Table of contents
PCB ve del terme anglès Printed Circuit Board, és una targeta o placa de circuit imprès, que suporta i connecta els components electrònics, amb camins o pistes de coure, perquè un circuit o producte funcioni com es desitja.
Perquè ho entenguis més fàcil, mentre llegeixes aquest article, estàs envoltat de PCB; en tens diverses al teu ordinador, monitor, ratolí i també al mòbil. Tot element electrònic està construït mitjançant una PCB, o almenys el seu interior.
Què és una PCB?
Una PCB bàsicament és un suport físic de material aïllant, on s’instal·len components electrònics i elèctrics i s’interconnecten entre ells. Aquests components poden ser xips, condensadors, díodes, resistències, connectors, etc. En aquest enllaç pots trobar més informació sobre els components. Si fas una ullada a un ordinador per dins, veuràs que hi ha múltiples plaques planes amb un munt de components muntats a sobre; es tracta d’una placa base i està composta per una PCB i els seus components.
Com funciona una PCB?
Per connectar cada element en una PCB utilitzem una sèrie de pistes conductores de coure extremadament fines que generen un carril conductor, fent la funció d’un cable. En els circuits més senzills, només tenim pistes conductores en una cara o les dues visibles de la PCB, però en d’altres més complets tenim pistes elèctriques i fins i tot components apilats en múltiples capes d’aquestes.
El suport principal per a aquestes pistes i components és una combinació de fibra de vidre reforçada amb materials ceràmics, resines, plàstic i altres elements no conductors. Tot i això, actualment s’utilitzen components com el cel·luloide i pistes de pintura conductora per fabricar PCB flexibles. És un sector en constants canvis i modificacions que milloren el rendiment dels circuits impresos.
La primera placa de circuit integrat es va construir el 1936 a mà per l’enginyer Paul Eisler per ser utilitzada en una ràdio. A partir d’aquí els processos es van automatitzar per a la seva fabricació a gran escala, primer en ràdios i després en tot tipus de components.
Procés de creació de la PCB
Ja sabem de què estan formades les plaques de circuits integrats, però seria molt interessant saber com es fabriquen. És més, nosaltres mateixos podrem crear un circuit integrat bàsic comprant una d’aquestes plaques, però òbviament el procés serà força diferent del que s’utilitza a la realitat.
Disseny de la PCB mitjançant programari
Tot comença amb el disseny de la PCB, traçant les pistes elèctriques necessàries per connectar els components, així com enumerar quantes capes seran necessàries per generar totes les connexions que es requereixen pels components.
Aquest procés es fa mitjançant programari d’ordinador CAM, com per exemple TinyCAD o DesignSpark PCB, molt usat en les carreres d’enginyeria electrònica. No només es dissenyen les pistes elèctriques, sinó que també es creen les diferents etiquetes per enumerar els components instal·lats i identificar cada connector.
Es documentaran tots els passos necessaris del procés d’elaboració perquè el fabricant sàpiga exactament què ha de fer quan se li enviï el projecte.
Necessites ajuda amb el disseny de PCB?
Serigrafiat i traçat fotogràfic
Un cop dissenyada, ara enviem directament el projecte al fabricant i serà on comenci la creació física d’una PCB. El procés següent es diu traçat fotogràfic, pel qual una màquina similar a una impressora (fotoplotter) traça mitjançant làser un gràfic amb les màscares de connexions dels elements electrònics.
Per això s’utilitza una làmina fina de metall conductor d’unes 7 mil·lèsimes de polzada. Aquestes màscares serviran després per determinar on s’enganxen els components electrònics. En els processos més avançats, aquest procés es fa directament a la PCB amb una impressora que grava amb aquest metall les màscares de connexió.
Impressió de capes internes de la PCB
El següent que es fa és la impressió a la PCB de les diferents pistes elèctriques internes, amb un compost especial. Es tracta de “pintar” un negatiu de les pistes elèctriques sobre la làmina per crear un patró conductor amb un material fotosensible o de pel·lícula seca. Doncs bé, aquesta pel·lícula que s’ha creat s’exposa a un làser o llum ultraviolada per retirar el material sobrant i així es crearà un negatiu del circuit final.
Aquest procés es realitza si la PCB disposa de capes internes amb pistes conductores. A més, aquest procés després es repetirà a les capes exteriors de la PCB per crear les pistes de coure finals i d’acord amb el disseny del circuit.
Inspecció i verificació
Un cop realitzades les diferents capes de pistes conductores, una màquina s’encarregarà d’inspeccionar que totes són correctes i funcionen bé. Això es fa de manera automatitzada comparant el disseny original amb la impressió física, per buscar curtcircuits o pistes trencades.
Pel·lícula d’òxid i laminació
A cada una de les làmines impreses amb les pistes conductores se li realitza un tractament d’òxid per millorar les capacitats i durabilitat de les pistes de coure de cada capa.
Gràcies al procés, s’evitarà la delaminació de les diferents capes i pistes conductores en PCB especialment sensibles o amb gran quantitat de components com les dels ordinadors.
El següent que s’ha de fer és construir la PCB definitiva, per això s’aniran unint cada una de les capes de circuit mitjançant làmines de fibra de vidre amb resina epoxi, Pértinax o qualsevol altre mètode que s’utilitzi. Tot plegat anirà perfectament enganxat mitjançant una premsa hidràulica i així s’obtindrà la placa de circuit integrat.
Foratació d’orificis
En la majoria de casos, necessitarem fer una sèrie de forats a les PCB mitjançant perforació per poder unir les diferents capes i pistes de coure. També necessitarem perforacions completes per poder subjectar elements electrònics o diferents connectors o ranures d’expansió.
El procés de perforació ha de ser d’una enorme precisió, per conservar la integritat de la PCB, per això s’utilitzen capçals de carbur de tungstè, el material més dur que existeix.
Metal·litzat dels forats
Perquè aquests forats puguin establir comunicació amb les diferents pistes internes, serà necessari un procés de xapat amb una fina pel·lícula de coure per proporcionar la conductivitat necessària. Aquests xapats seran d’entre 40 i 60 mil·lèsimes de polzada.
La PCB ja està preparada per traçar les pistes de coure sobre les cares exteriors d’aquesta.
Pel·lícula exterior de pistes i galvanoplàstia
Ara passem a crear les pistes conductores de l’exterior, i per això seguirem el mateix procediment que per crear les pistes internes. Primer creem la pel·lícula seca en forma de negatiu del circuit final. Després, mitjançant un làser, es creen els espais on el coure es va a depositar per crear les pistes conductores.
I a continuació la PCB es sotmetrà a un procés de galvanoplàstia, que consisteix a enganxar el coure a les zones lliures de làmina seca i així formar les pistes elèctriques de la PCB. La PCB es col·loca en un bany de coure i aquest s’adhereix mitjançant electròlisi als patrons conductors per crear pistes d’un gruix de tan sols 0,001 polzades.
Després se li afegirà una altra capa d’estany a sobre de la de coure per protegir aquest atac químic quan s’arribi al procés SES o “strip-etch-strip”
Strip etch strip
Aquest és el penúltim pas, s’eliminarà el coure sobrants de la PCB, el sobrants seran els que no hem banyat d’estany. D’aquesta manera només quedarà el coure protegit amb estany.
Posteriorment hem de retirar també l’estany mitjançant un tractament químic per deixar finalment només les pistes de coure que seran les que connectaran els components i transportaran l’electricitat.
Ara un altre procés d’AOI verificarà que tot està correcte per finalment gravar la màscara i la llegenda.
Màscara de soldadura i llegenda
Finalment, a la placa de circuit electrònic se li aplicarà una màscara de soldadura perquè posteriorment sigui possible soldar els components a les pistes correctament i justament al lloc on han d’anar.
Després també s’imprimeix la llegenda composta per la informació que el dissenyador hagi volgut proporcionar a la PCB, com el nom de connectors, codi d’elements, etc. A més, també s’efectuarà el disseny final de la PCB amb els colors que el fabricant vulgui donar-li, tal com veiem a les plaques base gaming, etc.
Soldadura de components i proves finals
La PCB està llesta i només quedarà afegir els components mitjançant braços robots d’alta precisió i les corresponents ranures. D’aquesta manera la placa està llesta per ser provada elèctricament i comprovar que funciona correctament.