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Qué es un diseño básico de placa de circuito impreso (guía para principiantes)

Diseño básico de PCB

Proceso de diseño de PCB

El primer paso a la hora de diseñar una placa de circuito impreso es crear los esquemas. Esto se hace con un software adaptado a la fabricación de placas de circuito impreso. Se puede utilizar con varios otros programas para lograrlo. Estos son algunos de los que se han destacado a continuación mientras se leen las otras secciones de este artículo.
Este es un resumen de los procesos involucrados:

Utilizar la biblioteca de componentes y dibujar el diagrama del circuito. Esto significa que la disposición del circuito para las placas de circuito impreso se modificará para que se ajuste lo mejor posible.
Cuando el circuito está terminado, se puede crear en una caja de plástico. Los archivos de Gerber pueden imprimirse como máscaras o negativos en láminas de plástico. Esto le permite seleccionar el sustrato correcto para el circuito previsto. Hay varias opciones para elegir, como; láminas de vidrio o fibra sin romper, etc.

¿Qué es un circuito impreso?

¿Usa usted aparatos electrónicos antiguos como el mando de la televisión? Si lo hace y ha visto sus entrañas al descubierto, lo más probable es que haya visto una placa de circuito impreso. Hay muchas hojas verdes en el mundo que presentan esa placa plateada con componentes estampados. La hoja es puramente una placa de ordenador.

Las placas de circuito impreso son la base de muchas placas de circuito complejas y son una de las principales razones por las que las pantallas son más pequeñas. Está formada por componentes electrónicos con conexiones eléctricas realizadas con trazos de cobre. Se fabrican en dos o múltiples capas según la complejidad de los circuitos.

PCB: Terminologías

Al comenzar el proceso de desarrollo de las placas de circuito impreso, vamos a repasar algunas de las palabras más comunes en el glosario. Una vez explicados los fundamentos del concepto y el diseño de la placa de circuito impreso, habrá que averiguar los tipos de PCB disponibles. Tener un conocimiento básico de esto puede serle útil a la hora de elegir un circuito adecuado o de conseguir sus propias placas de circuito impreso.

PCB multicapa

Los PCB multicapa se refieren a los PCB que tienen al menos 2 capas de conductividad. Las placas de circuito impreso suelen verse como hojas conductoras de dos partes que se laminan y luego se pegan con la segunda hoja dieléctrica. El procedimiento de fabricación puede ser tedioso.

A medida que aumentan las capas, las láminas de cobre se mantienen gruesas para evitar el abultamiento de la placa de circuito. A medida que se añaden capas a las placas de circuito impreso, se obtienen conjuntos potentes y densos. Esto es lo que ha dado lugar a una placa de circuito impreso multicapa rápida. A continuación, puede conectarse mediante derivación a cada capa utilizando cables eléctricos.

PCB rígido-flexible

La placa de circuito impreso consta de dos capas, tanto rígidas como flexibles. Dado que las placas de circuito impreso flexibles carecen de fuerza, la combinación de las capas con las rígidas da a la placa de circuito impreso la posibilidad de formar estructuras rígidas. Este producto se fabrica con placas de circuito impreso de una, dos o varias capas. Debido a su diseño que ahorra espacio, es una opción ideal para un circuito electrónico médico como un marcapasos y también es un circuito adecuado para teléfonos aeroespaciales, etc.

PCB de una sola capa

Como su nombre indica, este tipo de capa, el PCB de una sola capa, contiene sólo una capa de material conductor como las láminas de cobre. Una máscara de soldadura protege las láminas conductoras antes de ser apantalladas por la pantalla de seda. se puede identificar fácilmente la placa de circuito impreso de una sola capa por sus lados marcados o trazados. Se ha utilizado para circuitos muy sencillos, como circuitos de cámaras, circuitos de juguetes, radios o equipos de música, etc.

Placas de circuito impreso flexibles

Los PCB flexibles o CFPCB en general son fáciles de doblar. El dispositivo ahorra espacio y es más pequeño que el PCB rígido. Se fabrica principalmente con materiales como la poliamida, el PEEK o el polipropileno transparente. Como es fácil de producir, este PCB está disponible en aplicaciones de una, dos y varias capas, como la fabricación de LCD, el panel solar Flex y el smartwatch.

PCB de agujero pasante

Como su nombre indica, el componente se conecta mediante un hilo conductor que pasa por encima de los agujeros de la PCB en forma de circuito integrado. El método se implementa fácilmente en una placa de PCB aislada. A medida que aumentan las capas se incrementa la dificultad de implementación. A pesar de su limitado uso, esta técnica está actualmente en franco declive.

PCB de doble capa

Las placas de doble capa están compuestas por dos capas de materiales conductores. Los materiales no conductores, como el plástico y el vidrio, se pegan entre las láminas de cobre. Se trata de un tipo de PCB común que se utiliza como soporte para aplicaciones complicadas. Además, tiene la característica de trazado cercano, que es diferente a los PCB de una sola cara.

PCB rígido

Es esencialmente rígido y evita que los PCB se retuerzan y giren. Un sustrato común para los PCB rígidos es el FR4 (con un agente endurecedor). Una vez montada la PCB, no tendrá que doblarse. Es resistente y tiene una durabilidad óptima, por lo que es una gran opción para las placas base de los ordenadores.

PCB de montaje en superficie

Sus nuevas tecnologías eliminan el taladro para conectar las piezas SMD. Este componente se monta directamente en la placa de circuito impreso. Esto es muy fácil de realizar, independientemente de la capa que contenga la placa.

Software de diseño y maquetación de PCB común

No se puede decir que exista un estándar universal cuando se trata de placas de circuito impreso. Con el amplio abanico de posibilidades que existen, es bastante fácil que un novato se sienta abrumado. Esta lista incluye software de diseño de PCB a continuación, y estaríamos identificando dos populares, aunque otras alternativas a ellos que también están disponibles.


Software gratuito de diseño básico de PCB para principiantes

KiCad – Es la elección perfecta cuando se está introduciendo en los fundamentos del diseño de PCB. Ofrece un software gratuito para crear diseños de PCB y esquemas, y cuenta con un visor 3D interactivo.

Software profesional de diseño de PCB

Altium Designer – Este es un software de diseño de PCB ampliamente utilizado, Altium, y proporciona una impresionante gama de características con un precio razonable que coincide.

Fundamentos para iniciar un nuevo diseño de PCB

El diseño de PCB es un flujo de trabajo estándar que requiere una comprensión del proceso. El diseño de PCB es un proceso típico en el que se termina el diseño de un ingeniero y se redacta el diseño final para la producción.

Las reglas de diseño son la clave del éxito

Una vez que se entiende el proceso de producción y algunas de las capacidades básicas de los fabricantes de PCB, es más fácil comprender las limitaciones que tienen las reglas de diseño. El principal problema de DFM que se suele encontrar es el tamaño de las características de cobre en las PCB o la separación de las diferentes características.

Las reglas por defecto en el diseño de placas de circuito impreso suelen ser conservadoras y se sabrá si se incumplen las reglas de diseño. Por ejemplo, una huella que tiene un tamaño de pad a pad de aproximadamente 9 m puede provocar un error en una regla de diseño arquitectónico que se produce cuando se copia un componente en una estructura de PCB.

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Utilizar planos de tierra

Cada PCB debe tener una conexión a tierra para que cada componente del diseño pueda formar circuitos completos y para que el suministro de electricidad continúe a través de toda la construcción de todos los componentes. La conexión a tierra puede venir a través de la batería de la placa base o de otra fuente de alimentación.

Independientemente de lo que se conecte, la conexión a tierra es necesaria para el resto de la PCB. La forma más fácil, con diferencia, es utilizar un plano de tierra en el que se puede conectar a tierra una capa de esta PCB utilizando láminas de cobre que cubran toda la superficie. Todavía me sorprende que innumerables diseñadores hayan dudado en poner un plano de tierra en sus chips de ordenador.
A veces, al no tener un plano de tierra, se pueden identificar muchos problemas de ruido fundamentales que suelen afectar tanto a las señales analógicas como a las digitales. El uso de un plano de tierra estable en su dispositivo es una buena práctica para las placas de circuito impreso (PCB) contemporáneas. En algunos casos, el uso de planos de tierra en estrella o divididos en la PCB es aceptable, pero no son adecuados para la mayor parte de los diseños analógicos y
diseños digitales.

Conozca el proceso de fabricación de placas de circuito impreso

Un conocimiento básico sobre el diseño de productos físicos es que deben fabricarse a escala. El software puede integrar fácilmente las características del diseño en los trazados de las placas de circuito impreso y otros productos. Sus decisiones de diseño deben tomarse en procedimientos estandarizados, por lo que el diseñador debe conocer las limitaciones de los componentes fabricados en una PCB. Todos los diseñadores de PCB deberían aprender al menos las técnicas básicas de fabricación de PCB.

Esto permitirá la fabricación completa y el control de calidad de los diseños. Estas prácticas deben integrarse en su proceso de diseño, llamado Diseño para la Fabricación (DFM).

Colocación completa antes del enrutamiento

Una vez que haya transferido los datos CAD a las nuevas placas de circuito impreso, es importante colocar las piezas de los componentes. El objetivo aquí es colocar los componentes para la solución del diseño y asegurar que fluye fácilmente. Por lo tanto, no debe hacer una rutina hasta que se reciba toda la información necesaria para garantizar una colocación completa de los componentes.

En caso de tener un trazado sin colocación de componentes, siempre será necesario cambiar el trazado de la PCB. Asegúrese de que su trazado está dispuesto de forma que se reduzcan los cruces de red. Después de que todo haya sido puesto en orden, y usted tenga una colocación completa de componentes, el paso final será la inserción de la PCB.

Los esquemas y los diseños deben estar sincronizados

Dependiendo de cómo planee comenzar, el diseño de sus PCBs probablemente necesitará algo de esto. Si cambias tu diseño, debe estar sincronizado a través de los esquemas en el diseño. Esto también puede incluir los siguientes cambios de diseño:
Una vez que se produzcan los cambios, las modificaciones deben aplicarse al diseño de la PCB. Esto ocurrirá utilizando la función de importación de su ordenador. Cuando todos sus diseños están ahora totalmente sincronizados con los motores de diseño de su software, entonces ya pueden leer todos los datos del diseño con precisión en el sistema.

Comprender el flujo de trabajo del diseño de PCB

Es bueno tomarse unos minutos para familiarizarse con el flujo de trabajo básico. El flujo de trabajo de diseño se resume en la siguiente lista.

PCB: Clasificación

Las placas de circuito impreso pueden agruparse según el uso del diseño y otros factores. A continuación se muestra un ejemplo de las distintas clasificaciones de la electrónica impresa.

Tipo de PCB según su flexibilidad

Algunas placas de circuito impreso pueden dividirse en tres tipos en función de su flexibilidad. Sólo depende del sustrato empleado.

Software de diseño de PCB

Aquí tienes una lista de algunos programas de diseño de PCB comunes que puedes probar. Puedes encontrar las mejores herramientas de diseño y maquetación de PCB para aprender algunas de estas populares aplicaciones.

Autodesk Eagle

Una de las mejores plataformas de esquemas es Autodesk Eagle, antes llamada CadSOFT Eagle. Autodesk Eagle ha añadido muchas funciones útiles a su plataforma. Entre ellas se encuentran los editores de esquemas, el editor de esquemas de PCB para diseñar componentes de PCB y el enrutamiento de las placas de circuito. Es compatible con muchos sistemas operativos como Linux, Windows y macOS.

KiCAD

Fundado en 2003, KiCad se creó como una solución de automatización del diseño electrónico de código abierto en varias plataformas. Viene con vistas de esquemas en 3D que permiten la creación y edición de diseños a partir de 32 hojas de cobre.

Altium Designer

Además, Altium proporciona una visualización en 3D directamente a través del editor de PCB. El software es útil para desarrollar esquemas de circuitos medianamente complicados.

Upverter

Dado que utiliza un formato de diseño de hardware de código abierto, Upverter se encuentra entre las plataformas de colaboración basadas en la web para la automatización del diseño electrónico (EDA). Entre sus muchas características se encuentran una vista en 3D, una sencilla exportación de hardware, un editor de PCB y la captura de esquemas.

Osmond

Osmond PCB ofrece una potente resolución de diez nanómetros, lo que permite obtener un resultado de gran precisión, y está diseñado específicamente para usuarios de Mac. Puede editar las trazas y reestructurar los circuitos integrados en cualquier momento utilizando las herramientas proporcionadas, y ofrece características flexibles como tamaños de placa ilimitados, soporte para los sistemas de unidades imperiales y métricas, y mucho más.

Los diseños se basan en su flexibilidad y ésta determina sus usos. Los PCB de la categoría estándar se agrupan según sus características de flexibilidad:

¿Cuáles son los pasos básicos del diseño de PCB?

Guía para el diseño de PCB.

●Conocer las propiedades eléctricas.
●Realizar un diagrama.
●Utilizar software para la creación y análisis de esquemas en un diseño de PCB.
●Hacer una pila de las placas de circuito impreso.
●Establecer los criterios de diseño.
●Colocar todas las piezas juntas.
●Colocar los taladros allí.

Routers

●Entender los parámetros eléctricos.
●Hacer un esquema.
●Hacer un sistema de captura de esquemas de fácil acceso.
●Crear un apilador de circuitos electrónicos.
●Especificar las pautas de diseño.
●Juntar las piezas.
●Inyectar el taladro.
●Enviar las trazas de cobre.

Preguntas frecuentes

¿Qué es una placa de circuito impreso básica?

Las placas de circuito impreso (PCB) se refieren a placas mecánicas con pistas y huellas que reflejan los esquemas de diseño. Las placas de circuito impreso modernas se construyen sobre sustratos no conductores cubiertos por capas de cobre.

¿Cuál es el primer paso en el diseño de una placa de circuito impreso?

Los esquemas son la primera fase del proceso de diseño de placas de circuito impreso. Representa la representación lógica de la electrónica en la placa de circuito que se va a construir, utilizando los estándares de la industria y se utiliza para ilustrar las distintas partes de los componentes.

¿Cuáles son los tres métodos básicos para fabricar una placa de circuito impreso?

Los métodos básicos para fabricar un ordenador son el uso de la plancha sobre papel brillante, los circuitos a mano en PCB y el grabado con láser.

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