Esta publicación es la primera de una serie sobre Diseño de PCB. Esta parte trata principalmente sobre los detalles que necesita saber y usar antes de comenzar con el diseño de PCB (a partir de ahora, la abreviatura PP se encontrará en el texto), mientras que la segunda parte tratará principalmente sobre el diseño de las placas de circuito impreso. y posprocesamiento.
Las placas de prueba son buenas para la creación de prototipos y una herramienta muy útil, pero cuando necesita hacer algo serio, necesita saber cómo hacer su PCB.
Creación de una placa de circuito impreso No es fácil, pero con un poco de perseverancia y tiempo, esta guía te ayudará a crear tu primera PCB.
Anatomía de PP
Cuando trabajas en tu computadora, cualquier tarea parece abstracta, pero no olvides que trabajas con materiales y entornos físicos reales. Antes de comenzar a estudiar el diseño de tableros, sería bueno entender cómo se hacen.
Si sabe qué y cómo se hace, puede pasar con seguridad a la siguiente sección.
Materiales para PP
Primero, veamos qué materiales se utilizan para la fabricación. La base de la PCB está hecha de un material sólido no conductor. Este material está cubierto con una capa de cobre (u otro metal), que forma la capa conductora.
Por lo general, la base es fibra de vidrio, conocida como FR-4. Este es el material más utilizado porque es resistente al fuego, económico y tiene una conductividad intrínseca baja.
Se utilizan otros tipos de materiales para circuitos de alto rendimiento (RF), como cerámica o PTFE. En el marco de estos artículos, no tocaremos circuitos de alta frecuencia. Cuando envía su diseño de PCB a la fabricación o hace su placa, las conexiones eléctricas generalmente se realizan eliminando secciones seleccionadas de cobre de una capa conductora común.
capas
Los PCB de una sola capa son muy fáciles de fabricar y diseñar. La variante de PP más económica es unilateral, es decir, en fibra de vidrio, solo se utiliza una capa de cobre. Si va a hacer PP en casa, lo más probable es que sea unilateral. Aún así, suponga que el diseño de su tablero no cabe en una capa. En ese caso, deberá usar puentes externos para las conexiones eléctricas, lo que ya puede ser un inconveniente al montar componentes de radio.
La mayoría de los proyectos comerciales y de pasatiempos se construyen sobre placas de circuito impreso de dos capas. Su uso le permite desarrollar soluciones de diseño de tableros más complejas y elegantes.
Cuanto más complejas se vuelven las estructuras, más capas adicionales de metalización PP requiere. Por lo general, dos capas son suficientes, y si no hay necesidad de agregar más capas, entonces es mejor no hacerlo porque los tableros multicapa son mucho más caros de fabricar.
Pistas de cobre
Como se mencionó anteriormente, las pistas de cobre (conexiones eléctricas) se crean eliminando el exceso de cobre de la superficie de la capa metalizada. El segundo artículo discutirá más detalles sobre los aspectos importantes de las conexiones eléctricas.
Vias
Uno de los principales componentes de las PCB son las vías, que se utilizan en placas de doble capa y multicapa para conectar eléctricamente una capa de revestimiento con otra.
Hay varios tipos de vías:
1. Vías pasantes: el tipo más utilizado, el orificio se perfora a través de toda la placa y se enchapa para crear contacto eléctrico con las capas.
2. Vías ciegas: orificios que conectan la capa externa con una o más internas.
3. Vías ocultas (enterradas): vías que no salen al exterior y conectan las señales en las capas internas.
4. Micro-vía o uVia - micro-agujeros o agujeros de pequeño diámetro y poca profundidad, hechos por láser o perforación con control de profundidad y conectando la capa exterior con la interior.
Eso es todo lo que necesitas saber sobre las vías.
Conceptos para el diseño de placas de circuito impreso
Analicemos algunos conceptos más para construir placas de circuito impreso y toquemos algunas otras capas de PCB, cuyo propósito debe entenderse.
1. Máscara de soldadura: si le preguntas a cualquier persona qué es una placa, te dirá que es algo verde. Esta verde es la máscara de soldadura, que protege la PCB y evita que la pasta de soldadura entre en contactos eléctricos no deseados en la placa. Y por cierto, no necesariamente es verde, sino casi cualquier color. Todo depende del fabricante de la placa.
2. Fiduciales: esta marca especial en la placa permite que los sistemas de montaje de componentes automáticos calibren e instalen correctamente los elementos en la placa durante la instalación. Son pequeños círculos de metal no cubiertos por una máscara de soldadura.
3. Serigrafía: esta es otra capa que se aplica al tablero durante la producción. La serigrafía son dibujos en la placa que brindan sugerencias al usuario, identifican el componente en la placa por ubicación o valor y otra información.
4. Rellenos de cobre: secciones de cobre que están conectadas eléctricamente a tierra o energía; la creación de polígonos es una parte muy importante del diseño de PCB. Los polígonos reducen el ruido del dispositivo y eliminan el exceso de calor de los potentes componentes activos.
Diseño de esquemas
Antes de considerar el diseño de la placa o los esquemas del dispositivo, debe saber qué desea diseñar. Debe considerar lo que desea construir y elegir los componentes correctos.
Define tus objetivos
El primer paso para un diseño de dispositivo exitoso es tener los objetivos correctos para lo que desea lograr. Siempre debe establecer objetivos inteligentes para su proyecto, lo que significa:
1. Específico
2. Medible
3. Alcanzable
4. Realista
5. limitado en el tiempo
Por ejemplo, comencé a trabajar en un proyecto personal para mis necesidades. La luz del baño de mi departamento es tenue por la noche, pero cuando enciendo la iluminación artificial, la luz es bastante brillante y no incómoda.
Sería posible comprar una lámpara de menor potencia, pero digamos que no están en oferta o no hay menos en ningún lado. Y decidí hacer mi lámpara que cambiará de color y brillo y se controlará de forma inalámbrica.
Suena muy bien; antes de que la idea se me escape de la cabeza, nos sentamos frente a la computadora y empezamos a planificar. En esta etapa, mis objetivos son muy amplios:
1. la lámpara debe ser multicolor
2. regulable
3. control inalámbrico
Ninguno de estos objetivos es específico del proyecto. ¿Qué se entiende por multicolor? ¿Dos, tres o cualquier número de colores? ¿Qué es regulable? Control inalámbrico, ¿cómo? ¿Wifi, Zigbee, Bluetooth o tal vez voz? Todas las formas son posibles.
Reformulemos un poco nuestros objetivos para hacerlos inteligentes:
· LED RGB de alto brillo continuamente ajustables cubiertos con acrílico para una difusión uniforme de la luz.
· Control de brillo que me permitirá elegir cualquier brillo desde completamente apagado hasta el brillo máximo de los LEDs.
· Interfaz Bluetooth Low Energy 4.0 para controlar parámetros desde dispositivos iOS y Android.
Ahora todos nuestros objetivos son bastante específicos.
Visualiza tu concepto
Ahora que tiene una idea clara para su proyecto, es hora de comenzar a diseñar. Antes de comenzar a buscar componentes y dibujar esquemas, sugiero desarrollar una imagen clara de cómo debería funcionar su diseño. Necesitamos dibujar un diagrama funcional del dispositivo, qué está conectado con qué y cómo funciona.
Todavía no sabe qué tipo de fuente de alimentación necesita o qué conectores debe haber en la placa, pero ya sabe cómo se conectarán los componentes y qué componentes adicionales se necesitarán en el proyecto.
Este es un buen momento para considerar el aspecto estético de su diseño. ¿Quiere adaptar la placa a un factor de forma específico? ¿Se debe considerar la ergonomía? ¿Puedes abrir tu proyecto en un año y entender cómo funciona? Estos detalles aparentemente insignificantes distinguen un buen diseño de un muy buen diseño.
Selección de componentes
Este puede ser el paso más tedioso del proceso de diseño, pero es clave para el éxito del proyecto. Elegir los componentes correctos determinará si completa un proyecto con éxito o lo abandona por desesperación.
Los fabricantes de circuitos integrados trabajan duro para crear los componentes más funcionales al menor costo. Sin embargo, no todas las empresas siguen siendo iguales en esta carrera, especialmente en lo que se refiere a la facilidad de uso de los componentes.
A la hora de elegir entre los millones de componentes diferentes que hay en el mercado, es muy difícil dar una guía de selección completa. Aún así, puedo brindarle algunos consejos para ayudarlo a elegir los mejores componentes para su aplicación.
1. Consultar disponibilidad
Elija componentes que estén en abundancia y disponibles de diferentes distribuidores. Lo último que desea hacer es poner su proyecto en espera durante algunas semanas o incluso meses solo porque un componente clave de su proyecto está agotado con el proveedor.
2. Considere el ciclo de producción de sus componentes
A veces, los componentes se descontinúan y es posible que deba cambiar el proyecto después de un período breve; sin embargo, si su dispositivo está en una sola instancia, esto no juega un papel importante.
3. Usa filtros por componentes
Muchas tiendas en línea brindan filtros muy funcionales en el sitio por parámetros de componentes, así como por costo y disponibilidad. Úselos, seleccione componentes con parámetros óptimos para usted y luego fíltrelos por costo.
4. Recuerda la cantidad mínima
Muchos componentes se venden solo en cantidades mínimas, a partir de 1000 piezas.
5. Elija el caso correcto.
Al elegir componentes, preste atención al caso en el que se produce. No debe comprar un componente que no pueda vender más adelante.
6. Examinar el componente
Antes de comprar, asegúrese de estudiar la documentación del componente para que en el futuro no haya problemas con su uso en el proyecto.
Después de todo, los componentes están seleccionados, puede ordenarlos. Me gusta hacer pedidos a través de tiendas en línea como mouser.com o digikey.com. Esto, por supuesto, es puramente mi preferencia. Si conoce otros proveedores relevantes, puede escribir sobre ellos en los comentarios.
Dibuja tus conexiones
El paso final antes de empezar a trabajar con el software es trasladar al papel algunos de los puntos clave del proyecto. La opción más adecuada es pintar cada bloque por separado en diferentes hojas de cuaderno.
También puede hacer todas las notas necesarias sobre lo que funciona y de qué es responsable este o aquel pin. Además, ingrese información adicional que será necesaria durante el proceso de diseño. Por ejemplo, puede ser tedioso buscar las direcciones I2C del microcircuito en la hoja de datos e ingresarlas en un bloc de notas.
Una vez que haya completado todas las notas, puede continuar con el proceso de diseño de la placa de circuito impreso.
