¿Cuáles son las funciones de una placa de circuito?

Una placa de circuito impreso, o PCB, se encuentra en casi todos los tipos de dispositivos electrónicos. Estas placas de plástico y sus componentes integrados proporcionan la tecnología básica para todo, desde computadoras y teléfonos móviles hasta relojes inteligentes. Las conexiones del circuito en una placa de circuito impreso permiten que la corriente eléctrica se encamine de manera eficiente entre los componentes miniaturizados en la placa, reemplazando dispositivos más grandes y cableado voluminoso.

Funciones de una placa de circuito

Dependiendo de la aplicación para la que esté diseñada, una placa de PC puede realizar una variedad de tareas relacionadas con la informática, las comunicaciones y la transferencia de datos. Aparte de las tareas que realiza, quizás la función más importante de una placa de circuito es proporcionar una forma de integrar la electrónica de un dispositivo en un espacio compacto. Una placa de circuito impreso permite que los componentes se conecten correctamente a una fuente de alimentación mientras se aíslan de forma segura. Además, las placas de circuitos son menos costosas que otras opciones porque pueden diseñarse con herramientas de diseño digital y fabricarse en grandes volúmenes mediante la automatización de fábrica.

Composición de una placa de circuito

Una placa de circuito moderna generalmente está hecha de capas de diferentes materiales. Las diversas capas se fusionan mediante un proceso de laminación. El material base de muchas tablas es la fibra de vidrio, que proporciona un núcleo rígido. Luego viene una capa de lámina de cobre en uno o ambos lados del tablero. A continuación, se utiliza un proceso químico para definir trazas de cobre que se convierten en caminos conductores. Estos rastros reemplazan el desordenado envoltorio de cables que se encuentra en el método de construcción punto a punto utilizado para los ensamblajes electrónicos anteriores.

Una capa de máscara de soldadura se agrega a la placa de circuito para proteger y aislar la capa de cobre. Esta capa de plástico cubre ambos lados del tablero y suele ser verde. Le sigue una capa de serigrafía con letras, números y otros identificadores que ayudan en el montaje de la placa. Los componentes de una placa de circuito se pueden unir a la placa de varias maneras, incluida la soldadura. Algunos métodos de conexión utilizan pequeños orificios conocidos como vías. que se perforan a través de la placa de circuito. Su propósito es permitir que la electricidad fluya de un lado al otro del tablero.

Función de circuito básico

Un circuito es un bucle de material conductor por el que puede viajar la electricidad. Cuando el circuito está cerrado, la electricidad puede fluir ininterrumpidamente desde una fuente de energía, como una batería, a través del material conductor y luego de regreso a la fuente de energía. El diseño del circuito se basa en el hecho de que la electricidad busca fluir desde un voltaje de potencia más alto, que es una medida del potencial eléctrico, hacia un voltaje más bajo.

Cada circuito se compone de al menos cuatro elementos básicos. El primer elemento es una fuente de energía para alimentación de CA o CC. El segundo elemento es un material conductor, como un cable, por el que la energía puede moverse. Este camino conductor se conoce como la pista o rastrear . El tercer elemento es la carga , que consta de al menos un componente que consume parte de la energía para realizar una tarea u operación. El cuarto y último elemento es al menos un controlador o cambiar para controlar el flujo de energía.

Función de componentes de PCB

Cuando inserta una carga en la ruta cerrada de un circuito, la carga puede usar el flujo de corriente eléctrica para realizar una acción que requiere energía. Por ejemplo, se puede hacer que un componente de diodo emisor de luz (LED) se ilumine cuando la energía fluye a través del circuito donde se inserta. La carga necesita consumir energía ya que una sobrecarga de energía podría dañar los componentes conectados.

Los componentes más importantes de una placa de circuito incluyen:

• Batería :Proporciona energía a un circuito, generalmente a través de un dispositivo de doble terminal que proporciona una diferencia de voltaje entre dos puntos en el circuito
• Condensador :un componente similar a una batería que puede retener o liberar rápidamente una carga eléctrica
• Diodo :controla la electricidad en una placa de circuito forzándola a fluir en una dirección
• Inductor :almacena energía de una corriente eléctrica como energía magnética
• IC (Integrado Circuito) :Un chip que puede contener muchos circuitos y componentes en forma miniaturizada y que normalmente realiza una función específica
• LED (Luz Emisión Diodo ):una pequeña luz utilizada en una placa de circuito para proporcionar información visual
• Resistencia :Regula el flujo de corriente eléctrica proporcionando resistencia
• Cambiar: O bloquea la corriente o permite que fluya, dependiendo de si está cerrada o abierta
• Transistores :Un tipo de interruptor controlado por señales eléctricas

Cada uno de los componentes de una placa de circuito realiza una tarea específica o un conjunto de tareas determinadas por la función general de la PCB. Algunos de los componentes, como transistores y condensadores, funcionan directamente con corrientes eléctricas. Sirven como bloques de construcción dentro de componentes más complejos conocidos como circuitos integrados.

PCB frente a PCBA

El término PCBA (acrónimo de Printed Circuit Board Assembly) se usa para describir una placa de circuito que está completamente poblada con componentes adjuntos a la placa y conectados a las pistas de cobre. También se le conoce como ensamblaje enchufable. Una placa que tiene trazas de cobre pero que no tiene componentes instalados a menudo se denomina placa desnuda. o una placa de circuito impreso .

El diseño de las placas de circuito modernas permite que se produzcan en masa a un costo menor que las placas envueltas en alambre más antiguas. Una vez que se ha diseñado la fase de diseño de una placa con la ayuda de un software informático especializado, la fabricación y el montaje están, en su mayoría, automatizados. Se considera que una PCBA está terminada y lista para usar una vez que se completan las pruebas de control de calidad.

Posibles Problemas de Circuito

Un circuito abierto es uno que no está cerrado debido a un cable roto o una conexión suelta. Un circuito abierto no funcionará porque no puede conducir la electricidad. Aunque el voltaje puede estar disponible en un circuito abierto, no hay forma de que fluya. En algunos casos, se desea un circuito abierto. Por ejemplo, el interruptor que se usa para encender y apagar una luz abre y cierra el circuito que conecta la luz a su fuente de alimentación.

Otro tipo de circuito defectuoso es el cortocircuito , que puede ocurrir cuando se mueve demasiada energía a través de un circuito y daña el material conductor o la fuente de alimentación. Un cortocircuito puede ser causado por dos puntos en un circuito que se conectan cuando se supone que no deben hacerlo, como los dos terminales de una fuente de alimentación que se conectan sin un componente de carga entre ellos para drenar parte de la corriente. Cortar una fuente de alimentación de esta manera puede ser peligroso e incluso puede provocar un incendio o una explosión.

Evolución de la Placa de Circuito

Los tubos de vacío y los relés eléctricos realizaban las funciones básicas de las primeras computadoras. La introducción de circuitos integrados condujo a una reducción tanto en el tamaño como en el costo de los componentes electrónicos. Pronto se desarrollaron placas de circuitos que contenían todo el cableado de un dispositivo que antes ocupaba una habitación entera. Estos primeros tableros estaban hechos de una variedad de materiales, que incluyen masonita, baquelita y cartón, y los conectores consistían en alambres de latón envueltos alrededor de los postes.

A partir de la década de 1940, las placas de circuitos se volvieron más eficientes y económicas de producir cuando el alambre de cobre reemplazó al latón. Las primeras placas con cableado de cobre se usaban en radios militares y, en la década de 1950, también se usaban para dispositivos de consumo. Pronto, las placas de un solo lado que contenían cableado en un solo lado evolucionaron a los PCB de doble cara y multicapa que actualmente se usan ampliamente.

Desde la década de 1970 hasta la década de 1990, el diseño de PCB se volvió más complejo. At the same time, both the physical size and the cost of boards continued to shrink. As boards became denser with attached components, computer-aided design applications (CAD) were developed to aid in their creation. Today there are a variety of tools available for digital PCB design, from free and low-cost options to fully functional, high-priced packages that help with design, manufacturing and testing.

Role of Integrated Circuits

Modern electronics couldn't exist without the integrated circuit, which was introduced in the late 1950s. An IC is a miniaturized collection of circuits and components such as transistors, resistors and diodes assembled on a computer chip to perform a specific function. A single IC chip may contain thousands or even millions of components. The most common types of integrated circuits include logic gates, timers, counters and shift registers.

Besides low-level ICs, there are also more complex microprocessor and microcontroller ICs that have the capability of controlling a computer or another device. Other complex integrated circuits include digital sensors such as accelerometers and gyroscopes that are found in mobile phones and other electronic devices. Like other parts of PCBs, the size of integrated circuits has steadily decreased over the past few decades.

Component Mounting Technologies

Component mounting on early single-sided PCBs used through-hole technology , where a component was attached to one side of the board and fastened through a hole to conductive wire traces on the other side using soldering. At the time it was introduced, through-hole technology was an advancement over point-to-point construction, but holes drilled in the PCB for mounting led to several design issues, especially following the introduction of multilayer boards. Since holes needed to pass through all layers, a large percentage of available real estate on the board was eliminated.

Surface-mount technology (SMT) solved many of the problems caused by through-holes. It became widely used in the 1990s, although it had been introduced several decades earlier. Components were changed to have small pads attached that could be soldered to a circuit board directly instead of through a wire lead. SMT allowed PCB manufacturers to densely package a large number of components on both sides of a PCB. This type of mounting is also easier to manufacture with automation.

SMT mounting did not eliminate the need for holes in circuit boards. Some PCB designs still make use of vias to allow interconnections between components on different layers. However, these holes are not as intrusive as the through-holes used previously for component mounting.

Multilayer Circuit Boards

The most complex electronic devices may include multilayer PCBs. These boards consist of at least three layers of a conductive material such as copper alternating with layers of insulation. Common configurations for multilayer boards include four, six, eight or 10 layers. All the layers must be laminated together to ensure that no air is trapped between the layers. This process is usually done under high temperature and pressure.

The benefits of multilayer PCBs include a higher density of components and circuits in a smaller space. They are used for computers, file servers, GPS technology, health care devices, and satellite and aerospace systems. However, multilayer boards also have some disadvantages. They are more intricate and harder to design and manufacture than single- and double-sided boards, which makes them more expensive. They can also be difficult to repair when something goes wrong within the internal layers of the board.