DISEÑO Y TRAZADO DE PLACAS DE CI

GENERALIDADES

Consideraciones iniciales:

• Especificaciones del producto y presupuesto de su costo.
• Vida útil del equipo.
• Requerimientos electrónicos (voltaje, impedancia).
• Método de fabricación: compatibilidad con la planta de fabricación, tamaño del pedido a producir y grado y tipo de mecanización.
• Mantenimiento: requerimientos de preparación, mínimo grado de mantenimiento.
• Materiales y componentes: fuentes de adquisición, fechas de entrega, viabilidad, coste.

MÉTODO DE DISTRIBUCIÓN

La distribución de los distintos elementos sobre el circuito impreso se realizará a base de borradores o croquis iniciales sucesivos, que vayan incorporando sucesivas reformas hasta que se pueda efectuar el siguiente paso en la generación del dibujo. El dibujo modelo básico generalmente registra las siguientes impresiones:

• Contorno de la placa.
• Sistema de referencia, marcas, indicaciones.
• Impresión y rotulación de conectores.
• Posición del agujero soporte.
• Configuración normalizada de agujeros.
• Planos de tierra y potencia.
• Posiciones de salida del conector.
• Nudo de pruebas.

Métodos:

• Cuestiones generales: estudio del esquemático eléctrico y de la lista de componentes, parámetros dimensionales de la placa y componentes, utilización óptima del espacio útil, fijar los tamaños de los agujeros, nodos y anchura de conductores.
• Cuestiones eléctricas: resistencia de aislamiento, caída de tensión y elevación de temperatura de los componentes, acoplamiento mutuo y efectos inductivos y capacitivos.
• Cuestiones físicas: condiciones ambientales de funcionamiento y almacenamiento, colocación de componentes, separación de los mismos, refuerzos especiales, aislamientos especiales y disipación de temperatura, distribución uniforme del peso, situar componentes de acuerdo a su requisito de entrada y salida.

RECOMENDACIÓN SOBRE DISTRIBUCIÓN DE COMPONENTES

Aspectos a considerar:

• Características geométricas de las placas: dimensiones exteriores, detalles de su entorno.
• Bloques de agujeros, su situación con respecto al contorno o a un punto de referencia, espesor de la placa y límites de planicidad.
• Material base, agujeros metalizados y acabados protectores.

FORMATO DE TARJETAS Y MATERIALES BASE

Vienen limitados por la dimensión de la cadena de fabricación, esta circunstancia puede forzar la elección entre una solución mono o multiplaca. Respecto a los materiales base, en el caso más habitual de base rígida se refiere a los sustratos de fibra de vidrio. Respecto a la impresión conductora, la más habitual es el cobre de 17,5um de espesor.

RETÍCULA DE DISEÑO

La recomendada se basa en la unidad módulo M siendo su valor de 1M= 2,54mm, los nodos de los componentes se situarán si es posible en los cruces de una retícula.

AGUJEROS

Se suele emplear el menor número posible de tamaño de agujeros para ensamblar. El diseñador debe intentar ajustar el diámetro de los agujeros al circuito con la idea de facilitar el proceso de fabricación, esto quiere decir cambiar de broca el menor número de veces posible.

NODOS

Son la porción de impresión conductora utilizada generalmente para conexión de componentes.

NODOS PARA MONTAJE CONVENCIONAL

Se clasifican en función del diámetro (tabla).

NODOS PARA MONTAJE DE SUPERFICIE

A los nodos sin agujeros para soldadura de componentes se les conoce como isletas, respecto a las isletas para montajes la variedad de formas y distribución de pistas es muy grande (tabla).

RESERVA DE SOLDADURA DE MONTAJE

En caso de placas de circuito impreso destinadas a montaje SMD, la máscara de reserva de soldadura deberá ajustarse a ciertos parámetros.

CONDUCTORES

El ancho mínimo de conductores según la clase de placa va de 0,8 a 0,4 mm y de 0,04 a 0,02 mm.

SEPARACIÓN MÍNIMA ENTRE PISTAS, NODOS E ISLETAS

• De pista a pista: 0,2mm
• De pista a nodos: 0,2mm
• De pista a isleta: 0,2mm
• Nodo a nodo: 2 veces su diámetro
• Nodo a isletas: 0,5mm
• Isleta a isleta: 0,5mm

DISTANCIA ENTRE PISTA Y BORDES

1mm

PASO DE PISTA ENTRE NODOS

2,54mm normalmente una

PLACA TERMINADA DESPUÉS DE GRABADA

(tabla)

TRAZADO DE PISTAS Y NODOS

El diseño de pistas se realizará con líneas rectas y paralelas de forma que se favorezca la serigrafía, revisión de la placa, control de calidad y definición de los bordes, un ángulo recto deberá cambiarse a 45º.

DIRECCIÓN DE PISTAS PARA SOLDADURA

En el diseño de la máscara es conveniente que exista siempre una dirección preferencial de los trazos de las pistas. La razón de esta preferencia se fundamenta en los procesos de soldadura en fabricación. Así, la dirección de las pistas en la cara de soldadura será siempre normal al eje longitudinal de la ola de la máquina de soldadura automática.

DISEÑO DE INTERSECCIÓN Y NODOS

En general, las intersecciones deben realizarse ortogonalmente y con pista de la misma anchura. Los nodos en la cara de soldadura deben de estar unidos por pistas que eviten en lo posible la formación de puentes de estaño.

COMPONENTES

Todos los taladros para montaje de componentes, pasos de cara y pilotaje deberán estar centrados sobre puntos de retículo (+). Solo se exceptuarán con carácter especial aquellos componentes que debido a restricciones mecánicas deban estar en posiciones físicas no coincidentes con la retícula.

COMPONENTES CON DISIPACIÓN DE CALOR

Se montarán separados de la placa si no llevan disipadores.

SITUACIÓN DE COMPONENTES ALTOS

Conviene situarlos a un mismo lado de la placa.

FIJACIÓN MECÁNICA

Se recomienda que aquellos componentes cuyo peso sea superior a 7 gr tengan una fijación adicional a la proporcionada por la soldadura.

ESPACIO ENTRE COMPONENTES

Deberá ser tenido en cuenta el máximo tamaño del cuerpo de los componentes. En general, se admite una distancia mínima de 0,5 mm.

SOLAPAMIENTO ENTRE COMPONENTES

No está permitido el solapamiento entre componentes.

ESPACIO ENTRE COMPONENTE Y AGUJEROS

(tabla)

DISTANCIA DE COMPONENTES AL BORDE DE LA PLACA DE CI

La distancia mínima del cuerpo del componente al borde es de 3mm.

DISPOSICIÓN DE COMPONENTES

La correcta orientación de los componentes en la placa impresa también facilita el posterior trazado de pistas y reduce el coste de la placa:

• Configuración ideal de la placa es en el que coincide el mayor lado de los componentes con el de la placa.
• Configuración aceptada es aquella en la que los componentes se colocan en paralelos a los lados de la placa, verticales o horizontales.
• La disposición de los circuitos integrados debe ser aquella en la que la polaridad esté orientada en el mismo sentido.
• Se tratará en todo caso de compatibilizar las recomendaciones dadas con la disipación de calor de la placa. En caso de montaje convencional es habitual la táctica de la soldadura por ola, en este caso si los componentes estuvieran orientados con su eje paralelo al sentido de avance, la ola de estaño estaría en contacto con una sola patilla. Así, la ola presionaría hacia arriba esta primera patilla y pudiera suceder que si el estaño se enfría antes de que la ola llegase a la segunda patilla. Sin embargo, si la ola entra en contacto con dos patillas simultáneamente, el componente sufre una presión uniforme hacia arriba, pero antes de solidificar el estaño puede bajar y quede bien colocado. Por ese motivo, se recomienda que el eje de los componentes sea perpendicular al avance de la ola.

IMPRESIÓN DE CONDUCTORES Y FORMAS

La calidad de una placa impresa depende de la forma y distribución de la impresión conductora. Se deben seguir las siguientes reglas:

• En cada cara de la placa, los conductores deben estar distribuidos en la misma dirección, respetando la dirección privilegiada de soldadura (paralela a los bordes más largos).
• Los cambios de sentido en los conductores deben estar hechos en ángulos no inferiores a 45º.
• La anchura de los conductores debe ser lo mayor posible y mantenerse uniforme en todo el circuito.

DISEÑO DE MASAS ELÉCTRICAS

El diseño de masa eléctrica con un área rellena presenta inconvenientes que desaconsejan su diseño:

• Dificultades para equilibrar la masa en el baño galvánico.
• Gran capacidad calorífica.
• Mala soldabilidad en agujeros situados en el interior de dicha masa.

DISTRIBUCIÓN CONDUCTORA: TRAZOS CIEGOS O PISTAS PANTALLA

Son pistas que no tienen continuidad eléctrica y se colocan en placas cuya distribución de área a galvanizar es irregular. Para lograr el objetivo de una adecuada metalización, los trazos ciegos siguen estos criterios:

• La impresión conductora debe estar distribuida en toda la superficie de la placa.
• Las áreas de la impresión conductora en ambos lados de la placa deben ser lo más igual posible. Estos trazos ciegos no han de estar constituidos por un área rellena, sino la zona ciega tendría más metalización que los conductores.

INFLUENCIA DE LA IMPRESIÓN CONDUCTORA EN LA SOLDABILIDAD

Un agujero metalizado tendrá una buena soldabilidad cuando el área conductora del mismo en la cara de soldadura sea mayor que en la cara de componentes:

• Si un cierto número de conductores parten del mismo nodo, deben estar dispuestos en la cara de componentes de modo que partan de un punto separado del nodo.
• Por selección del tamaño del nodo, mayor en la cara de soldadura que de componentes.

CONTACTOS PARA CONECTORES DE BORDE

Los conectores de borde permiten a las placas impresas una conexión fácil y rápida con otras tarjetas:

• Conexión directa: el conector del borde está impreso en la placa y los contactos están dorados.
• Conexión indirecta: los contactos están soldados a la placa.

NORMAS ELÉCTRICAS

El diseñador debe tener en cuenta estas normas:

• Ancho del conductor: existen ábacos que permiten conocer la relación mantenida entre los anchos de conductores y la elevación de la temperatura de las placas, en general debe dar buena ventilación, la relación ancho de conductor y separación de conductores deben ser de 1 a 2 y el espesor del cobre será uniforme.
• Separación entre conductores: hay que tener en cuenta diferencia de potencial entre conductores, tensión de pico, resistencia superficial del material, condiciones ambientales, revestimientos superficiales, como norma general ancho mínimo de 1mm, hasta 20v 0,4mm y tensiones alternas de 250v 3,2mm.

REVESTIMIENTOS PROTECTORES DE LAS PLACAS IMPRESAS

• Metálicos: pueden ser de estaño, plomo y dorado.
• Orgánicos: resina.

CARACTERÍSTICAS DE LOS REVESTIMIENTOS

• Mantenimiento de las características aislantes.
• Flexibilidad del revestimiento.
• Protección contra los efectos de la humedad y variaciones de temperatura.
• Facilidad de aplicación del revestimiento.
• Transparencia óptica.

RESERVA DE SOLDADURA

Es un recubrimiento de una o más capas de resina sintética de alta resistencia a la soldadura que se aplica por medio de un proceso especial para resguardar el depósito de metal, la cara de soldadura de la placa impresa en las zonas donde sea necesario.

VENTAJAS DE LA RESERVA DE SOLDADURA

• Disminuye la probabilidad de que se establezcan puentes entre pistas conductoras.
• Mejora el aislamiento de la placa.
• Facilita la inspección en las uniones.
• Ahorro en la cantidad de soldadura usada.
• Revaloriza la placa.

LIMITACIONES

Ciertos tipos de reserva no pueden ser levantados ni retirados de la placa después de aplicados.

REQUERIMIENTOS VISUALES

• El revestimiento será transparente o translúcido.
• El color será el mismo de una familia de placas.
• Debe existir contraste con las marcas de la placa.

REGLAS DE APLICACIÓN

• Las ventanas de reserva de soldadura deben ser de 0,45mm.
• Las ventanas de reserva de soldadura se evitarán en una zona de 1,27mm al borde de la placa.
• Los conectores del borde estarán libres de reserva de soldadura.