Tipos de PCB: Guía Completa de Placas de Circuito Impreso
Una PCB (Printed Circuit Board o placa de circuito impreso) es una superficie que conecta eléctricamente componentes electrónicos mediante pistas conductoras de cobre sobre una base aislante. Están presentes en prácticamente todos los dispositivos electrónicos: móviles, ordenadores, electrodomésticos, coches y equipos industriales.
Existen diferentes tipos de PCB porque cada aplicación tiene requisitos distintos de complejidad, espacio, flexibilidad y rendimiento. Una calculadora simple no necesita la misma placa que un smartphone o un satélite.
Clasificación principal de las PCB
- Por número de capas: Una cara, doble cara, multicapa
- Por rigidez: Rígidas, flexibles, rígido-flexibles
- Por frecuencia: Estándar, alta frecuencia
- Por material: FR4, CEM, poliimida, aluminio
Contenido
¿Qué es una PCB y por qué existen diferentes tipos?
La PCB de una cara es el tipo más simple y económico de placa de circuito impreso. Solo tiene una capa de cobre conductor en un lado del sustrato, donde se conectan eléctricamente todos los componentes.
Estructura de una PCB de una cara
- Sustrato: Base aislante (generalmente FR4 o fenólico)
- Capa de cobre: Solo en un lado, donde van las pistas
- Máscara de soldadura: Protección verde, azul o de otro color
- Serigrafía: Marcas de componentes y referencias
Ventajas y limitaciones
Son fáciles de diseñar y fabricar, lo que las hace muy económicas. Sin embargo, las pistas no pueden cruzarse, limitando la complejidad del circuito. Se usan en calculadoras, juguetes electrónicos, radios simples, fuentes de alimentación básicas y LEDs.
PCB de una cara (single-sided)
La PCB de doble cara tiene capas de cobre en ambos lados del sustrato, permitiendo colocar componentes y pistas en las dos caras. Esto duplica el espacio disponible para el circuito.
Conexión entre caras: vías (PTH)
Las dos caras se conectan mediante orificios pasantes chapados (PTH), también llamados vías. Son agujeros perforados cuyas paredes están recubiertas de cobre mediante electrólisis, creando un puente eléctrico entre ambos lados.
Aplicaciones típicas
- Electrónica de consumo: Amplificadores, sistemas de audio
- Automoción: Tableros de instrumentos, sensores
- Industrial: Sistemas HVAC, máquinas expendedoras
- Telecomunicaciones: Sistemas de telefonía, LED
Las PCB de doble cara ofrecen un buen equilibrio entre complejidad y coste, siendo las más utilizadas en aplicaciones de complejidad intermedia.
PCB de doble cara (double-sided)
La PCB multicapa tiene tres o más capas conductoras separadas por material aislante (preimpregnado). Las capas internas se laminan a alta temperatura y presión para formar una única placa compacta.
Estructura típica
Una PCB de 6 capas, por ejemplo, tiene dos capas externas (como una PCB de doble cara) y cuatro capas internas. El número de capas puede llegar a 20 o más en aplicaciones muy complejas.
Tipos de vías en PCB multicapa
- Vías pasantes (PTH): Atraviesan todas las capas de arriba a abajo
- Vías ciegas: Conectan una capa externa con capas internas adyacentes
- Vías enterradas: Solo conectan capas internas, no visibles desde fuera
Aplicaciones
Se usan en electrónica de alta complejidad: smartphones, ordenadores portátiles, servidores, equipos médicos, sistemas GPS, satélites y tecnología aeroespacial.
PCB multicapa (multilayer)
Las PCB rígidas están fabricadas con materiales sólidos que no se pueden doblar ni flexionar, como la fibra de vidrio reforzada con resina epoxi (FR4). Son el tipo más común de placa de circuito impreso.
Características principales
- Alta resistencia mecánica: Soportan el uso diario sin deformarse
- Estabilidad dimensional: Mantienen su forma bajo diferentes condiciones
- Bajo ruido electrónico: Buena absorción de vibraciones
- Coste moderado: Fabricación estandarizada y económica
Aplicaciones de PCB rígidas
Se utilizan en la mayoría de dispositivos electrónicos convencionales: ordenadores de sobremesa y portátiles, placas base, discos duros, equipos de telecomunicaciones, electrodomésticos, equipos industriales y aplicaciones militares donde la fiabilidad es crítica.
Una vez fabricadas, las PCB rígidas no se pueden modificar, por lo que el diseño debe ser definitivo antes de la producción.
PCB rígidas: características y usos
Las PCB flexibles están fabricadas con materiales que permiten doblar, torcer y plegar la placa sin dañar el circuito. El material más común es la poliimida, un plástico flexible y resistente.
Ventajas de las PCB flexibles
- Flexibilidad: Se adaptan a espacios reducidos y formas complejas
- Peso ligero: Mucho más ligeras que las rígidas
- Resistencia a vibraciones: Absorben mejor los movimientos
- Conexión entre partes móviles: Ideales para bisagras y articulaciones
Aplicaciones típicas
Se usan en dispositivos donde el espacio es limitado o hay movimiento: smartphones (conexión pantalla-placa), cámaras digitales, wearables, dispositivos médicos implantables, pantallas OLED, impresoras y discos duros.
Su coste de fabricación es más alto que las rígidas debido al material y proceso especializado.
PCB flexibles: ventajas y aplicaciones
Las PCB rígido-flexibles combinan secciones rígidas y flexibles en una única placa. Las partes rígidas alojan los componentes y las flexibles sirven como interconexiones que pueden doblarse.
Estructura y fabricación
Se fabrican laminando capas de PCB rígida con capas de PCB flexible. El proceso es más complejo, requiere más etapas de producción y tiene un coste más elevado que los otros tipos.
Ventajas principales
- Ahorro de espacio: Elimina conectores y cables entre placas
- Mayor fiabilidad: Menos puntos de conexión que pueden fallar
- Diseño tridimensional: Se adapta a formas complejas del producto
- Reducción de peso: Menos componentes de interconexión
Aplicaciones
Se utilizan donde el espacio y peso son críticos: dispositivos médicos (marcapasos, equipos de diagnóstico), electrónica aeroespacial, cámaras digitales compactas, smartphones plegables y equipos militares.
PCB rígido-flexibles: lo mejor de ambos mundos
Las PCB de alta frecuencia están diseñadas para trabajar con señales en el rango de 500 MHz a 2 GHz o más. Requieren materiales especiales con propiedades eléctricas muy específicas.
Requisitos del material
- Baja constante dieléctrica (Dk): Para mayor velocidad de transmisión
- Bajo factor de disipación (Df): Menos pérdida de señal
- Estabilidad térmica: Propiedades constantes con cambios de temperatura
- Baja absorción de humedad: Evita degradación de la señal
Materiales comunes
Se usan materiales como PTFE (Teflón), Rogers, Arlon y otros laminados especiales. Son significativamente más caros que el FR4 estándar.
Aplicaciones
Se utilizan en comunicaciones de radiofrecuencia: antenas, sistemas de radar, telecomunicaciones móviles 5G, sistemas satelitales, equipos de navegación GPS y sistemas anticolisión de vehículos.
PCB de alta frecuencia: para señales rápidas
El material del sustrato determina las propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas de la PCB. Cada tipo tiene características específicas para diferentes aplicaciones.
FR4: el estándar de la industria
El FR4 (Flame Retardant 4) es el material más común. Es un laminado de fibra de vidrio con resina epoxi, retardante de llama. Ofrece buena resistencia mecánica, propiedades eléctricas aceptables y coste moderado.
Otros materiales comunes
- FR1 y FR2: Basados en papel y fenol, más económicos, solo para PCB de una cara
- CEM-1 y CEM-3: Compuestos de vidrio y epoxi, alternativas al FR4
- Poliimida: Para PCB flexibles, soporta -200°C a 300°C
- Aluminio: Base metálica para mejor disipación de calor (LEDs de potencia)
- Rogers/PTFE: Para alta frecuencia, baja pérdida de señal
Materiales de fabricación de PCB
Elegir el tipo de PCB correcto depende de varios factores que debes evaluar según los requisitos de tu proyecto.
Factores a considerar
- Complejidad del circuito: Más componentes y conexiones = más capas necesarias
- Espacio disponible: Espacios reducidos pueden requerir PCB flexibles o multicapa
- Requisitos mecánicos: ¿Necesita doblarse? ¿Soportará vibraciones?
- Frecuencia de operación: Señales de alta frecuencia requieren materiales especiales
- Disipación térmica: Componentes de potencia pueden necesitar base de aluminio
- Presupuesto: Las PCB simples son más económicas
- Volumen de producción: Afecta al coste unitario
Recomendación general
Para prototipos y circuitos simples, empieza con PCB de una o dos caras en FR4. A medida que aumenta la complejidad, considera multicapa. Solo usa flexibles o rígido-flexibles cuando el diseño realmente lo requiera.
¿Cómo elegir el tipo de PCB adecuado?
El proceso de fabricación de PCB varía según el tipo, pero sigue pasos generales comunes.
Etapas principales
- Diseño: Creación del esquema y layout con software CAD (Altium, KiCad, Eagle)
- Generación de archivos: Exportación en formato Gerber para fabricación
- Preparación del sustrato: Corte y limpieza del material base
- Transferencia del patrón: Fotolitografía o impresión directa
- Grabado químico: Eliminación del cobre no deseado
- Perforación: Creación de agujeros para vías y componentes
- Metalización: Recubrimiento de vías con cobre
- Máscara de soldadura: Aplicación de la capa protectora
- Serigrafía: Impresión de referencias y marcas
- Acabado superficial: HASL, ENIG, OSP según requisitos
- Pruebas: Verificación eléctrica y visual
Proceso de fabricación de PCB
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Preguntas frecuentes sobre tipos de PCB
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