manifiesto pcb

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Manifiesto para creacion de PCB

Ing. Emiliano Guitart-

El espesor del cobre

El cobre en un PCB se mide onzas, y representa el grosor de 1 onza de cobre extendida un área de 1 pie cuadrado.Por ejemplo, un circuito impreso que utiliza 1 oz cobre tiene un espesor de 1.4mils. La gran mayoría de los PCB se fabrican con "cobre oz 1" en las capas exteriores. Si hay capas internas, son casi siempre fabricados con "1/2 onza de cobre".

El espesor de la capa de cobre en el PCB afecta al comportamiento del circuito. Las mediciones de espesor comúnmente utilizados se indican a continuación.

Oz pie² mm mils

0,5 17,5 0,0007 0,7

0,75 25,5 0,0010 1,0

1 35 0.0014 1,4

2 71 .0028 2.8

3 105 0.0042 4,2

El espesor de una placa delgada de metal con un área de superficie esta dada por :.

Espesor = {Masa\( sobre el área * densidad)}

Ancho de Pistas o “tracks”

Distintos anchos de trazas tienen propiedades diferentes que podrían afectar al funcionamiento del circuito. Por, ejemplo, una pista delgada tiene una resistencia superior a una de mayor espesor, y por lo tanto puede llevar menos corriente o se calienta más por la misma corriente.

La mayoría de los fabricantes pueden fabricar un ancho de pista mínimo de 0,006 pulgadas. (Muchos pueden fabricar pistas 0.004 pulgadas de ancho [4 mils]). Estas medidas mínimas, son más que suficientes para la mayoría de las señales digitales y analógicas.

Footprints e indicadores de posición

El fabricante de cada parte recomienda un "footprint", que es un patrón de cobre para la parte a ser soldada a la placa.

A veces el footprint también incluye un dibujo del contorno de la pieza. Algunas personas ponen ese esquema en el serigrafiado (“silkscreen”) . Otras personas hacen un "esquema virtual" que aparece en la pantalla durante el diseño y en los planos de montaje, pero no en el PCB real.

Los footprints de los capacitores y las baterías deben incluir el signo más (+). Las marcas de polaridad en el silkscreen debe ser colocada lo más cerca posible de donde se encuentra el pin o pad del componente que le corresponde.

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Footprints de LEDs y diodos entre otros deben tener una marca de polaridad – en el caso del diodo opr ejemplo , usar el símbolo esquematico del diodo, o por lo menos una barra que indique el catodo del mismo, en el silkscreen . La barra coincide con el cátodo indicado en el propio diodo.

Footprints de Chips (circuitos integrados ) debe tener una marca de orientación "punto" o "1" cerca de la pata o pin1. La mayoría de la gente da al pin 1 "un pad cuadrado" y todos los otros pines un "pad redondeado". Algunas personas también les gusta agregar, cuando se trata de integrados de muchos pines, ademas indicadores tales como "10", "20", "30", etc, marcadas en la serigrafía próxima a los pines 10, 20, 30, etc.

La marca de polaridad u orientación debe ser visible después del montaje del componente, para que pueda ser visto después durante la inspección. (Es inútil poner la marca de polaridad que nadie la puede ver luego de colocar dicho componente).Está bien poner debajo la marca de polaridad de un diodo, ya que se puede mirar "todo" el diodo montado y ver la marca de polaridad.

AgujerosLa mayoría de los PCB tienen muchos agujeros perforados en ellas.

La mayoría de los PCB con más de una capa tienen todos los agujeros "plated-through-hole (PTH)", incluso los agujeros que no necesitan serlo (agujeros de herramientas y algunos agujeros pasantes). Esto se hace así, porque se necesita un esfuerzo extra para tapar los agujeros que no deben ser “metalizados" antes de lanzar el PCB en el baño de recubrimiento.

Hay 3 tipos generales de agujeros:

VIA - literalmente, un "camino" para llegar de una capa de cobre a otra capa de cobre. Las vías en un determinado PCB deberían todas ser del mismo tamaño. Algunas personas utilizan 0,025 "(0,6 mm) de diámetro, rodeado de un pad de cobre de 0,042" (1,0 mm),de ser posible.Algunas placas SMT muy densas requieren pequeños cambios de layer (top/bottom). Algunos fabricantes pueden manejar vías de 0,012 "de diámetro, rodeados de un pad de 0,024" de diámetro.

Dado que no existe componente real colocado en una vía, muchos PCB están fabricados con vías rellenas (vías completamente llenas con metal) y "Tented" vias (vías completamente cubiertas con la máscara de soldadura). Por lo general las vias son cubiertas con la mascara de soldar.La única razón para no hacerlo es por si se quiere ser capaz de utilizarlos para puntos de prueba o para realizar puentes con cables entre distintos puntos del circuito, para lo cual se recomienda generalmente usar pad determinado para tal caso. En un PCB donde todos los componentes son SMD puede existir solo una pequeña diferencia, pero si la placa sera soldada por ola (flow soldered ), las vías untented pueden agregar una gran cantidad de lugares donde se puede producir un corto circuito, debido a puentes de soldadura.

THROUGH HOLE - (algunas veces llamados thru hole) muchos de los componentes (llamados "componentes de inserción") requieren una perforación u hoyo (un "through-hole") para cada pin. El fabricante de la pieza debe especificar el footprint, incluyendo la ubicación y el tamaño de cada perforación. Si no hay recomendación, la práctica común es:

• Pines o conductores redondos: añadir 6 milésimas de pulgada de diámetro nominal para obtener el diámetro del orificio de PCB recomendado.

• Pines o conductores rectangulares: encontrar su diagonal ( sqrt {x ^ 2 + y ^ 2}), añadir 6 milésimas de pulgada para obtener el diámetro del orificio de PCB recomendado. (6 mils ≈ 0,15 mm)

• "Separación (clearence ) entre el pin del componente o conductor y el hoyo debe ser de 0,4 mm" • "El diámetro optimo del pad para un componente de inserción es el doble del diámetro del agujero

terminado.

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Agujero de herramientas(tooling hole ) - preferentemente de 0.125 ".Los agujeros de montaje, un" agujero de herramientas "-. se utilizan para fijar temporalmente el PCB para aparatos de prueba, y luego atornillar la placa en el producto final , para lo cual debe ser lo suficientemente grande para el montaje con tornillos por ejemplo. Si el PCB es soldado por ola(tanto como si lo es por reflow), existe un riesgo de que estos agujeros puedan quedar conectados o tapados con la soldadura, estos agujeros deberían ser temporalmente bloqueados o protegidos con un tapón o mascara cuando el PCB es fabricado (de modo que la soldadura no se pegue).

Espesor del PCB y las capas

La gran mayoría de los PCB tienen un espesor total de 1/16 pulgada (1,58 mm). Algunas placas SMT muy densas tienen un espesor total de 1/32 pulgada (0,79 mm), que permite perforar agujeros más pequeños, permitiendo mayor más densidad . Ocasionalmente placas están hechas con un espesor total de 3/32 pulgada (2,3 mm), lo que hace más rígida (pero requieren vias más grandes).

A menudo, algunas o todas las capas están casi totalmente cubiertas con “copper pour"(colada de cobre) generalmente son "planos de tierra" o "planos de alimentación". Tales planos típicamente tienen una separación o clearance “señal-plano” (signal to pour) de 0,010 pulgadas y un clearance con el borde de corte (perímetro de la placa borde) y el plano de 0,020 pulgadas.

La mayoría de los PCB tienen entre uno y veinte capas (layers) conductoras laminadas (pegadas), así como si fuera un sándwich con aislamiento de plástico. Los PCB con dos o más de las capas (multilayers) pueden ser útiles para construir circuitos complejos o densos. Algunas veces no se usan PCB multilayers porque son más caros, y las capas internas son más difíciles de inspeccionar y reparar. En los PCB más complejas o multilayers dos o más de las capas están dedicadas a proporcionar tierra de potencia. Estos planos de tierra y planos de alimentación se utilizan para distribuir la energía también. Así como para evitar que las ondas de radio que se no intencionalmente generadas por pistas que hacen las veces de antenas. Estos planos son planos, tales como hojas rectangulares de cobre conductor que ocupan las capas enteras (a excepción de pequeños agujeros para evitar la conexión indeseada de vías y componentes a través del agujero). Ellos distribuyen energía eléctrica y el calor mejor que las pistas angostas. PCB de Cuatro layers (capas) , con un plano de tierra y el plano de potencia se utilizan a menudo en equipos de alta calidad ( audio, aviónica y medicina), con el incremento de costo que significa un impreso de cuatro layers. La mayoría de los productos de consumo tienen una o dos capas.

Si desea utilizar una chip con encapsulado BGA, este generalmente determinara el número de capas que la

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placa debe tener. Con unos pocos chips BGA de baja densidad, es posible utilizar un PCB de 2-capas. Algunos chips BGA requieren por lo menos 4 capas , y muchos otros obligan a utilizar aún más capas. Por ejemplo, un paquete BGA con 7 u 8 hileras de bolas (desde el centro hasta el perímetro), en general necesitara un mínimo de 6 capas con fan-out , incluyendo un plano de alimentación y un plano de tierra.

Separación de Pistas ( Trace clearance)

El ancho y el espaciamiento de los conductores (pistas o "tracks") en un PCB es muy importante. • Si las pistas están demasiado cerca, la soldadura puede unir pistas adyacentes, y el PCB será difícil de construir o reparar. Si están demasiado separadas o lejos unas de otras, el PCB puede ser demasiado grande y costoso.• Cuando un PCB trabaja a altas frecuencias, las pistas pueden necesitar ser de anchos y longitudes exactas para controlar la impedancia característica de la misma.

El Clearance o "separación" es la distancia más corta a través del aire entre dos conductores. Para mayor información , equipos alimentados con energía de red deben cumplir con la norma, UL 60950-1 la cual da la distancia mínima permitida entre pistas de un PCB. Con la típica entrada de la red 120-230 VAC, el creepage (linea de fuga) entre los circuitos primario y el secundario de baja tensión (según UL / IEC 60950) debe ser 6,4 mm como mínimo. El IPC recomienda una separación entre las pistas de:• 0,0254 mm/V en placas sin recubrimiento si no se espera que lleguen a utilizarse por encima de 10.000 pies, • 0.005 mm/V en placas sin recubrimiento si espera que se mantenga siempre por debajo de 10.000 pies • 0,00305 mm/V si se cubren con máscara de soldadura. Algunas normas de seguridad requieren un espacio mínimo de 8 mm entre la entrada de alimentación (240 V) y pistas de señal. Otras normas relacionadas con la limpieza y líneas de fuga son ECMA 287, IEC 60664, NEMA 1-111-1, 1-111-2 NEMA, etc

Algunos diseños cortan el plano de ground u otros planos del PCB en lugares estratégicos para controlar las rutas de retorno de las corrientes. El deseo habitual es mantener altos voltajes o altas frecuencias fuera de áreas o zonas sensibles de un circuito. Las propiedades reales del diseño son fundamentales, porque en algunos casos, cortando el plano de ground se hace que el PCB se transforme en una antena que irradia ruido de radio en los equipos cercanos.

Remover cobre innecesario “Remove less copper o Remove dead copper”

Eliminación de grandes superficies de cobre genera desechos y aumenta la contaminación. Sin embargo muchas veces esto es necesario. Por lo tanto, los diseñadores pueden , dejar el cobre sin conectar en su lugar, o cubrir extensas áreas de cobre innecesario transformarlas en arreglos de pequeños de diamantes, rectángulos de cobre aislados eléctricamente y generar con ellos planos para proteger de EMI/RFI al circuito.

Fiducial

La mayoría de los PCB tienen marcas de alineación (llamado fiduciales) y los agujeros de herramientas para alinear capas.

El fiducial preferido es un círculo sólido de 1 mm de diámetro , el cual permite al PCB ser montado en los equipos “Pick and place “y de soldaduras. Algunos diseños tienen también patrones de control de calidad para medir los procesos de soldadura y el generado del PCB en si (etching). En algunos casos, los patrones de prueba están sobre los marcos o margenes troquelados que soportan los PCB y pueden ser removidos

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antes de que el PCB este instalado.

Vía

Las capas o layers pueden estar conectados entre sí a través de agujeros perforados llamados vías. Algunos de los agujeros son galvanizados o con pequeños remaches que se insertan en ellos. Los PCB de alta densidad puede tener vías ciegas, que son visibles solamente en una superficie, o vías enterradas que no son visibles en ninguna de las capas externas, pero éstos son caros de construir y difíciles o imposibles de inspeccionar después de la fabricación. Los buenos diseñadores minimizar el número de vías para reducir el costo de la perforación. En PCB antiguos era común soldar un cable a través del agujero para realizar la union entre pistas de diferentes layers.

Máscara de soldadura y serigrafía (silkscreen)

Una máscara de soldadura es una capa de lacado que resiste la acción de la soldadura (la soldadura no se adhiere), y mantiene las islas de soldadura separadas. También protege las capas conductores de los layers exteriores de la abrasión y de la corrosión. Sin la máscara de soldadura, el epoxi con fibra de vidrio reforzada poseee un translúcido de color blanquecino. Las máscaras de soldadura son generalmente de color verde, pero pueden ser encontrados en otros colores.

Una leyenda de serigrafía sobre la superficie superior o inferior del PCB proporciona la información legible sobre los números de los componentes y la orientación de los mismos. Esto ayuda a la fabricación , ensamble y reparación. Para ayudar a la construcción manual y reparación, diodos, condensadores y circuitos integrados son a veces orientado en la misma dirección.

La tecnología actual permite a los identificadores (designator) de componentes para ser impresas directamente sobre la superficie del PCB, ahorrando tiempo y dinero mediante la supresión de serigrafías. Esto se hace a veces por una impresora de inyección de tinta especial.

Las directrices básicas

Los transmisores de radio y receptores de radio son difíciles de diseñar. Los diseñadores de PCB que trabajan en ellos deben reducir al mínimo los efectos parásitos debido a la disposición de los componentes, o tenerlas en cuenta con un modelo general y de usar algún de software de simulación tal como SPICE.

Afortunadamente, muchos circuitos prácticos se pueden rutear (diseñar el layout ) utilizando un modelo globalizado mucho más simple.

Diseño de PCB, lineamientos básicos:

• a menudo es una buena idea de haber hecho un circuito prototipo usando conexión punto-a-punto o wire wrap, una vez que se han resuelto algunas cuestiones básicas que tienen que ver con la selección de componentes: (por ejemplo, se debe utilizar una resistencia de 1/4 w o de 1/2 w ?)• Considerar las limitaciones físicas en el tamaño de la placa montada y los requisitos de disipación de calor y elegir sus disipadores de calor si es necesario.• Considerar cuidadosamente el tamaño físico de los componentes que se utilizan para rutear, el esquemático del circuito no te dice esto. Componentes equivalentes a menudo tienen diferentes encapsulados.• ¿Cómo fijar o conectar los componentes a la placa? ¿Son componentes de montaje superficial? o requieren orificios, tornillos, arandelas, etc?• ¿Hay partes mecánicas que se montan directamente a la placa? Por ejemplo, interruptores o resistencias variables?• ¿Cómo va a montar la placa en su equipo o blindaje? Que fuerzas físicas soportara la placa

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(choques, deformaciones, corte, vibraciones) habrá en ella y sobre los componentes?• ¿Cómo se conecta la tarjeta a su fuente de alimentación? ¿Qué otros conectores se requiere (por ejemplo, las señales de entrada, salidas)?• Usar una hoja de papel y un lápiz y dibujar el PCB en su tamaño real, o utilizar el software de diseño incluyendo los componentes y verificar físicamente la disposición , tamaño y orientación de los mismos.• Decidir anchos adecuados para cada una de las pistas de señal, lo que depende de la corriente que se espera que lleve. Algunas veces se utilizan a las pistas como fusibles , para limitar los daños si ocurre un desperfecto en el circuito.• Decidir si va a tener un PCB de una una sola capa, 2 capas, o de múltiples capas basada en la complejidad del circuito y los costes de fabricación.• Comenzar por la colocación de los componentes, a continuación, mediante la colocación de las pistas de señal que pasaran cerca de ellos , deje un poco de espacio alrededor de cada uno para dar margen a tolerancias.• Para una placa de una sola capa, invertir un mayor esfuerzo para evitar que los pistas se crucen entre sí, jugar con la colocación del componente o componentes y coloque pistas por debajo de estos, a veces la utilización de un puente es necesario.• En PCB de 2 capas y de múltiples capas simplemente rutear las pistas en diferentes capas, y usar PTH para saltar de una capa a otra.• Tratar de predecir y evitar errores de montaje: donde hay varios componentes de la misma clase, o en los pines tienen una polaridad (por ejemplo, los capacitores electrolíticos), trate de colocar en paralelo y orientar el polo positivo en la misma dirección.• Si su software de diseño posee DRC (Design Rule Check), úselo. Para cada circuito puede que las Rules sean diferentes dependiendo de la naturaleza del mismo.

Diseño de PCB en circuitos de RF en un PCB de 2 capas o multicapas:

• Identificar los puntos críticos del circuito y las ubicarlos en primer lugar• Utilizar uno de los layers como un plano de tierra continuo.• Evitar formar esquinas agudas con las pistas.

• Mantener pistas de señales y conductores de componentes(soldarlos al ras del PCB) tan corto como sea posible.• Entradas y salidas deben estar muy separadas, de modo que la energía de RF no se filtre de nuevo de salida a entrada. etapas deben estar alineadas, en lugar de rodearse.• Desacoplar las partes de RF del circuito de las partes de CC del circuito.• Blindar los componentes de AF e IF de componentes de RF.• Comunicación de alta velocidad (más de 100 Mb / s por cable) generalmente requiere conexión punto a punto, en lugar de puntos múltiples de conexión o de bus multipunto. • Comunicaciones por sobre los 622 Mb / s por cable requiere de técnicas más especializadas y la selección cuidadosa de conector

• Muchas personas tienen una lista de cosas para revisar antes de enviar los archivos de formato Gerber para el fabricante de PCB.

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