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Circuito impreso materiales: Guía esencial para elegir los adecuados

May 29, 2023 Uncategorized
Circuito impreso materiales:

Los circuitos impresos, también conocidos como PCB (Printed Circuit Board), son un componente clave en el mundo de la electrónica. Grandes y pequeños dispositivos electrónicos cuentan con estos circuitos para establecer conexiones entre sus componentes y permitir el paso de corriente eléctrica. A lo largo de los años, tanto su diseño como sus materiales han evolucionado para mejorar su eficiencia, rendimiento y capacidad de miniaturización, lo que ha permitido un avance significativo en la innovación tecnológica.

Existen diversos materiales utilizados en la fabricación de los circuitos impresos, siendo el principal y más común de ellos el material dieléctrico, que ofrece aislamiento eléctrico y resistencia térmica. El más popular es el FR-4, compuesto por fibra de vidrio y resina epoxi, que brinda una solución económica y con buenas propiedades mecánicas y eléctricas. Otros materiales más especializados, como el PTFE (politetrafluoretileno) y el LCP (copolímero líquido de cristal), se emplean en aplicaciones con mayores exigencias de rendimiento térmico o eléctrico.

Además de los materiales dieléctricos, los circuitos impresos cuentan con láminas conductoras, comúnmente de cobre, responsables de establecer las conexiones entre los diferentes componentes electrónicos. El espesor del cobre y el tipo de recubrimiento utilizado varían según las necesidades técnicas de cada proyecto. Para la protección contra la corrosión y el mejoramiento de la soldabilidad se utiliza una capa de níquel y una delgada lámina de oro sobre el conductor. Cabe destacar que los requisitos medioambientales y la miniaturización han impulsado la búsqueda de nuevas alternativas y mejoras en estos materiales.

El Circuito Impreso

Definición

Un circuito impreso (en inglés, PCB o Printed Circuit Board) es una placa base que permite la conexión y soporte mecánico de los componentes electrónicos en un dispositivo. Está compuesto por varias capas de material dieléctrico, como el plástico reforzado con fibra de vidrio, y capas conductoras, normalmente de cobre. Estas capas se unen mediante adhesivos y se mecanizan para crear pistas conductoras y áreas de interconexión eléctrica.

Los circuitos impresos pueden ser de:

  • Una cara: Con pistas conductoras en un solo lado de la placa.
  • Doble cara: Con pistas en ambos lados de la placa, conectadas mediante vías.
  • Multicapa: Con múltiples capas conductoras internas y externas.

Aplicaciones

Los circuitos impresos se utilizan en diversos dispositivos y equipos, como:

  1. Computadoras: Tanto en ordenadores personales como en servidores, los circuitos impresos ofrecen la base para la conexión de componentes como procesadores, memorias y tarjetas de expansión.
  2. Dispositivos móviles: En teléfonos móviles y tabletas, los circuitos impresos son la columna vertebral de estos dispositivos, albergando componentes básicos como la CPU, la memoria, los sensores y las cámaras.
  3. Equipos industriales: Se utilizan en sistemas de control, automatización y medición para conectar sensores, actuadores y controladores.
  4. Electrodomésticos: Los electrodomésticos modernos, como lavadoras y frigoríficos, cuentan con circuitos impresos que permiten el control y supervisión de sus funciones.

Los circuitos impresos son una parte esencial de la industria electrónica y sus aplicaciones son prácticamente ilimitadas. Estos dispositivos permiten reducir el tamaño y aumentar la complejidad de los equipos, simplificando a su vez su fabricación y reparación.

Materiales en Circuito Impreso

En esta sección, se presentan los materiales más comunes y cruciales utilizados en los circuitos impresos.

Substratos

Los substratos proporcionan una base de soporte mecánico y aislante eléctrico para los circuitos impresos. Los materiales más comunes para los substratos incluyen:

  • FR4: Este es el material más utilizado en la industria para fabricar circuitos impresos. Fibra de vidrio (FG) y resina epoxi (E) son sus principales componentes.
  • FR2: es una variante más económica que FR4. Está compuesto de papel fenólico y un recubrimiento de cobre.
  • Aluminio: utilizado principalmente en circuitos impresos de alta potencia y disipación térmica.

Conductores

Los conductores son utilizados en los circuitos para conectar componentes eléctricos. Los materiales más comunes para conductores en circuitos impresos son:

  • Cobre: Es el material conductor más utilizado en PCB debido a sus excelentes propiedades de conductividad eléctrica y térmica. El cobre se lamina sobre los substratos para crear las trayectorias conductoras.
  • Níquel: Utilizado ocasionalmente como material conductor en circuitos impresos, principalmente en aplicaciones específicas donde se requiere mayor resistencia a la corrosión.

Tintas de Marcado

Las tintas de marcado son esenciales para identificar y etiquetar los componentes, conexiones y datos del fabricante en un circuito impreso. Las tintas más comunes utilizadas incluyen:

  • Tintas de curado térmico: Estas tintas se secan y endurecen cuando se aplican a temperaturas elevadas.
  • Tintas de curado UV: Se endurecen al exponerlas a la radiación ultravioleta.

Estos materiales conforman la estructura básica y principal de un circuito impreso. Asegurarse de utilizar materiales adecuados y de alta calidad es esencial para garantizar la eficiencia y la vida útil de los circuitos impresos.

pcb de aluminio

Proceso de Fabricación

Diseño y Esquema

Para comenzar con la fabricación de un circuito impreso, es fundamental elaborar un diseño y esquema electrónico adecuados. Esto se realiza mediante programas de diseño asistido por ordenador (CAD), que permiten generar archivos de diseño con información precisa sobre conexiones, componentes y trazas en la placa de circuito.

Proceso de Laminado

El siguiente paso en la fabricación de circuitos impresos es el proceso de laminado. Aquí se utiliza un material base, comúnmente FR4, que consiste en un compuesto de fibra de vidrio y resina epoxi. Una fina capa de cobre es laminada en ambas caras de la base. Esta capa de cobre servirá para crear las pistas conductoras y las áreas de conexión entre los componentes del circuito.

Fotolitografía

La fotolitografía es el proceso mediante el cual se crea el patrón de las trazas y las áreas de conexión en la placa de circuito impreso. Las áreas de cobre que no serán parte del circuito se recubren con una capa de material fotosensible. A continuación, se expone la placa a luz ultravioleta utilizando una máscara con el diseño del circuito. Las áreas expuestas a la luz se endurecen y protegen el cobre subyacente, mientras que las regiones no expuestas quedan débiles y susceptibles a ser lavadas con solventes químicos. Una vez terminado el lavado, se revela el diseño del circuito en la placa.

Perforación y Enrutamiento

Para facilitar la conexión entre diferentes capas del circuito impreso y el montaje de los componentes electrónicos, es necesario realizar perforaciones. Estas perforaciones se realizan con máquinas CNC, que garantizan una alta precisión en la posición y tamaño de los orificios. Además, se enruta la placa para separarla de la lámina de cobre restante y darle la forma necesaria para su uso en aplicaciones específicas.

Aspectos Medioambientales

Los circuitos impresos son fundamentales en la industria electrónica, pero su fabricación y posterior desecho también tienen impacto en el medio ambiente. Por esta razón, es fundamental analizar y tomar en cuenta ciertos aspectos medioambientales relacionados con los materiales de estos componentes.

Sustancias Restringidas

La legislación de muchos países ha limitado y/o prohibido el uso de ciertas sustancias químicas en el proceso de fabricación de circuitos impresos, debido a sus efectos negativos en el medio ambiente y la salud. Algunas de estas sustancias son:

  • Plomo (Pb): se encuentra en las soldaduras, pero ha sido reemplazado en gran parte por aleaciones libres de plomo.
  • Cadmio (Cd): Es altamente tóxico y se encuentra en ciertas resinas de laminados.
  • Mercurio (Hg): Se encuentra en algunos interruptores y sensores de temperatura.

La Directiva RoHS (Restriction of Hazardous Substances) establece las restricciones para el uso de estas sustancias en productos electrónicos, siendo de gran importancia en la fabricación de circuitos impresos.

Reciclaje de Circuito Impreso

El reciclaje de circuitos impresos es esencial para reducir el impacto ambiental que generan los desechos electrónicos. Algunos métodos para el reciclaje de circuitos impresos son:

  1. Separación mecánica: se utiliza para separar los componentes del circuito impreso.
  2. Desoldadura y extracción de componentes: este método se utiliza para retirar los componentes electrónicos montados en la placa.
  3. Recuperación de metales preciosos: mediante procesos químicos y/o físicos, se pueden recuperar metales como oro, plata y cobre.

Durante el reciclaje, es importante tomar en cuenta la correcta gestión de sustancias tóxicas y evitar su liberación al medio ambiente.

En conclusión, para minimizar el impacto medioambiental de los circuitos impresos, la industria deberá seguir empleando materiales más amigables con el entorno y promoviendo prácticas de reciclaje adecuadas.

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