Los PCB son los bloques de construcción básicos de todos los circuitos electrónicos en la generación actual, pero es esencial seguir algunas reglas y pautas al diseñar circuitos. Estas reglas se aplican no solo al diseño, sino también a la fabricación y el ensamblaje de PCB, lo que mejora el rendimiento general de la placa. Los diseñadores deben asegurarse de que todos los componentes y piezas de la placa de circuito impreso se distribuyan uniformemente para garantizar una transferencia de datos fluida a todos los bordes del circuito.
El Instituto de Circuitos Impresos (IPC) es una organización con un conjunto de reglas y regulaciones para el diseño, ensamblaje y estándares de calidad de PCB. Estas reglas también definen la confiabilidad y robustez del principio de funcionamiento de la PCB en diversas condiciones de funcionamiento. Esto no es solo por diseño. También se hace hincapié en el nivel de soldadura de componentes eléctricos y electrónicos en la placa de circuito impreso debido a las especificaciones del material, los requisitos del proceso y los criterios de aceptación.
Tabla de contenido
Descripción general de las reglas de IPC
IPC ha desarrollado un lenguaje común para la industria electrónica mundial que se utiliza como guía para el diseño, la fabricación y el montaje de PCB. Estos estándares son muy importantes y están diseñados para garantizar un mejor rendimiento general del producto, una calidad superior y una mayor confiabilidad. Por lo tanto, los diseñadores deben estar familiarizados con los estándares de ensamblaje y fabricación. Trabajar dentro de estos estándares puede ayudar a prevenir pérdidas. El estándar IPC ofrece a los diseñadores varias ventajas de las siguientes maneras:
- Mejorar la calidad y confiabilidad del producto. Cumplir con los estándares IPC ayuda a los fabricantes a mantener la calidad y confiabilidad del producto. Desarrollar productos que funcionen y duren lo ayudará a mantenerse competitivo en el mercado. La adhesión a estos estándares mejora los procesos y aumenta la consistencia del producto.
- Comunicacion mejorada. IPC ha desarrollado un lenguaje industrial globalmente aceptado que facilita la comunicación entre diseñadores y consumidores. Esta terminología común proporciona un análisis claro de los estándares establecidos y ayuda a evitar malentendidos a lo largo del proceso.
- Flujo de trabajo fluido y bajo costo. Cuando todos los involucrados en el proceso de fabricación se adhieren a los mismos estándares, las posibilidades de defectos en los productos y retrasos en la producción se reducen automáticamente. Cumplir con los mismos estándares también puede mejorar la eficacia de la cadena de suministro, lo que en última instancia conduce a menores costos de producción.
Uso de reglas de colocación de componentes IPC para diseñar PCB
La familia IPC-2220 debe considerarse a efectos de diseño solo cuando se trata de diseño. Algunas de las reglas establecidas por el IPC con respecto a la ubicación de los componentes en el PCB son:
- CIP– Este estándar define cómo se consideran en la placa de circuito impreso los parámetros eléctricos, como el diseño del bus, el espacio libre entre piezas y la impedancia. El énfasis aquí también está en cómo disipar el calor y cómo implementar la gestión térmica en el diseño de su PCB.
- CIP– Esta norma define los requisitos de diseño para las PCB que son físicamente rígidas y cuya estructura está hecha de un material de sustrato sólido. Este estándar se aplica a PCB de una sola cara, PCB de dos caras y PCB multicapa.
- IPC-2223. Este estándar solo se ocupa de la construcción de PCB flexibles y su diseño. Para un diseño de PCB flexible, el estándar cubre la colocación de pad/vía, especificaciones de construcción y radios de curvatura.
Diseñe componentes con el espacio adecuado en la PCB
La colocación incorrecta de los componentes puede provocar un mal funcionamiento del circuito y aumentar la posibilidad de daño al usuario. Hay algunas reglas que los diseñadores pueden seguir para optimizar el rendimiento de su PCB.
- restricciones mecánicas. En el proceso de diseño es muy importante considerar el área donde el circuito o parte del circuito debe encajar en el tablero. Esto facilita ver dónde se deben perforar los orificios de montaje y los conectores de borde para facilitar el ensamblaje de los componentes. Por lo tanto, el diseñador primero debe crear un esquema que indique los límites de altura, las áreas de trazado, etc.
- Selección de componentes. Los diseñadores deben seleccionar los componentes con precisión asegurándose de que tengan las propiedades y los parámetros eléctricos correctos para mejorar la conductividad en los circuitos. También debe asegurarse de que no haya restricciones de espacio en el diseño de los componentes seleccionados. El no hacerlo puede afectar negativamente a los circuitos. Por lo tanto, se debe considerar el tamaño de los componentes desde el comienzo de la fase de diseño para garantizar que se mantenga el espacio adecuado entre cada componente. Esto crea un proceso de ensamblaje sin problemas y suaviza la colocación de los componentes.
Selección de componentes (Fuente: DigiSource Inc.)
- Separación de componentes de alta tensión. Siempre que sea posible, los diseñadores deben garantizar la distancia adecuada de los componentes que consumen mucha energía, como los MOSFET y los circuitos integrados. Transferencia de datos adecuada y sin fallos. Además, si los componentes, como los circuitos integrados, están demasiado cerca entre sí, los pines de conexión pueden ser difíciles de enrutar y causar problemas de conexión.
- El tamaño del ancho del trazo. El grosor del recubrimiento de cobre en la placa de circuito impreso generalmente se fija para que la comunicación entre los componentes se produzca en una dirección. Los diseñadores suelen mantener el ancho de trazo mínimo en 6 mm o 0,152 mm debido al proceso de grabado. Algunos de los factores clave para diseñar el ancho de trazo son:
- ampacidad de la traza
- Disponibilidad
- restricciones de fabricación
- impedancia
Tamaño del ancho de trazo (Fuente: Autodesk Inc.)
- Superposición de componentes en la placa de circuito impreso. Para obtener los mejores resultados, la mayoría de los diseñadores utilizan PCB multicapa con menos capacidad de carga y menos limitaciones de espacio. Sin embargo, cuando los componentes se colocan en varias capas, pueden surgir problemas durante el proceso de ensamblaje, lo que genera costos de fabricación innecesariamente elevados. Además, los componentes no deben superponerse y debe haber un espacio mínimo de 40 mm entre todas las piezas.
Clases de IPC y su impacto en la fabricación
En el diseño de PCB, los estándares se caracterizan por tres clases. Estas definiciones de clase y sus términos se pueden resumir como el número y la gravedad de los defectos permitidos en una PCB. Estas clases definen el nivel de calidad de cada placa de circuito, desde la clase 1 (calidad más baja) hasta la clase 3 (calidad mejor o excelente). Los diseñadores deben estar familiarizados con estas clases, ya que son especificaciones de rendimiento y seguridad que deben cumplirse para mantener los estándares de calidad de PCB. Factores como los requisitos del cliente y el costo pueden influir en gran medida en la elección de las clases seguidas por los diseñadores. A continuación se muestra la definición de la clase IPC.
Clase 1 (PCB común). La Clase 1 define las especificaciones para PCB con vida útil corta y funcionalidad básica. Las placas de esta clase son de mala calidad y relativamente baratas. Esta clase incluye PCB para uso diario, como juguetes, controles remotos de TV, etc.
Clase 2 (PCB de servicio dedicado). Los tableros de Clase 2 exhiben características más altas que los tableros de Clase 1, con mayor confiabilidad y vida más larga. Estas placas realizan funciones más complejas y, a menudo, forman parte de sistemas más grandes, como computadoras portátiles, televisores, acondicionadores de aire, etc., por lo que están sujetas a estándares más estrictos que la Clase 1.
Clase 3 (PCB de alto rendimiento). La clase 3 consta de todas las placas de circuito que requieren un rendimiento continuo o bajo demanda y largos ciclos de vida. La principal diferencia entre las placas de Clase 2 y Clase 3 se puede ver al colocar componentes SMT. Los productos de Clase 3 están sujetos a pautas más estrictas porque son muy importantes para la industria. Por lo tanto, los PCB pertenecientes a la categoría Clase 3 no deben tener ningún defecto. Los productos de Clase 3 siempre se prueban con un alto grado de precisión, lo que da como resultado una placa robusta y confiable. Esta clase de PCB se usa a menudo en áreas militares, aeroespaciales y muchas áreas críticas con trabajo pesado.
Conclusión
Diseñar una PCB de la manera correcta siempre es el primer paso que un diseñador debe considerar para optimizar el rendimiento del circuito. Hay algunas reglas establecidas por IPC cuando se trata de diseñar circuitos de manera adecuada con el espacio adecuado entre cada componente y parte de la placa de circuito.
Los diseñadores pueden aprovechar la familia de estándares IPC-2220, que consta de IPC-2221, IPC-2222 e IPC-2223, para sus diseños. Estos estándares se utilizan para definir diversas técnicas y métodos que los diseñadores pueden utilizar para diseñar sus diseños de PCB. Además, al diseñar una placa de circuito impreso, existen varios factores que el diseñador debe considerar y controlar cuidadosamente antes del proceso de ensamblaje. Se deben verificar todas las restricciones mecánicas para conocer el área donde se puede incrustar el circuito. La selección de componentes debe hacerse por etapas para todas las partes del circuito. Todas las alturas y anchuras de los componentes deben evaluarse correctamente para reconocer el espacio adecuado entre los componentes. Los componentes de alto voltaje deben colocarse a una distancia suficiente de otros componentes para evitar la pérdida de datos durante el funcionamiento.