Fundamentos del Diseño de Placas de Circuito Impreso

Este documento aborda el diseño de placas de circuito impreso (PCB) y sus características fundamentales.

Características Funcionales Clave

• Dimensiones de las pistas: Dependiendo de la corriente que circulará por la pista, se determina su ancho.
• Distancia entre pistas: Se establece una separación mínima entre zonas conductoras basada en la diferencia de potencial.
• Formas de las pistas: Se definen reglas para el trazado de pistas, como evitar ángulos de 90º y mantener las pistas cortas.
• Distribución de componentes: Se sugiere una distribución uniforme y sencilla, con ciertas distancias entre componentes y puntos de soldadura.

Estructura de la Placa de Circuito Impreso

Caras de la PCB

Las placas de circuito impreso tienen dos caras principales:

• La cara de componentes, donde se colocan los elementos electrónicos.
• La cara de pistas, donde se encuentran las conexiones conductoras de cobre.

Número de Capas

El número de capas de una placa varía según la complejidad del circuito:

• Para circuitos sencillos, se usan placas de una sola cara.
• Para circuitos más complejos, se recomienda utilizar placas de doble cara.
• En la industria, es común encontrar placas multicapa, donde las pistas se distribuyen en distintos niveles internos.

Composición de la Placa Virgen

Una PCB virgen consta de:

• Un material aislante, generalmente baquelita o fibra de vidrio.
• Una capa de cobre en una o ambas caras.

Las pistas se crean eliminando el exceso de cobre mediante métodos químicos o mecánicos.

Proceso de Diseño y Fabricación Casera (Ejemplo)

A continuación, se describen los pasos típicos en el diseño y la fabricación de una PCB:

1. Diseño de la Disposición de Componentes

   Se dibuja la disposición física de los componentes en la PCB, representando el espacio que ocuparán y sus dimensiones reales. Es esencial identificar cada componente y marcar la polaridad si es necesario.

2. Creación del Fotolito de Pistas

   Se crea un fotolito negativo de las pistas. Para procesos caseros, a menudo se coloca el diseño invertido en un soporte transparente (como cristal o film) para obtener las pistas por el lado de los componentes al transferir.

3. Fijación del Fotolito y Marcado de Pads

   El fotolito se fija firmemente (por ejemplo, con cinta adhesiva) en el lado del cobre de la placa virgen para evitar movimientos durante la exposición o el marcado.

   Se marcan los puntos de los pads (puntos de soldadura) con un granete o puntero para facilitar el taladrado posterior.

4. Representación de Pistas en el Cobre

   En métodos de transferencia directa o marcado manual, se marcan los pads y pistas en el lado del cobre con un rotulador permanente resistente al ataque químico. Es crucial evitar tocar el cobre con los dedos para no dejar huellas que impidan la correcta adhesión de la tinta o la transferencia.

5. Tratamiento Químico (Grabado)

   Se sumerge la placa en una solución química (comúnmente una mezcla de agua, ácido clorhídrico y agua oxigenada, o cloruro férrico) para eliminar el cobre sobrante que no está protegido por la tinta o el fotolito.

   Una vez completado el grabado, la placa se limpia (por ejemplo, con alcohol o acetona) para eliminar los restos de rotulador o tinta.

6. Taladrado de los Pads

   Se perforan los puntos marcados (los pads) utilizando un mini taladro de sobremesa o similar. Se utilizan brocas de diferentes tamaños según el grosor de los terminales de los componentes que se van a insertar.

7. Soldadura de Componentes

   Finalmente, se insertan los componentes en los orificios correspondientes de la PCB y se sueldan por el lado de las pistas. Es fundamental respetar la polaridad de los componentes que la tengan (diodos, condensadores electrolíticos, circuitos integrados, etc.) y seguir un orden específico (componentes de menor altura primero) para facilitar el proceso.