Como hacer un circuito impreso
Los dispositivos electrónicos actualmente cuentan en su totalidad con circuitos impresos o mejor conocidos como PCB o tablillas electrónicas. A lo largo de los años, la fabricación de circuitos impresos no ha dejado de crecer para satisfacer la creciente demanda de circuitos electrónicos más nuevos, rápidos y complejos.
¿Qué es un circuito impreso?
Una placa de circuito impreso es una estructura rígida que contiene circuitos eléctricos formados por superficies metálicas (normalmente cobre) recubiertas por un materíal que principalmente es fibra de vidrio, las tabillas electronicas se complementan con componentes electrónicos que se soldan a la placa PCB en almohadillas metálicas, que se conectan a los circuitos de la tablilla electronica. Esto permite interconectar los componentes. Una placa PCB puede estar compuesta por una, dos o varias capas de circuitos.
Ahora hablemos de como hacer circuitos impresos
los de circuito pcb se construyen con un material de núcleo dieléctrico con escasas propiedades de conducción eléctrica para garantizar la transmisión pura de los circuitos y se intercalan con capas adicionales de metal y dieléctrico según sea necesario. El material dieléctrico estándar utilizado para las placas de circuitos es un compuesto resistente a las llamas de tela de fibra de vidrio tejida y resina epoxi, conocido como FR-4, mientras que las trazas y los planos metálicos para los circuitos suelen estar compuestos de cobre.
Las placas de circuito impreso se utilizan para diversos fines. Una característica distintiva de las placas de circuito impreso es su clase: 1, 2 o 3. La clase de pcb indica su fiabilidad general y la calidad de su diseño.
Las placas de clase 1 designan una electrónica de consumo.
Las placas de clase 2 se encuentran en dispositivos en los que la alta fiabilidad es importante, pero no crucial. Estos dispositivos tratan de minimizar los fallos.
Las placas de clase 3 representan los estándares de fabricación más exigentes de una placa de circuito impreso. En pocas palabras, si una placa de clase 3 falla, hay vidas en juego de inmediato; por ejemplo, las placas de un avión.
Tipos de placas de circuito impreso
En general, las placas pueden clasificarse en una de estas tres categorías: rígidas, flexibles o con núcleo metálico.
Las placas rígidas suelen ser la gran mayoría de las placas con las que se encuentra un diseñador, ya que el diseño de la placa está contenido en un sustrato rígido creado a partir de un proceso de laminación a alta temperatura y presión. El material habitual de estas placas es el FR-4, pero dependiendo de las necesidades particulares del diseño, éste puede modificarse para enfatizar o mejorar ciertas características de la placa.
Los pcb flexibles están compuestas por un material menos rígido que permite una mayor flexión. El material recuerda táctilmente a un rollo de película, y el grosor de la placa suele ser mucho menor que el de una placa rígida estándar. Aunque ya se han utilizado en cierta medida, se espera que las placas flexibles marquen el siguiente paso de la tecnología portátil y eliminen las actuales limitaciones planas inherentes a los dispositivos de placa rígida.
Las placas de circuito impreso con núcleo metálico son una especie de derivación de los diseños de placas rígidas, con una mayor capacidad para disipar el calor en toda la placa para proteger los circuitos sensibles. Este estilo puede ser una opción para los diseños de alta corriente para evitar el desgaste térmico y los fallos.
Dondequiera que exista un electromagnetismo controlado, las placas de circuito impreso forman la infraestructura para mantenerlo. Por supuesto, las placas de circuitos no surgen de la nada: su diseño y fabricación es una enorme empresa de ingeniería en sí misma.
Imagen de ingenieros trabajando en un laboratorio de diseño de circuitos electrónicos o impresos
El proceso de diseño de placas de circuito impreso
Antes de construir un circuito impreso, hay que diseñarlo. Para ello se utilizan herramientas CAD de diseño de placas de circuito impreso. El diseño de PCB se divide en dos categorías principales: la captura esquemática para crear la conectividad de los circuitos en un diagrama y luego el diseño de PCB para diseñar la placa de circuito físico real.
Desarrollar la biblioteca de piezas CAD
El primer paso es desarrollar la biblioteca de piezas CAD necesarias para el diseño. Esto incluirá los símbolos esquemáticos, los modelos de simulación, las huellas para el diseño de la PCB y los modelos de paso para la visualización de la placa de circuito impresa en 3D. Una vez que las bibliotecas están listas, el siguiente paso es crear la representación lógica de los circuitos en un esquema. Se utilizan herramientas de CAD para colocar los símbolos en una hoja esquemática y luego conectarlos entre sí para formar el circuito.
Al mismo tiempo, se ejecuta la simulación del circuito para verificar que el diseño funcionará eléctricamente de la forma prevista. Una vez completadas estas tareas, las herramientas del esquema enviarán sus datos de conectividad a las herramientas de diseño.
Trazado
En la parte de diseño de PCB, la conectividad del esquema se recibe y se procesa como redes que conectan dos o más pines de componentes. Con un esquema de la forma prevista de la placa en la pantalla, el diseñador de la disposición colocará las huellas de los componentes en las ubicaciones correctas. Una vez que estos componentes están organizados de forma óptima, el siguiente paso es conectar
Diseño
En la parte de diseño de PCB, la conectividad del esquema se recibe y se procesa como redes que conectan dos o más pines de componentes. Con un esquema de la forma prevista de la placa en la pantalla, el diseñador de la disposición colocará las huellas de los componentes en las ubicaciones correctas. Una vez que estos componentes están organizados de forma óptima, el siguiente paso es conectar las redes a los pines dibujando las trazas y los planos entre los pines. Las herramientas de CAD tienen reglas de diseño incorporadas que impiden que las trazas de una red toquen a otra red, además de regular muchas otras anchuras y espacios necesarios para un diseño completo. Una vez completado el trazado, las herramientas de diseño se utilizan de nuevo para crear los planos de fabricación y los archivos de salida que el fabricante utilizará para construir la placa.
El diseño y la fabricación de una placa de circuito es un proceso paso a paso: creación y simulación de esquemas, configuración de rejillas de diseño de PCB y DRC, colocación de componentes, enrutamiento de PCB, planos de potencia y, finalmente, montaje de la lista de materiales y construcción de la placa. La siguiente etapa de diseño se centrará en estos pasos.
Cómo fabricar una placa de circuito impreso
Aunque el diseño y la fabricación de una placa de circuito impreso pueden generalizarse como captura de esquemas, diseño de la placa de circuito impreso, y fabricación y montaje de la placa de circuito impreso, los detalles de cada paso son muy complicados. Aquí veremos algunos de los aspectos más específicos de cada uno de estos pasos.
Crear el esquema
Antes de comenzar el diseño de la placa dentro de las herramientas de CAD, es necesario asegurarse de que los diseños de las piezas de la biblioteca están completos. Para el esquema, esto significa crear símbolos lógicos para las partes que se implementarán; resistencias, condensadores, inductores, conectores y circuitos integrados (ICs).
Con estas piezas listas para su uso, hay que empezar a organizarlas en hojas esquemáticas dentro de las herramientas CAD. Una vez colocadas las piezas de forma aproximada, se pueden dibujar los cables que representan la conectividad entre los pines de los símbolos esquemáticos. Estas líneas se conocen como redes, y pueden representar redes individuales o grupos de redes para circuitos de memoria o datos. Durante la captura del esquema, las partes del proceso deben moverse según sea necesario para crear un esquema que sea legible y claro.
Simulación de los circuitos
Con las partes y redes organizadas en el esquema, el siguiente paso es verificar que el circuito funcionará de la manera prevista. Para verificarlo, emplee simulaciones de circuitos en un programa de simulación con la herramienta Integrated Circuit Emphasis, también conocida como SPICE. Estas herramientas permiten a los ingenieros de PCB probar los circuitos que están diseñando antes de construir el hardware real. De este modo, pueden ahorrar tiempo y dinero, lo que convierte a estas herramientas en una parte esencial del proceso de diseño de PCB.
Configuración de herramientas CAD
Las herramientas de diseño que utilizan los diseñadores de PCB tienen muchas capacidades diferentes, incluyendo la posibilidad de establecer reglas de diseño y restricciones que evitarán que las distintas redes se superpongan manteniendo la distancia correcta a los distintos objetos. El diseñador dispone de múltiples ayudas adicionales, como las cuadrículas de diseño, que pueden ayudar a colocar los componentes y a trazar las rutas de forma limpia y ordenada.
Componentes de diseño
Con su base de datos de diseño configurada correctamente y la información de conectividad de red importada desde el esquema, la siguiente tarea es la disposición física de la placa de circuito. El primer paso es colocar las huellas de los componentes dentro del contorno de la placa en el sistema CAD. Cada huella tendrá las conexiones de red mostradas como una imagen de “línea fantasma” para mostrar al diseñador a qué partes se conectan. La colocación de estas piezas para obtener el mejor rendimiento, teniendo en cuenta la conectividad, las áreas de calor excesivo y el ruido eléctrico, y otros obstáculos físicos como conectores, cables y hardware de montaje, es una tarea que los diseñadores adquirirán con la experiencia. Las exigencias del circuito por sí solas no son el único factor limitante: los diseñadores deben considerar la colocación de los componentes de manera que puedan ser ensamblados de la mejor manera por el fabricante.
Enrutar la placa de circuito impreso
Una vez colocados los componentes (aunque pueden cambiarse de sitio si es necesario), llega el momento de conectar las redes entre sí. Esto se hace convirtiendo las conexiones de las redes con bandas elásticas en trazos y planos dibujados. Las herramientas de CAD contienen muchas características que permiten al diseñador hacer esto, incluyendo algunas características de enrutamiento automatizado que ahorran mucho tiempo. Hay que tener mucho cuidado al trazar las redes para asegurarse de que tienen la longitud correcta para las señales que conducen, así como para garantizar que no atraviesan zonas de ruido excesivo. Esto puede dar lugar a una interferencia u otros problemas de integridad de la señal que pueden degradar el rendimiento de la placa construida.
Comprobación de las reglas finales
Con la colocación de los componentes, el enrutamiento de las trazas y los planos de potencia y tierra terminados, el diseño de la PCB está casi completo. El siguiente paso es realizar una comprobación final de las reglas y configurar los diferentes textos y marcas que se serigrafiarán en las capas exteriores. Esto ayudará a los demás a encontrar los componentes y a etiquetar la placa con nombres, fechas e información de copyright. Al mismo tiempo, habrá que realizar los dibujos que se utilizarán durante la fabricación, tanto para fabricar como para ensamblar la placa final. Los diseñadores de placas de circuito impreso también utilizarán sus herramientas para calcular los costes de construcción de la placa.
Construir la placa
En este punto, la placa está lista para ser construida, y el primer paso es enviar los archivos de datos de salida a una instalación para su fabricación. Este proceso incluye el grabado de todas las trazas y planos en las diferentes capas de metal y su compresión, produciendo una placa desnuda que está lista para el montaje.
En las instalaciones de montaje, la placa se carga con los componentes que necesita y se somete a diferentes procesos de soldadura, según el tipo de componentes que se utilicen. A continuación, se inspecciona y comprueba la placa y el producto final está listo para ser enviado.
Utilice herramientas de PCB para un diseño de alta calidad
Los procesos de fabricación y montaje de placas de circuito impreso son exactos y exigentes. Construir una placa para que sus circuitos ofrezcan el rendimiento requerido significa que los fabricantes necesitan datos de diseño precisos para trabajar.
Las herramientas de diseño de placas de circuito impreso deben tener las características y la funcionalidad necesarias para crear diseños complejos. Esto incluye funciones especializadas que ayuden a enrutar trazos intrincados para circuitos de alta velocidad y reglas de diseño que puedan configurarse fácilmente para espacios específicos. También incluye disponer de las mejores herramientas de simulación para agilizar el proceso de captura de esquemas, así como proporcionar una gran cantidad de piezas de biblioteca con las que trabajar. La buena noticia es que ya existen herramientas de diseño de PCB que pueden manejar el nivel de experiencia de diseño del que hemos hablado. Considere el sistema de diseño de PCB de Cadence para todas sus necesidades de herramientas de diseño.
