¿Cómo diseñar PCB?

Los diseños de PCB comienzan cuando un ingeniero electrónico elige los componentes necesarios para realizar las funciones del producto final y luego determina la mejor manera de conectar esos componentes eléctricamente.
El diseño brinda al fabricante mucha información, incluida la dimensión de la placa de circuito impreso, los tamaños y las posiciones de los orificios y la definición mecánica general; también puede incorporar notas referentes al tipo de material, especificaciones, requisitos de UL, máscara de soldadura y requisitos de prueba.

 

CAD: creación de hardware con software

Aunque la Diseño de PCB una vez se reproducían manualmente en una película de mylar, ahora se crean utilizando el software de diseño asistido por computadora (CAD). El software CAD determina automáticamente las rutas para los conductores, lo que reduce el trabajo manual requerido. La mayoría de los proveedores de CAD ofrecen una biblioteca de formas y tamaños de los componentes disponibles. Estas formas y tamaños se conocen como contornos. La zona donde estos componentes entran en contacto con la placa se denomina huella.

Selección de materiales

Debido a que hay disponible una variedad de espesores de cobre, propiedades de epoxi y tipos de tejido de vidrio, el diseñador debe definir la combinación deseada. Una consideración importante es la composición del preimpregnado, el agente que une las capas de una placa de circuito impreso multicapa.. Prepreg (o resina de etapa B) es una tela de vidrio que se ha impregnado con epoxi y luego se ha curado parcialmente. Hay 3 propiedades básicas: térmica, eléctrica y química.

Especificación de acabados metálicos

El cobre se utiliza como conductor en la mayoría de las PCB en producción y, si no se protege, se empañará y evitará la soldadura adecuada de los componentes a la placa desnuda. Se aplica un metal que no se deslustra o se deslustra lentamente para proteger las superficies de cobre expuestas de la PCB. Los acabados de superficies metálicas varían en precio, vida útil, confiabilidad y proceso de ensamblaje. Algunos de los acabados superficiales populares se enumeran a continuación:

  • Nivelación de soldadura de aire caliente (HASL): la PCB se sumerge en un baño de soldadura fundida (estaño-plomo).
  • Electroless Immersion Gold (ENIG): este es uno de los mejores y más populares métodos de acabado RoHS. ENIG ofrece excelente humectación, coplanaridad, oxidación y larga vida útil.
  • Plata de inmersión
  • Conservante orgánico de soldabilidad (OSP): OSP es un compuesto orgánico a base de agua compatible con RoHS que se une selectivamente al cobre y proporciona una capa orgánica/metálica que protege el cobre durante la soldadura.
  • HASL sin plomo: el baño fundido no contiene plomo ni RoHS. Utiliza una aleación modificada con níquel para dar resultados similares.

Creación de la hoja de acumulación

Como paso final, el diseñador crea una hoja de apilamiento que brinda una imagen general del tablero.

 

Generación de datos de fabricación

  • Especificaciones internas o de la industria
  • Requisitos de Underwriters Laboratory (UL)
  • Requisitos de prueba
  • Especificaciones personalizadas

Transferencia del diseño al fabricante

Los formatos de transferencia de datos más utilizados se utilizan a continuación:

  • Gerber y su derivado, Gerber RS-274X.
  • ODB++, GenCAM y PIC-D-350.

Conversión del diseño para herramientas

El proceso de fabricación comienza con la transferencia de los datos electrónicos recibidos del diseñador, utilizando programas especiales conocidos como software de Fabricación Asistida por Computadora (CAM). CAM permite al fabricante realizar:

  • Realización de panelización y herramientas fotográficas

El proceso de panelización consiste en múltiples imágenes de PCB para llenar toda la superficie del panel de laminado de la manera más económica. Funciones auxiliares: se agregan al panel números de capa, símbolos UL, bordes y cupones de prueba. Luego se transfiere al plotter fotográfico: una máquina que dibuja la imagen en paneles con luz láser a través del proceso de creación de imágenes. La imagen final se dibuja en una película fotográfica.

La proyección de imagen directa con láser (LDI) es otro método para aplicar o exponer el Diseño de PCB al panel de fabricación al generar imágenes directamente del circuito al panel de fabricación usando un láser potente.

  • Generación de datos de enrutamiento y exploración

Generar el taladro controlado numéricamente (NC) y los datos de enrutamiento para la transmisión a la sección de perforación.

  • Inspección de programación y datos de prueba

Los fabricantes utilizan la inspección óptica automática (AOI) para encontrar roturas o cortocircuitos en el enrutamiento de PCB. El fabricante programa la memoria AOI utilizando una placa dorada o datos CAD como referencia. La máquina AOI escanea el tablero bajo inspección y lo compara con el tablero dorado. En caso de discrepancia, la máquina identificaba la ubicación de los defectos.

La placa desnuda se prueba eléctricamente para garantizar que se siga el diseño original. Hay dos métodos para la prueba.

  • Prueba de tablero dorado: este método se utiliza principalmente cuando no hay datos Gerber o electrónicos disponibles para generar el material gráfico utilizado en el fabricante de la placa de circuito impreso. Los productos heredados que generalmente son tableros simples de 2, 4 o incluso 6 capas, todavía se prueban de esta manera.
  • Prueba de lista de redes: este método se puede utilizar cuando los datos de Gerber están disponibles. Se realiza cuando todas las redes (una cadena de puntos a lo largo de un circuito) se pueden extraer de la información suministrada. Donde la prueba de la placa dorada es una prueba de comparación, la lista de conexiones prueba todos los puntos, lo que garantiza una alta confianza en la integridad eléctrica. Esta verdadera prueba eléctrica de punto a punto está a solo un paso del dibujo esquemático real de la PCB.

 

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