No, no quiero hacer un cambio de sentido: Pautas para el trazado de pistas en PCB

Creado: December 21, 2017
Actualizado: October 15, 2021

Diseño del mapa de una ciudad

Ver crecer a tu antigua ciudad puede ser muy parecido a ver cómo van terminando tus programas de televisión favoritos, o ver una secuela años después de que se estrenó una buena película. La ciudad en la que crecí estaba dispuesta en forma de cuadrícula, con unas calles tan anchas que ni siquiera hacía falta aparcar en paralelo en el centro de la ciudad. Era una ciudad tan pequeña que los embotellamientos eran causados más a menudo por dos personas en diferentes coches que paraban para conversar que por accidentes. Cuando vuelvo a visitar la ciudad, esta ha crecido; el amplio aparcamiento se ha convertido en un carril adicional.

Metafóricamente (y también literalmente), el pueblo maneja mucha más “corriente” que en mi niñez. Los embotellamientos y accidentes de tráfico ciertamente han aumentado, pero algo de previsión en la planificación urbana ha impedido que las cosas se desordenen demasiado. Es muy similar a lo que ocurre con una PCB, en las que una planificación adecuada puede evitar accidentes desagradables y fallos de diseño desafortunados que obstruyen el tráfico y obligan a cometer errores. El buen diseño de PCB no es solo una cuestión de poner a un policía de tránsito en un cruce peatonal, a menudo para garantizar que el flujo de tráfico permanezca a un nivel tolerable y regular. Es necesario diseñar con mucha anticipación, ya conociendo los circuitos de potencia y las conexiones de componentes necesarias.

Un trazado de pistas adecuado requiere de muchísimo cuidado, tanto en el diseño de PCB como en la planificación urbana. No se producirán accidentes de tráfico ni cientos de personas llegarán tarde a sus trabajos con un trazado de pistas inadecuado; sin embargo, lo que sí ocurrirá serán cortocircuitos. Al igual que ocurre con un semáforo cuya luz tarda demasiado en cambiar de color afectando a una carretera de tráfico relativamente bajo o si no se tiene una señal de parada al acercarse a una intersección concurrida, un trazado de pistas inadecuado puede afectar la calidad de las uniones de soldadura, y las pistas en las capas internas también pueden causar cortocircuitos. Con una comprensión profunda del trazado de pistas, estarás mejor equipado para diseñar tus PCB para la cantidad de tráfico que reciben.

Multitud de semáfotos
No realices el trazado al igual que esta intersección; demasiadas conexiones en un nodo pueden aumentar el riesgo de cortocircuitos.

Cuándo echar el freno con el trazado de pistas para PCB

El trazado de pistas no se reduce a las luces roja, amarilla y verde: ¿sabías que la luz amarilla puede significar una docena de cosas diferentes según el conductor? Esto se parece mucho a la cantidad de factores que pueden influir en las pistas. Todos los siguientes factores pueden influir en la probabilidad de aparición de cortocircuitos durante la fabricación y el funcionamiento:

  • Ancho de pista: al igual que el ajuste del ancho de una carretera, el ancho de la pista influye en la intensidad de corriente que ésta puede soportar. Las sobrecargas causan muchos problemas, al igual que ocurre cuando se abre un nuevo negocio en una carretera pequeña. A veces, las pistas se estrechan antes de la conexión a un pad, lo que aumenta la resistencia, el nivel de calentamiento y los potenciales daños asociados en la placa. Reducir el ancho de una pista no es generalmente una buena idea.
  • Conexiones: aumentar la cantidad de conexiones que van a un pad o nodo también aumenta el riesgo de cortocircuitos. Es probable que las pistas ramificadas estén más cerca unas de otras, con más esquinas en donde acumular carga. Las irregularidades en la pasta de soldar son más comunes, y puede provocar componentes con exceso de inclinación o puentes de soldadura. Es necesario evaluar cuidadosamente cualquier salida de red o trazado automático que requiera conectar muchas pistas a un único pad.
  • Tamaño del pad: los pads más grandes te dan más margen para trabajar, pero también debes tener en cuenta la distancia entre los pads. Este es un caso en donde es muy común que ocurran cortocircuitos por puentes de soldadura, por lo que una mayor separación dificultará la formación de puentes.
  • Tamaños consistentes: el tener una consistencia en los tamaños de los pads y las pistas hará más fácil el diseño y la comprobación de reglas para errores, especialmente si se trata de placas multicapa. Al igual que ocurre con las autoridades municipales, que otorgan o niegan permisos, las reglas pueden ser molestas, especialmente cuando hay que lidiar con un montón de advertencias a la vez, pero por lo general sirven para evitar problemas más grandes a futuro.
  • Esquinas: las curvas pronunciadas en tus pistas crean lugares donde se acumulará el potencial del campo eléctrico. Si bien la buena fabricación puede admitir la presencia de esquinas, los resultados funcionales representan un mayor riesgo de aparición de arcos eléctricos y cortocircuitos una vez que la placa está funcionando. En vez de esto, es más conveniente ceñirse al uso de esquinas redondeadas con un radio grande.
Vista superior de un distribuidor en trébol en una autopista.
Al igual que se hace en las autopistas, evita las curvas pronunciadas en las pistas de tu PCB, ya que aumentarán el riesgo de generar arcos eléctricos y provocarán cortocircuitos.

Buenas prácticas para el trazado de pistas

Generalmente, los conductores que causan embotellamientos y tráfico lento son los que no conocen la zona. Del mismo modo, los diseñadores que tienen más probabilidades de que su placa tenga un cortocircuito debido a malas prácticas de trazado son los que no se han familiarizado previamente con el trazado de pistas. Después de que sepas qué factores afectan el trazado de tus pistas, se volverá notablemente más fácil el entender y seguir las siguientes prácticas que facilitarán que tu placa se aleje de la “tentación” de los cortos, y su función se parezca más a la deseada. Estas son algunas de las principales buenas prácticas para el trazado de pistas:

  1. Verificar los límites de ancho y espaciado de las pistas especificados por el fabricante antes de comenzar el trazado.
  2. Hacer que los anchos de las pistas sean los adecuados para la carga de corriente.
  3. Utilizar reglas de diseño más amplias cuando no se requieran pistas y espacios estrechos. Es más fácil y barato.
  4. Mantener las pistas cortas y directas, lo que es más fácil si...
  5. Se agrupa los componentes relacionados entre sí en la placa.
  6. Se evitan las esquinas pronunciadas en el trazado.

Las áreas con una gran cantidad de pistas son propensas a altas tasas de defectos, así como una mayor cantidad de más coches causa más accidentes. Todos los riesgos de las pistas individuales se combinan, y es necesario llegar a compromisos de diseño para que todo encaje todo en un espacio estrecho. Es importante planificar tu diseño con anticipación para optimizar la ubicación de las partes y minimizar las áreas de alta densidad.

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