Pinturas rupestres y placas de circuito: cómo leer un plano de montaje de PCB

“El diablo se esconde en los detalles”. ¿Habías pensado alguna vez en el significado de esta frase? Nos habla sobre la importancia de los detalles y de cómo pasarlos por alto puede acarrear problemas. Y una frase así de breve nos habla también acerca del montaje de PCB. Una colocación precisa de los componentes facilita la composición. Si pasamos por alto los pequeños detalles, pueden surgir muchos problemas que afecten al rendimiento del circuito.

Un plano de montaje de PCB proporciona una copia impresa maestra controlada de la información necesaria para completar el montaje de una PCB. Ya sea en formato .pdf o .jpg, el plano puede incluir contornos de los componentes, montaje superficial y pads de agujeros pasantes, marcas de polaridad, designadores de referencia, el contorno de la placa y títulos. 

¿Para qué sirve el plano de montaje?

Al leer el plano de montaje, los designadores de referencia, las marcas de polaridad y la posición de la patilla (pin) 1, el operador de la máquina de montaje cuenta con la información que necesita para comprobar la posición de los componentes y reducir el número de errores. Junto con la información acerca de los componentes, los planos de montaje también hacen referencia a la versión actual del esquema, la norma de calidad aplicable al montaje e inspección, y una referencia a la lista de materiales (BoM). 

Asimismo, los planos de montaje pueden incluir instrucciones especiales para el operador. Por ejemplo, un plano de montaje de una PCB que vaya a utilizarse en un entorno hostil podría incluir instrucciones y notas para indicar componentes específicos que requieren un método de unión diferente. Otras instrucciones especiales pueden cubrir información sobre máscaras o medidas para evitar cortocircuitos.

Designadores de referencia y plano de montaje de PCB

Ya sea al montar las piezas directamente en una placa o al programar una máquina de selección y colocación (pick-and-place), pueden utilizarse el plano de montaje de PCB y los designadores de referencia para clarificar la composición. Cada designador de referencia consta de letras y números que representan diferentes tipos de componentes. Los robots de selección y colocación confían en este método coherente para hacer referencia a los componentes al colocarlos en la PCB.

Los designadores de referencia constan de una letra y un número. Esta práctica estándar parece suficientemente simple y fácil de mantener. Por ejemplo, marcamos las resistencias con la letra “R”, los condensadores con la letra “C” y los diodos con la letra “D”. Sin embargo, algunas empresas utilizan variantes de la práctica estándar al referirse a otros componentes. Mientras la práctica estándar designa a los diodos Zener con la letra “D”, algunos equipos de diseño podrían utilizar la letra “Z”.

Al leer el plano de montaje, nuestra inteligencia humana nos permite entender el significado de la variante. Sin embargo, si añadimos muchos tipos diferentes de componentes y diseños de múltiples placas dentro de las distintas panelizaciones, sortear las variantes se vuelve más complicado. 

El enfoque de panelización requiere esquemas de numeración continuos entre placas. Por ejemplo, los números de las resistencias de la PCB n.º 1 comienzan con “R101” y continúan hasta “R125”. Cuando pasamos a la PCB n.º 2 de la panelización, el número de resistencia comienza con “R126 y continúa hasta “R143”. Los números de resistencia de la PCB n.º 3 comienzan con “R144”. Podría considerarse comenzar el esquema de numeración por la parte inferior y continuar a lo largo de la serie de PCB.

^{Designadores de referencia y planos de montaje de circuitos}

A medida que el proceso de fabricación de la PCB pasa del control humano a los robots de montaje, cualquier incoherencia provocará numerosos problemas. Si utilizamos dos tipos de designadores de referencia distintos para las resistencias, el robot interpretará que se trata de componentes diferentes y rechazará la PCB como si se tratara de un error.

En un párrafo anterior, mencionábamos que los condensadores siempre tienen una designación de referencia “C”. Los planos de montaje proporcionan valor al mostrar que un designador de referencia C1 se asocia a un tipo en particular de condensador en una PCB específica. 

Cuando el montaje implica una panelización que consta de varias PCB, la precisión observada con “C1” se vuelve más turbia debido a los distintos tipos de condensador. La PCB n.º 1 podría utilizar “C1” como designador de referencia para un tipo, mientras que la PCB n.º 2 podría asociar “C1” a un tipo diferente. Un robot de selección y colocación que considere a todas las PCB como una sola unidad —y a todos los condensadores como parte de esa única unidad— se confundirá, a no ser que el diagrama de montaje utilice un esquema de designación organizado.

Marcas de polaridad y símbolos de diodo

Las marcas de polaridad deben adoptar un enfoque estandarizado. Lamentablemente, en la realidad ocurre al revés. Mientras los símbolos de diodo estándar utilizan una flecha para indicar la dirección de la corriente directa, la polaridad del diodo se puede marcar con puntos, rayas o flechas. O los proveedores podrían decidor que el pin 1 de un LED debería representar el cátodo y, más tarde, cambiar de opinión para indicar el ánodo como pin 1.
 

Para complicar aún más las cosas, las variantes de esos esquemas podrían marcar o no la polaridad de los diodos de montaje superficial. Parte de la confusión se debe a los distintos tipos y polaridades de los diodos. Por ejemplo, los diodos Zener con polarización inversa tienen un cátodo positivo. Los rectificadores y LED tienen cátodos negativos. 

Para resolver estos problemas, se puede utilizar el designador de referencia apropiado para el diodo y bien la letra “C” o la letra “K” para marcar el cátodo, tanto en el plano de montaje como en la serigrafía.

El mismo tipo de problema para marcar la polaridad se presenta en los condensadores electrolíticos y de tantalio. Los condensadores electrolíticos tienen marcado el terminal negativo, mientras que en la mayoría de los condensadores de tantalio se marca el terminal positivo. Utilizando condensadores de tantalio como ejemplo, el plano de montaje garantiza la colocación correcta de los condensadores sensibles a la polaridad. Un condensador de tantalio con polarización inversa tendrá una ruptura dieléctrica del óxido que dará lugar a cortocircuito y fuga térmica.

Mantener el producto por buen camino

Cualquiera puede perderse en los detalles. Un plano de montaje impide que los circuitos integrados se pierdan, al utilizar un sistema de denominación estándar para marcar el pin 1 del dispositivo. El plano utilizará un punto o un número para mostrar la posición del pin 1. A partir de ahí, la numeración de los pines alrededor de un circuito integrado sigue siempre una dirección contraria a la de las agujas del reloj. 

^{Aprender a leer un plano de montaje para encontrar un pin sin problemas}

Sin un plano de montaje, encontrar un pin puede presentar un problema. Mientras algunos fabricantes pueden indicar el pin 1 del chip con un punto, otros biselan la esquina del pin 1 o usan una banda para indicar su posición. 

Los equipos de diseño a menudo dejan notas e instrucciones especiales en los planos de montaje. Esas notas e instrucciones sirven a los operadores para evitar errores y demoras. Por ejemplo, es posible que tengamos que usar un determinado tipo de soldadura o fundente si el circuito debe cumplir con determinadas normativas sobre sustancias peligrosas. 

Es posible también que tengamos añadir notas acerca de requisitos de conformidad con la normativa sobre tráfico internacional de armas (ITAR) aplicables al producto final. Las notas también podrían incluir cómo responde el producto a las clasificaciones del IPC (Institute for Printed Circuit) en términos de calidad de fabricación y fiabilidad. 

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