Circuito impreso

Circuito impreso
Electronic printed circuit board

Circuito impreso

Un circuito impreso o placa de circuito impreso (en inglés, Printed Circuit Board, PCB), es una superficie constituida por caminos, pistas o buses de material conductor laminadas (generalmente de cobre) que se colocan sobre una base no conductora de fibra de vidrio, baquelita, cerámica, plástico o teflón. El espesor de esta base no conductora puede ser de 2 mm.

La misión del circuito impreso es facilitar las rutas que permiten conectar procesos eléctricamente a través de las pistas conductoras. Todos los aparatos a nuestro alrededor usan circuitos impresos: electrodomésticos, aparatos de electrónica, centralitas de automóviles, etc.

 

Historia del circuito impreso

  • Según Wikipedia, se atribuye la invención del circuito impreso al ingeniero austríaco Paul Eisler (1907-1995). Estando en Inglaterra fabricó un circuito impreso como parte de un transistor de radio en 1936.
  • En 1943 en Estados Unidos comenzaron a usar esta tecnología a gran escala para fabricar radios robustas para uso militar durante la Segunda Guerra Mundial. Finalizada esta el país liberó la invención para su uso comercial.
  • En los años 1950 los circuitos impresos se volvieron populares gracias al boom de electrodomésticos y aparatos de electrónica de consumo.

Fabricación de prototipos

Los ingenieros encargados de diseñar circuitos impresos utilizan programas de automatización de diseño electrónico llamados EDA (Electronic Design Automation). Estos programas distribuyen e interconectan los componentes del circuito. Al almacenar toda la información histórica relacionada con el diseño del circuito, se facilita su edición y se pueden automatizar tareas repetitivas.

La primera tarea para fabricar un prototipo PCB es diseñar el esquema eléctrico del circuito. El esquema es una representación gráfica mediante de símbolos normalizados (ver más abajo) unidos por unas líneas que representan las conexiones (conductores). Junto a cada componente se dibujarán mediante símbolos las pistas y puntos de soldadura que llevará la placa. Se respetará una distancia mínima entre pistas y entre estas y los bordes de la placa. Todos los componentes deben ir en paralelos a los bordes de la placa.

Luego hay que convertir el esquema eléctrico en una lista de nodos (net list) que incluye los pines y nodos del circuito, a los que se conectan los pines de los componentes.

Después se determina la posición de cada componente mediante una rejilla de filas y columnas, donde los dispositivos deberían ir. El EDA asigna el pin 1 de cada dispositivo en la lista de componentes, a una posición en la rejilla. El programa combina la lista de nodos (ordenada por el nombre de los pines) con la lista de pines (ordenada por el nombre de cada uno de los pines), transfiriendo las coordenadas físicas de la lista de pines a la lista de nodos. La lista de nodos es luego reordenada, por el nombre del nodo.

Algunos sistemas pueden optimizar el diseño del circuito al intercambiar la posición de las partes y puertas lógicas para reducir el largo de las pistas de cobre. Algunos sistemas también detectan automáticamente los pines de alimentación de los dispositivos, y generan pistas o vías al plano de alimentación o conductor más cercano.

Después del ruteo automático, usualmente hay una lista de nodos que deben ser ruteados manualmente. Una vez ruteado, el sistema puede tener un conjunto de estrategias para reducir el coste de producción del circuito impreso (suprimir vías innecesarias ahorrando perforaciones, redondear bordes de las pistas, ensanchar o mover las pistas para mantener el espacio entre estas dentro de un margen seguro, etc.).

Ventajas del Electronic Design Automation

Los programas EDA pueden comprobar las reglas de diseño para:

  • validar la conectividad eléctrica y la separación entre las distintas partes;
  • validar la compatibilidad electromagnética;
  • validar el ensamblaje y probar las tarjetas, el flujo de calor, etc.

A la hora de fabricar prototipos de circuitos impresos, es necesario primero un diseño detallado de todo el circuito impreso, ya que, una vez fabricada, su capacidad de modificación (y el esfuerzo que implica la soldadura de los componentes) hace que las PCB no sean una alternativa óptima.

Cuando en un mismo proyecto participa un equipo de ingenieros y otros profesionales, lo deseable es trabajar en común con un único software como Altium Designer Viewer
que permite, entre otras cosas:

  • Hacer un diseño eficaz de la placa a diseñar

Gracias a estas soluciones se ofrece a todos los participantes en el proyecto un acceso seguro a la documentación de diseño. Esto permite a todos los especialistas acceder al proyecto, pero no modificarlo (el acceso es de “solo lectura”) y poder comentar partes concretas o errores en el mismo.

Cualquier persona de su equipo que use el “Viewer” puede acceder a las versiones de solo lectura de todos los archivos de diseño creados, incluidos los esquemas, circuitos impresos y archivos de fabricación.

  • Documentar el diseño de la placa (documentación, impresión y transporte)

Esta funcionalidad permite hacer pruebas cruzadas entre documentos esquemáticos y documentos PCB alto nivel o en detalle (ver propiedades específicas del objeto).

  • Buscar en la base de datos de proveedores en tiempo real

Todos los miembros del equipo tienen acceso a los datos del proveedor en tiempo real, con la capacidad de buscar en bases de datos de proveedores específicos para obtener información instantánea sobre precios y disponibilidad.

  • Generación de documentación de salida

El equipo que fabricará la placa PCB podrá tener acceso a la documentación de salida detallada con el Viewer. Esto facilitará la correcta ejecución del trabajo sin errores ni dilación.

Estándares mundiales de circuitos impresos

Para asegurarse diseños de circuitos válidos y aceptados por cualquier fabricante del mismo, el IPC (Institute for Printed Circuits), ha consolidado un conjunto de estándares que regulan el diseño, ensamblado y control de calidad de los circuitos impresos. El estándar de la familia IPC-2220 es el de mayor reconocimiento en la industria.

Otras organizaciones que se dedican a elaborar y consensuar estándares PCB son:

  • El Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI).
  • American National Standards Institute,.
  • Comisión Electrotécnica Internacional (IEC, International Engineering Consortium).
  • Alianza de Industrias Electrónicas (EIA, Electronic Industries Alliance).
  • Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC).

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