¡6 consejos prácticos de diseño de PCB para evitar el 90% de los errores de fabricación! Incluso los principiantes pueden empezar rápidamente

Al diseñar circuitos, muchas personas centran toda su energía en los esquemas y la selección de componentes, terminando apresuradamente la etapa de diseño y enrutamiento de PCB. ¿El resultado? O bien se producen errores frecuentes durante la producción en fábrica, o bien la placa de circuito funciona mal después de un corto período de uso: sobrecalentamiento, interferencia de señal, mala soldadura; estos problemas pueden evitarse de antemano mediante un diseño científico. Hoy, desglosaremos las técnicas principales del diseño de PCB para ayudarle a crear rápidamente placas de circuito funcionales y estables que se puedan fabricar.

I. Colocación de componentes: Más que solo orden, facilidad de soldadura y usabilidad

La colocación de componentes es la base del diseño de PCB, que requiere tanto la adhesión a la lógica del circuito como la compatibilidad con los procesos de producción. Muchos principiantes solo buscan una "apariencia ordenada", descuidando los requisitos reales de soldadura y montaje.

La orientación unificada ahorra tiempo

Colocar componentes similares como resistencias y condensadores en la misma dirección reduce la necesidad de ajustes frecuentes de ángulo por parte de la máquina durante la soldadura, lo que mejora la eficiencia y reduce la probabilidad de juntas de soldadura fría y soldadura incorrecta. Los componentes de diferentes tamaños no deben obstruirse entre sí.

Evite colocar componentes pequeños directamente debajo o detrás de componentes grandes. De lo contrario, al soldar el componente grande, el componente pequeño se obstruirá, creando un "área de sombra" que dificulta la soldadura.

Simplifique el montaje clasificando los componentes.
Intente colocar los componentes de montaje superficial (SMT) en el mismo lado de la placa de circuito y concentre los componentes de orificio pasante (TH) en la parte superior. Esto evita la inversión repetida durante el montaje en fábrica, lo que reduce los costos de producción. Si se deben usar dos tipos de componentes juntos, considere los costos adicionales del proceso de montaje por adelantado.

II. Diseño de trazas: Las rutas de alimentación, tierra y señal deben ser meticulosas.

Después de colocar los componentes, planifique el enrutamiento de las trazas de alimentación, tierra y señal, ya que esto afecta directamente a la estabilidad del circuito. Muchos problemas de interferencia de señal e inestabilidad de la alimentación se derivan de problemas de enrutamiento.

Capas de alimentación y tierra en capas internas.
Coloque las capas de alimentación y tierra dentro de la placa de circuito, manteniendo la simetría y el centrado. Esto evita que la placa de circuito se doble y permite un posicionamiento más preciso de los componentes. Al alimentar los chips, use trazas más gruesas y evite las conexiones en cadena (conectar componentes en serie) para evitar la inestabilidad de la tensión.

Las trazas de señal deben ser "cortas y rectas". Las trazas de señal entre los componentes deben seguir la ruta más corta posible; las conexiones directas son preferibles a las curvas. Si un componente necesita fijarse horizontalmente, ejecute la traza horizontalmente durante una corta distancia antes de girar verticalmente. Esto evita que el flujo de soldadura durante la soldadura cause una desalineación de los componentes; por el contrario, ejecutar la traza verticalmente primero puede hacer que el componente se incline.

El ancho de la traza debe seguir la corriente. Para señales de baja corriente ordinarias (como señales digitales y analógicas), una traza de 0,010 pulgadas (10 mil) de ancho es suficiente. Si la corriente supera los 0,3 amperios, el ancho de la traza debe aumentarse; cuanto mayor sea la corriente, más ancha debe ser la traza para evitar el sobrecalentamiento y el agotamiento.

III. Diseño de aislamiento: Las fuentes de alimentación digitales, analógicas y de alimentación deben estar separadas.

Los circuitos de alimentación de alta tensión y alta corriente pueden interferir fácilmente con los circuitos de control o analógicos sensibles, lo que lleva al problema de la "fluctuación de la señal" que muchos encuentran. El aislamiento adecuado reduce significativamente la interferencia.

La tierra de alimentación y la tierra de control deben estar separadas. La tierra de alimentación y la tierra de control de cada fuente de alimentación deben enrutarse por separado, no mezclarse. Si es necesaria una conexión, solo debe hacerse al final de la ruta de alimentación para evitar la conducción de interferencias. Aislamiento estricto de circuitos digitales y analógicos

Si la placa de circuito contiene circuitos digitales (como microcontroladores) y circuitos analógicos (como sensores), deben diseñarse por separado y se deben proporcionar rutas de impedancia adecuadas para el plano de tierra de la capa intermedia. Las señales analógicas solo deben viajar por tierra analógica y no deben cruzarse con la tierra digital para reducir la interferencia de acoplamiento capacitivo.

IV. Disipación de calor: No deje que el calor destruya su placa de circuito

Muchas placas de circuito experimentan una degradación del rendimiento o incluso se queman después de un período de uso, probablemente debido a una disipación de calor inadecuada. Esto es especialmente cierto para los componentes de alimentación, donde la acumulación de calor puede afectar gravemente su vida útil.

Identifique los "Gigantes del calor"

Consulte la hoja de datos del componente para obtener su parámetro de resistencia térmica (TRT). Los resultados de TRT más bajos dan como resultado una mejor disipación de calor. Mantenga los componentes de alta potencia (como transistores y chips de alimentación) alejados de los componentes sensibles y agregue disipadores de calor o ventiladores pequeños si es necesario.

Las almohadillas de aire caliente son clave

Los componentes de orificio pasante deben usar almohadillas de aire caliente. Estos ralentizan la disipación de calor de los pines, lo que garantiza una temperatura suficiente durante la soldadura y evita las juntas de soldadura fría. Además, agregar almohadillas de "lágrima" en los puntos de conexión entre las almohadillas y las trazas fortalece el soporte de la lámina de cobre y reduce el estrés térmico y mecánico.

Método típico de conexión de almohadilla de aire caliente

V. Almohadillas de aire caliente: Una "herramienta mágica" para defectos de soldadura

Muchos principiantes desconocen la función de las almohadillas de aire caliente, lo que resulta en circuitos abiertos, juntas de soldadura fría y juntas de soldadura deficientes, que no se pueden resolver ajustando repetidamente la temperatura del horno. La causa raíz del problema radica en el diseño del cableado.

Las grandes áreas de lámina de cobre de alimentación o tierra se calientan lentamente y disipan el calor rápidamente. Si los cables de soldadura de componentes pequeños (como resistencias y condensadores empaquetados 0402) están conectados directamente a una lámina de cobre grande, la temperatura no alcanzará el punto de fusión de la soldadura durante la soldadura, lo que resultará en una junta de soldadura fría. Durante la soldadura manual, el calor se conduce rápidamente, lo que también impide una soldadura exitosa.

El principio de las almohadillas de aire caliente es simple: conectar las almohadillas a un área grande de lámina de cobre a través de varias tiras de cobre delgadas asegura la conductividad eléctrica al tiempo que reduce el área de disipación de calor. Esto permite que las almohadillas mantengan una temperatura suficiente durante la soldadura, lo que garantiza que la soldadura se adhiera firmemente a las almohadillas.

VI. Verificación del diseño: No escatime en el paso final

Después de completar el diseño, realice siempre una doble verificación; de lo contrario, incluso los errores pequeños pueden hacer que toda la placa de circuito sea inutilizable.

Primero, ejecute "verificaciones de reglas": Use las funciones de verificación de reglas eléctricas (ERC) y verificación de reglas de diseño (DRC) en el software de diseño para verificar el ancho de la traza, el espaciado, los cortocircuitos, las redes sin enrutar, etc., para garantizar el cumplimiento de los requisitos de fabricación.

En segundo lugar, verifique señal por señal: Desde el esquema hasta la PCB, verifique la conexión de cada línea de señal para evitar omisiones o errores. Use la función de blindaje del software para confirmar que el diseño coincide con el esquema.

Conclusión

El diseño de PCB puede parecer complejo, pero su núcleo gira en torno a la "fabricabilidad" y la "estabilidad". Colocar correctamente los componentes, garantizar trazas cortas y anchas, implementar una buena disipación de aislamiento y calor, utilizar almohadillas de aire caliente de manera efectiva y, finalmente, realizar una verificación exhaustiva: estos seis pasos le ayudarán a evitar la mayoría de los errores.

Los principiantes no necesitan esforzarse por la perfección al principio. Domine primero estas habilidades fundamentales y luego optimícelas junto con proyectos del mundo real. Podrá diseñar rápidamente placas de circuito de alta calidad. Recuerde, un buen diseño de PCB no solo reduce los costos de producción, sino que también hace que el rendimiento del circuito sea más estable y extiende su vida útil.