Diseño de PCB:6 cosas importantes a tener en cuenta al diseñar su PCB

¿Sabías que casi todos los circuitos electrónicos incluyen un diseño de PCB? En esta era del Internet de las cosas, la demanda y la complejidad de los PCB siguen creciendo cada día. Diseñar una placa de circuito impreso puede ser intimidante, especialmente porque se colocan varios componentes electrónicos y un enrutamiento óptimo dentro de un espacio muy limitado. Conocer el diseño de una placa de circuito impreso es crucial para hacerlo bien la primera vez.

En este artículo, se analizan las seis cosas esenciales que se deben tener en cuenta al diseñar su PCB, incluida la elección de materiales y componentes, la ubicación de los componentes, el apilamiento de PCB, los tipos de vía de PCB, la alimentación, los problemas térmicos y las restricciones de la placa.

1. Material y Componentes

Debe considerar el material y los componentes que planea utilizar para su impresión en los detalles pertinentes; primero debe definir las funciones que tendrá que realizar la PCB, el tamaño aproximado del producto final, la interconexión de la PCB con otros circuitos y, por supuesto, su ubicación en el producto.

Algunos materiales pueden operar en temperaturas extremas; otros pueden fallar y provocar un cortocircuito. Por este motivo, tenga en cuenta la temperatura de trabajo del producto final en relación con el material y los componentes que elija para su placa de circuito impreso.

Finalmente, considere el costo y la disponibilidad de los materiales. Si se conforma con material difícil de encontrar, puede ser costoso y llevar mucho tiempo localizarlo, lo que eventualmente retrasará el ensamblaje de su PCB. Considere elegir un proveedor de PCB que pueda mantener un suministro constante de los componentes necesarios para su PCB. Otras áreas a considerar incluyen repuestos, reparaciones y reemplazos.

2. Colocación de componentes de diseño de PCB

Colocar los componentes en el tablero requiere muchas habilidades para resolver problemas y creatividad. Debido a que todos tienen una perspectiva de diseño única, la ubicación de sus componentes será única a partir de la idea de otra persona.

Considere la fabricación de PCB porque ese es el objetivo final. Por ejemplo, los componentes similares, como los transistores, deben mirar en la misma dirección cuando los coloque para que el fabricante los instale e inspeccione más fácilmente.

Tenga en cuenta el tamaño y la altura de un componente individual. Algunos componentes serán más grandes que otros y pueden resultar en golpes desiguales en la placa de circuito cuando se colocan uno al lado del otro. Algunos detalles más altos pueden bloquear elementos más cortos, y cuando la placa se pasa por el horno de soldadura para grabar las piezas en la placa, puede regresar con juntas de soldadura mal conectadas. Tenga siempre en cuenta la altura y el ancho de los componentes de la placa:los detalles de dimensiones similares se pueden colocar hacia un lado de la placa, lo que garantiza que la ola de soldadura llegue a las piezas más pequeñas sin bloquearse.

Deje espacio para el enrutamiento. Si coloca los componentes demasiado juntos, quedará fuera de su alcance cuando comience a enrutar. Los circuitos integrados, por ejemplo, tienen muchos pines para conectar alrededor del tablero. Para evitar quedarse sin espacio y saltar sobre el diseño de diseño nuevamente, dé suficiente espacio para los componentes que requieren muchos pines para conectarse para facilitar el proceso.

3. Apilamiento de diseño de PCB

El apilamiento de PCB forma la base de todo el PCB. Se trata de la colocación de capas aislantes y capas de cobre. La pila comprende las distintas capas dentro de la PCB y le permite establecer las impedancias características en cada capa. Cuantas más capas tiene la PCB, más costosa se vuelve.

Las placas de circuito impreso tienen capas de diferentes materiales que se laminan con un adhesivo. La capa superior es la serigrafía que agrega otros indicadores como letras y símbolos al tablero. La capa inferior es el FR4, y le da a la tabla su rigidez y grosor. La siguiente es la capa de cobre, seguida de la máscara de soldadura que proporciona a la PCB su color verde distintivo. El apilamiento multicapa óptimo minimiza la radiación y el ruido externo. También permite una compatibilidad electromagnética mejorada de su diseño, mantiene el costo dentro del presupuesto y garantiza la eficiencia en la técnica de fabricación.

4. Diseño de PCB a través de tipos

Una PCB Via permite interconexiones entre diferentes capas de la placa. Las vías pueden unir pistas, almohadillas y otros elementos conductores y proporcionar el camino para que la energía eléctrica y térmica se mueva de una capa a otra. Dado que perforamos orificios a través de la placa para crear las vías, debe considerar la ubicación y el tamaño de cada orificio con respecto a los otros componentes de PCB. Para lograr eficiencia en el proceso de fabricación, es bueno asegurarse de que todas las vías de la placa sean del mismo tamaño.

Hay tres tipos básicos de vías:vías pasantes, vías ciegas y vías enterradas. Una vía pasante conecta dos capas exteriores visibles. Las vías ciegas conectan una capa exterior visible con una capa interior invisible. Las vías enterradas conectan dos capas interiores ocultas. Otros tipos de vías incluyen vías térmicas para transferir calor desde la capa superior a la inferior o capas internas y vías en forma de carpa encerradas con máscaras de soldadura para evitar fugas de componentes eléctricos y térmicos. Asegúrese de discutir las capacidades de los tipos de vía que pretende usar con su proveedor de PCB porque las diferentes vías tienen diferentes capacidades de conducción de corriente.

5. Problemas de energía y térmicos

Si bien obtener la ubicación de los componentes es crucial para el diseño, hacer que esos componentes funcionen, también debe considerar el enrutamiento de energía. Los planos de alimentación y tierra deben estar dentro de la placa y deben estar centrados y simétricos para evitar que la placa se tuerza o se arqueen las cajas.

Los problemas térmicos afectan a las placas de circuito más grandes con mayor densidad y velocidades de procesamiento excesivas. Para evitar tales problemas, su PCB debe permitir que el calor se disipe. Durante la selección de materiales, identifique los componentes que generan mucho calor y encuentre formas de desviar el calor de ellos. El espacio de la superficie alrededor de las piezas que se calientan rápidamente es una consideración de diseño crucial porque necesitarán espacio para enfriarse. Puede considerar incluir disipadores de calor, ventiladores de refrigeración y descargas térmicas. Algunos lugares para agregar reservas térmicas incluyen vías de orificio pasante para reducir la tasa de disipación de calor a través de las capas de PCB.

Afecta la integridad de la señal. Debe esperar problemas eléctricos como interferencias electromagnéticas en dispositivos electrónicos. Para asegurarse de que su PCB no cause tales problemas, evite colocar pistas paralelas entre sí. Para los registros que deben cruzarse entre sí, asegúrese de que estén en ángulo recto para minimizar la capacitancia y la inductancia mutua.

6. Restricciones de la placa

Primero, dependiendo del propósito de la PCB que estés diseñando, debes considerar el tamaño y la forma de la placa. La placa es un componente principal de la PCB porque contiene todas las demás partes. Los factores que determinan el tamaño y la forma de la PCB incluyen la funcionalidad y el tamaño del producto de destino. Por ejemplo, los productos portátiles como los rastreadores de actividad requieren PCB mucho más pequeños en comparación con los televisores.

Algunos productos requieren PCB con más circuitos de los que puede contener la placa. En tales situaciones, es posible que deba usar PCB de interconexión de alta densidad multicapa (PCB HDI) que permitan empaquetar más funciones en un área más pequeña. Las interconexiones de alta densidad aumentaron los niveles de confiabilidad porque tienen una interconexión robusta de vías apiladas. Otra ventaja de las PCB HDI es que las señales eléctricas tardan menos en viajar debido a la proximidad de los componentes.

Problemas de diseño de PCB

Etapa de montaje de PCB. Una placa bien diseñada ayuda a evitar problemas de diseño de PCB, como térmicas insuficientes, anillos anulares insuficientes, máscaras de soldadura faltantes, trampas de ácido, etc. Las térmicas insuficientes se producen cuando las trazas de alivio térmico y los planos de cobre asociados están conectados incorrectamente. Es probable que falten máscaras de soldadura en placas poco espaciadas durante la Lista de materiales (BOM) de una PCB que se instala en la placa. Las trampas de ácido pueden causar circuitos abiertos en una placa de circuito impreso debido a los rastros de desconexión de sus redes asignadas. Los golpes de perforación perdidos causan anillos anulares. Es crucial tener en cuenta en la fabricación de PCB; hay altas posibilidades de fallas en el diseño, lo que puede afectar negativamente la funcionalidad del producto final. Existen varias reglas de diseño de PCB para evitar que tales problemas provoquen pérdidas, prototipos defectuosos y pérdida de tiempo.

Conclusión

Este artículo discutió los diversos problemas a considerar al diseñar una placa de circuito impreso y algunos problemas que puede causar una placa de circuito impreso mal diseñada. Algunos temas discutidos incluyen la ubicación de los componentes, las restricciones de la placa, la acumulación de PCB, el material y los componentes, los efectos térmicos y de energía y los tipos de vía de PCB.

Para conectar los diversos componentes de la PCB, imprimimos rutas conductoras en la placa. Dado que las conexiones son internas, la complejidad del diseño general se reduce enormemente. Elementos como circuitos integrados, transistores y resistencias se montan en la placa mediante soldadura.

Los PCB son cruciales para el funcionamiento de los dispositivos IoT y las tarjetas gráficas, las placas base, las tarjetas de interfaz de red, los televisores, los teléfonos celulares, las tabletas y más. A medida que la tecnología continúa avanzando, también lo hace la complejidad de un diseño de PCB. Dicho esto, obtener el diseño correcto para la producción valdrá la pena con una placa de circuito impreso de alta calidad. Su producto final no solo debe funcionar de manera confiable como se espera, sino también mantenerse dentro del presupuesto. Esperamos que este artículo lo guíe para lograr un buen diseño de PCB.