Optimización del Diseño de Placas de Circuito Impreso (PCB): Reglas Esenciales y Componentes

Introducción a las Placas de Circuito Impreso (PCB)

Una placa de circuito impreso (PCI), más conocida por sus siglas en inglés PCB, es el soporte físico sobre el cual se montan los componentes electrónicos y se establecen las conexiones eléctricas entre ellos. Es un elemento fundamental en la electrónica moderna.

Estructura Básica de una PCB

En una placa de circuito impreso se distinguen principalmente dos caras:

• Cara de componentes: Es la superficie donde se colocan y sueldan los componentes electrónicos.
• Cara de pistas: Es la superficie donde se encuentran las pistas conductoras de cobre que unen eléctricamente los terminales de los componentes.

Composición de la Placa de Circuito Impreso Virgen

La placa virgen está constituida por un material aislante, que normalmente es baquelita o fibra de vidrio (FR-4), y una o dos capas de cobre que la cubren. Las pistas de conexión entre componentes se crean eliminando el cobre sobrante mediante procesos de grabado químico.

Reglas Esenciales para el Diseño de PCBs

1. Reglas para el Trazado de Pistas

El diseño de las pistas conductoras es crítico para el rendimiento y la fiabilidad de la PCB. A continuación, se detallan las normas fundamentales:

1. Las pistas deben ser paralelas a los bordes de la placa o formar un ángulo de 45º con estos.
2. Las pistas deben ser lo más cortas posible para minimizar la resistencia, inductancia y capacitancia parásitas.
3. Se deben evitar las pistas con ángulos de 90º. Cuando sea necesario cambiar de dirección, se realizarán mediante dos ángulos de 45º o 135º, o en su defecto, mediante un arco suave.
4. Los círculos de los puntos de soldadura (pads) deben tener un diámetro que sea, al menos, el doble del ancho de la pista que en ellos nace.
5. La bifurcación de pistas se debe realizar suavizando los ángulos con sendos triángulos a cada lado para evitar puntos de concentración de estrés.
6. La distancia mínima entre el borde de la placa y las pistas debe ser de 5 mm para prevenir daños y facilitar el montaje.
7. No se deben pasar pistas entre los terminales de componentes activos (transistores, tiristores, circuitos integrados, etc.) para evitar acoplamientos indeseados o cortocircuitos.

2. Principios de Distribución de Componentes

La correcta disposición de los componentes en la PCB es crucial para la funcionalidad, el rendimiento térmico y la facilidad de fabricación. Considere los siguientes puntos:

1. La distribución debe ser lo más uniforme y sencilla posible, buscando optimizar el espacio y minimizar la longitud de las pistas.
2. Todos los componentes se deben colocar paralelos a los bordes de la placa, facilitando el montaje y la inspección visual.
3. Como norma general, se deben dejar aproximadamente 2,5 mm o 5 mm entre el cuerpo del componente y el punto de soldadura correspondiente para permitir la disipación de calor y el acceso para soldadura.
4. Se debe prever el anclaje de la placa a un chasis o caja, disponiendo para ello de un taladro de 3,5 mm en cada esquina de la placa.

3. Elección del Número de Capas de la Placa

La complejidad del circuito determinará el número de capas de la PCB:

Cuando los circuitos son complejos, resulta imprescindible el trazado de pistas por ambas caras, comunicándolas mediante agujeros metalizados (vías). A estos circuitos se les denomina de doble cara. Para diseños aún más complejos, se utilizan PCBs multicapa.

4. Consideraciones Adicionales en el Diseño de la Disposición de los Componentes

Además de las reglas básicas, es importante considerar aspectos como la agrupación de componentes por función, la separación de señales analógicas y digitales, y la gestión térmica de componentes de alta potencia. Un diseño cuidadoso desde el inicio puede prevenir problemas significativos en etapas posteriores del desarrollo del producto.