Domina el Diseño PCB: 11 Técnicas Esenciales para Construir Circuitos Eficientes

Al diseñar o construir una placa de circuito, a veces puede parecer que te lleva una eternidad lograr el diseño final. A veces es por lidiar con tu cobre y soldadura, intentando asegurar que finalmente imprimes la placa de circuito impreso, o tal vez incluso problemas de diseño como tecnología de orificio pasante o diseño de layout con pads, vias y cualquier problema de integridad de señal.

Siguiendo el procedimiento correcto paso a paso, evitarás futuros contratiempos, y en caso de que te encuentres en el lado equivocado, la resolución de problemas no será un dolor. Así que, sin más preámbulos, vamos directo al grano.

1. Verifica el Layout de la Placa y la Pila de Capas (Layer Stack)

En caso de que lleves tiempo haciendo esto, sabes lo importante que es conocer tu software de diseño. Asegura que consigas tus placas impresas diseñadas de la forma correcta. Colocar pistas para enrutamiento y colocación de cobre o ejecutar la capa necesaria para la soldadura a veces puede ser un desafío sin una integración precisa y confiable desde la captura esquemática hasta el layout.

Puedes verificar el layout de tu placa de circuito usando una comprobación de reglas de diseño (DRC - Design Rule Check). Cuando mueves tus datos esquemáticos al PCB Doc, las huellas de los componentes se mostrarán además del contorno de la placa especificado. Antes de colocar los componentes, tienes que definir el layout de la PCB: la forma, la pila (stack up) y la capa usando el gestor de pila (stack up manager).

2. Deja Espacio entre Componentes

Aunque a veces es tentador apilar todos los ingredientes fuertemente empaquetados entre sí, puedes descubrir más tarde que no hay suficiente espacio para enrutar tu circuito. Por tanto, es esencial dejar algo de espacio entre los componentes para que los cables tengan espacio para extenderse.

Generalmente, cuantos más pines contenga el componente, más espacio se necesitará. Espaciar tus elementos también facilita la soldadura. En general, qué tan bien coloques tus componentes definirá qué tan fácil será fabricar tu placa.

3. Alterna Direcciones de Cableado entre Capas

Al considerar el layout de PCB, es significativo asegurar que la dirección del cableado sea diferente en las capas sucesivas. Por ejemplo, si el cableado horizontal está en uso en un segmento particular, entonces la instalación vertical debería usarse en la capa siguiente. Este patrón debe repetirse en todas las capas si estás tratando con una PCB multicapa.

Por otro lado, dibujar pistas horizontales en un lado y marcas verticales simplifica el cableado de líneas que se han cruzado sobre otras líneas. Así que para una PCB con múltiples capas, se aconseja alternar entre direcciones.

4. Selecciona el Ancho de Pistas Según la Corriente

Una placa de circuito funciona mejor solo si permite el flujo de corriente sin problemas. El flujo ininterrumpido de corriente es vital en la operación correcta del dispositivo. Por tanto, seleccionar un ancho de pista que no obstaculice el flujo de corriente es una forma inteligente de maximizar la productividad del layout.

Conocer el ancho de pistas te permitirá ingresar tu corriente estimada y grosor y, por tanto, obtener un valor de ancho de pista de retorno para capas externas e internas. Pero en el caso de que tengas la oportunidad de usar anchos mayores que los que sugiere tu calculadora, no dudes. Mientras cumplas con los requisitos de tu fabricante, cuanto más anchas sean tus pistas, más probable es que tu placa soporte conexiones rotas.

5. Determinando Enrutamiento (Routing) y Vías

El enrutamiento (routing) añade los cables necesarios en la conexión correcta de componentes colocados. Debes intentar usar excelentes directrices de enrutamiento y usar sabiamente tus herramientas de software de diseño deseadas para hacer el proceso fluido, como codificación por colores vía enrutamiento y resaltado de redes (nets).

La vía (Via) es un componente esencial cuando se trata de PCBs multicapa. Se usan para interconectar diferentes capas en el interior y sobre las PCBs multicapa. Las vías se usan para enlazar eléctricamente y térmicamente pistas, polígonos y pads a diferentes segmentos de PCB.

Generalmente, colocas vías sacrificiales en la PCB en un segmento de la placa de producción. Esto es para que puedas cortar las vías e inspeccionar las secciones transversales para determinar la eficiencia del proceso de electroplateado.

6. Construcción de Placa de Circuito - Evita Ángulos de 90º con Pistas

Es un poco difícil mantener el ancho de pista persistente con giros bruscos en ángulo recto. Debería ser el caso, especialmente con pistas estrechas, donde una pequeña diferencia hace una porción significativa de la evidencia. Por tanto, es mejor hacer dos curvas de 45º. Además, tienes la oportunidad de obtener muchas marcas de ángulos de 90º que no están completamente grabadas, llevando a cortocircuitos.

7. Construcción de Placa de Circuito - Considera Puntos de Calor

El calor puede reducir el rendimiento de los circuitos y a veces incluso dañarlos cuando la disipación de calor no se hace correctamente. Un parámetro conocido como resistencia térmica muestra cuánta temperatura se añade por vatio de potencia cuando se cumplen ciertas condiciones. Aparte de los componentes, la fuerza de las redes eléctricas, vías y pistas de cobre contribuyen de alguna manera a la producción de calor.

Se supone que los diseñadores intentan producir PCBs que funcionen y se mantengan bajo límites de temperatura seguros para evitar fallos o averías de circuitos. Algunos circuitos funcionan correctamente sin refrigeración añadida, pero hay ciertas situaciones donde aumentar disipadores de calor y ventiladores o ambos son inevitables.

8. Construcción de Placa de Circuito - Usa Siempre el Mismo Símbolo para el Mismo Dispositivo

Para ser consistente con tu esquema, siempre debes usar el mismo símbolo para representar el mismo dispositivo. Por ejemplo, poner una resistencia IEEE en tu esquema y una resistencia europea te confundirá.

Antes de diseñar tu esquema, debes tomarte tiempo para evaluar todos los símbolos eléctricos identificables y asegurar que usas los mismos símbolos siempre en todos tus proyectos.

9. Construcción de Placa de Circuito - Consejos para Circuitos de Señal Mixta

Mantén tierras digitales y analógicas separadas

En cuanto a circuitos de potencia, placa PCB, necesitas mantener las tierras digitales y analógicas separadas. Esto es necesario porque los picos de voltaje y corriente emitidos desde los circuitos digitales de la placa PCB a veces pueden crear interferencia en los circuitos ubicados en la analógica. Esto puede afectar su rendimiento. Si las unes en la PCB, entonces deberías unirlas al final de la ruta de alimentación, preferiblemente cerca de la conexión a tierra de la PCB.

Protege las tierras analógicas del ruido

Si hay alguna interferencia presente en la tierra analógica, tendrá efectos similares a como sería en las líneas de señal. Si quieres un plano de tierra considerable para disminuir su resistencia, eso hace que sea más vulnerable al acoplamiento capacitivo a líneas enrutadas ya sea debajo o encima de ella. Dicho esto, la tierra analógica debe tener líneas analógicas cruzándola y también digitales. Hacer eso disminuye el acoplamiento capacitivo entre circuitos analógicos y digitales.

10. Construcción de Placa de Circuito - Asegura que Cada Parte Tenga un Designador Único

Para mejorar la fiabilidad y legibilidad de tu esquema, todos los símbolos en tu circuito necesitan tener su designador distinto para hacer cada parte identificable. Cada resistencia debe seguir una convención de nombres consistente de R1, R2, R3, etc.

Si pretendes usar componentes con requisitos de rendimiento específicos, deberías añadir una etiqueta al símbolo. Un ejemplo es que puedes tener que aumentar el etiquetado para partes que consisten en requisitos específicos de ancho de pista, impedancias o blindaje especial.

11. Construcción de Placa de Circuito - Conoce las Especificaciones del Fabricante

Cada fabricante tiene sus especificaciones, como el ancho mínimo de pista, el número de capas, etc. Antes de empezar tu diseño, necesitas reflexionar sobre lo que requieres y buscar un fabricante que cumpla tus requisitos. Debes incluir el grado de materiales de la placa de circuito impreso en tus necesidades, desde FR-1 hasta FR-5. FR-1 también es conocido como mezcla de papel-fenólico, y FR-4 es tela de vidrio y epoxi.

Con esta info, puedes establecer tu ancho de pista y querer que el espaciado sea en lugar de re-enrutar todo el layout de la placa.

Debes tener en cuenta que el tipo de material que elijas afectará la resistencia a la llama, durabilidad, fuerza y absorción de humedad de la placa de circuito.

Resumen

11 consejos principales para asegurar que tu producción de placa de circuito vaya según lo planeado. WellPCB es una empresa fiable y conocida que entiende que los clientes son una prioridad. Tenemos dos fábricas modernas de PCB y una fábrica de ensamblaje de PCB.

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