones gratuitas y de bajo costo hasta paquetes completamente funcionales y de alto precio que ayudan con el diseño, la fabricación y las pruebas.

La electrónica moderna no podría existir sin el circuito integrado, que se introdujo a finales de la década de 1950. Un IC es una colección miniaturizada de circuitos y componentes como transistores, resistencias y diodos ensamblados en un chip de computadora para realizar una función específica. Un solo chip IC puede contener miles o incluso millones de componentes. Los tipos más comunes de circuitos integrados incluyen puertas lógicas, temporizadores, contadores y registros de desplazamiento.

Además de los circuitos integrados de bajo nivel, también hay circuitos integrados de microprocesadores y microcontroladores más complejos que tienen la capacidad de controlar una computadora u otro dispositivo. Otros circuitos integrados complejos incluyen sensores digitales como acelerómetros y giroscopios que se encuentran en teléfonos móviles y otros dispositivos electrónicos. Al igual que otras partes de los PCB, el tamaño de los circuitos integrados ha disminuido constantemente durante las últimas décadas.

Montaje de componentes en los primeros PCB de una cara utilizados tecnología de orificio pasante, donde un componente se adjuntó a un lado de la placa y se sujetó a través de un orificio a las pistas de cables conductores en el otro lado mediante soldadura. En el momento de su introducción, la tecnología de orificios pasantes era un avance sobre la construcción punto a punto, pero los orificios perforado en el PCB para el montaje dio lugar a varios problemas de diseño, especialmente después de la introducción de multicapa tableros. Dado que los agujeros debían atravesar todas las capas, se eliminó un gran porcentaje del espacio disponible en el tablero.

Tecnología de montaje superficial (SMT) resolvió muchos de los problemas causados ​​por los orificios pasantes. Se volvió ampliamente utilizado en la década de 1990, aunque se había introducido varias décadas antes. Los componentes se cambiaron para tener pequeñas almohadillas conectadas que podrían soldarse a una placa de circuito directamente en lugar de a través de un cable. SMT permitió a los fabricantes de PCB empaquetar densamente una gran cantidad de componentes en ambos lados de un PCB. Este tipo de montaje también es más fácil de fabricar con automatización.

El montaje SMT no eliminó la necesidad de agujeros en las placas de circuito. Algunos diseños de PCB todavía utilizan vías para permitir interconexiones entre componentes en diferentes capas. Sin embargo, estos orificios no son tan intrusivos como los orificios pasantes utilizados anteriormente para el montaje de componentes.

Los dispositivos electrónicos más complejos pueden incluir PCB multicapa. Estos tableros constan de al menos tres capas de un material conductor como el cobre alternadas con capas de aislamiento. Las configuraciones comunes para placas multicapa incluyen cuatro, seis, ocho o 10 capas. Todas las capas deben laminarse juntas para garantizar que no quede aire atrapado entre las capas. Este proceso generalmente se realiza a alta temperatura y presión.

Los beneficios de las placas de circuito impreso multicapa incluyen una mayor densidad de componentes y circuitos en un espacio más pequeño. Se utilizan para computadoras, servidores de archivos, tecnología GPS, dispositivos de atención médica y sistemas satelitales y aeroespaciales. Sin embargo, las placas multicapa también tienen algunas desventajas. Son más intrincados y más difíciles de diseñar y fabricar que los tableros de una o dos caras, lo que los hace más costosos. También pueden ser difíciles de reparar cuando algo sale mal dentro de las capas internas de la placa.