CAPITULO I
-Soportar
sus propios componentes.
-Soportar
sus interconexiones eléctricas.
Todo ello siguiendo unas reglas
establecidas a la vista de unas tolerancias impuestas por la naturaleza de los equipos o
sistemas electrónicos.
En el
diseño de los circuitos impresos, encontraremos una serie de factores variables que
habrán de ser seleccionados y combinados de una forma óptima en cada caso.
La
colocación de los componentes en la propia placa base del circuito, el material
dieléctrico de la base, el tipo de los conductores, el número de capas de conductores,
la rigidez, la densidad o compactado del equipo en la placa, etc. , combinados de manera
adecuada influirán en el rendimiento, calidad y coste del producto .
En el
diseño habrá que pensar también en las condiciones de Fabricación, creando una
información adecuada para Fabricar, conociendo los medios y los costos que van a
intervenir en las distintas operaciones a seguir, para encontrar procedimientos viables y
rentables.
a) Ahorro de espacio: Empleando conexiones
impresas se ocupa menor espacio en el equipo que con el uso de conexionado convencional.
b) Los
conductores están permanentemente unidos al dieléctrico base del circuito, lo cual
proporciona también una mayor facilidad para el montaje de los componentes .
c) Es
normalmente imposible la rotura de hilos y la producción del corto circuito entre hilos.
d) Dada la
alta repetibilidad en los circuitos, se produce una uniformidad de las características
eléctricas de montaje en montaje, aumentando la fiabilidad.
e) Se
reduce notablemente el volumen y el peso de las interconexiones .
Se
producen unas nítidas rutas (pistas) de los conductores que permiten un fácil
seguimiento visual en los mismos y una mayor organización y control del espacio. Todo
ello es debido a la forma plana de la impresión conductora.
f) La
identificación de las partes del circuito es simple y el colorido de los hilos ha sido
eliminado .
g) Pueden
ser utilizados procesos de producción en grandes series y técnicas muy automatizadas .
h) Pueden
emplearse operarios con un mínimo de entrenamiento y habilidad.
i) La
nitidez de los circuitos permite, con la ayuda visual, simplificar los procesos de
comprobación en cuanto se refiere a exactitud en los montajes de los componentes
minimizando, de esta manera, los errores.
j) El
mantenimiento de los Equipos Electrónicos es más simplificado, es más económico.
k) En las
placas flexibles, su forma plana y delgada produce un máximo de ahorro en peso, espacio y
coste. Se puede llegar a un ahorro del 75% en volumen y peso, dependiendo de su
aplicación especifica.
a) La forma plana del circuito requiere
una especial habilidad en el diseño para situar los componentes y las interconexiones .
b) El
largo tiempo empleado en la etapa del diseño influye apreciablemente desde la iniciación
del diseño hasta la entrega del producto final.
c) Cuesta
demasiado trabajo y dinero introducir cambios en el diseño cuando ya se dispone de los
útiles y medios de fabricación, establecidos.
d)
Dificultades encontradas en la reparación de los circuitos impresos.
a)
Soporte aislante.
b) Agujeros para montaje
de componentes y/ o interconexión.
c) Conectores de
interconexión.
d) Terminales de entrada
y de salida.
1.5. -CLASIFICACION
DE LAS PLACAS IMPRESAS.
1.5.1.-
Categorías de las placas impresas según su densidad en componentes y en interconexiones.
Se consideran tres
categorías básicas según sus densidades en orden de menor a mayor:
a) De Simple
Cara, con conductores en una sola superficie plana de la base aislante.
b) De Doble
Cara, con conductores en ambas caras de la base aislante, con agujeros metalizados para la
interconexión entre caras, u otros medios .
c) Multicapa con tres o más capas de
conductores separados por material aislante y usualmente interconectados a través de
agujeros metalizados .
1.5.2.- Densidades
de las placas impresas.
En toda
placa impresa, es necesario conjugar la limitación de su superficie con los elementos
(componentes e interconexiones) que es necesario equipar según indica el circuito.
Existen o pueden existir una serie de incompatibilidades, dada la diversidad de tamaños y
formas de sus componentes, el número de éstos, la complejidad de sus interconexiones,
etc .
Es
deseable, según esto, conocer una medida que de idea del orden de la densidad de una
placa impresa y que permita tipificarlas .
Se toma
como unidad de densidad el número de agujeros, para montar componentes, por decímetro
cuadrado de superficie útil. Esta unidad no es perfecta, pero puede servir como
referencia para conocer, en una primera aproximación la porción de circuito que puede
montarse eficazmente en cada caso.
Usualmente,
los valores indicados en la tabla se corresponden con las distin tas clases de placas
impresas.
CIRCUITOS IMPRESOS |
NÚM. DE AGUJEROS PARA
MONTAJE POR DECÍMETRO CUADRADO DE SUPERFICIE ÚTIL |
SIMPLE CARA
DOBLE
CARA MULTICAPA |
Entre
50 y 150 Entre
150 y 300 Más
de 300 |
1.5. 3. -Sistema de clasificación .
Existe un
sistema de clasificación de placas impresas por sus densidades , que proporciona el grado
de concentración de conductores, nudos y agujeros. Este dato, junto con otros factores
tales como el tamaño de la placa, determinan las tolerancias permitidas en las distintas
fases del diseño y de los procesos de fabricación.
El sistema
de clasificación consiste en dos dígitos. El primer dígito representa el tipo de placa
(número de capas y tipo de conexiones a través de ellas) , y el segundo dígito está
relacionado con el máximo de concentración local de conductores .
Para el
primer dígito, podemos formar el cuadro de clasificación siguiente:
1er
Dígito |
Tipo de
Placa
|
1 2 3 |
Simple o
doble cara, sin agujeros metalizados Doble cara, con agujeros metalizados Multicapa,
con agujeros metalizados |
El segundo
dígito de la clasificación indica la máxima concentración de conductores, de tal
manera que cuanto mayor sea la densidad en la placa impresa, más elevado será el valor
de este dígito.
Para
considerar la cuantía de la densidad de las placas impresas se introducen las tres
variables siguientes:
a) Anchura
nominal de los conductores .
b)
Separación nominal entre los conductores .
c)
Diferencia entre el diámetro nominal de los nudos y el diámetro nominal de los agujeros
correspondientes.
Según
esto, el segundo dígito de la clasificación de una placa impresa en diseño, será el
menor numero para el cual los valores mínimos correspondientes a las variables arriba
indicadas, están satisfechos sobre toda la placa.
1.5.4. Límites
mínimos dimensionales para cada clase de placa impresa
A continuación, en cuadros por separado,
se establecen los límites mínimos que definen a cada clase de placa impresa, en cuanto a
densidad se refiere, por el sistema de dos dígitos .
a) Placas
sin agujeros metalizados .
El primer
dígito de la clasificación de este tipo de placas será 1, y el segundo tomará los
valores 1, 2 ó 3 según los tres parámetros a) , b) y c) indicados .
Dimensiones
(mm) |
Clasificación
densidad |
||
11 |
12 |
13 |
|
Anchura
nominal mínima del conductor |
0.8 |
0.6 |
0.4 |
Separación
nominal mínima entre conductores |
0.7 |
0.5 |
0.35 |
Diferencia
mínima entre diámetro nominal del nudo y del agujero |
1.6 |
1.2 |
0.8 |
b) Placa
con agujeros metalizados.
El
primer dígito será 2 y el segundo tomará los valores parámetros 1, 2, 3 ó 4 según
los tres parámetros a), b) y c) indicados .
Dimensiones
(mm) |
Clasificación
densidad |
|||
21 |
22 |
23 |
24 |
|
Anchura
nominal mínima del conductor |
0.8 |
0.5 |
0.4 |
0.3 |
Separación
nominal mínima entre conductores |
0.7 |
0.5 |
0.35 |
0.335 |
Diferencia
mínima entre diámetro nominal del nudo y del agujero |
1.3 |
0.8 |
0.64 |
0.60 |
c) Placas
Multicapa.
El
primer dígito será 3 para el caso de tres capas y el segundo dígito será 3 el
siguiente cuadro.
Dimensiones
(mm) |
Clasificación
Densidad |
33 |
|
Anchura
nominal mínima conductor |
0.4 |
Separación
nominal mínima entre conductores |
0.35 |
Diferencia
mínima entre diámetro nominal del nudo y nominal del agujero |
0.64 |
1.6. -MATERIALES
USADOS EN LA PLACA BASE O SOPORTE AISLANTE.
Pueden
ser elegidos entre los siguientes materiales: de acuerdo con la aplicación de la placa
impresa.
a)
Resinas fenólicas rígidas, con papel impregnado en ellas. (Material Rígido) .
b)
Poliester rígido, con fibra de vidrio impregnado en él. (Material Rígido).
c)
Resina epoxy, con papel impregnado en ella. (Material Rígido) .
d)
Resina epoxy con fibra de vidrio impregnado en ella. (Material Rígido) .
e)
Lámina Film de "mylar", teflón o poliamidas. (Material Flexible).
La
elección, en cada caso, del tipo de material base a emplear se hará de acuerdo con la
aplicación y funciones del circuito que ha de soportar.
Los
materiales más usados son los a) y d). El denominado e) se usará en el caso en que la
rigidez mecánica no sea un factor importante, en sustitución del tipo marcado d).
Los
materiales deberán ser siempre resistentes a la llama.
Los
costes de estos materiales varían desde los más económicos (resinas fenólicas con
papel) a los más caros (Resina epoxy con fibra de vidrio).
Las
diferencias de coste de los materiales son debidas a las características físicas,
térmicas y a las propiedades eléctricas de cada tipo de materiales.
Materiales
tipo (a), (b) y (c).
Los
tipos (a) , (b) y (c) son susceptibles de punzonar. La operación de punzonar resulta
económica cuando las series de fabricación son elevadas. La utilización de estos
materiales está limitada a circuitos impresos cuyos agujeros no vayan a ser metalizados.
Estos
materiales no son recomendados para circuitos impresos multicapa, debido a su poca
estabilidad dimensional; en placas de altas densidades de conductores se pueden producir
roturas en el interior de los agujeros , a causa del choque térmico se sueldan los
terminales de los componentes.
Materiales
tipo (d)
Estos
materiales son los más empleados en circuitos que llevan agujeros metalizados. Su
estabilidad dimensional es aceptable para placas de altas densidades de conductores,
siendo mínimas las roturas, en el interior de los agujeros metalizados , debidas al
choque térmico. Los agujeros en este tipo de materiales deben ser siempre taladrados.
Existen dificultades en el taladrado, si se hacen con matriz, con los espesores
normalmente empleados para circuitos impresos. El corte, a tamaño, de las placas debe
hacerse con sierra, cizalla o fresa ya que por medio de matriz no es recomendado.
Materiales
tipo (e) .
Actualmente
se están realizando una gran cantidad de trabajos para desarrollar nuevos tipos de
materiales de base para circuitos flexibles. Estos materiales en forma de "film"
dieléctrico tienen buenas propiedades tanto eléctricas como mecánicas. Normalmente
estos "film" dieléctricos llevan una capa de cobre laminado y su empleo está
generalizado para circuitos multicapa y circuitos impresos híbridos, tengan o no los
agujeros metalizados.
1.7. -EL
TAMAÑO y LA FORMA DE LOS CIRCUITOS IMPRESOS .
Normalmente,
estas dos características físicas de las placas impresas , vienen limitadas por las
dimensiones del equipo a que están destinadas y también por el utillaje y facilidades de
fabricación existentes (maquinaria, instalaciones, etc.)
Con objeto
de reducir costes de fabricación hay que procurar que la elección de las placas se haga
sobre tamaños normalizados para los cuales ya existe el correspondiente utillaje
(elementos de corte, plantillas, complementos, etc.) .
1.8.-
COSTES.
Las
diferencias de coste existentes entre varias placas pequeñas y una equivalente grande,
son mínimas .Las placas grandes son más caras de sustituir. Las placas pequeñas
necesitan más conectores y tienen mayor desperdicio.
1.9.- ESPESOR
DEL MATERIAL BASE.
El espesor
es variable, varia entre 0.8 mm y 3.2 mm. Para placas rígidas (vidrio epoxy) , el espesor
de 1.6 mm. es el más empleado, la tolerancia admitida este caso es de +- 0.2 mm.
Cuando el
material básico sea fenol o epoxy con papel la tolerancia admisible será de +- 0.14 mm.
Las
medidas están normalizadas en los siguientes espesores 0.8 mm., 1.0
mm. , 1.6 mm. , 2.4 mm. , 3.2 mm. Estos valores se
refieren a espesores nominales de las placas impresas acabadas .
1.10. -DEFORMACIONES
O ALABEOS.
La placa
base, con su material plástico, está sometida a temperaturas a que alabean su forma
plana primitiva. El grado de deformación es más alto para los materiales fenólicos con
papel y más bajo para las resinas epoxy con fibra de vidrio.
El grado
de alabeo también depende de la clase (una cara o dos caras) y tamaño de la placa
impresa, así como del predominio de estructura metálica (conductores) y del equilibrio
de ésta en ambas caras (p.e. pueden existir planos de tierra e una cara y un número
pequeño de interconexiones en la otra cara, como situación favorable para la
deformación). Resulta necesario incorporar contrafuertes o nervios para minimizar el
alabeo. Estos se colocan de manera conveniente en el centro o en los lados de la placa,
antes de la operación de soldadura simultánea. Los conectores de circuito impreso sirven
también de refuerzo, si se estudia su colocación.
1.11 .-AGU
J EROS .
Debidamente
metalizados sirven para montar componentes y establecer interconexiones. Se pueden
practicar por punzonado y por taladrado .
1.11.1.-
Punzonado.
Es el método más económico cuando se
repite 50.000 ó más veces la misma configuración de agujeros. Se usa en los casos en
que el material básico es papel o fibra de vidrio.
Las
limitaciones para el diámetro del agujero punzonado y separación entre centros de
agujeros, dependen del tipo y espesor del material base utilizado.
1.11.2.-
Taladrado.
Se usa casi exclusivamente para placas con
material base de fibra de vidrio epoxy. Es un proceso más caro que el punzonado pero
existe economía si se dispone de máquinas de taladrar múltiple s con control numérico.
No hay limitación en el diámetro de los agujeros, pero se considera en la práctica,
como tope mínimo 0.6 mm.
El
utillaje para taladrar, contando con las cintas perforadas para control de las máquinas,
requiere menor tiempo de fabricación que el utillaje para punzonar .
Para
agujeros metalizados se recomienda que el diámetro no sea inferior a un tercio del
espesor de la placa base del circuito. En condiciones especiales puede reducirse el
diámetro a un quinto del espesor del material.
1.12. -IMPRESIÓN
CONDUCTORA.
El
proceso más simple para obtener los conductores de un circuito es el grabado de ellos
sobre la hoja del laminado base. Esto requiere un mínimo de etapas del proceso y ha sido
usado ampliamente en grandes producciones. El ataque para obtener el circuito debe estar
aplicado en una o en ambas caras del laminado .
Para
conseguir la interconexión entre los conductores de ambas caras se pueden usar
procedimientos electroquímicos. para la metalización de los agujeros.
Para
aumentar la densidad y complejidad del alambrado se recurre a circuitos impresos con los
conductores de ambas caras interconectados por agujeros metalizados. Estos procesos se
emplean en la industria para circuitos doble cara y multicapa.
Esto
requiere de un equipo especial para taladrado y metalización. a fin de que el producto
final tenga los conductores del circuito protegido por metales resistentes a la
corrosión, como estaño, plomo, oro, etc. ,que favorecen la soldabilidad durante largo
tiempo de almacenaje .
La
fabricación de circuitos multicapa. origina una combinación de varios procesos. Primero,
las capas conductoras se imprimen individualmente y se graban, excepto las exteriores y
entonces ellas se juntan para formar un panel integral. Este panel es procesado después
como si fuese un circuito impreso doble cara con agujeros metalizados.
La
impresión o la operación de depositar el dibujo modelo sobre el cobre del soporte
aislante se puede hacer de dos maneras fundamentalmente por serigrafía y por fotograbado.
Cualquiera de los dos procedimientos tiene sus propias limitaciones aunque. en principio,
estas limitaciones están definidas por el tamaño del lote de fabricación y por la
densidad de impresión conductora.
Existen
por tanto dos límites para determinar cual de los dos procesos debe seguirse. Para placas
de alta densidad, con tolerancias muy estrechas, caso de placa de clase 23 y 33, el
proceso está limitado al fotograbado. En placas cuyos lotes de fabricación sean
pequeños, por debajo de 10 paneles, es asimismo recomendado el foto grabado,
independientemente de las clases de las placas .
1.13. -TERMINACIONES
DE ENTRADA y SALIDA.
Hay
básicamente dos métodos de terminación entre las impresiones conductoras de circuitos
impresos y la interconexión de ellos con el sistema. El otro método consiste en soldar
terminales para un alambrado firme del circuito impreso con el resto del sistema. El otro
método consiste en un conexionado rápido mediante conectores.
El
conexionado rápido de los circuitos impresos con conectores se puede hacer de dos formas,
uno por medio de conectores discretos en forma de enchufe y otro por contactos impresos en
el borde de la placa.
Los contactos con enchufe directo pueden ser montados individualmente o montados en múltiple, mediante grapas
rebordeadas y con un dieléctrico intercalado entre el conector y la placa.
Los contactos impresos de borde de la impresión conductora generalmente están
cubiertos con un metalizado suplementario que mejora el desgaste y alarga su vida de
servicio. Estos conectores son más baratos que los anteriores, pero limitan la estructura
del circuito por la anchura del conductor y por tanto el acoplamiento para lo que los
conectores son útiles.
CAPITULO II
2. -DISEÑO
DE PLACAS IMPRESA
2. 1. -GENERALIDADES
Al empezar el diseño de una placa impresa
hay que tener en cuenta los requerimientos funcionales impuestos por el sistema, por el
cliente, etc. , así como el aspecto económico comercial del proyecto .
Pero
además hay una serie de factores limitados por las reglas de hacer y por las facilidades
de que dispone la fábrica (maquinaria, útiles, etc. ) , a tener en cuenta en la
elección de la placa impresa.
Se
obtendrá un circuito o una familia de circuitos impresos que reúnan un diseño óptimo,
cuando se hayan conjugado estos requisitos, en un análisis detallado. Muchas veces de ese
análisis se saca la conclusión de que es difícil o imposible llegar al diseño ideal. A
continuación se citan las consideraciones más importantes que es preciso tener en
cuenta, en la elección de la placa impresa, para encontrar la coherencia e interacciones
entre las reglas de diseño, las facilidades de fabricación y el resultado económico
final:
a) Especificación
del producto y presupuesto de su coste .
b) Vida del
Equipo.
c) Requerimientos
electrónicos (voltajes, ganancias, impedancias, etc. ) .
d) Métodos
de fabricación :
dl)
Compatibilidad con la Planta de Fábrica existente .
d2)
Tamaño del pedido a producir
d3) Grado
y tipo de mecanización empleados .
e)
Operaciones subsiguientes:
el)
Ensamble.
e2) Almacenaje.
e3)
Transporte.
e4) Uso.
e5)
Reparación.
f)
Mantenimiento
f1)
Requerimientos operacionales.
f2)
Requerimientos de reparación.
f3)
Mínimo grado de mantenimiento requerido.
g)
Materiales y Componentes
gl)
Fuentes de adquisición
g2) Fechas
de entrega
g3)
Viabilidad
g4) Coste
En el
diseño de una placa impresa, habrá que empezar escogiendo la categoría más simple
según su densidad, atendiendo a los requerimientos expresados en la especificación
correspondiente. Hay que tener en cuenta los factores eléctricos, ambientales y el uso o
destino de la placa.
Cuanto
más baja sea la categoría de la placa menor será el coste y menos importantes en
calidad y cantidad los problemas que se presenten en el diseño y en la fabricación.
Las
orientaciones sobre el uso de los métodos de diseño y distribución de los elementos del
circuito en la placa base, deberán estar presididas por las REGLAS DE DISTRIBUCION
enunciadas en este capítulo.
2.2.-
MÉTODO DE DISTRIBUCIÓN. DIBUJO MODELO BÁSICO.
Conocido el esquemático, con la mayor
precisión y claridad posible, se dibujará en su forma más simple la distribución de
los componentes del circuito, colocando los elementos con la idea de reducir a cero los
puntos de cruce de las interconexiones.
La
distribución se efectuará a base de borradores o croquis iniciales sucesivos, que vayan
incorporando mejoras, hasta que se pueda efectuar el siguiente paso en la generación del
dibujo. No es extraño precisar 3 ó 4 croquis, y aún más, en placas de categorías
superiores.
Es útil
el empleo de plantillas que sirven de base al ensamble de componentes y que, junto con el
conexionado punto a punto del esquemático, ayudan a organizar las interrelaciones del
circuito, tratando de cumplir las reglas de diseño, expresadas en el capítulo.
Para un
croquis inicial es corriente partir de una copia en papel de un Dibujo Modelo Básico que
contiene elementos comunes a una familia de placas impresas, con ello se ahorra tiempo en
este paso del diseño.
Este
modo de operar sirve tanto para la producción manual de dibujos modelo, como cuando se
preparan croquis para digitalización, con anterioridad al empleo de las máquinas
trazadoras .
El
dibujo Modelo Basico generalmente registra las siguientes impresiones :
a)
Contorno de la placa .
b)
Sistemas de Referencia (con todas sus indicaciones y marcas).
c)
Impresión y rotulación de los conectores.
d)
Posición del agujero soporte.
e)
Configuración normalizada de agujeros .
f) Planos
de tierra y de potencia .
g)
Posiciones de salida del conector, según especifica el producto.
h) Nudos
de prueba, según asigna la especificación de pruebas del producto.
Estas
impresiones pueden ser comunes, repetitivas o fijas y como tales se expresan en el dibujo.
En el
método de distribución de una placa impresa pueden seguirse como guía los siguientes
pasos, que pueden cumplimentarse en el orden que se indica o en otro, ampliando o
reduciendo su número.
a)
Estudio del esquemático y de la lista completa y detallada de los componentes del
circuito.
a.1)
Parámetros dimensionales (plantillas) de la placa y los componentes
a.2)
Parámetros eléctricos y mecánicos
b) Si se
dispone de una copia en papel del Dibujo modelo Básico, se tomará como punto de partida.
Si no se dispone de ella, asignar sus posiciones a todos los elementos fijos del circuito
(listado de componentes) haciendo
la distribución teniendo presente las Reglas de Distribución para placas impresas .
c) Buscar
las partes repetitivas del Circuito y situarlas buscando, en principio una distribución
geométrica uniforme acoplando, por otro lado, los componentes mecánicos (conmutadores,
clavijas, etc.).
d) Decidir
sobre el tipo de material base de la placa. Ello depende de su densidad, condiciones
ambientales externas, condiciones de ensamble, equipo destinatario, etc.
e) Fijar los tamaños de agujeros y nudos y las anchuras de los conductores.
f) Tener
presente la clasificación de densidades, tratando de evitar las configuraciones límite.
g) Situar
componentes de acuerdo con sus requisitos de entrada y salida
h)
Considerar todos los requisitos eléctricos, mecánicos estructurales y ambientales,
teniendo en cuenta especialmente:
h.1)
Resistencia de aislamiento y/o propiedades dieléctricas del material base para circuitos
de frecuencia o impedancia mayor.
h.2)
Caídas de tensión y elevación de temperatura de los conductores.
h.3)
Condiciones ambientales de funcionamiento y almacenamientos (humedad, polvo, temperatura,
vibraciones, choques, etc. )
h.4)
Acoplamiento mutuo y efectos inductivos y capacitativos.
h.5)
Distribución uniforme del peso de los componentes en la superficie de la placa base.
i)
Refuerzos especiales, aislamientos especiales, tomas de tierra críticas, disipación de
temperaturas.
j)
Utilización optima del espacio útil de la placa para el recorrido de los conductores,
recordando que éstos han de tener la mínima longitud posible.
k) Tener
en cuenta en la colocación de los componentes, la separación necesaria de los mismos
para hacer factible la utilización de las herramientas y dispositivos que han de usarse
en las operaciones de ensamble. Por supuesto los componentes no deben interferirse
físicamente, de acuerdo con los requisitos eléctricos, térmicos y de reparación.
l) Los
componentes más delicados deberán colocarse en lugar correcto, para evitar acoplamientos
eléctricos perjudiciales en el funcionamiento del circuito.
Todos estos requisitos deberán ser
tenidos en cuenta como guía a seguir en diseño, de acuerdo con la especificación del
producto. Sirven tanto para los procesos manuales como para los procesos de
digitalización, como se ha dicho anteriormente.
La
identificación y precisión de la placa impresa terminada, puede ser, como máximo, igual
a la del Dibujo modelo Original.
El
diseñador debe estar al corriente, de los parámetros más importantes de fabricación y
procesos reprográficos de las placas impresas que puedan emplearse .
2.3. -REGLAS
DE DISTRIBU CION .
Por lo general cuando se
diseña una placa impresa, existe una especificación del producto que reúne todos los
requisitos necesarios para que el ingeniero sea capaz de generar toda la información que
se precisa para fabricarla:
a)
Características geométricas de las placas: Dimensiones exteriores, detalles de su
contorno (muescas). Bloques de agujeros, su situación con respecto al contorno o a un
punto de referencia. Espesor de la placa y límites de planicidad.
b)Impresión
conductora, su configuración por una o ambas caras, componentes que debe llevar soldados.
Dimensiones de nudos y conductores. Registros de identificación .
c)
Material de base ( su especificación) .Agujeros metalizados. Acabados protectores.
Todo
ello con el detalle preciso y para toda clase de placas. tanto para las repetitivas como
para las especiales.
A
continuación figuran una serie de datos numéricos y reglas de diseño que, el ingeniero
precisa conocer para generar Dibujos Mode1o. Esto a su vez, en la Fábrica, serán
material de partida para comenzar e1 proceso de producción de la placa impresa.
2.3.1. -Agujeros.
Se suele emplear el menor número posible
de tamaños diferente s de agujeros para ensamble y conexionado. En el cuadro adjunto
figuran los diámetros nominales y sus tolerancias.
|
Tolerancias |
|
Diámetros nominales en mm. |
No metalizados |
Metalizados |
0,6 |
+0,15 -0,0 |
+0,2 -0,0 |
0,8 |
||
0,95 |
||
1,2 |
||
1,6 |
||
2,0 |
||
3,3 |
||
3,5 |
Para
obtener cierta economía en las operaciones de taladrado o punzonado se recomienda no
emplear más de 3 diámetros para los agujeros corrientes .
El espesor
de la película de recubrimiento metalizado será para el cobre:
20 µm.
mín. para agujeros de diam. <= 1/2 espesor placa.
25 µm.
mín. para agujeros de diam. > 1/2 espesor placa.
Para
estaño/plomo: 10µm. mínimo.
Posición
del centro de los agujeros de montaje, de los componentes con respecto a la separación
desde el origen. Tolerancias.
Separación
<= 150 mm. - Tolerancia 0, 1 mm.
Separación
> 150 mm. - Tolerancia 0, 2 mm .
La
distancia entre agujeros se expresa en el cuadro siguiente, con sus tolerancias.
Distancia
entre agujeros (d) |
Tolerancia
en distancia (mm.) |
|
Clases 11
y 21 |
Clases 12,
22 y 23 |
|
d
< 50 mm. |
±0,1 |
±0,1 |
50
<= d < 100 mm. |
±0,2 |
±0,1 |
La tolerancia en las
ranuras y muescas es de ±0,1 mm. en sus dos dimensiones, sean o no metalizadas.
2.3.2. Nodos.
El cuadro siguiente especifica los diámetros nominales de los nodos conductores
correspondientes a los diámetros nominales de los agujeros. También se indica el nodo
nominal de reserva de soldadura. Todo ello en las distintas clases de placa.
mm. |
Clases |
Diam.
Nominal de agujeros mm. |
|||
0,8 |
0,95 |
1,2 |
1,6 |
||
Diam.
Nominal del nodo conductor |
11 21 12 22 23 |
2,5 2,2 2,0 2,0 1,44 |
2,8 2,5 2,2 2,0 2,0 |
2,8 2,5 2,5 2,0 2,0 |
3,2 3,2 2,8 2,5 2,5 |
Diam.
Nominal del nodo conductor |
11 21 12 22 23 |
3,5 3,5 2,8 2,8 2,2 |
3,8 3,5 3,2 2,8 2,5 |
3,8 3,5 3,2 2,8 2,5 |
3,8 4,1 3,8 3,2 3,2 |
2.3.3. Conductores
Las tolerancias en las anchuras mínimas de los conductores para los dibujos modelo
y distintas clases de placa se indican en el cuadro adjunto.
Clase
de la placa impresa |
11 |
21 |
12 |
22 |
13 |
23 |
Ancho
mín. en mm. |
0,8 |
0,8 |
0,6 |
0,5 |
0,4 |
0,4 |
Tolerancia
en mm. |
±0,04 |
±0,04 |
±0,03 |
±0,03 |
±0,02 |
±0,02 |
En la placa impresa terminada y después de los procesos de grabado los
conductores deben tener las siguientes anchuras y tolerancias.
Anchura
nominal en mm. |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
1,3 |
2,6 |
Reducción
máxima en mm. |
0,05 |
0,05 |
0,06 |
0,08 |
0,10 |
0,13 |
0,26 |
Separación entre conductores en el dibujo modelo.
Clase P.I. |
11 y 21 |
12 |
13 |
22 |
23 |
Separación
mínima entre
conductores en mm. |
0,7 |
0,5 |
0,35 |
0,5 |
0,35 |
Separación entre conductores en placa impresa terminada y después de los
procesos de grabado.
No debe ser inferior, en toda la placa impresa, a los mínimos siguientes en mm..
Clase P.I. |
11 y 21 |
12 |
13 |
22 |
23 |
Separación
mínima entre
conductores (mm.) |
0,5 |
0,3 |
0,25 |
0,3 |
0,25 |
Distancia de los conductores al borde de la placa: No será inferior a 2mm..
Las coronas conductoras en las caras deben cumplir sus limitaciones, con
respecto a los agujeros que les corresponden, del siguiente modo:
Clase
de la P.I. |
Anchura
radio mínima (a) de la corona conductora, formada
por un nodo y su agujero (despreciando defectos en los bordes). |
11,12 |
0.20 mm. |
21,22 y 23 |
0,05 mm. |
Espesor
de los conductores (para placas no
metalizadas).
Espesor
nominal en mm. |
Espesor
mínimo en la recepción |
Espesor
mínimo antes de la soldadura |
0,0175 0,035 0,070 0,105 |
0,010 0,025 0,060 0,090 |
0,008 0,022 0,056 0,085 |
2.4. CONFIGURACIONES
LIMITES DE LAS CLASES SEGÚN SUS DENSIDADES
Las dimensiones que aparecen en los ejemplos siguientes, se han obtenido utilizando
los datos de los apartados anteriores.
2.4.1. Configuraciones limites
para placas. Clase 11.
La figura (a) muestra la separación mínima posible entre dos agujeros de 1,2 mm.
de diámetro, situados en la retícula de un módulo. Asimismo figura el único tamaño
posible del nodo para dicha configuración.
La figura (b) muestra la única
configuración en Clase 11 que permite el paso de un conductor entre dos agujeros de 1,2
separados 2 módulos.
2.4.2.
Configuraciones límites para placas. Clase 12.
La figura (c) muestra la separación mínima permitida entre dos agujeros situados
en una retícula de ½ ó 1 módulo. Para dicha separación, figuran los nodos y agujeros
máximos que pueden utilizarse.
La figura (d) muestra el paso de un conductor entre dos agujeros de 0,8 mm.
situados en una retícula de 1½ módulo.
2.4.3.
Configuraciones límites para placas. Clase 21.
La figura (e) muestra la separación mínima permitida entre dos agujeros situados
en una cuadrícula de 1 módulo. Asimismo se indican los agujeros y nodos máximos
compatibles con dicha separación.
La figura (f) muestra el paso de un conductor entre dos agujeros de 1,2 mm.
situados en una retícula de 2 módulos. Para esta configuración se indica el único nodo
posible, así como la anchura máxima del conductor.
2.4.4.
Configuraciones límites para placas. Clase 22.
La figura (g) indica la separación mínima permitida entre dos agujeros situados
en una retícula de 1 módulo. Asimismo figuran los nodos y agujeros máximos posibles.
La figura (h) muestra el paso de un conductor entre dos agujeros de 1,2 mm.
situados en una retícula de ½ módulo. Para esta configuración se indican el nodo
mínimo y el conductor máximo permitidos. Si se reduce la anchura del conductor a otro
valor dentro del margen indicado en el apartado correspondiente a placas sin agujeros
metalizados, se puede aumentar el diámetro de los nodos o la separación entre
conductores.
La figura (i) muestra el paso de un conductor entre dos agujeros de 1,2 mm.
situados diagonalmente en una retícula de 1 módulo. También se indican los únicos
tamaños de nodos y conductores compatibles con dicha configuración.
2.4.5.
Configuraciones límites para placas. Clase 23 y 33.
La figura (j) muestra la única configuración que permite el paso de un conductor
entre dos agujeros de 0,8 mm., situados en una cuadrícula de 1 módulo.
2.4.6.
Aplicaciones típicas de las distintas clases de placas.
La clase de una placa impresa viene fundamentalmente determinada por el tipo de
compacidad de los componentes montados en ella.
En los cuadros siguientes se indican las configuraciones límites posibles para
cada clase, así como el tipo de componentes que definen a éstas.
2.4.6.1. Placas
sin agujeros metalizados.
Aplicación
típica |
Configuraciones
límites |
CLASE 11Para componentes
convencionales (resistencias, diodos, condensadores, relés, bobinas, etc.) cuyo montaje
requiere agujeros separados más de 1M = 2,54 mm. |
Aplicación
típica |
Configuraciones
límites |
CLASE 12Para componentes
compactos cuyo montaje requiere agujeros no superiores a 0,8 mm. de diámetro separados
1M: EJEMPLO: circuitos
integrados encapsulados en DUAL IN LINE (DIP). |
Aplicación
típica |
Configuraciones
límites |
CLASE 13Como la clase 12, pero
cuando se requiere agujeros superiores a 0,8 mm. de diámetro (sin pasar de 1,2 mm. de
diámetro). |
2.4.6.2 Placas
con agujeros metalizados.
Aplicación
típica |
Configuraciones
límites |
CLASE 21Como la clase 11: Componentes
consecucionales cuyo montaje requiere agujeros separados más de 1M = 2,54 mm. |
Aplicación
típica |
Configuraciones
límites |
CLASE 22Para componentes
compactos cuyo montaje requiere agujeros no superiores a 1,2 mm. de diámetro separados
1M. EJEMPLO: circuitos
integrados encapsulados en DUAL IN LINE (DIP). |
Aplicación
típica |
Configuraciones
límites |
CLASE 23 y 33Para componentes
compactos cuyo montaje requiere agujeros no superiores a 0,8 mm. de diámetro separados
1M, y permitiendo el paso de un conductor entre nudos adyacentes. EJEMPLO: circuitos
integrados DIP. |
2.5. REGLAS DE
DISTRIBUCIÓN DE COMPONENTES SOBRE LA PLACA BASE.
Las reglas que se indican a continuación han de ser seguidas en placas diseñadas
manualmente o con ayuda de ordenador, y son específicamente observadas por los técnicos
que se dedican al diseño de placas impresas.
Un gran número de las reglas de diseño depende de la dirección en la cual la
placa sea transportada sobre la ola de soldadura (baño de estaño fundido por cuya
superficie se hace pasar la placa con sus componentes montados para que queden soldados).
Esa dirección de recorrido se llama dirección de transporte en la soldadura de la
placa.
2.5.1. Espacio
entre componentes.
Deberá ser tomado en cuenta el máximo tamaño del cuerpo de los componentes,
admitido en la especificación. Este será el punto de partida para estudiar el espacio
entre componentes.
En general, se admite una distancia mínima de 0,5 mm., alrededor de los
componentes a efectos de inserción de los mismos. No obstante, bajo ciertas
circunstancias (disipación de calor, voltajes altos, etc.) puede hacerse necesario
espaciar más los componentes, ello depende de los requerimientos y tamaño de los mismos.
En ese caso, las distancias especiales requeridas deberán ser definidas por el
diseñador en el dibujo de ensamblaje de la placa impresa.
En los casos de placas impresas de altas densidades que no figuren especiales
requerimientos, los componentes aislados con diámetros menores de 5 mm., pueden estar
montados sin precauciones especiales.
Ejemplo: Sean dos componentes A y B. (Ver fig. siguiente).
Será T(mín)= ½ máx. diámetro del cuerpo de A + ½ máx. diámetro del cuerpo B
+ x(0,5 mm.). El valor de T deberá siempre ser redondeado a l dimensión módulo (M) ó
½ (M).
Fig.
2.5.1. Mayor espacio, que el nominal, entre
componentes
a efectos de aislamiento.
2.5.2. Solapamiento
de componentes.
El solapamiento de componentes en la placa impresa, como indica la figura, no está
permitido. Esta restricción es necesaria en orden a permitir la sustitución de un
componente en particular sin la necesidad de trasladar otros componentes adyacentes. En
este sentido, los hilos utilizados como puentes se consideran también componentes.
Fig.
2.5.2. Solapamiento entre componentes.
2.5.3.
-Espacio entre componentes y agujeros de situación de la placa.
En
la Figura siguiente se muestran las distancias entre centros que deben
existir entre los agujeros de situación y los agujeros más próximos de montaje de
ponentes en el montaje automático de componentes.
Fig.
2.5.3. Colocación en placa de agujeros de situación.
2.5.4.
-Disposición de componentes.
La
correcta orientación de los componentes en la placa impresa también facilita el
posterior trazado de pistas y reduce el coste general de la placa impresa.
Por
orden de preferencia, indicamos a continuación cuatro maneras diferentes de disponer los
componentes axiales:
Configuración
A. -Todos los componentes axiales se montan con su lado mayor paralelo al lado de la placa
que lleva el conector y lo mismo los componentes polarizados ( diodos , etc. ) , con su
polaridad orientada, en todos, en el mismo sentido .En la configuración 1A (menos
preferida) los componentes polarizados podrían esta orientados diferentemente.
Configuración
B. -Todos los componentes axiales y los polarizados tienen su lado mayor vertical al lado
de la placa que lleva el conector. Los componentes polarizados tienen todos la misma
orientación. En la Configuración 2B (menos preferida) los componentes polarizados pueden
tener distinta orientación.
Configuración
C. -(Poco preferida) .La mayor parte de los componentes están orientados paralelos al
lado de la placa con conectores, pero algunos son verticales a este lado. Los componentes
polarizados no están todos orientados en la misma dirección.
Configuración D. -(Debe evitarse). La
mayor parte de los componentes son paralelos ó perpendiculares al lado de la placa que
lleva los conectores; pero alguno de ellos se coloca perpendicular a la placa, es decir,
de pie. Esta Configuración encarece considerablemente la placa y sólo se usará en casos
absolutamente necesarios.
Disposición
de Circuitos integrados (DIP). Todos ellos deben tener su polaridad orientada en el
mismo sentido y la orientación preferida es con la marca de polaridad mirando hacia el
lado de los conectores de la placa.
A. DISPOSICIÓN PREFERIDA |
B. DISPOSICIÓN PREFERIDA
SI NO ES POSIBLE A |
C. DISPOSICIÓN POCO
PREFERIDA |
D. DISPOSICIÓN NO
PREFERIDA, DEBE EVITARSE |
CIRCUITOS INTEGRADOS (DIP)
-
Todos los agujeros en la dirección Y deben estar en la cuadrícula (1M=2,54mm.)
-
Todos los agujeros en la dirección X en múltiplos de ½ M=1,27 mm.
-
Típicamente:
X1=1 ½ M.
2.5.5.
-Distancia de montaje para terminaciones axiales de componentes.
Los valores siguientes serán usados para determinar la mínima distancia de
montaje.
Las terminaciones axiales de los componentes se someterán como indica la figura
2.5.5. respetando paralelismos y formas.
Figura
2.5.5.
a) Componentes de cuerpo que no sea de cristal con terminaciones de diámetro <=
0.8 mm.
Min. distancia S" = máx.
long. del cuerpo s/espec. + 4 mm. Redondear al próximo
múltiplo del modulo (M = 2, 54 mm) .
b) Componentes de cuerpo de cristal y todos los componentes con conductores de
diámetro > 0,8 mm.
Min. distancia "S" = máx. long. del cuerpo s/espec. + 5 mm .Redondear al
próximo múltiplo del
módulo (M = 2,54 mm).
2.6.
-REGLAS DE TRAZADO.
La calidad de una placa impresa, desde el punto de vista de metalización,
soldabilidad de los agujeros metalizados y planicidad, depende de la forma y distribución
de la impresión conductora. El dibujo original debe satisfacer las reglas siguientes:
2.6.1.
-Impresión conductora y forma.
a) En
cada cara de la placa los conductores deben estar distribuidos según una misma dirección
y tan largos como sea posible. En la cara de soldadura, - siempre que sea posible, los
conductores deben estar orientados en el sentido en que la placa se mueve en las máquinas
de soldar, es decir, paralelo a los bordes más largos de la placa.
b) Los
cambios de sentido de los conductores deben estar formando ángulos no inferiores a 45º.
Los ángulos agudos no están permitidos.
c) La
anchura de los conductores debe ser la mayor posible, sólo estrechándose en casos
especiales y necesarios.
Figura
2.6.1.
2.6.2.
-Distribución de la impresión conductora.
a) La
impresión conductora debe estar distribuida en toda la superficie de placa de una manera
uniforme.
b) Las
áreas de la impresión conductora en placas de doble cara deben se más iguales dentro de
lo posible. Para satisfacer los puntos a) y b) , deben ser incluidas en el dibujo modelo
áreas adicionales. Estas áreas no forman parte del circuito eléctrico pero aseguran una
buena distribución. Durante los procesos de metalización estas áreas adicionales ayudan
a la distribución de corriente, para que la electrodeposición se distribuya de una
manera más uniforme.
2.6.3.
-Configuración de las ayudas para distribución de corriente.
a) Las
ayudas de distribución de corriente consisten en trazos o retículas ciegas con líneas
separadas aproximadamente 6 mm. y de una anchura de 1 mm.. Estas zonas ciegas deben
posicionarse tan próximas como sea posible a la impresión conductora, pero nunca a menos
de 1 mm. de distancia.
En
la figura se indica una distribución típica de los trazos ciegos.
b) En
la cara de soldadura las líneas de la retícula ciega, deben formar ángulos de 45º con
la dirección de desplazamiento de la máquina de soldar. En la figura se indica un caso
típico.
c) Un
trazo ciego de 1 mm. de ancho puede rodear totalmente la impresión conductora. Este trazo
ciego debe estar situado a la distancia menor posible de la impresión conductora pero
fuera del contorno de la placa terminada. En la figura se indica un caso típico de
aplicación del trazo ciego envolvente del contorno de la placa .
d) Los trazos ciegos no deben estar constituidos por un área rellena. Esto se hace porque si los trazos ciegos ocupan un área mayor que las áreas de la impresión conductora, puede dar lugar a falta de uniformidad en los metalizados. El objetivo de los trazos ciegos es el de proteger las distribuciones de corriente en la impresión conductora a lo largo y ancho de toda su área. La trama de la retícula por tanto se recomienda sea de 6 mm.. En las figuras a , b y c se muestran varios casos típicos con esta técnica.
Fig.
a) Placa con correcta aplicación de trazos ciegos.
Fig.
b) Placa cuyo diseño no precisa de trazos ciegos.
Fig.
c) Placa cuyo diseño no es correcto. Las áreas
rellenas deberían ser reticuladas.
2.6.4.
-Influencia de la impresión conductora en la soldabilidad de los agujeros .
Un
agujero metalizado tendrá una buena soldabilidad cuando el área conductora del mismo en
la cara de soldadura sea mayor que en la cara de componentes. Esta se consigue de dos
maneras:
a) Por
un apropiado método de conexionado de los conductores al nodo. En la figura se indican
dos ejemplos:
Si
un cierto número de conductores parten de un nodo, deben estar dispuestos, en la cara de
componentes de modo que partan de un punto separado del nodo, como se indica en la figura.
b) Por
selección del tamaño del nodo. En la cara de soldadura un agujero aislado debe estar
rodeado por un nodo mayor que en la cara de componentes; o bien, debe ser conectado a un
conductor ciego, como se indica en la figura.
Mejora
de la soldabilidad por selección del diámetro del nodo.
2.6.5.
-Contactos para conectores de borde.
Los conectores de borde permiten a las
placas impresas un conexionado fácil y rápido. Pueden ser del tipo de conexión directa
o indirecta.
2.6.5.1.
-Conectores de conexión directa.
Los conectores hembra reciben al conector de borde
impreso en la placa por simple enchufe. Para este fin los contactos del conector deben
estar dorados y. tan hechos especialmente para ajustarse al conector hembra. Deben tenerse
en cuenta las tolerancias en el espesor de la placa.
2.6.5.2.
-Conectores de conexión indirecta.
En este caso los
contactos múltiples del conector están soldados a la placa. La placa no precisa de una
forma especial y las tolerancias no son tan críticas.
2.6.5.3.
-Comparación entre los tipos de conectores.
Bajo el punto de vista de la impresión el
conector indirecto es más económico. Los contactos no es necesario dorarlos y por tanto
el proceso de metalizado es más fácil. Las dimensiones de las placas no son críticas y
no se precisa un requisito especial en lo concerniente al espesor de la placa. El conector
directo, por otra parte, requiere unas tolerancias más estrechas en los espesores. Esto
es a veces dificultoso y por tanto motivo de un mayor índice de rechazos.
Las
desventajas del indirecto respecto al directo es que requiere aquél mayor espacio además
del coste del mismo y la operación de montaje .
Para efectuar el
dorado electrolítico del conector de borde, es necesario conectar todos sus contactos a
una tira conductora situada fuera del contorno de la placa impresa. Esta barra de
interconexión debe figurar en el dibujo modelo.
2.7.
MÉTODO DE CONEXIÓN ENTRE CAPAS
Los métodos utilizados de interconexión
eléctrica entre caras de una placa impresa están reflejados en el cuadro adjunto y deben
ser seleccionados para cada caso particular. En el cuadro siguiente se indican los
distintos métodos a emplear, dependiendo del tipo de placas y del soporte aislante.
Método de conexión |
Soporte aislante |
Placas multicapa |
Terminal de componente
permitido en el mismo agujero |
||
Papel fenólico |
Papel epoxy |
Vidrio epoxy |
|||
Hilo en C |
X |
X |
X |
|
X |
Hilo en V |
X |
X |
X |
|
|
Agujero metalizado |
|
|
X |
X |
Cualquiera
de los tres métodos puede situarse debajo de componentes siempre que éstos se encuentren
adecuadamente aislados y separados de la superficie de la placa impresa.
2.7.1..-
Método de conexionado en C".
Consiste
en un hilo desnudo que pasa a través de un agujero de la placa impresa,
doblado sobre cada cara de ésta y soldado a la impresión conductora de ambas caras. El
hilo no se suelda a los nodos en la zona inmediatamente adyacente al agujero , sino que
sus extremos se sitúan de modo que la diferencia entre las dilataciones térmicas del
hilo y del material de base ocasione un ligero doblado adicional del hilo , lugar de un
levantamiento (despegado) de los nodos o una rotura de la unión soldada.
En
la figura se indica una sección de conexión transversal con hilo en C".
Figura
2.7.1.
Existen
máquinas automáticas y semiautomáticas para la inserción y formado de hilos
en C.
El
diseño de las placas impresas para emplear la conexión entre caras con hilos en
C ha de cumplir los siguientes requisitos:
a)
El diámetro nominal de los agujeros debe ser de 1,2 mm.
b) Ningún punto de la
impresión conductora en ambas caras de la placa impresa, conectada eléctricamente al
hilo o bien aislada de él, se encontrará a una distancia nominal del centro del agujero
inferior a 1,5 mm..
c)
La forma y dimensiones nominales de los nodos para la conexión del hilo en C,
sobre ambas caras de la placa, están indicadas en la figura siguiente.
d)
Los
hilos en "C" de una placa impresa deben orientarse de acuerdo con la dirección
de la soldadura simultánea, según se indica en la figura. Sin embargo,
es recomendable que todos los hilos en "C" estén alineados en un solo
sentido.
e) Con
objeto de dejar espacio suficiente para la herramienta de inserción de los hilos en
"C" , no deben situarse agujeros dentro de la zona oval que se indica en la
figura. Por ejemplo, una vez situado el agujero A, el agujero B será permitido pero no el
C.
f)
Los
materiales de base en que puede usarse la conexión con hilo en "C" son los
siguientes:
-
Papel
fenólico.
-
Papel
epoxy.
-
Vidrio
epoxy.
2.7.2.
-Método de conexionado en V.
Es
un hilo preformado en "V" que se inserta en un agujero de la placa impresa. El
hilo se dobla sobre la cara de componentes y se suelda sobre la impresión conductora de
aquélla. La unión con la impresión conductora de la cara de soldadura se efectúa
mediante la posición de soldadura que rellena el espacio entre el hilo en "V" y
la lámina conductora. En la figura se indica una sección de este tipo.
El
diseño de las placas impresas para emplear la conexión entre caras con hilo en
"V". ha de cumplir los siguientes requisitos:
a) El
diámetro nominal de los agujeros para hilos en V debe ser de 1,2 mm..
b)
Un agujero utilizado para el paso de un hilo en "V" no puede usarse también
para el paso de un terminal de componente .
c)
En la cara de soldadura de la placa debe existir un nodo circular alrededor del agujero.
El diámetro de este nodo estará de acuerdo con las normas, es decir, el diámetro
nominal m mimo del nodo para cada clase de placas es el
siguiente:
Clase |
Diámetro
nominal mínimo del nodo |
11 |
2,8
mm. |
12 |
2,5
mm. |
d)
La separación entre hilos en "V" adyacentes está limitada por las reglas
normales que gobiernan la separación de nodos, agujeros y conductores.
e)
Los hilos en "V" de una placa impresa deben orientarse de acuerdo con la
dirección de la soldadura simultánea .
f) Los
materiales de base en que puede usarse la conexión con hilo en "V" son los
siguientes:
-
Papel
fenólico
-
Papel
epoxy.
-
Vidrio
epoxy.
2.7.3.
-Método de conexión por agujeros metalizados.
El
método de conexión entre capas más utilizado para placas impresas de doble cara y
multicapa es el de agujeros metalizados. Consiste en un agujero sobre cuyas paredes se
deposita metal por procedimientos químicos y electrolíticos, haciendo conductoras las
distintas capas por las que pasa el agujero.
En
una placa impresa, si una conexión entre capas se hace mediante este método, el resto de
conexiones entre capas debe estar hecho con este mismo procedimiento.
Los requisitos
que deben cumplirse en el diseño de las placas con agujeros metalizados son los
siguientes:
a) Los agujeros metalizados
pueden usarse no sólo para conectar las capas entre sí sino para alojar los terminales
de los componentes .
b) El
diámetro de los agujeros debe seleccionarse de acuerdo con los diámetros especificados.
Como norma general, el diámetro no será nunca inferior a un tercio del espesor nominal
de la placa. Si el agujero se emplea además para el paso de terminales de componentes, su
diámetro debe de cumplir con los requisitos apropiados.
c) Los
agujeros metalizados deben tener en las capas exteriores un nodo en cada una de ellas. En
las capas interiores (placas multicapa) sólo se pondrá nodo si se precisa conexión
eléctrica con esta capa. Los tamaños nominales mínimos de los nodos corresponderán con
los especificados para el tipo de placa.
d) Los
agujeros metalizados sólo deben emplearse en material de base de fibra de vidrio con
epoxy.
Funciones
principales de los agujeros metalizados.
Las
funciones principales de un agujero metalizado son las siguientes:
1) Mejorar
la fijación de los componentes.
2) Conexión
eléctrica entre capas.
a) Cuando un agujero en una placa impresa
no está metalizado la única fuerza de unión, entre el terminal del componente y la
impresión conductora (nodo) es el adhesivo que une la zona conductora con el soporte
aislante. (Ver figura).
Si
la densidad de la placa es alta, al reducirse el diámetro de los nodos, la fuerza de
adherencia de éstos se reduce, no garantizándose por tanto la fijación de los
terminales de los componentes .
El
metalizado del agujero proporciona en la soldadura del terminal de los componentes mayor
fuerza de adherencia. Ver figura siguiente.
b) La conexión eléctrica entre capas es
la base fundamental del agujero metalizado además de mantener al terminal del componente
a disposición de la soldadura.
Los
agujeros metalizados deben satisfacer los requisitos siguientes:
Resoldabilidad
Continuidad
En
las placas de simple cara la función del agujero metalizado es sólo para suministrar
una mejor unión del componente, aunque en este tipo de placas es antieconómico.
En
placas de doble cara fabricadas con material base de papel, puede hacerse el agujero
metalizado sólo a efectos de mejorar la unión del componente, pero no a efectos de
continuidad, debidos a la poca fiabilidad existente en este tipo de materiales, respecto
al metalizado. Sólo existe garantía de continuidad a través del terminal del
componente. Por tanto la unión del agujero con el terminal debe ser visible y accesible o
bien haciendo un agujero paralelo al anterior que quede fuera del componente. En la figura
se indica un detalle de estos procedimientos.
Estos métodos no son recomendados.
En placas de doble cara fabricadas con material de base de fibra de vidrio, se
consigue no solo una conexión entre caras sino también una buena unión entre componente
y agujero.
De este compromiso, entre el diámetro y
el espesor de la placa, depende la posibilidad de metalizar los agujeros de una manera
uniforme, con un espesor adecuado.
2.8.-NORMAS
ELECTRICAS PARA EL DISEÑO.
2.8.1.
-Ancho de conductor .
Esta
dimensión depende de los siguientes parámetros.
a)
Corriente de carga.
b)
Espesor del conductor (lámina de cobre) .
c)
Separación entre conductores.
d)
Tipo de material base .
e)
Elevación máxima permisible de temperatura.
f)
Método de montaje de los componentes .
Los
tres primeros parámetros definen "los amperios por unidad de superficie del
conductor.
Los
dos siguientes, conjuntamente, determinan "la densidad de corriente".
La
figura 2.8.1. sirve para conocer la relación existente entre los anchos de conductores y
la elevación de temperaturas para placas de distintos espesores de cobre.
Se
refiere a los casos en que el material básico aislante de la placa, sea papel fenólico,
papel epoxy o fibra de vidrio epoxy.
Condiciones
generales, para el uso del ábaco de la figura 2.8.1:
a)
Existe
una buena ventilación o se suministra refrigeración forzada.
b)
La
relación, ancho de conductor a separación de conductores, será mayor que 1:2.
Cuando no llegue a cumplirse esta
condición el nivel de corriente habrá que reducirlo en un 30%.
c) El espesor
del cobre será uniforme y contando con las operaciones sucesivas, a que ha de ser
sometido en el proceso de fabricación, habrá que estimar un incremento por exceso, para
esta dimensión, por desgastes posibles.
Fig.
2.8.1.: Intensidad máxima admisible del conductor de cobre.
2.8.2.
-Elevación de temperatura en función de la corriente a través del conductor .
En
la figura 2.8.2. se representa la relación entre la corriente a través de un conductor,
con una sección determinada, y para una elevación de temperatura en el conductor. El
gráfico facilita el medio para relacionar el ancho del conductor del dibujo modelo a
escala 1:1, con el espesor del laminado base de cobre. La suma de la temperatura máxima
ambiente en que estará la placa y la elevación de las temperaturas por el paso de la
corriente en el conductor, no debe exceder del máximo permitido de temperatura de
estabilidad del soporte aislante. Este límite se indicará en las especificaciones y
características físicas de cada soporte aislante.
Para seleccionar el ancho del conductor, una vez calculado mediante el gráfico, se deberá elegir el valor más próximo y siempre por exceso, de las anchuras recomendadas anteriormente.
2.8.3.
-Separación entre conductores, y ancho de conductores sobre el Dibujo Modelo.
Cuando se piense en la separación entre
conductores se deberán tener en consideración los siguientes factores:
a) Diferencia
de potencial entre conductores.
b) Tensión
de pico.
c) Resistencia
superficial del material base.
d) Condiciones
ambientales en el destino de los equipos, temperatura, humedad, polvo, etc.
e) Revestimientos
superficiales que haya que diseñar y equipar.
Como
regla general el ancho mínimo de conductor será de l mm. , en todos los casos en donde
no existan problemas de densidad.
Para casos
especiales en baja tensión (máximo 24 V corriente continua), puede disminuirse el ancho
del conductor a 0,3 mm. , y hasta 0,2 mm. , para placas procesadas. En estos casos puede
aumentar el ancho cuando el conductor salga de la zona de compromiso, en su recorrido.
No
obstante, los anchos de los conductores deben mantenerse tan grandes como sea posible,
contando con las imperfecciones que se presentan siempre en los bordes.
Otro
tanto puede decirse con la separación de conductores: Será la mayor posible para
disminuir rechazos en la Inspección, tanto más frecuentes cuanto menor es la
separación. Los procesos de Fábrica y de Inspección, se complican cuando la separación
de conductores es mínima y por tanto aumentan los costes y los plazos de entrega.
Placas
multicapa.
En
placas multicapa, se complican las limitaciones en el dimensionado, de forma que admitan
el valor del pico de la diferencia de potencial entre los conductores.
2.9. CARACTERÍSTICAS DEL
CIRCUITO
No se pretende
hacer un estudio exhaustivo de las características del circuito que precisan ser
consideradas en el diseño de placas impresas. La información que se da aquí, no es
completa; asimismo, los valores y ecuaciones dados deben utilizarse solo como
orientación, para una estimación de los valores aproximados de cada una de las
características. Todos los parámetros de las placas tienen una gran interdependencia y
por lo tanto los valores medidos empíricamente no es fácil que coincidan exactamente con
los calculados.
Esto es cierto especialmente en las
regiones de alta frecuencia en donde es imposible efectuar una predicción analítica
completa de las características de la placa. Así pues, los datos que aportamos, a este
respecto, no son completos y sólo proporcionan órdenes de magnitud de parámetros, a
tener en cuenta en el diseño .
2.9.1.-
Dentro de la variada gama de calidades de los soportes aislantes se indican a
continuación las características fundamentales de aquellos materiales de mayor uso en la
actualidad. Espesor medio de 1,58 mm..
Propiedades |
Papel
fenólico |
Papel
epoxy |
Vidrio
epoxy |
Resistencia
superficial M Ohm. (*) |
103 |
103 |
103 |
Resistencia
volumétrica M Ohm. (*) |
104 |
105 |
106 |
Absorción
de agua, máx. en % |
0,75 |