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El sutil arte de no cometer errores en el diseño de PCBs para fabricación

Lograr un buen diseño para tu PCB no es una tarea fácil. Dada la complejidad del diseño y fabricación de PCBs, existen muchas posibilidades de que ocurra una falla. Algunas de estas fallas pueden ser el resultado de una mala colocación y enrutamiento de los componentes. Si organizas tus componentes sin tener en cuenta el proceso de fabricación, es probable que vayas a tener una placa horrible que ni siquiera funciona.

Afortunadamente, tal pesadilla puede evitarse. Al comprender las consideraciones de ubicación y solucionar los problemas de tus diseños por tu cuenta, puedes tomar mejores decisiones de ubicación y enrutamiento para evitar errores innecesarios y ahorrar mucho tiempo y dinero en tu próxima visita al fabricante. Tener una base sólida en el diseño de tarjetas puede aumentar tu confianza en el diseño de tarjetas más complejas para proyectos futuros. Para ayudarte a crear placas fabricables de alta calidad, aquí hay diez consejos básicos de colocación de componentes y de enrutamiento a considerar cuando diseñas una PCB utilizando un software de diseño.

1. Coloca primero componentes grandes, luego los más pequeños

Piensa en colocar componentes como comer en un buffet. Dado nuestro espacio limitado en el estómago, es natural que vayamos primero a los platos caros o gourmet para que nuestro dinero valga la pena. De manera similar, nos ocuparíamos de colocar primero los componentes importantes, antes de pasar a colocar los más pequeños.

2. Orienta a los componentes en la misma dirección

Los componentes deben estar orientados en la misma dirección, y organizarlos ordenadamente en filas y columnas. Esto es para facilitarte a ti o a tu ensamblador, la instalación, inspección y modificación. En la medida de lo posible, los componentes con requisitos de polaridad, como los diodos, deben alinearse de modo que todos los polos positivos estén en un lado y los polos negativos en el otro, con su polaridad indicada en la serigrafía. Créenos, te lo agradecerás más tarde.

3. Evita colocar componentes altos a lado de otros más cortos

Aparte de la disposición bidimensional, también ten en cuenta la altura y el ancho de los componentes. Si los componentes más altos están bloqueando a los más pequeños, puede dificultar la inspección o el mantenimiento y es probable que los puntos de soldadura estén mal conectados. Debes mantener un ángulo de visión de no más de 45 grados para facilitar la inspección manual de los puntos de soldadura.

4. Coloca los componentes que se calientan cerca del centro de la placa

Los componentes electrónicos que consumen mucha corriente, como los microprocesadores, pueden producir mucho calor. Por lo tanto, es una buena idea montarlos cerca del centro de la tarjeta, ya que esto permite que el calor se difunda en toda la placa. Por otro lado, si tu componente está montado cerca del borde, el calor generado puede acumularse y la temperatura puede llegar a ser muy alta. Además, si tienes varios componentes que producen calor, sepáralos a lo largo de la placa para distribuir uniformemente el calor en lugar de agruparlos en una ubicación. La distribución inadecuada del calor puede causar que tu dispositivo se autodestruya, literalmente.

5. Mantén alejados a los componentes termosensibles de los que producen calor

Del mismo modo, es mejor mantener los componentes sensibles al calor, como los capacitores y los termopares, alejados de los componentes que generan calor, como resistores, diodos, inductores, rectificadores, MOSFETs y circuitos integrados (ICs). Por ejemplo, si los capacitores se calientan demasiado, comenzarán a perder la capacidad de retener la carga, acortando la vida útil del dispositivo.

Además de proporcionar conectividad eléctrica entre capas, ¿sabías que las pistas también se pueden usar para disipar el calor de un lado de la PCB al otro? Para reducir la temperatura de funcionamiento de los componentes superpoderosos como los circuitos integrados, las pistas se pueden colocar debajo del IC para canalizar el calor.

6. Para los componentes que usan soldadura por ola, alinéalos con la dirección de la ola

En la soldadura por ola, los dispositivos de montaje superficial (SMD) generalmente se adhieren a la parte inferior de la placa con adhesivos y luego pasan a través de soldadura fundida. Si vas a tener tu diseño soldado por ola, tus piezas deben estar orientadas en la dirección paralela a la dirección de la onda para evitar cortocircuitos de soldadura o conexiones abiertas. Por ejemplo, si tienes un componente pequeño detrás de uno alto en una orientación propensa a defectos, podría crear problemas de efecto de sombra, lo que provocaría que el componente más pequeño no tuviera suficiente soldadura o que no tuviera nada.

7. No utilices pistas con ángulos afilados de 90 grados

Cuando tienes pistas que tienen un ángulo recto pronunciado, existe el riesgo de que la esquina exterior del ángulo de 90 grados sea grabada más estrecha que el ancho estándar de la pista. En el peor de los casos, tu placa podría tener pistas de 90 grados que no están totalmente grabadas, lo que podría provocar cortocircuitos. Además, otra razón por la que los ingenieros evitan las pistas en ángulo recto se debe a la posibilidad de que las señales lógicas de alta velocidad se reflejen desde la parte posterior del ángulo recto, lo que causa interferencias.

Una solución es utilizar trazos con ángulos de 45 grados. No solo le facilita la vida a todos, sino que también acorta la trayectoria eléctrica entre los componentes en comparación con los ángulos de 90 grados. Además, ¡se sabe que las trazos en ángulo de 45 grados producen diseños de PCB bonitos!

8. Mantén las conexiones tan cortas y directas como sea posible

El objetivo es mantener las partes compatibles agrupadas en la misma área para minimizar la longitud y el cruce de conexiones fuera de la placa entre tus componentes. Esto se debe a que los trazos largos pueden captar el ruido electromagnético de otras fuentes y, potencialmente, provocar interferencias.

9. Incrementa el ancho de las pistas de alimentación y tierra

Con más corriente fluyendo a través de ellas en comparación con otras pistas, las pistas de poder y tierra son más propensas a quemarse si se mantienen delgadas como el resto. Al hacerlas más anchas, puede reducir el calor generado y evitar que tu placa se arruine.

Pero ten en cuenta que el ancho de tus pistas también está determinado por la proximidad de las pistas a los componentes y a las pistas adyacentes. Si estás comprimiendo muchos componentes y pistas en una PCB pequeña, entonces las pistas deben ser estrechas para adaptarse a todo.

10. Realiza una verificación de regla de diseño (Design Rule Check, DRC)

Usar el DRC para verificar que tu diseño esté libre de errores es un gran hábito que debes adoptar a medida que avanzas en el diseño de tu PCB. El uso de DRC te ayudará a identificar diseños problemáticos, lo que te permitirá corregir posibles problemas de fabricación que podrían dar lugar a bajos rendimientos de fabricación. Puedes evitar costos innecesarios que de lo contrario se incurrirían por errores de fabricación y retrasos en las versiones del producto.

Si ya entendiste lo básico o si esta lectura te parece aburrida (felicidades por llegar tan lejos), checa la Guía de Diseño de PCBs para Manufactura de Seeed Studio. Se trata de una guía detallada sobre diseño de componentes, diseño de pistas, diseño de la máscara antisoldante, consideraciones de serigrafía entre muchos otros parámetros. Es una recopilación de 10 años de experiencia en fabricación, y todavía la están mejorando continuamente para servir mejor a la comunidad.

Fuente: Seeed Studio