Ya se trate de una placa simple o compleja, un buen diseño de PCB garantiza que la placa de circuito funcione según lo previsto y pueda fabricarse en serie. En este blog, hemos recopilado 10 directrices de diseño de PCB que se aplican a la mayoría de las placas de circuito estándar. Estas reglas cubren aspectos clave, como la fabricabilidad, la disposición de las capas, la colocación de los componentes, la gestión térmica, etc. Ayudamos a los diseñadores a crear PCB de alto rendimiento y alta fiabilidad en 2025.
Regla 1: Garantizar la fabricabilidad en el diseño de PCB
Cuando se trata de las directrices de diseño de PCB, la fabricabilidad es la primera consideración crítica. Aunque un diseño sea perfecto, no puede considerarse un resultado verdaderamente satisfactorio si es difícil de producir. Los diseñadores deben tener en cuenta factores como las capacidades de los equipos de fabricación, la disponibilidad de materiales y la facilidad de montaje.
Regla 2: Plan estratégico de apilamiento de PCB
Una regla importante en las directrices de diseño de PCB es planificar estratégicamente el apilamiento de PCB. Cada capa tiene su función específica. La disposición de estas capas afecta no solo a la estética, sino también al rendimiento. Un apilamiento bien planificado puede minimizar las interferencias electromagnéticas (EMI) y mantener la integridad de la señal.
La clave para lograr la integridad de la señal es preservar la forma y la sincronización de la misma. Esto se puede conseguir mediante un apilamiento cuidadosamente diseñado para minimizar la pérdida de señal y la diafonía. Además, las interferencias electromagnéticas pueden causar daños en los circuitos. Sin embargo, un apilamiento bien diseñado puede ayudar a controlar las interferencias electromagnéticas al proporcionar blindaje y vías de retorno de corriente.
Regla 3: Separar los bloques analógicos y digitales
A veces, es posible que las señales analógicas y digitales deban funcionar en la misma placa de circuito. Si estas señales se mezclan, comparten la misma ruta de retorno de corriente. El ruido de los circuitos digitales puede interferir con los circuitos analógicos, causando distorsión de la señal y degradación del rendimiento. Al dividir adecuadamente los módulos analógicos y digitales en el diseño, se puede garantizar la estabilidad y la fiabilidad del circuito. A continuación se indican algunas prácticas útiles:
- Coloque los componentes sensibles (referencia de tensión y amplificadores) en el plano analógico. Del mismo modo, coloque los componentes ruidosos (bloques de sincronización y control lógico) en el plano digital.
- Se puede colocar un ADC (convertidor analógico-digital) de señal mixta o un DAC (convertidor digital-analógico) de baja corriente digital en el plano analógico. Para múltiples ADC/DAC de alta corriente, se recomienda separar las fuentes de alimentación digitales y analógicas.
- Los microcontroladores y microprocesadores deben colocarse cerca de los módulos relacionados, así como en el centro de la PCB, para facilitar la disipación del calor y el enrutamiento.
Regla 4: Planifique la colocación de los componentes con prudencia
La colocación de los componentes afecta directamente al rendimiento, la fabricabilidad y la accesibilidad del circuito. En este proceso, es posible que se enfrente a diferentes retos y tenga que tener en cuenta muchas directrices de diseño de PCB. A continuación se indican algunas reglas fundamentales:
- Coloque primero los componentes críticos y necesarios, y luego el resto, para evitar limitaciones mecánicas de la carcasa o de tamaño.
- Para circuitos de alta velocidad, analógicos y de potencia, se recomienda colocar los componentes cerca entre sí para mantener trazas cortas y directas.
- En el caso de los circuitos integrados y procesadores de gran tamaño, se recomienda colocarlos en el centro para simplificar el enrutamiento de las trazas.
- Coloque todos los componentes SMD en el mismo lado para simplificar el montaje y reducir los costes.
- Para garantizar la fabricabilidad, evite colocar los componentes demasiado juntos para no impedir el montaje automatizado.
- La accesibilidad también es fundamental. Los componentes deben ser de fácil acceso para realizar pruebas, reelaboraciones, etc.
Regla 5: Diseño para una gestión térmica eficaz
Un diseño de gestión térmica eficaz puede garantizar la fiabilidad de los componentes y prolongar su vida útil. A continuación se indican algunas directrices de diseño de PCB para la disipación del calor:
Vías térmicas: ofrecen una ruta térmica eficiente desde los componentes hasta el material circundante de la PCB.
Disipadores de calor: se instalan en componentes de alta potencia para reducir su temperatura de funcionamiento y evitar el sobrecalentamiento.
Vertidos de cobre: es eficaz disipar el calor de manera más uniforme utilizando grandes vertidos de cobre en la capa de alimentación y la capa de tierra.
Materiales de alta conductividad térmica: para facilitar la disipación del calor, también se pueden utilizar materiales para PCB con una excelente conductividad térmica, como sustratos cerámicos o aluminio.
Regla 6: Optimizar el trazado de las pistas para mantener la integridad de la señal
Un trazado de pistas bien pensado es esencial para un rendimiento fiable de la PCB y una alta calidad de la señal. Estas son las directrices de diseño de PCB clave que debe tener en cuenta:
Longitud de las pistas: mantenga las pistas lo más cortas y directas posible para minimizar la diafonía y mantener el espaciado adecuado.
Ancho de las pistas: mantenga un ancho de trazado constante dentro de la misma red para mantener una impedancia uniforme y minimizar los reflejos.
Ángulos de trazado: se recomienda encarecidamente utilizar curvas suaves de 135 grados, en lugar de ángulos rectos o agudos en las pistas, ya que pueden irradiar ruido y degradar el rendimiento.
Rutas de retorno: asegúrese de que las rutas de retorno de las señales en los planos de referencia sean claras y cortas para mantener la integridad de la señal.
Enrutamiento ortogonal: Para minimizar la diafonía, enrute las trazas en capas adyacentes en direcciones ortogonales.
Regla 7: Organice correctamente los planos de alimentación y tierra
Los planos de alimentación y tierra se suelen disponer en las capas internas, manteniéndolos simétricos y centrados. Para PCB con al menos 4 capas, utilice un plano de tierra completo en lugar de un trazo de tierra separado. Con los componentes que requieren una conexión de alimentación directa, se puede utilizar un carril de alimentación compartido si no se dispone de un plano de alimentación dedicado. Sin embargo, evite conectar en cadena las fuentes de alimentación. Además, es importante asegurarse de que los trazos sean lo suficientemente anchos. Las trazas estrechas pueden calentarse o incluso quemarse cuando fluye una corriente elevada.
Regla 8: Optimizar el diseño del panel de PCB para la producción
En el diseño de placas de circuito, optimizar adecuadamente el diseño del panel de PCB puede ayudar a reducir los costes de fabricación y mejorar la eficiencia de la producción. Póngase en contacto con el fabricante de PCB para obtener las dimensiones de panel recomendadas y, a continuación, ajuste su diseño en consecuencia. Debe aplicar un diseño que se ajuste a los tamaños de panel preferidos por el fabricante, repitiendo el diseño siempre que sea posible.
Regla 9: Aproveche la serigrafía para mejorar la eficiencia
La serigrafía se utiliza para marcar diversa información en las placas de circuito, desempeñando un papel fundamental en el montaje y el mantenimiento. Un diseño de serigrafía claro y bien diseñado puede indicar la posición de los componentes, la polaridad, la orientación, los indicadores de puntos de prueba, la información del fabricante, la versión de la placa, etc.
Ayuda a los montadores a localizar rápidamente los componentes, completando de manera eficiente la instalación y la soldadura. Además, la serigrafía puede facilitar la depuración y las reparaciones posteriores. Es importante tener en cuenta que la serigrafía debe evitar cubrir las almohadillas de soldadura y permanecer clara y fácil de leer.
Regla 10: Realice comprobaciones periódicas
Antes de pasar a la producción, es mejor verificar el diseño de forma regular y repetida. Cualquier error puede afectar a la producción y el montaje posteriores. Recomendamos realizar siempre DRC y ERC en el proceso de diseño para verificar que este sea correcto. Ejecutar DRC solo lleva un poco de tiempo, lo que puede suponer un ahorro significativo de tiempo en la depuración y los cambios posteriores. Además, la verificación continua es un buen hábito que vale la pena mantener.
Conclusión
Al aprender estas 10 directrices de diseño de PCB principales, los diseñadores e ingenieros pueden optimizar el proceso de diseño y obtener placas de circuito fiables y de alto rendimiento. En la práctica, estas reglas pueden garantizar una fabricación fluida y un rendimiento estable. Sin embargo, para algunas placas de circuito especiales y complejas, también debemos seguir directrices de diseño de PCB adicionales y especiales para cumplir con los requisitos de rendimiento y fiabilidad.
