Sobre el diseño de PCB
2023-09-09
El diseño de PCB es una parte integral de cualquier proyecto de desarrollo de productos electrónicos. El diseño de PCB utiliza una herramienta de software CAD para crear una representación 3D de una PCB a partir de un esquema 2D, que luego se utiliza para fabricar la placa. Un diseño de PCB optimizado garantiza que la placa de circuito funcione como se desea y dentro de las especificaciones esperadas. Los diseñadores de PCB deben seguir un proceso específico que sigue los pasos de definición mecánica, colocación crítica, colocación, enrutamiento crítico, enrutamiento, comprobaciones finales de las reglas de diseño y creación de trabajos de salida.
• Herramientas de software de diseño de PCB
Hay muchos paquetes de software de diseño asistido por ordenador (CAD) disponibles, algunos gratuitos y otros de pago.
Altium Designer, PADs, Allegro y OrCAD son las herramientas de software de diseño de PCB más utilizadas. Para diseños más sencillos y estudiantes de ingeniería y aficionados, herramientas CAD gratuitas como Kicad y ExpressPCB. Estas herramientas son limitadas para manejar diseños más complejos y tienen funciones limitadas en comparación.
Las características y capacidades del software de diseño de PCB pueden variar bastante de una herramienta a otra. Un ingeniero o diseñador a menudo puede elegir una herramienta en particular porque tiene las características necesarias que otras herramientas no tienen. Las herramientas de diseño de PCB más básicas proporcionan funciones y características mucho más básicas. El software por el que las empresas deben pagar ofrece más funciones y capacidades, como el enrutamiento complejo con reglas de diseño especificadas y la simulación de señales de enrutamiento.
A medida que las PCB se vuelven cada vez más complejas y, a menudo, en un espacio mucho más pequeño, los paquetes de software de pago suelen ser preferidos, si no obligatorios.
• Captura de esquemas
Uno de los primeros pasos en el desarrollo de productos electrónicos es la creación de una especificación de diseño. Este documento describe los requisitos de la placa e identifica los componentes críticos, las velocidades de las señales, los pares diferenciales, etc.
Una vez que la especificación está completa, puede comenzar la captura del esquema. Los esquemas de PCB solían dibujarse a mano y, a veces, todavía se hacen, pero la mayoría de los esquemas se dibujan o "capturan" utilizando software CAD.
Un esquema de PCB es un dibujo bidimensional que muestra qué componentes se conectan a otros componentes y proporciona instrucciones sobre cómo diseñar las trazas en la placa. Usando software CAD, el ingeniero crea símbolos de esquema para cada componente, que luego se vincula a una huella de PCB o patrón de contacto. Las huellas son creadas por el diseñador de PCB y definen las dimensiones físicas de cada componente, las ubicaciones de los pines y si es SMT o de orificio pasante.
• Colocación de componentes
El diseño de PCB consiste en tomar los esquemas bidimensionales y crear una representación tridimensional. Una vez que el esquema está completo y se han establecido las especificaciones mecánicas, como el tamaño y la forma de la placa, las restricciones y la información de perforación, la colocación de componentes es el primer paso en el proceso de diseño de PCB. Las huellas de PCB deben tener toda la información requerida ingresada antes de que puedan colocarse en el diseño; deben tener toda la información relevante definida
Antes de profundizar demasiado en la colocación de componentes, es esencial colocar aproximadamente los componentes, a menudo en grupos relacionados, para tener una idea de dónde se ubicarán y si cabrán o no en la placa. Es esencial considerar cómo se comunicarán los diferentes componentes y la velocidad con la que las señales deben mantenerse. Un ejercicio de colocación aproximada también puede ayudar a determinar cuántas capas se requerirán para obtener una pila. Luego viene el enrutamiento crítico, lo que significa trazas con restricciones muy estrictas que el diseñador de PCB no moverá más tarde. Una vez que las rutas críticas están bloqueadas, se realiza una colocación más general. La colocación final debe revisarse a fondo porque los cambios de colocación después de que el enrutamiento haya comenzado pueden resultar en tener que arrancar y rehacer el trabajo.
• Enrutamiento
El enrutamiento es la conexión de los componentes con trazas según lo indicado por el esquema. Para diseños complejos con muchas restricciones y requisitos, algunas herramientas de software permiten al diseñador ingresar un conjunto de reglas de diseño. Si se infringe una regla, se marcará durante una comprobación de la regla de diseño. Luego, se genera una lista de redes, un archivo basado en texto, a partir del esquema. La lista de redes contiene información como designadores de referencia y números de pin. También muestra qué componentes deben conectarse a otros componentes.
El primer paso del enrutamiento es colocar las rutas críticas. Estas son rutas donde las señales deben viajar a una velocidad particular, hacer la conexión dentro de una restricción de tiempo requerida o pares diferenciales. Estos se bloquearán cuando se completen. Las rutas críticas se completan primero, donde el tamaño y la longitud de la traza son cruciales. Luego se colocan el resto de las rutas, generalmente en el orden de dificultad o complejidad. Estas trazas a menudo se mueven hacia arriba y hacia abajo a través de capas a través de diferentes tipos de vías. El diseñador de PCB debe hacer una revisión detallada final, y todas las violaciones de DRC se corrigen o se borran.
• Salidas de fabricación
Una vez que el proceso de diseño de PCB está completo y aprobado, se generan los datos para la fabricación. Los archivos Gerber son imágenes que se utilizan para mostrar las diferentes capas y se utilizarán con un trazador fotográfico para la fabricación. Otros archivos necesarios para la fabricación son la serigrafía, la máscara de soldadura y la perforación y el enrutamiento NC.
Para el montaje, se utiliza otro conjunto completo de archivos para programar las diversas máquinas involucradas en el proceso. Estos incluyen una lista de materiales (BOM), para que los componentes puedan ser obtenidos y comprados, un archivo de recogida y colocación utilizado para programar la máquina de recogida y colocación, y la lista de redes para pruebas funcionales e inspección.
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