El diseño de la placa de circuito impreso se basa en el esquema del circuito e implementa las funciones requeridas por el diseñador. El diseño de la placa de circuito impreso, también conocido como diseño de disposición, debe considerar diversos factores, como la disposición de las conexiones externas, la disposición de los componentes electrónicos internos, la disposición del cableado metálico y las vías, la protección electromagnética, etc. Diseño de diseño de PCB Puede ahorrarle costos de producción y mejorar el rendimiento de las PCB, mientras que un diseño deficiente puede limitar la funcionalidad de la placa e incluso provocar fallos en placas completas. Por lo tanto, es fundamental asegurarse de que sus PCB estén bien diseñadas. Aquí explicaremos los pasos clave del proceso de diseño de PCB y algunos factores a considerar antes de diseñar.
Diseño de PCB Proceso
- Diseño de conceptos
El primer paso es determinar el propósito del diseño de la PCB, lo que denominamos diseño conceptual de la placa. En esta etapa, debemos definir las funciones de la PCB, sus características, las interconexiones con otros circuitos, su tamaño aproximado, su ubicación en el producto final y su entorno operativo, incluyendo la temperatura y la humedad aproximadas, entre otros factores.
- Dibuje el esquema del circuito
Una vez que determinemos el diseño conceptual final, pasaremos a la siguiente fase: dibujar el esquema del circuito. Este esquema incluye toda la información necesaria para el correcto funcionamiento de los componentes eléctricos de la placa de circuito, incluyendo nombres de los componentes, valores, especificaciones, etc. Asimismo, debe crear la lista de materiales (BOM), que incluye información detallada como el número de pieza, el designador de referencia, la descripción, la cantidad, el paquete, etc. Mantenga estos dos documentos actualizados cada vez que modifique el diseño de la PCB.
- Crear un diagrama de bloques a nivel de placa
En el tercer paso, necesitamos crear un diagrama de bloques a nivel de placa, que se refiere a un dibujo que describe las dimensiones finales precisas de las placas de circuito impreso. Cada área del diagrama debe estar claramente marcada como bloques, componentes y restricciones.
- Determinar la ubicación de los componentes
En esta fase, decidiremos dónde se colocará cada componente en la placa. Durante este proceso, es posible que se pase por varias etapas hasta tomar la decisión final, lo cual es bastante normal. Debemos asegurarnos de que cada componente esté colocado en el lugar correcto para maximizar la calidad y el rendimiento de la PCB.
- Establecer el enrutamiento del circuito
Una vez confirmada la posición de cada componente, ahora necesitamos establecer el enrutamiento del circuito para determinar el enrutamiento y la prioridad de enrutamiento del circuito.
- Pruebas
En el último paso, debemos realizar una serie de pruebas para asegurarnos de que el diseño satisfaga todas nuestras necesidades. Si las pruebas son satisfactorias, podemos pasar al proceso de fabricación; de lo contrario, debemos realizar ajustes según el diseño original de la PCB.
Consideraciones de diseño de PCB
Restricciones de la junta
Al diseñar una placa de circuito impreso, es necesario considerar las limitaciones de la placa, incluyendo su tamaño y forma. Primero, debemos confirmar que el circuito tenga suficiente espacio. El tamaño de una placa de circuito se ve afectado por diversos factores, como el tamaño y la funcionalidad del producto final. Con el avance de la tecnología y los cambios en la demanda del consumidor, los productos electrónicos son cada vez más pequeños y versátiles, lo que también afecta considerablemente al diseño de PCB. Por lo tanto, es fundamental estimar el tamaño de la PCB antes de comenzar el diseño. Si no hay suficiente espacio, podríamos necesitar un diseño multicapa o de interconexión de alta densidad (HDI) para lograr la funcionalidad deseada. En cuanto a la forma, generalmente diseñamos la PCB en un rectángulo, pero para algunos productos con formas irregulares, la PCB utilizada también debe diseñarse con una forma especial, aunque esto incrementará el costo. Por otro lado, debemos considerar el número de capas desde el principio del diseño de la PCB. Diseñar una PCB con más capas incrementa el costo, pero nos permite diseñar una PCB con características más avanzadas.
Procesos de manufactura
Antes de comenzar el diseño de la PCB, debemos considerar el proceso de fabricación de la placa de circuito impreso, ya que cada proceso tiene sus propias limitaciones y restricciones. Se necesitan orificios de referencia que se adapten al proceso de fabricación en la placa, y debemos diseñar con componentes alejados de los orificios de la PCB. Por otro lado, debemos considerar las materias primas para fabricar la PCB y el método de ensamblaje; por ejemplo, en algunos casos, se requieren componentes de orificio pasante y de montaje superficial simultáneamente. Además, es importante comunicarse con el fabricante para garantizar que tenga la capacidad de producir el tipo de placa requerido.
Consideraciones sobre componentes y materiales
Antes de comenzar el diseño de la PCB, debemos determinar los materiales y componentes que se utilizarán. El diseño puede variar según los diferentes materiales y componentes, y elegir los adecuados lleva tiempo. Primero, debemos confirmar su disponibilidad, ya que algunos son difíciles de encontrar en el mercado. Además, debemos asegurarnos de que los artículos deseados se ajusten al presupuesto. Por último, también debemos asegurarnos de que nuestros diseños maximicen la resistencia de estos materiales y componentes.
Orden de colocación de componentes
Se refiere al proceso que implica el orden en que se colocan los componentes en la placa. Recomendamos agregar primero los conectores y circuitos de alimentación, seguidos de los circuitos de precisión, los circuitos críticos y, finalmente, los demás elementos. Durante el proceso, debemos considerar las capacidades de enrutamiento y generación, la susceptibilidad al ruido, la prioridad de enrutamiento y los niveles de potencia. Si colocamos los componentes en un orden incorrecto, podrían producirse conflictos en las rutas o componentes del circuito, y sería necesario volver a la fase de diseño.
Ubicación de colocación
La ubicación de los componentes afecta el rendimiento de la PCB y, en ocasiones, puede determinar el éxito o el fracaso del producto final. Para obtener los resultados deseados, recomendamos no colocar los componentes demasiado cerca, ya que esto tendrá consecuencias negativas. En primer lugar, dificulta la automatización de la colocación de componentes, lo que ralentizaría las pruebas. El ingeniero o la máquina deben ser extremadamente cuidadosos al colocar y probar la placa si los componentes se colocan demasiado cerca. En segundo lugar, también se invertiría más tiempo en la fase de fabricación, ya que los ingenieros deben operar con lentitud y cuidado. Se recomienda dejar al menos 100 milésimas de pulgada de espacio entre el componente y el borde de la PCB.
Orientación y Organización
Cuando diseñamos la PCB, debemos tener en cuenta que todos los componentes electrónicos en la placa de circuito deben estar orientados en la misma dirección, lo que puede ayudar a mejorar la eficiencia de fabricación y ensamblaje al eliminar cualquier confusión, especialmente en el proceso de soldadura.
Cómo reducir los riesgos en el diseño de PCB
Si podemos predecir el posible riesgo, el diseño de placas de circuito impreso será más fácil. La clave para alcanzar el objetivo es la integridad de la señal en el diseño de la PCB. Analicemos juntos el contenido relevante.
Para el diseño de sistemas electrónicos, los proveedores de chips han completado la fabricación de numerosas soluciones, incluyendo el tipo de chip a utilizar, la construcción de circuitos externos, etc. Los ingenieros de hardware rara vez tienen que considerar el principio del circuito; solo tienen que fabricar sus propias placas de circuito impreso. Sin embargo, durante el diseño de PCB pueden surgir problemas, como la inestabilidad del diseño o el fallo del ensamblaje de la placa de circuito impreso. Para algunas grandes empresas, muchos fabricantes de chips ofrecen soporte técnico para el diseño de PCB. Sin embargo, para algunas pymes es difícil obtener este soporte, ya que pueden tardar mucho en crear un prototipo de placa de circuito impreso o en depurarlo. De hecho, todo esto puede evitarse si comprendemos los métodos de diseño de sistemas. A continuación, se presentan tres habilidades para reducir el riesgo en el diseño de PCB:
- En primer lugar, debemos considerar los problemas de integridad de la señal durante la planificación del diseño. A continuación, se presenta el diseño: ¿Se recibe correctamente la señal de una placa de circuito impreso a otra? Debemos evaluar esto con antelación. No es difícil hacerlo si se tienen conocimientos básicos de integridad de la señal y se domina el funcionamiento del software.
- En segundo lugar, durante el proceso de diseño de PCB, se utiliza el software de simulación para evaluar la alineación específica y comprobar si la calidad de la señal cumple con los requisitos. El proceso de simulación no es tan complejo; la clave reside en comprender el principio de integridad de la señal y utilizarlo como guía.
- En tercer lugar, debemos controlar adecuadamente los riesgos en el diseño de PCB. Existen muchos problemas que el software de simulación no puede resolver y que el diseñador de PCB debe controlar. Si dominamos bien los consejos de diseño de PCB, reduciremos la probabilidad de fallos y evitaremos la necesidad de modificar las placas PCB para ahorrar tiempo y dinero. Además, la depuración es relativamente sencilla.
Eficiente PDiseño de CB mediante el uso de CAD
Usando avanzado diseño asistido por computadora (CAD) Los sistemas de software ayudan a los diseñadores de PCB a evitar muchos problemas de diseño y a crear PCB de mejor calidad. A continuación, se enumeran algunos beneficios que el CAD puede aportarnos:
Procesos de diseño semiautomatizados: Los programas CAD nos permiten diseñar la placa arrastrando y soltando componentes donde los necesitemos. Algunos sistemas CAD incluso nos ayudan a crear las pistas, lo que también nos permite mover, añadir o eliminar componentes, o redirigir según sea necesario. En resumen, con los sistemas CAD, podemos diseñar la PCB con alta eficiencia y precisión.
Validación del Diseño: Un sistema CAD permite verificar la validez del diseño de la PCB mediante pruebas de tolerancias, compatibilidad, colocación de componentes, etc. Algunos sistemas incluso detectan errores en tiempo real, lo que ayuda a minimizar y eliminar los impactos negativos antes de pasar a la fase de fabricación.
Generación de archivos: Los sistemas CAD pueden ayudarnos a generar archivos Gerber y otros formatos de archivos necesarios para la fabricación, y estos archivos generados por el software CAD se caracterizan por su alta precisión.
Creación de reglas y plantillas: Podemos crear y almacenar conjuntos de reglas personalizados mediante programas CAD y compartirlos con los diseñadores para optimizar la funcionalidad del software. Además, podemos crear plantillas que facilitan el diseño de PCB en el futuro.
Diseñar una buena PCB requiere mucha experiencia y conocimientos, lo cual no es poca cosa. Por lo tanto, si no tiene experiencia en diseño de PCB, es mejor confiar el diseño a un profesional, y MOKO es su primera opción. En MOKO Technology, nuestro equipo de diseño de PCB, con aproximadamente 16 años de experiencia, es experto en este campo. Nuestros diseñadores utilizan sistemas CAD para diseñar PCB de forma eficiente y precisa, desde simples hasta complejas. Además, ofrecemos servicios integrales, desde el diseño de PCB hasta la producción y el ensamblaje. Contamos con certificaciones como ISO9001:2015, ISO14001, ISO13485, ROHS, BSCI, UL, etc., lo que nos permite ofrecer siempre a nuestros clientes PCB de alta calidad y el mejor servicio.
