Guía completa de diseño de PCB para principiantes

Su PC ha funcionado bien hasta ahora y, de repente, se ha quedado en blanco y no se enciende con todos los trucos de bricolaje que ha aprendido de sus amigos y de los gurús informáticos. Pruebe con un asistente de computadora real y es probable que le diga que la placa de circuito impreso (PCB) de su PC se ha derrumbado. Y ahora tiene dos problemas en lugar de uno solo: tiene una PC que está muerta y una terminología larga de la que no sabe nada. Veamos cómo podemos ayudarlo a comenzar con una guía sencilla para el diseño de PCB para principiantes.

¿Qué es un PCB?             

Una placa de circuito impreso, a veces denominada placa de cableado impreso, es una placa que define la función de una estructura de cables eléctricos o mecánicos del circuito. La mayoría de los dispositivos y aparatos electrónicos o mecánicos funcionan gracias a los comandos generados en la PCB. Eso implica que la PCB es el corazón de estos sistemas, y si los circuitos electrónicos de estos sistemas no se basan en un diseño o distribución de PCB sólida, el sistema no funcionará.

Los PCB están hechos de materiales que no son conductores. La fibra de vidrio es un buen ejemplo de material no conductor. En la PCB hay circuitos diseñados en las placas con pistas de cobre para permitir la transmisión de comandos eléctricos de una parte a otra. Perforando agujeros en la placa, el fabricante puede fijar los componentes electrónicos en sus posiciones correspondientes y soldarlos para que, junto con las pistas de cobre, formen un circuito completo. Los PCB utilizados en aparatos electrónicos permiten un funcionamiento, control y supervisión precisos de estos aparatos en comparación con otras opciones de cableado.

Partes de una PCB

La PCB tiene cuatro partes principales: el sustrato, la capa de cobre, la máscara de soldadura y la serigrafía.

El sustrato está hecho de fibra de vidrio unida con epoxi y puede considerarse el esqueleto del tablero. Se utiliza porque no es conductor y puede resistir la rotura.

La capa de cobre consiste en una lámina de cobre o un revestimiento de cobre. El propósito de esta parte es transferir las señales eléctricas hacia y desde la placa. Podría describirse como el SNC del PCB.

La máscara de soldadura es la piel protectora de los PCB. Está hecho de polímero y está destinado a proteger la capa de cobre de cortocircuitos cuando entra en contacto con el medio ambiente.

La serigrafía es tu guía para el PCB. Si estuviéramos pensando en un gráfico, podríamos describir la serigrafía como su leyenda. Está en el lateral y tiene un diseño con números de las diferentes partes, sus logotipos, referencias de componentes y configuraciones de cambio de símbolos.

Afortunadamente, la mayoría de los que usamos dispositivos electrónicos no tenemos que preocuparnos por los detalles prácticos de los PCB. Pero si es un ingeniero electrónico o mecánico, conocer los PCB es el alma de su profesión. Hay mucho que necesita saber, comenzando con los conceptos básicos de PCB y diseño de PCB.

¿Qué es el diseño de PCB?

Si tiene todas las partes de un dispositivo electrónico potencial pero le falta el PCB, su dispositivo es tan bueno como inexistente. El diseño de circuito impreso da vida a su dispositivo. Se utiliza un software de diseño para convertir el diagrama esquemático de su circuito en un diseño de diseño de PCB. Esto implica vincular componentes y enrutar para dar forma a la conectividad eléctrica en una placa de circuito. El software de diseño se selecciona de acuerdo con el producto eléctrico que se pretende realizar. Si es un principiante, es importante saber que hay varios tipos de software de diseño disponibles. A continuación, se muestran 6 de los más comunes:

EAGLE (editor de diseño gráfico fácilmente aplicable)

Un software de diseño de PCB gratuito que se puede descargar en Windows, Mac y Linux. Es muy popular porque es fácil de usar y tiene una amplia biblioteca de componentes electrónicos y eléctricos. Usando el editor de esquemas del software, el diseñador puede agregar los componentes y vincularlos de acuerdo con los requisitos del circuito. El esquema se convierte en un editor de diseño de PCB para colocar los componentes en su lugar.

Multismo

El multismo es común entre los investigadores y aprendices de software de diseño debido a su historia. Fue desarrollado para enseñar electrónica en universidades y ofrece soluciones de enseñanza, investigación y diseño. Estas características lo convierten en una opción óptima cuando se trata de diseño de PCB para principiantes.

Entre sus puntos fuertes está su capacidad para analizar la electrónica tanto analógica como digital. Además, también permite la integración con análisis de parámetros complejos, objetivos incrustados, así como un diseño simplificado con plantillas que el usuario puede definir para adaptarse al propósito.

A menudo se le otorga el mismo crédito que a EAGLE, pero también se piensa en superarlo debido a su excelente entorno de simulación, aunque EAGLE tiene una oferta superior para el diseño de diseño de PCB. Multisim se puede descargar en Windows.

OrCAD

OrCAD también se puede descargar en Windows, Linux y Mac. El nombre del software se deriva del nombre de la empresa (Oregón) y CAD (Diseño asistido por computadora). El software tiene una suite de diseño estándar de OrCAD, OrCAD Professional y Allegro suite.

La suite Standard se utiliza para conceptos sobre el diseño de producción, mientras que la suite Professional ofrece habilidades de diseño. La suite Allegro es utilizada por profesionales a nivel experto.

Altium Designer

Altium se puede descargar en Windows, pero usar el software es más profundo en su bolsillo en comparación con la mayoría de los otros programas de diseño. La suscripción anual ronda los 7000 dólares. Sin embargo, sus características avanzadas para el diseño de PCB hacen que valga la pena. Incluyen diseño, desarrollo, arreglo de puertas programables en campo y captura esquemática.

Altium puede producir los diseños más complejos en poco tiempo y con facilidad, lo que lo hace perfecto para el diseño BCP para principiantes. Los diseñadores pueden tener una vista previa en 3D de su trabajo para notar y verificar los detalles más pequeños en el diseño.

KiCAD

KiCAD, desarrollado originalmente por Jean-Pierre Charras, es un software de diseño eléctrico gratuito bajo la licencia creative commons (CC). Se puede utilizar para crear diseños de PCB en 2D y 3D, entre otras funciones. Tiene una biblioteca útil para el diseño de PCB para principiantes.

Los diseñadores de PCB encuentran que el editor de esquemas de KiCAD y el visor de diseños son los más útiles para crear y modificar los diseños. El software admite archivos creados con EAGLE.

EasyEDA

Una opción basada en web para el diseño electrónico automatizado. Esto significa que debe iniciar sesión en el sitio web de la empresa y trabajar desde allí sin necesidad de descargar y ocupar espacio en su máquina. Se describe como una interfaz fácil de usar que la convierte en una buena plataforma en el diseño de PCB para principiantes. Al utilizar EasyEDA, tiene la posibilidad de consultar una amplia gama de proyectos de la biblioteca.

La mayor fortaleza de Easy EDA es su capacidad para admitir esquemas de PCB y bibliotecas de Altium y EAGLE, además de algunos otros programas de diseño que no se describen aquí.

Pasos en el diseño de PCB

Con el conocimiento anterior sobre PCB, es más fácil comprender los pasos utilizados en el diseño de PCB. Describimos los pasos principales en el diseño de PCB utilizando el software Altium descrito anteriormente.

Paso 1: crear el esquema

En el diseño de PCB, convertir un esquema en un diseño de placa es siempre la opción más fácil. Es más arduo diseñar directamente a bordo. El esquema puede ser una plantilla o una creada por el diseñador y se utiliza para crear y editar el diseño.

Paso 2: crear el diseño del tablero

Esto implica producir un documento de PCB en blanco (PCBdoc) utilizando el software. El documento le permite establecer la forma y las dimensiones del diseño. Puede revisar y actualizar las opciones antes de crear el PCBdoc final.

 Paso 3: vincular el esquema al tablero

Esto implica vincular la información esquemática al PCBdoc siguiendo estos pasos en su software de diseño.

  • Haga clic en diseño y luego actualice PCB (nombre de su PCBdoc)
  • Se abre un cuadro de diálogo que le permite ver los componentes del esquema. Luego verifique los cambios agregando la información esquemática a su proyecto de PCB correctamente y haciendo clic en la opción validar cambios una vez que haya terminado.
  • Un estado verde en todos los elementos indica un visto bueno y puede ejecutar los cambios con confianza.
  • Cierra el cuadro de diálogo.

Paso 4: definición del tablero y la pila de capas

Usando el administrador de acumulación de capas en su software, puede definir la forma y el número de capas para su PCB.

Paso 5: colocación de los componentes

En Altium Designer, puede optar por colocar los componentes de su circuito de forma automática o manual. La combinación de las dos opciones puede permitirle verificar que cada componente esté colocado en su lugar respectivo.

Paso 6: marque los agujeros de perforación

Esto implica insertar las marcas en los puntos donde se realizarán los taladros en el tablero real. Algunos diseñadores pueden describirlo como montaje y vías. Los orificios deben perforarse de acuerdo con las especificaciones del fabricante de PCB.

Paso 7: enrutar los rastros

El enrutamiento implica la creación de conexiones entre los componentes. Si tiene más de una capa en el tablero real, el enrutamiento se realiza a través de orificios desde una capa que sirve como plano de tierra a través de todas las capas hasta la que actúa como plano de potencia.

Paso 8: Verificación del diseño del circuito

En el editor de reglas y restricciones de PCB, ejecuta la verificación de reglas de diseño en su software haciendo clic en las reglas que se aplican a su diseño.

Paso 9: Agregar la leyenda

Cuando se haya hecho todo lo anterior, ahora es el momento de agregar las etiquetas, marcas, logotipo, identificadores y otros aspectos de la serigrafía. Asegúrese de que el usuario pueda leer fácilmente la fuente.

Paso 10: generar los archivos de diseño

Los archivos de diseño se generan como archivos Gerber. Los archivos Gerber son el formato estándar para la presentación de PCB como un fotoplotter para construir la placa real.

Palabra final

El proceso integral para el diseño de PCB puede parecer complejo para los principiantes. Dominar los términos básicos, conocer el software disponible y los puntos fuertes de cada uno, y seguir los sencillos pasos descritos puede hacer que el diseño de PCB para principiantes sea mucho menos complicado.