TEORÍA DE PCBs



CAPITULO I

 

1.         -CIRCUITOS IMPRESOS. CONSIDERACIONES GENERALES.

 

1.1. -LAS FUNCIONES BASICAS DE UNA PLACA IMPRESA SON:

-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.

 

1.2.- VENTAJAS DE LOS CIRCUITOS IMPRESOS EN EL DISEÑO DE LOS EQUIPOS ELECTRONICOS, CON RESPECTO A LOS CIRCUITOS CONVENCIONALES

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.

 

1.3. -LIMITACIONES DE LOS CIRCUITOS IMPRESOS.

 

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.

 

1.4. - ELEMENTOS BASICOS 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 11

Para componentes convencionales (resistencias, diodos, condensadores, relés, bobinas, etc.) cuyo montaje requiere agujeros separados más de 1M = 2,54 mm.

 

 

 

 

Aplicación típica

Configuraciones límites

CLASE 12

Para 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 13

Como 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 21

Como la clase 11:

Componentes consecucionales cuyo montaje requiere agujeros separados más de 1M = 2,54 mm.

 

Aplicación típica

Configuraciones límites

CLASE 22

Para 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 33

Para 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.

 

DISPOSICIÓN DE COMPONENTES

A. DISPOSICIÓN PREFERIDA

B. DISPOSICIÓN PREFERIDA SI NO ES POSIBLE ‘A’

C. DISPOSICIÓN POCO PREFERIDA

D. DISPOSICIÓN NO PREFERIDA, DEBE EVITARSE

 

DISPOSICIÓN DE COMPONENTES

CIRCUITOS INTEGRADOS (DIP)

 

DISPOSICIÓN PREFERIDA

 

SITUACIÓN DE LOS AGUJEROS EN LA CUADRÍCULA

 

PARA ALCANZAR LA MÁXIMA DENSIDAD DE

COMPONENTES EN LA PLACA:

 

- 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:

Soldabilidad

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