¿Qué es una placa de circuito impreso de una cara?

Una placa de circuito impreso de una sola cara es la placa de circuito impreso más básica. Todas las piezas están en una cara. Todas las pistas están en la otra cara. Como sólo tiene trazas en una cara, la llamamos placa de una cara. Es fácil de fabricar y cuesta menos. Por eso, los productos electrónicos sencillos suelen utilizar placas de circuito impreso de una sola cara.

Cuándo utilizar una placa de circuito impreso de doble cara

Una placa de circuito impreso de doble cara es un paso adelante con respecto a una placa de una sola cara. Cuando una sola capa de enrutamiento no puede satisfacer las necesidades de un producto, los diseñadores utilizan una placa de doble cara. Ambas caras tienen cobre y trazas. Las dos caras pueden conectarse mediante unos orificios chapados llamados vías. Las vías permiten que las señales pasen de una capa a otra. De este modo, la placa puede formar la red de circuitos necesaria.

Similitudes y diferencias entre las placas de circuito impreso de una cara y las de doble cara

Materiales y proceso base

Las placas de circuito impreso de una cara y de doble cara comparten el mismo material básico. La mayoría de las placas modernas utilizan fr4. El fr4 es una mezcla de fibra de vidrio y epoxi. En la fabricación moderna, solemos recubrir la placa con cobre para obtener una buena conductividad. A continuación, añadimos una máscara de soldadura para darle un aspecto limpio y protegerla. Una serigrafía añade etiquetas y marcas. Las máquinas imprimen las marcas en un proceso llamado serigrafía.

Fabricación antigua y límites

La fabricación moderna de placas no siempre ha sido así. En el pasado, ingenieros y aficionados exponían diseños en placas y luego los grababan a mano con baños químicos. Existían muchos métodos. La mayoría tenían los mismos límites. No se podían grabar fácilmente muchas capas en una misma placa. Eso obligaba a que los diseños fueran más grandes y necesitaran una gran optimización.

En los años sesenta esto estaba bien. Las piezas grandes con orificios pasantes eran la norma. Los chips rectangulares grandes tenían patillas anchas. Se trataba de paquetes DIP. Las piezas discretas con orificios pasantes, como resistencias y condensadores, también eran grandes. Las piezas se colocaban muy juntas, lo que facilitaba el trazado corto. Esto hacía que los diseños de una sola cara fueran sencillos y claros.

El auge de los dispositivos de montaje superficial (SMD)

La década de 1980 cambió el sector. Los dispositivos de montaje superficial (SMD) se convirtieron en las piezas preferidas de los ingenieros. Los paquetes planos cuadrados se hicieron comunes. Las piezas discretas SMD dificultaban el enrutamiento por debajo de las piezas. Las placas tuvieron que hacerse más pequeñas. Las placas de una sola cara se volvieron más difíciles de usar. Esto impulsó el crecimiento de las técnicas de placas de doble cara. Con las vías, ya no era necesario mantener todo el cobre en la misma cara. Se podía enrutar por ambas caras con agujeros chapados que conectaban las capas.

Circuitos impresos de doble cara

Los ingenieros se pasaron a las placas de doble cara principalmente por facilidad. Cuando los límites de diseño obligan a limitar las piezas a un área determinada, los diseños de doble cara son más sencillos que los de una sola cara. Las placas de doble cara también permiten hacer grandes planos de tierra o alimentación. Si observas una placa de cerca, verás grandes cortes de cobre en lugar de muchas trazas finas. Estas grandes zonas de cobre ayudan con la EMI, el calor, la fabricación y, sobre todo, reducen el trabajo de enrutamiento.

Por qué siguen existiendo las pizarras de una sola cara

Aunque las placas de doble cara tienen claras ventajas, los diseños de una sola cara siguen apareciendo en muchos productos hoy en día. El coste es el principal factor. Las placas de circuito impreso de una cara suelen costar un poco menos y a veces tienen plazos de entrega más cortos. Para un diseño sencillo, es una clara ventaja. En la producción en serie de productos sencillos, ahorrar unos céntimos por placa puede ser muy importante. Además, para trazas de alta corriente que necesitan cobre ancho, los diseños de una sola cara pueden ser una buena opción. Permiten utilizar grandes superficies de cobre y un enrutado sencillo para las vías de gran intensidad de corriente.

Ventajas e inconvenientes de las placas de circuito impreso de una cara

Pros

• Menor coste.

• Diseño y fabricación más sencillos.

• Plazos de entrega más cortos en muchos casos.

Contras

• No sirve para diseños complejos con muchas piezas.

• Difícil satisfacer las necesidades de tamaño pequeño.

• Menor capacidad de enrutamiento.

• Podría ser más pesado y más grande para la misma función.

Aplicaciones típicas de las placas de circuito impreso de una cara

Las placas de una sola cara son habituales en muchos productos de bajo coste. Aparecen en dispositivos con funciones sencillas que no necesitan gran memoria ni enlaces de red. Algunos ejemplos son los pequeños electrodomésticos, como las cafeteras. También aparecen en muchas calculadoras, radios sencillas, impresoras y lámparas LED. Los dispositivos de almacenamiento sencillos, como las unidades de estado sólido básicas, pueden utilizar placas de una sola cara. Las fuentes de alimentación y muchos tipos de sensores también suelen utilizar placas de circuito impreso de una cara.

Cómo distinguir los tableros de una cara, de dos caras y de varias capas

1. Acerque la placa a la luz. Si el núcleo interno es totalmente opaco y no puede ver la luz a través de las capas internas, se trata de una placa multicapa. Si sólo puede ver una capa de cobre, se trata de una placa de una sola cara.

2. Fíjate en los agujeros. Las placas de una cara tienen agujeros no chapados. No tienen chapado en las paredes de los agujeros y se saltan el proceso de galvanoplastia. Las placas de doble cara tienen agujeros pasantes o vías chapados. Esto significa que verá cobre dentro del agujero.

3. La diferencia básica es el número de capas de cobre: simple tiene una capa de cobre, doble tiene dos capas de cobre y multicapa tiene tres capas o más. En la fabricación multicapa, se añaden capas interiores y luego se lamina la pila. Si es necesario, puede cortar una sección transversal para comprobar las capas.

Cómo reducir la EMI en placas de circuito impreso de una o dos caras

Por razones de coste, muchos dispositivos de consumo utilizan placas de una o dos caras. A medida que se generalizan los circuitos digitales de impulsos, aumentan los problemas de EMI. La causa principal es la gran área de bucle de señal. Las grandes áreas de bucle no sólo emiten una radiación más intensa, sino que también hacen que el circuito sea más sensible al ruido exterior. Para mejorar la compatibilidad electromagnética, lo más sencillo es reducir el área de bucle de las señales críticas.

Identificar las señales clave

Desde el punto de vista de la CEM, las señales clave son las que emiten fuertes radiaciones y las que son sensibles al ruido exterior. Los radiadores fuertes suelen ser señales periódicas como relojes y líneas de dirección de bajo orden. Las señales sensibles suelen ser líneas analógicas de bajo nivel.

Métodos para reducir el área del bucle

Un método sencillo es colocar una traza de tierra junto a la traza de señal. Ponga la tierra lo más cerca posible. Ese trazado crea un área de bucle muy pequeña y reduce la radiación diferencial y la sensibilidad. Cuando añades una traza de tierra junto a la señal, la corriente de señal fluirá principalmente por ese pequeño bucle, no por otros caminos de tierra.

Si utilizas una placa de doble cara, coloca una traza de tierra en el otro lado justo debajo de la línea de señal. Si es posible, que sea ancha. El área del bucle es igual al grosor de la placa multiplicado por la longitud de la línea de señal. Esa área es mucho menor que un bucle abierto largo y ayuda a reducir la radiación.

Además, utilice siempre una malla de cobre de tierra en las placas de doble cara. Una malla de tierra reduce la impedancia de tierra. Con una malla de tierra, una línea de señal casi siempre tiene una línea de tierra cerca y forma un área de bucle más pequeña. Al trazar las rutas, mantenga las líneas clave cerca de tierra. Sólo las líneas más críticas necesitan una toma de tierra cerca.

Otros consejos básicos:

• Utilice trazas cortas para las señales de alta velocidad.

• Utilice condensadores de desacoplamiento adecuados cerca de los pines de alimentación.

• Mantenga separadas las masas analógica y digital y, si es necesario, únalas en un único punto.

• Evite los bucles largos. Dirija las rutas de retorno cerca de la ruta de señal.

Pequeños ejemplos prácticos

• Para una traza de reloj en una placa de doble cara, coloque una traza de tierra ancha debajo de ella en el otro lado. Si el grosor de la placa es de 1,6 mm y la traza del reloj mide 50 mm, el área del bucle es de aproximadamente 1,6 mm × 50 mm. Si puedes acortar la traza a 20 mm, el área disminuye mucho.

• Para una señal analógica que sea sensible, coloque una traza de tierra justo al lado en el mismo lado. Así, el par forma un bucle apretado y disminuye la captación.

Resumen

Las placas de circuito impreso de una cara son sencillas y baratas. Colocan todas las piezas en una cara y todas las pistas en la otra. Las placas de doble cara añaden una segunda capa y utilizan vías para conectar ambas caras. El fr4 es el material común para ambas. El paso de las piezas con orificios pasantes a las de montaje en superficie impulsó la necesidad de placas de doble cara y multicapa. Sin embargo, las placas de una sola cara siguen teniendo sentido para muchos productos sencillos por su coste y facilidad. Para reducir la EMI en placas de una o dos caras, reduzca el área de bucle, añada trazas de tierra cercanas, utilice malla de tierra y mantenga las trazas cortas.