La guía definitiva para PCB

Circuitos impresos (PCB) constituyen el esqueleto central de los productos electrónicos, ya que no sólo transportan componentes, sino que también determinan el rendimiento y la fiabilidad del dispositivo. Este artículo profundiza en elementos clave como los principios de diseño de PCB, la selección de materiales y el control de calidad.

¿Qué es una placa de circuito impreso?

Las placas de circuito impreso crean conexiones eléctricas mediante trazas de lámina de cobre sobre un sustrato aislante, sustituyendo al complejo cableado y permitiendo la transmisión de señales y la distribución de energía entre componentes. Conocidas como la "madre de los productos electrónicos", las placas de circuito impreso han evolucionado desde las primeras estructuras de una sola capa hasta formas complejas como Interconexión de alta densidad (IDH) y Circuitos flexiblesy satisfacer demandas que van desde la electrónica de consumo hasta la industria aeroespacial.

Evolución de las métricas clave

Funciones básicas del PCB

1. Interconexión eléctrica - Permite la transmisión completa de la señal mediante un enrutamiento preciso; los circuitos de alta frecuencia requieren un control impedancia característica.
2. Asistencia mecánica - Proporciona una superficie de montaje estable para paquetes como BGA, QFN.
3. Gestión térmica - Disipa el calor a través de vías térmicas, sustratos de núcleo metálico (por ejemplo, placas de iluminación LED).
4. Compatibilidad electromagnética - Reduce la diafonía de señales mediante la planificación de apilamiento multicapa de capas de alimentación/tierra.

Un caso real: Las placas base de los smartphones utilizan IDH de cualquier capa de 0,3 mm de paso en una pila de 10 capas, integrando al mismo tiempo circuitos RF de antena.

Panorama completo de la clasificación de los PCB

Clasificación por número de capas

• Una cara - El más barato, adecuado para circuitos sencillos (por ejemplo, módulos de potencia)
• Doble cara - Coste-rendimiento óptimo, interconexiones a través de vías
• Multicapa - 4-30+ capas, admite la interconexión de circuitos integrados complejos (por ejemplo, placas base de servidores)

Clasificación por sustrato

Guía de selección de materiales para placas de circuito impreso

Comparación de sustratos comunes

Tejido de vidrio epoxi FR-4
├── Ventajas: Bajo coste(¥80-200/㎡), procesamiento maduro.
├── Limitaciones: Elevada pérdida de alta frecuencia, moderada resistencia al calor.
└── Aplicaciones: Electrónica de consumo, equipos de potencia

Serie Rogers de alta frecuencia
├── Ventajas: Constante dieléctrica estable, tangente de pérdidas baja.
├── Limitaciones: Coste elevado (5-8x FR-4)
└── Aplicaciones: Estaciones base 5G, sistemas de radar

Placa de circuito impreso con núcleo metálico (MCPCB)
├── Ventajas: Excelente disipación térmica (1-3W/m-K)
├── Limitaciones: Dificultad para la fabricación multicapa
└── Aplicaciones: LED de alta potencia, electrónica de automoción

Placas flexibles de poliimida
├── Ventajas: Soporta curvaturas >100k
├── Limitaciones: Alta absorción de humedad, requiere prehorneado
└── Aplicaciones: Teléfonos plegables, equipos dinámicos

Proceso de selección

1. Definir las necesidades eléctricas - Para alta frecuencia >1GHz, prefiera materiales de bajas pérdidas
2. Evaluar las condiciones medioambientales - Para entornos de alta temperatura, elija materiales de alta Tg (>170℃)
3. Requisitos mecánicos - Para entornos con vibraciones, considere el diseño rígido-flexible
4. Optimización de costes - Utilizar FR-4 como material principal para la electrónica de consumo, materiales mezclados localmente

Reglas de oro de Diseño de PCB

Principios de diseño

• Disposición por bloques - Partición por función (RF, Digital, Separación analógica)
• Prioridad a la gestión térmica - Coloque los dispositivos de alta potencia cerca del borde de la placa o de la vía de disipación del calor.
• Orientación del flujo de señales - Minimizar la longitud de la traza para señales de alta frecuencia

Especificaciones de enrutamiento

Ancho de traza frente a capacidad de corriente (1 onza de cobre)
┌────────────┬──────────────────┐
│ Corriente │ Anchura recomendada│
├────────────┼──────────────────┤
│ 1A │ 0,5mm │
│ 3A │ 1,5mm │
│ 5A │ 2,5mm │
└────────────┴──────────────────┘

• Adaptación de longitud de control estricto para pares diferenciales de alta velocidad (±5 milímetros)
• Evite los ángulos de 90°, utilice trazos de 45° o de arco

Control de calidad: Proceso completo desde la materia prima hasta el producto acabado

Defectos comunes y contramedidas

Proceso de inspección

Inspección de materias primas → Imágenes de la capa interna → Inspección AOI → Laminación.
→ Taladrado y metalizado → Capa exterior → Máscara de soldadura y serigrafía → Prueba eléctrica y embalaje

Las fábricas modernas de PCB combinan Inspección óptica automatizada (AOI) con Prueba de la sonda volante para garantizar un rendimiento del producto >98%.

Panorama de la cadena de la industria de PCB

Aguas arriba: Fibra de vidrio/Foil de cobre/Resina → Midstream: CCL/Prepreg → Fabricación de PCB → Downstream: Montaje electrónico

China se ha convertido en la mayor base mundial de producción de placas de circuito impreso, con 56% del valor de la producción mundial, y la proporción de productos de alto valor añadido, como HDI y placas flexibles, no deja de aumentar.