¿Qué es una PCB? La PCB es un componente fundamental de la industria electrónica y la base de la industria de fabricación de productos electrónicos. El desarrollo de las PCB está estrechamente relacionado con el rápido avance de la tecnología electrónica, impulsando conjuntamente la innovación y el progreso continuos de la industria de la información electrónica. Debido a que utiliza tecnología de impresión electrónica, se denomina placa de circuito impreso, conocida en inglés como Printed Circuit Board (PCB) o Printed Wiring Board (PWB).
En 1936, las PCB comenzaron a utilizarse en radios. En 1943, la tecnología PCB se aplicó a radios militares y, en 1948, las PCB comenzaron a utilizarse comercialmente. Desde mediados de la década de 1950, las PCB se han utilizado ampliamente en la industria electrónica.
Antes de la aparición de las PCB, la interconexión entre los componentes electrónicos dependía de conexiones directas mediante cables para formar un circuito completo. A principios del siglo XX, con el objetivo de simplificar la fabricación de equipos electrónicos, reducir el cableado entre los componentes electrónicos y disminuir los costes de producción, se comenzó a explorar el uso de circuitos impresos para sustituir el cableado tradicional.
Las PCB incluyen PCB rígidas, FPC y PCB rígido-flexibles. También existen diferentes tipos de PCB y sustratos, como PCB cerámicas, PCB de cerámica de alúmina, PCB de cerámica de nitruro de aluminio, placas de circuito impreso, placas PCB, sustratos de aluminio, PCB de alta frecuencia, placas de cobre grueso, PCB de impedancia controlada, prototipos de PCB, placas de circuito ultrafinas, PCB ultrafinas y PCB de FR-4.
Las PCB permiten visualizar y organizar los circuitos de manera más eficiente y desempeñan un papel fundamental en la producción en serie de circuitos estandarizados y en la optimización del diseño eléctrico.
Clasificación de las PCB por número de capas
Según el número de capas conductoras, las PCB se clasifican principalmente en tres categorías: PCB de una cara, PCB de doble cara y PCB multicapa.
PCB de una cara
La PCB de una cara es el tipo más básico de placa de circuito impreso. Los componentes se concentran principalmente en una cara, mientras que las pistas conductoras se encuentran en la otra. Debido a que las pistas solo están presentes en una cara de la placa, este tipo de PCB se denomina placa de circuito impreso de una cara.
La fabricación de PCB de una cara suele ser sencilla y rentable. Sin embargo, su principal limitación es que no puede utilizarse en productos electrónicos con circuitos demasiado complejos.
PCB de doble cara
La PCB de doble cara es una extensión de la PCB de una cara. Cuando el cableado de una sola capa no puede satisfacer los requisitos de un producto electrónico, se utiliza una PCB de doble cara.
Ambas caras de la placa están recubiertas de cobre y pueden incorporar pistas conductoras. Las conexiones eléctricas entre las dos capas se realizan mediante vías, formando las conexiones de red necesarias para el circuito.
PCB multicapa
Una PCB multicapa es una placa de circuito impreso formada por tres o más capas de patrones conductores y materiales aislantes dispuestos alternativamente, con las diferentes capas conductoras interconectadas según los requisitos del diseño.
Las PCB multicapa son el resultado del desarrollo de la tecnología de la información electrónica hacia una mayor velocidad, multifuncionalidad, mayor capacidad, menor tamaño, menor espesor y menor peso.
Clasificación de las PCB según el material
Las PCB también pueden clasificarse según los materiales utilizados en el sustrato y su construcción:
94HB → 94V0 → 22F → CEM-1 → CEM-3 → FR-4 → Sustrato de alta temperatura → Sustrato metálico → Sustrato cerámico → Sustrato de alta velocidad → Sustrato de alta frecuencia
Precio de las PCB
El precio de una PCB depende de muchos factores relacionados con el diseño y los requisitos de fabricación de la placa de circuito impreso. Entre los factores que más influyen en el coste se encuentran el tipo de material utilizado, el número de capas de la PCB, las dimensiones de la placa, la cantidad solicitada en cada pedido, los procesos de fabricación necesarios, el ancho y el espaciado mínimos de las pistas, el diámetro mínimo de los orificios, el número de perforaciones, los procesos especiales y otros requisitos técnicos. Por esta razón, no existe un precio único aplicable a todas las PCB. En la industria de las placas de circuito impreso se utilizan principalmente diferentes métodos de cálculo según el tipo de pedido y el volumen de producción.
Cálculo del precio según el tamaño de la PCB
El cálculo del precio según el tamaño se utiliza principalmente para prototipos y pedidos de pequeños lotes. Los fabricantes de PCB suelen establecer un precio unitario por centímetro cuadrado en función del número de capas, el material y los procesos de fabricación de la placa. En este caso, el comprador solo tiene que convertir las dimensiones de la PCB a centímetros y multiplicar el área de la placa por el precio unitario establecido por centímetro cuadrado para obtener una estimación del precio de cada placa.
Este método resulta especialmente adecuado para PCB con estructuras y procesos de fabricación convencionales, ya que simplifica el proceso de cotización tanto para el fabricante como para el comprador. Por ejemplo, si un fabricante establece un precio de 0,04 yuanes por centímetro cuadrado para una PCB de una cara fabricada con material FR-4 y el pedido corresponde a una producción de entre 10 y 20 metros cuadrados, una placa con unas dimensiones de 10 × 10 cm y una cantidad de producción de entre 1000 y 2000 unidades cumpliría estas condiciones. En este caso, el precio unitario de la placa sería de 10 × 10 × 0,04, es decir, 4 yuanes por unidad.
Cálculo del precio de la PCB mediante un desglose detallado de costes
Para los pedidos de gran volumen, el método de cálculo basado en un precio por centímetro cuadrado puede no ser suficiente. En estos casos, los fabricantes de PCB suelen calcular el coste de forma más detallada, teniendo en cuenta el consumo de materias primas, la utilización del panel, los procesos de fabricación, la mano de obra y otros costes relacionados con la producción.
La principal materia prima utilizada para fabricar PCB es el laminado revestido de cobre (CCL, Copper Clad Laminate). Los fabricantes de CCL producen este material en diferentes tamaños estándar para facilitar su procesamiento posterior. Entre los tamaños habituales se encuentran 915 × 1220 mm (36 × 48 pulgadas), 940 × 1245 mm (37 × 49 pulgadas), 1020 × 1220 mm (40 × 48 pulgadas), 1067 × 1220 mm (42 × 48 pulgadas), 1042 × 1245 mm (41 × 49 pulgadas) y 1093 × 1245 mm (43 × 49 pulgadas).
Cuando se fabrica un determinado lote de PCB, el fabricante debe determinar cómo distribuir las placas individuales sobre el panel de producción para aprovechar al máximo el material disponible. Por ejemplo, si se necesita fabricar una PCB de 100 × 100 mm, el fabricante puede organizar varias placas sobre un panel de mayor tamaño con el objetivo de mejorar la eficiencia de producción y reducir el desperdicio de material. Dependiendo de las dimensiones del material y de los requisitos del proceso, se puede organizar un determinado número de PCB sobre cada panel.
Durante este proceso también es necesario reservar una separación adecuada entre las diferentes placas y añadir bordes tecnológicos para facilitar la fabricación, la manipulación y el posterior corte del panel. Por lo general, la separación entre las placas puede ser de aproximadamente 2 mm, mientras que el ancho de los bordes del panel puede situarse entre 8 y 20 mm, dependiendo de los requisitos específicos de fabricación y del equipo utilizado.
Una vez determinado el diseño del panel, el fabricante calcula cuántas placas pueden obtenerse a partir de una hoja de CCL de tamaño estándar. Si la distribución permite aprovechar la mayor parte del material y minimizar las áreas que quedan sin utilizar, la tasa de utilización del material será mayor y el coste de material por PCB podrá reducirse. Por tanto, el cálculo de la utilización del panel constituye una parte importante del proceso de cotización de PCB.
Sin embargo, el coste de fabricación no depende únicamente de la cantidad de material utilizada. También deben considerarse otros procesos, como la perforación. El coste de perforación puede variar en función del número total de orificios, el diámetro mínimo de los taladros y la cantidad de perforaciones necesarias en cada panel. Asimismo, los requisitos relacionados con el cobreado, la metalización de los orificios y otros procesos de fabricación también pueden afectar al coste final de la placa.
Después de calcular los costes correspondientes a cada proceso, el fabricante debe añadir otros gastos relacionados con la producción, como la mano de obra, las pérdidas de material, la tasa de desperdicio, los costes de operación y el margen de beneficio. Finalmente, el coste total de fabricación del panel se divide entre el número de PCB individuales que pueden producirse a partir de dicho panel para obtener el precio unitario de cada placa.
Este método de cálculo es mucho más detallado que el cálculo basado únicamente en el área de la PCB. Debido a que deben considerarse numerosos parámetros de fabricación, la preparación de una cotización precisa puede requerir varias horas o incluso más tiempo cuando la estructura de la placa es compleja.
Cotización de PCB en línea
Debido a que existen numerosos factores que pueden afectar al precio de una PCB, los compradores que no están familiarizados con el proceso de fabricación de placas de circuito impreso pueden tener dificultades para calcular o comprender una cotización. En muchos casos, obtener un precio preciso requiere enviar los archivos de diseño y los requisitos técnicos al fabricante, esperar a que el equipo de ingeniería revise la información y, posteriormente, recibir una cotización. Este proceso puede consumir una cantidad considerable de tiempo y recursos.
Además, algunos compradores que simplemente desean conocer el precio aproximado de una placa de circuito impreso pueden verse obligados a proporcionar sus datos de contacto antes de recibir una cotización. Esto puede generar comunicaciones comerciales que no siempre son necesarias para el comprador.
Para simplificar este proceso, muchos fabricantes de PCB han desarrollado sistemas de cotización de PCB en línea en sus propios sitios web. Estos sistemas permiten introducir determinados parámetros de fabricación, como las dimensiones de la placa, el número de capas, el material, la cantidad y otros requisitos, y calcular automáticamente un precio estimado de acuerdo con las reglas de cotización establecidas por el fabricante.
La cotización de PCB en línea permite a los compradores obtener información sobre los costes de fabricación de una manera más rápida y cómoda. Incluso los usuarios que no tienen conocimientos profundos sobre los procesos de fabricación de PCB pueden introducir los parámetros básicos de su proyecto y obtener una estimación inicial del precio sin tener que completar manualmente todos los cálculos de costes.
Proceso de fabricación de una PCB de 1 capa
El proceso de fabricación de una PCB de una capa generalmente incluye las siguientes etapas: corte y lijado → perforación → formación del circuito de la capa exterior → galvanoplastia de oro en toda la superficie de la placa → ataque químico → inspección → aplicación de máscara de soldadura mediante serigrafía → nivelación con aire caliente (HASL) → serigrafía de la leyenda → acabado superficial → pruebas → inspección final.
Proceso de fabricación de una PCB de 2 capas con acabado HASL
El proceso de fabricación de una PCB de doble capa con acabado de estaño por pulverización incluye principalmente: corte y lijado → perforación → deposición y engrosamiento del cobre → formación del circuito de la capa exterior → estañado, ataque químico y eliminación del estaño → segunda perforación → inspección → serigrafía de la máscara de soldadura → galvanoplastia de oro en los conectores → nivelación con aire caliente (HASL) → serigrafía de la leyenda → acabado superficial → pruebas → inspección final.
Proceso de fabricación de una PCB de 2 capas con acabado ENIG
El proceso de fabricación de una PCB de doble capa con acabado ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) comprende las siguientes etapas: corte y lijado → perforación → deposición y engrosamiento del cobre → formación del circuito de la capa exterior → deposición de níquel, eliminación de la película protectora y ataque químico → segunda perforación → inspección → aplicación de la máscara de soldadura mediante serigrafía → serigrafía de la leyenda → acabado superficial → pruebas → inspección final.
Proceso de fabricación de una PCB multicapa con acabado HASL
La fabricación de una PCB multicapa con acabado HASL es un proceso más complejo porque requiere fabricar y laminar primero las capas internas antes de formar las capas exteriores. El proceso generalmente incluye: corte y lijado → perforación de los orificios de posicionamiento → formación del circuito de las capas internas → ataque químico de las capas internas → inspección → tratamiento de ennegrecimiento → laminación → perforación → deposición y engrosamiento del cobre → formación del circuito de la capa exterior → estañado, ataque químico y eliminación del estaño → segunda perforación → inspección → aplicación de la máscara de soldadura mediante serigrafía → galvanoplastia de oro en los conectores → nivelación con aire caliente (HASL) → serigrafía de la leyenda → acabado exterior → pruebas → inspección final.
Proceso de fabricación de una PCB multicapa con acabado ENIG
El proceso de fabricación de una PCB multicapa con acabado ENIG incluye: corte y lijado → perforación de los orificios de posicionamiento → formación del circuito de las capas internas → ataque químico de las capas internas → inspección → tratamiento de ennegrecimiento → laminación → perforación → deposición y engrosamiento del cobre → formación del circuito de la capa exterior → deposición de oro, eliminación de la película protectora y ataque químico → segunda perforación → inspección → aplicación de la máscara de soldadura mediante serigrafía → serigrafía de la leyenda → acabado superficial → pruebas → inspección final.
Proceso de fabricación de una PCB multicapa con acabado de níquel-oro químico
El proceso de fabricación de una PCB multicapa con acabado de níquel-oro químico incluye principalmente: corte y lijado → perforación de los orificios de posicionamiento → formación del circuito de las capas internas → ataque químico de las capas internas → inspección → tratamiento de ennegrecimiento → laminación → perforación → deposición y engrosamiento del cobre → formación del circuito de la capa exterior → estañado, ataque químico y eliminación del estaño → segunda perforación → inspección → aplicación de la máscara de soldadura mediante serigrafía → deposición química de níquel y oro → serigrafía de la leyenda → acabado exterior → pruebas → inspección final.
Como uno de los productos fundamentales de la industria electrónica, la PCB tiene una amplia gama de aplicaciones y una demanda sostenida. Tanto desde la perspectiva de la oferta y la demanda como desde el punto de vista de los ciclos históricos de la industria, la demanda constante de los sectores posteriores de la cadena industrial ha impulsado gradualmente el crecimiento de los envíos de los diferentes fabricantes de PCB.
Al mismo tiempo, el continuo desarrollo de la tecnología de PCB ha permitido mejorar el rendimiento, la miniaturización, la integración y la fiabilidad de los productos electrónicos, contribuyendo de forma importante al avance de la tecnología electrónica y al desarrollo de numerosas aplicaciones tecnológicas.
