Top 5 de recomendaciones de diseño de PCB que todo diseñador debe conocer
¿Cuál es la clave para diseñar una placa que sea realista tanto en papel como físicamente? Exploremos el top 5 de recomendaciones de diseño que necesita conocer para diseñar su próximo PCB fabricable, funcional y confiable.
El top 5 de reglas de diseño de PCB que cada diseñador debe conocer
Cuando se empieza un nuevo diseño, es fácil dejar de lado el diseño de PCB, ya que se pasa la mayor parte del tiempo enfocándose en el diseño del circuito y en seleccionar componentes. Sin embargo, al final del día, no proporcionar suficiente tiempo y esfuerzo enfocado en el diseño del PCB puede conducir a un diseño que no transmita completamente la idea digital a la realidad física, y podría ser un problema para el fabricante. Entonces, ¿cuál es la clave para diseñar una placa que sea realista tanto en papel como físicamente? Vamos a explorar el top 5 de recomendaciones de diseño que necesita saber para que su próximo PCB sea fabricable, funcional y confiable.
#1 - Ajuste fino de la colocación de componentes
La etapa de colocación de componentes de su proceso de diseño de PCB es arte y ciencia, ya que requiere una consideración estratégica acerca de las principales partes disponibles en su tarjeta. Y mientras que este proceso puede ser un desafío, la forma en que ubica sus componentes determinará si su placa será fácil de fabricar o no, de la misma forma si cumple con los requisitos del diseño original.
Mientras que existe una guía general para ubicar los componentes en un orden básico de conectores, circuitos de potencia, circuitos críticos, etc., hay además varias guías específicas para tener en cuenta, como por ejemplo:
- Orientación. Asegúrese de orientar los componentes similares en la misma dirección, ya que esto ayudará a lograr un proceso de soldadura eficiente y sin errores.
- Ubicación. Evite ubicar los componentes en el lado de soldadura de la tarjeta por debajo de los componentes de orificio pasante.
- Organización. Se recomienda ubicar todos sus componentes de montaje superficial (SMT) del mismo lado de su placa, y los componentes pasantes (TH) del lado superior de su placa para minimizar la cantidad de pasos de ensamblaje.
Una recomendación final para el diseño de PCB para tener en cuenta: cuando utiliza componentes de tecnología mixta (componentes pasantes y de montaje superficial), los fabricantes pueden requerir un proceso extra para ensamblar su placa, lo cual se agregará a sus costos generales.
Primera regla de diseño de PCB. Buena ubicación de los Componentes vs Ubicación Deficiente de los Componentes (sombra)
#2 - Colocar sus conexiones de energía, tierra y señal
Con sus componentes ubicados, es tiempo de enrutar sus conexiones de energía, tierra y señal para asegurar que sus señales tengan una ruta limpia y libre de problemas. Aquí hay algunas recomendaciones para tener en cuenta para esta etapa de su proceso de diseño:
Orientar los planos de potencia y tierra
Siempre se recomienda tener los planos de potencia y tierra internos en su tarjeta, y también mantenerlos simétricos y centrados. Esto ayudará a prevenir que su placa se doble, lo cual además afectaría la posición correcta de los componentes. Para alimentar los CIs, se recomienda utilizar rieles comunes para cada suministro, asegúrese de tener caminos sólidos y amplios, y además, evite el encadenamiento de líneas de alimentación de componente a componente.
Conectar caminos de señal
Luego, conecte sus caminos de señal de acuerdo al esquemático. Siempre se recomienda ubicar las conexiones de la forma más corta y directa posible entre los componentes. Y si la ubicación de sus componentes fuerza un enrutamiento horizontal en un lado de la tarjeta, entonces siempre enrute de forma vertical en el lado opuesto.
Definir el ancho de las conexiones
Su diseño requerirá diferentes conexiones que transportarán un amplio rango de corriente, lo que dictará el ancho de conexión necesario. Con este requisito básico en mente, se recomienda proporcionar un ancho de 0,010" para las señales de corriente baja, analógica y digital. Y cuando sus trazas transporten más de 0,3 amperios deberá ser más ancha. A continuación, se muestra una Calculadora de Ancho de Pistas que facilita este proceso.
Segunda recomendación de diseño. Enrutamiento de preferencia: (las flechas indican la migración de soldadura)
Segunda regla de diseño de PCB. Enrutamiento de no preferencia: (las flechas indican la migración de soldadura)
#3 - Mantener las cosas separadas
Posiblemente haya experimentado la forma en que los voltajes altos en circuitos de potencia y los picos de corriente pueden interferir con sus circuitos de control de bajos voltajes y corrientes. Para minimizar este problema de interferencia, siga estas recomendaciones:
- Separación. Asegúrese de mantener las tierras de alimentación y de control separadas para cada etapa de suministro de energía. Sí necesita unirlas en su PCB, asegúrese de hacerlo en el final de su camino de alimentación.
- Ubicación. Si colocó su plano de tierra en la capa intermedia, asegúrese de poner un camino de baja de impedancia para reducir el riesgo de cualquier interferencia en el circuito de potencia y para ayudar a proteger sus señales de control. Se puede seguir la misma recomendación para mantener separadas las tierras analógica y digital.
- Acoplamiento. Para reducir el acoplamiento capacitivo debido a la colocación de un plano de tierra amplio y las líneas enrutadas por encima y por debajo, trate de que su tierra analógica solo sea atravesada por líneas analógicas.
Tercera recomendación de diseño. Ejemplo de separación de componentes (digital y analógico)
#4 - Combatir los problemas de calentamiento
¿Alguna vez disminuyó el rendimiento de su circuito o incluso se dañó su placa debido a problemas de calentamiento? Este problema afecta a varios diseñadores cuando no se tiene en cuenta la disipación del calor. A continuación, se muestran algunas recomendaciones que se deben tener en cuenta con el fin de ayudar a combatir los problemas de calentamiento:
Identificar componentes problemáticos
El primer paso es comenzar a considerar cuáles son los componentes que disiparán más calor en su tarjeta. Esto se puede lograr si encuentra primero los índices de "Resistencia Térmica" en la hoja de datos de los componentes, y luego seguir las recomendaciones para distribuir el calor producido. Por supuesto que se pueden agregar disipadores de calor y ventiladores para mantener bajas las temperaturas de los componentes, y además recuerde mantener los componentes críticos lejos de cualquier fuente de mucho calor.
Agregar alivios térmicos
Agregar alivios térmicos puede ser de mucha ayuda para producir una tarjeta fabricable, y son esenciales para aplicación de soldadura por ola en ensambles de alto contenido de cobre y placas multicapa. Debido a que puede ser difícil de mantener las temperaturas de proceso, se recomienda siempre utilizar alivios térmico en componentes de orificio pasante para facilitar el proceso de soldadura al disminuir el índice de disipación de calor a través de las placas de la tarjeta.
Como recomendación general, siempre utilice un patrón de alivio térmico para cualquier vía u orificio que esté conectado a un plano de tierra o alimentación. Además de los alivios térmicos, puede agregar lágrimas donde las pistas se unen a los terminales para proporcionar soporte adicional para el cobre/metal. Esto ayudará a reducir el estrés mecánico y térmico.
Cuarta recomendación de diseño. Patrón de alivio térmico típico
#5 - Verificar su trabajo
Es normal abrumarse hacia el final de su proyecto de diseño, a medida que avanza, para encajar las piezas faltantes para la fabricación. Pero verificar dos o tres veces su trabajo en búsqueda de errores en esta etapa puede hacer la diferencia entre una fabricación exitosa o fallida.
Para ayudarle con el proceso de control de calidad, se recomienda siempre comenzar con la Verificación de Reglas Eléctricas (ERC- Electric Rule Check-) y la Verificación de Reglas de Diseño (DRC- Design Rule Check-) para verificar si cumplió con las restricciones establecidas. Con estos dos sistemas, puede hacer cumplir fácilmente los anchos de espacio, los anchos de pistas, las configuraciones comunes de fabricación, los requisitos de alta velocidad y los cortocircuitos.
Si sus ERC y DRC han producido resultados sin errores, se recomienda verificar el enrutamiento de cada señal y confirmar que no se ha omitido nada al ejecutarlos mediante un esquema de un cable a la vez. Y por supuesto, asegúrese de que su diseño de PCB coincida con su esquemático con el uso de las características de sondeo y enmascaramiento de la herramienta de diseño.
Quinta regla de diseño de PCB. Verifique dos veces su diseño, PCB y reglas de restricciones
Resumen
Ahí lo tiene: nuestras 5 mejores recomendaciones de diseño que cada diseñador de PCB necesita conocer. Al seguir esta pequeña lista de recomendaciones, estará encaminado hacia el diseño de una placa funcional y fabricable al instante y además, una placa de circuito impresa de gran calidad.
Las buenas prácticas de diseño de PCB son cruciales para el éxito; estas reglas de diseño de PCB forman una base para construir y solidificar una práctica de mejora continua en todas sus prácticas de diseño.
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