A pesar de que es esencial, en muchas ocasiones no prestamos la misma atención al diseño del layout de un PCB como al esquemático de su circuito y la selección de sus componentes. Esto puede generar desde problemas de fabricación como todo tipo de contratiempos, como cortocircuitos o problemas de calentamiento. Tomaremos 5 tips sobre el diseño de PCB que te ayudarán a mejorar tus prototipos y reducir los problemas.
Tip #1: Tener gran cuidado en la colocación de los componentes.
Es la parte más estratégica en el diseño de una PCB, ya que debemos considerar todas las partes disponibles en la tarjeta. Una buena colocación proporciona no solamente facilidad de fabricación (que es el objetivo principal), sino también una buena estética.
Tenemos diferentes lineamientos a considerar, como por ejemplo:
- Orientación: hay que asegurarnos de que los componentes similares de orienten en la misma dirección. Esto facilitará el proceso de montado y soldado de los componentes al no tener que revisar las polaridades de los mismos uno por uno.
- Ubicación: Debemos procurar que los componentes SMD no se ubiquen por debajo del área de soldadura de los componentes de orificio pasante.
- Organización: Es recomendable colocar todos los elementos through hole del lado superior de la placa y todos los SMT del mismo lado, para minimizar los pasos de ensamblaje.
Un último tip en esta sección para tener en cuenta es que si se utilizarán componentes de tecnología mixta (through hole y SMT), el fabricante puede agregar costos adicionales para el proceso de ensamblado, por lo que hay que elegir bien los componentes en orden de aminorar costos.
Tip #2: Colocar conexiones de tierra, energía y señal.
Una vez colocados los componentes, habrá que realizar el trazado de las conexiones para asegurar una ruta limpia y libre de problemas. Aquí van algunas recomendaciones para ello:
- Orientar los planos de tierra y potencia: Siempre es mejor mantener centrados y simétricos los planos de tierra y potencia en la tarjeta. Esto ayudará en gran medida a evitar que la placa se doble y que esto afecte la posición correcta en los componentes. Se recomienda utilizar rieles comunes para el suministro de los CI’s, así como cuidar la amplitud de la pista y evitar el encadenamiento de lineas de alimentación componente a componente.
- Conectar caminos de señal: Posteriormente, se conectarán los pines de señal entre componentes de acuerdo al diseño esquemático. Lo mejor es realizar las conexiones lo más cortas y directas posibles. Si nos vemos obligados a realizar un enrute horizontal al lado de la tarjeta, éste deberá ser realizado de forma vertical en el lado opuesto.
- Definir y cuidar el ancho de las conexiones: El ancho de las pistas será determinado por el tipo de energía que lleven, sea tierra, alimentación o señal a otro componente. Pensando en esto, algunos diseñadores recomiendan un ancho de 0.010″ para señales de baja corriente, analógica o digital, y más ancha para trazos que transporten más de 300mAh. Puedes usar alguna calculadora de ancho de pistas para ayudarte en el proceso.
Tip #3: Mantener la distancia.
Dependiendo de los voltajes utilizados, éstos pueden generar ruido entre componentes. Para minimizar la interferencia hay que tener en cuenta lo siguiente:
- Separación: Debemos asegurarnos de mantener las tierras de alimentación y control separadas para cada etapa de suministro de energía. Si por alguna razón es necesario unirlas, esto se hará al final de su camino de alimentación.
- Ubicación: Si el plano de tierra se colocó en una capa intermedia, debemos colocar un camino de baja impedancia para proteger las señales de control y reducir el riesgo de interferencia en el circuito. Este mismo tip aplica para las señales de tierra analógica y digital.
- Acoplamiento: Debemos tratar que la tierra analógica solo sea atravesada por lineas analógicas. Esto ayudará a reducir el acoplamiento capacitivo por colocar un plano de tierra amplio y lineas enrutadas por arriba y abajo de éste.
Tip #4: Prestar atención al calentamiento.
El calentamiento puede generar problemas de rendimiento o incluso daños a las placas si no se considera desde su diseño. Ahora veremos algunas recomendaciones para ayudar a su disipación:
- Identificar componentes problemáticos: Hay que tener en cuenta qué componentes son los que generan más calor. Encontraremos este dato en los apartados de «resistencia térmica» en la hoja de datos de cada uno. De ser necesario, podemos por supuesto añadir disipadores o ventiladores para mantener temperaturas bajas.
- Añadir alivios térmicos: Los alivios térmicos son conexiones utilizadas para aislar termicamente el pin conectado de la placa sólida de cobre cuando soldamos el componente. Estos son particularmente útiles para la aplicación de soldadura por ola y placas multi capa, ya que es difícil mantener las temperaturas del proceso. Se utilizan sobre todo en componentes through hole, aunque de manera general se recomienda el alivio térmico para cualquier conexión a un plano de tierra o alimentación.
Tip #5: Comprobar y verificar el trabajo
Como todo en la vida, el trabajar por horas y horas en algo en específico puede hacer que obviemos detalles en algún momento. Es bueno que tomemos descansos para después volver al diseño una vez aclarada la mente. Esto ayudará en gran manera a detectar posibles problemas. Hacer un double o triple check es vital antes de mandar a producción.
Si tienes dudas sobre las reglas de diseño de una PCB, te dejamos este tutorial mucho más completo. En él, vemos paso a paso cada detalle en el proceso de creación de un nuevo proyecto.