La Evolución de las Placas de Circuito Impreso: Innovaciones e Impacto

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Las placas de circuito impreso son los componentes internos que transmiten señales eléctricas a través de dispositivos electrónicos. Cada vez que enciende una computadora o presiona un botón en un smartphone, radio despertador o componente de estéreo, está interactuando con una placa de circuito impreso, que se encuentran dentro de las carcasas de todos estos dispositivos. Si la electricidad es la sangre vital de la electrónica, las placas de circuito impreso son los órganos internos vitales.

En el mundo actual, fuertemente dependiente de dispositivos, la mayoría de la gente desconoce la compleja circuitería contenida en cada smartphone o reproductor MP3 portátil. Sin placas de circuito impreso, la tecnología moderna nunca se habría vuelto posible.

¿Qué son las Placas de Circuito Impreso?

Una placa de circuito impreso (PCB) es un dispositivo sustrato que presenta componentes eléctricos grabados. Los PCB vienen en variedades de una capa, doble capa y multicapa con capas de cobre correspondientes. Los PCB de mayor densidad consisten en múltiples capas. Estos contienen orificios plateados que conectan conductores en diferentes capas. En PCB más elaborados, el sustrato a menudo estará en capas con condensadores, resistencias y otros componentes. Las capas de la mayoría de los PCB firmes suelen consistir en un sustrato hecho de epoxi de vidrio FR-4.

Los PCB son integrales para prácticamente todos los dispositivos electrónicos, salvo los productos más simples. El diseño de un PCB implica detalles de circuito intrincados, pero el ensamblaje y producción de PCB pueden implementarse uniformemente. Dado que los PCB consisten en componentes montados y cableados con una sola pieza, la producción en masa de PCB es un proceso sencillo, relativamente económico y generalmente libre de errores, especialmente cuando se compara con otras opciones de cableado como punto a punto y wire wrap.

El acrónimo PCB se aplica tanto a placas base como a placas ensambladas. Si una placa presenta conexiones de cobre, pero carece de piezas incrustadas, el nombre más apropiado sería placa de cableado impreso (printed wiring board), a pesar de la eliminación virtual de ese término del lenguaje tecnológico. Otros términos más comunes incluyen ensamblaje de placa de circuito impreso y ensamblaje de circuito impreso, que es un PCB con partes electrónicas.

¿Dónde se Utilizan las Placas de Circuito Impreso?

Las placas de circuito impreso son esenciales en una vasta gama de dispositivos electrónicos y componentes informáticos. Los PCB en su forma moderna han existido desde la década de 1960, cuando eran componentes en calculadoras, cajas registradoras y otros dispositivos simples con circuitos eléctricos.

En la década de 1970, los PCB comenzaron a aparecer en relojes digitales y algunos de los primeros videojuegos y computadoras personales del mundo. Para la década de 1980, los PCB estaban en radios despertador, grabadoras de video casete, consolas de juegos Atari, reproductores de CD y laserdisc, y teléfonos inalámbricos. Durante la década de 1990, un PCB cada vez más avanzado y miniaturizado fue responsable de la difusión de computadoras de escritorio y dispositivos periféricos como escáneres e impresoras entre los estadounidenses cotidianos.

La rápida evolución de los dispositivos informáticos desde finales de la década de 1990 ha llevado a PCB cada vez más pequeños con mayor capacidad que las placas de décadas anteriores. Los smartphones, por ejemplo, se han vuelto más compactos, pero resistentes a daños. Un desarrollo similar ocurrió en aproximadamente 12 años con reproductores MP3 portátiles, que avanzaron desde los pesados y engorrosos reproductores Archos de principios de los 2000 hasta los elegantes y ligeros modelos iPod Nano favoritos entre los oyentes actuales en movimiento.

El desarrollo de componentes de chip con mayor versatilidad ha facilitado la miniaturización de dispositivos. Con matrices de bolas micro (micro ball grid arrays) y placas más cortas, las empresas ahora pueden fabricar dispositivos informáticos pequeños, sabiendo que los PCB son lo suficientemente compactos para caber en la carcasa en cuestión. Esto contrasta con los PCB anteriores, donde el tamaño de la placa a menudo dictaba los requisitos de tamaño del dispositivo envolvente.

La Historia de los PCB

En el último medio siglo, los componentes tecnológicos de los PCB se han cuantificado a niveles micro. Durante la década de 1960, el PCB en una calculadora típica consistía en aproximadamente 30 transistores. Hoy, el PCB en una computadora promedio presenta millones de transistores dentro de un solo chip en la placa base. Estos desarrollos han hecho posible cargar niveles crecientes de funcionalidad en dispositivos cada vez más diminutos. Además, componentes como condensadores y resistencias también se han reducido a fracciones de sus tamaños anteriores.

Las capacidades avanzadas que ofrecen los PCB modernos han acostumbrado a los usuarios a activaciones en fracciones de segundo en cada indicación concebible. Con toda probabilidad, un usuario actual de una PC o dispositivo móvil se inquietará ante un mero retraso de cinco segundos en una función dada. Quizás el signo más revelador de la evolución de los PCB está en los videojuegos, que han progresado desde los simples sistemas Pong de la década de 1970 hasta los escenarios fotorrealistas que permiten a los jugadores luchar y correr a través de las consolas de juegos actuales.

Podemos rastrear la historia de las placas de circuito impreso hasta un tiempo mucho antes de que existieran en el diseño. Las ruedas estaban en movimiento en el momento en que Benjamin Franklin voló una cometa en una tormenta y descubrió la calidad eléctrica del rayo.

1850-1900

Un hito de la segunda mitad del siglo XIX fue el avance tecnológico a pasos agigantados. En las décadas que siguieron a la Guerra Civil, ciudades arriba y abajo de la Costa Este y a lo largo del Medio Oeste se equiparon con energía eléctrica, lo que desplazó el uso de aceite de calefacción y carbón. A medida que la electricidad se extendía, los suburbios y áreas rurales también se conectaron a la red eléctrica recién formada. El petróleo, mientras tanto, casi perdió su propósito hasta que los automóviles hicieron necesaria la gasolina a finales de siglo.

La expansión de la energía eléctrica presagió la introducción de teléfonos, bombillas y cámaras de consumo, todas las cuales llegaron al mercado durante el último cuarto de 1800. Aunque el PCB en sí no existía dentro de este período, los cimientos tecnológicos para su eventual desarrollo estaban casi exclusivamente arraigados en el final del siglo XIX.

1900-1950

En 1903, el inventor alemán Albert Hanson presentó la primera patente para un dispositivo similar a un PCB. El dispositivo era un conductor plano para una placa aislante multicapa. Sin embargo, dispositivos de este tipo no verían uso generalizado en las tecnologías emergentes de principios del siglo XX, un período que vio la introducción de radios, fonógrafos, lavadoras, secadoras y aspiradoras.

Así como el exceso ingenuo de la Edad Dorada se hundió con el Titanic, y los horrores de la Gran Guerra humillaron los sentimientos nacionalistas, el mayor triunfo del hombre sobre la naturaleza fue el desarrollo de aeronaves. En medio del fallido experimento de la Prohibición, los estadounidenses estaban más ansiosos por alejarse de las máquinas y dirigirse al speakeasy más cercano para noches empapadas de ginebra bajo luces de estilo Decó.

La Gran Depresión, desencadenada por el colapso de la bolsa de octubre de 1929, fue un revés adicional para la evolución de los PCB. El evento puso fin a la frivolidad de la Era del Jazz e introdujo un período de cadenas de presos, filas de pan y viviendas hacinadas donde las familias carecían de dinero para gastar en artículos de lujo.

La primera adaptación significativa de tecnología similar a PCB ocurrió después del ataque a Pearl Harbor en diciembre de 1941 que tomó a América por sorpresa. La inteligencia militar creía que podrían haber evitado este ataque si el Departamento de Estado hubiera estado mejor equipado para comunicarse con la base militar de Honolulu, donde se habían vislumbrado indicios de peligro inminente durante algún tiempo antes.

A medida que la nación se vio envuelta en la Segunda Guerra Mundial, las fuerzas militares de EE. UU. se encontraron con un dispositivo británico conocido como la espoleta de proximidad (proximity fuse), que equipaba proyectiles de artillería con la capacidad de alcanzar objetivos precisos a través de vastas extensiones de tierra y mar.

El ejército de EE. UU. finalmente adoptó y abrazó el concepto detrás de la espoleta de proximidad, mejorando el diseño y haciéndolo apto para producción en masa. Casi al mismo tiempo, el inventor austriaco Paul Eisler, basado en el Reino Unido, avanzó el concepto de PCB con un dispositivo que utilizaba lámina de cobre sobre una base de vidrio no conductivo. El diseño presagiaría el aislamiento de cobre superior/inferior moderno en PCB. El inventor también introdujo una radio equipada con PCB en 1943 que luego resultaría útil en operaciones militares.

1950-2000

Con el fin de la Segunda Guerra Mundial llegó un retorno a la domesticidad mientras los soldados estadounidenses regresaban de Europa y el Lejano Oriente. Frank Sinatra encadenó éxito tras éxito, las bobby soxers cambiaron el maquillaje de piernas por nylons reales y las familias se acostumbraron a nuevos inventos como el álbum de discos de 33 rpm y el televisor. El fin de la Gran Depresión marcó el auge de la clase media, lo que impulsó el desarrollo suburbano a través de las afueras de las ciudades y la América media.

El primer uso significativo de PCB en la posguerra llegó en 1947 con el transistor de Bell Labs. A medida que las tensiones de la Guerra Fría aumentaban entre Estados Unidos y la Unión Soviética durante la década de 1950, cada lado tuvo que impulsar sus capacidades de comunicación para mantenerse al día con los desarrollos en el frente enemigo. Justo cuando Elvis Presley llegó por primera vez a las pantallas de TV moviendo su pelvis al ritmo de "Heartbreak Hotel", el Ejército de EE. UU. patentó el "Procesamiento de Ensamblaje de Circuitos Eléctricos" en 1956.

Por primera vez, la capacidad de retener electricidad y comunicar entre componentes de trazas de cobre había llegado a buen término. La carrera estaba ahora en marcha para ser el primero en el espacio, lo que los soviéticos ganaron en varios frentes al enviar el primer satélite, Sputnik, en 1957. Le siguieron este logro con el primer lanzamiento no tripulado a la luna y la primera órbita tripulada de la Tierra en 1959 y 1961, respectivamente.

En 1963 —justo cuando EE. UU. intensificó sus propias hazañas espaciales y los baby boomers en duelo por JFK se prepararon para los Beatles y la subsiguiente Invasión Británica— ocurrieron dos desarrollos en tecnología de PCB. Uno involucró una tecnología de orificio plateado a través (plated through-hole), una patente de Hazeltine Corp. que hizo posible espaciar componentes estrechamente en el mismo PCB sin riesgo de conflicto. La segunda innovación en ese momento fue el desarrollo de la tecnología de montaje superficial, cortesía de IBM. Ambas innovaciones fueron componentes esenciales de los propulsores del cohete Saturno.

A medida que los psicodélicos y tecnicolor años 60 dieron paso a los años 70 alimentados por coca y trajes anchos, el ingeniero de Texas Instruments Jack Kilby introdujo el primer microprocesador. Kilby desarrolló el circuito integrado, que vio una rápida adopción en el ensamblaje electrónico. Para entonces, los PCB se habían convertido en de rigor en la tecnología informática. Durante la segunda mitad de la década, las primeras computadoras domésticas llegaron al mercado, comenzando con la MITS Altair 8800 e IMSAI 8080 en 1975, seguida por la Apple 1 en abril de 1976.

Aunque innovadora para su tiempo, la tecnología del 8-track, Super 8, analógica de los años 70 fue rápidamente superada por los avances de alta tecnología del sonido envolvente, cristalino y digital de los años 80. Mientras Michael Jackson hacía moonwalk a la Generación X hacia la era del video, la década vio dispositivos dependientes de PCB aparecer en las salas de estar y bolsillos de los estadounidenses cotidianos. Aparatos como grabadoras VHS, reproductores de disco compacto, Walkmans, teléfonos inalámbricos y consolas de juegos transmitían señales a través de PCB. Las computadoras personales y el software EDA también hicieron avances durante este tiempo.

Sea lo que fuere lo que los años 90 pudieron haber carecido en cuanto a identidad cultural, fue un momento de auge para la tecnología de PCB. Los 90 fue la década donde los dispositivos se volvieron más pequeños gracias a desarrollos en el diseño de PCB que permitieron más compuertas en chips individuales. A medida que más hogares se conectaron a Internet —primero a través de servicios de dial-up y luego, cerca del final de la década, a través de líneas de cable y DSL— la computadora personal se convirtió en un elemento fijo del hogar.

Las computadoras ya no eran las grandes y complicadas máquinas que detonaban explosiones nucleares al presionar el botón equivocado —ahora eran dispositivos compactos, accesibles e interactivos que traían un mundo lleno de información a las yemas de los dedos de todos. Los PCB también fueron un componente significativo de los teléfonos celulares, que rápidamente superaron al teléfono de antena inalámbrica para convertirse en un símbolo de estatus común a mediados de los 90.

En medio de los rápidos avances tecnológicos y la miniaturización, surgió una mayor necesidad de diseñar PCB con potencial de modificación en mente. Mientras era posible modificar PCB anteriores con simple recableado, las placas más nuevas tenían partes más diminutas que eran físicamente más difíciles de alterar, y mucho menos soldar. En consecuencia, el diseño de PCB se convirtió en un proceso más dedicado.

2000 y más allá

El siglo XXI ha presenciado las innovaciones de los últimos 50 años integradas y compactadas en unidades singulares y ligeras que la gente puede llevar a cualquier parte. Mientras antes necesitaba un dispositivo separado para cada función —un teléfono para llamadas, una calculadora para matemáticas, un estéreo para música, una televisión para películas y programas, una PC para acceso a Internet, una cámara para fotos, etc.— ahora puede realizar todas las funciones y consumir cualquier tipo de medio en un portátil, tablet o smartphone conectado móvil.

Solo se puede adivinar qué deparará el futuro para los PCB y la tecnología que dan vida. A medida que se habla de hogares inteligentes, vehículos sin conductor e inteligencia artificial, los PCB de diversas dimensiones probablemente serán componentes en los pomos y manijas automáticos en edificios y coches computarizados. Del mismo modo, los PCB podrían eventualmente insertarse debajo de las partes móviles de tecnologías anticipadas como robots militares y de co-working.

Placas de Circuito Impreso de Calidad de Millennium Circuits Limited

Desde el desarrollo de la electrónica y la tecnología informática, las placas de circuito impreso han contenido la circuitería interna que permite que tales dispositivos se activen y funcionen. Sin placas de circuito impreso, la tecnología de posguerra nunca podría haber llegado cerca de su estado actual de alta capacidad y sofisticación tecnológica. A medida que el potencial definitivo de los dispositivos informáticos se acerca a su meseta, el público espera un futuro de drones de entrega, coches autónomos, mano de obra robótica y electrodomésticos inteligentes.

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