Cómo Evitar Cortocircuitos Finos en el Diseño de tu Circuito de PCB

October 30, 2019 Circuit Studio

En la mayoría de los casos, es casi imposible ubicar un fino cortocircuito hasta que ya es demasiado tarde.

¿Qué es peor que encontrar un cabello en tu plato de pasta cuando sales a cenar? Encontrarlo cuando ya está en tu boca. Hay dos formas de evitar situaciones incómodas como esta. Por un lado, puedes vigilar de cerca tu comida y asegurarte de que no tenga pelos antes de que entre en tu boca. La segunda es asegurarte que no haya posibilidad de que un cabello termine en tu comida; en este caso, es posible que debas ir a otro restaurante. En el diseño de PCB, esto no causaría mucho daño, pero tener un solo cortocircuito en una PCB puede provocar ira en el control de calidad. El tiempo necesario para identificar un cortocircuito y el costo de arreglarlo a veces puede costar más que la PCB ensamblada. Al igual que cenar en restaurantes que dejan un pelo en tu comida, es mejor evitar agregar pequeños circuitos a tu diseño. Dicho esto, todos somos capaces de cometer errores. Es posible que no puedas evitarlos por completo, pero puedes emplear estas mejores prácticas para minimizar las probabilidades.

¿Qué es un cortocircuito y cómo suceden?

Se produce un cortocircuito debido a una conexión no intencionada entre dos señales no relacionadas. Por ejemplo, cuando la conexión de voltaje positivo se conecta a la señal de tierra, se considera un cortocircuito. Los cortocircuitos son visibles a simple vista si las señales están conectadas por cobre grueso. Esto puede suceder si tus PCB se producen manualmente en lugar de fabricarlas a máquina.

Los cortocircuitos son una preocupación cuando las PCB se fabrican a máquina. Esto se debe a que el cobre, que es tan delgado como un mechón de cabello, puede terminar conectando dos señales diferentes. Este tipo de cortocircuito puede pasar desapercibido a simple vista hasta que las PCB ensambladas se sometan a una serie de pruebas de control de calidad. Desafortunadamente, si se detecta un cortocircuito tan tarde en el ciclo de producción, se garantiza que causará pérdidas innecesarias de tiempo y costos de materia prima.

Para comprender cómo ocurren los cortocircuitos, debes comprender el proceso general de fabricación de PCB. Las PCB generalmente están hechas de cobre laminado sobre un sustrato no conductor. Un método común para transferir los circuitos a la PCB es a través del grabado de fotografías, donde se coloca un laminado de serigrafía que contiene la imagen del circuito en la parte superior de la PCB hecha con revestimiento fotorresistente.

Luego, la PCB se expone a una fuente de luz ultravioleta (UV) y cualquier área que no esté cubierta por la serigrafía se grabará con una solución a base de amoníaco. Estos procesos son en su mayoría automatizados, y una imperfección en el procedimiento podría dejar una delgada línea de almohadillas de cobre o pistas de diferentes señales. Sin pruebas exhaustivas posteriores a la fabricación, esto puede causar problemas innecesarios más adelante en la etapa de producción.

Los Cortocircuitos se Pueden Reducir con Pruebas Eléctricas Adecuadas

Como diseñador de PCB autodidacta, una de mis lecciones más grandes y dolorosas fue no someter mis PCB a pruebas eléctricas posteriores a la fabricación. No es seguro que el fabricante de tu PCB realizará todas las verificaciones eléctricas necesarias después de la fabricación. Asegúrate de que tus PCB pasen una prueba eléctrica como la Prueba de la Sonda Voladora antes de enviarlas a ensamblar. La prueba de la sonda voladora mueve las sondas de alta precisión a altas velocidades sobre las almohadillas y las vías de tus componentes para descubrir fallas de fabricación y errores de diseño.

Ten en cuenta que las pruebas eléctricas no garantizan una PCB 100% libre de errores, ya que los cortocircuitos pueden ocasionalmente escaparse de las pruebas. Sin embargo, reduce en gran medida las posibilidades de que se envíe una PCB defectuosa a ensamblaje. Para reducir aún más tus riesgos, debes asegurarte de que el fabricante de tu PCB tenga una política de reembolso por cada PCB defectuosa que pase la prueba eléctrica. En tales casos, los fabricantes acreditados reemplazarán la PCB defectuosa y reembolsarán el costo de los componentes ensamblados.

Multimeter probes on a PCB

Siempre haz probar tu PCB antes de ensamblarla.

¿Qué pueden hacer los diseñadores para reducir la posibilidad de cortocircuitos?

Si bien los cortocircuitos son a menudo una falla en la fabricación de PCB, los diseñadores de electrónica pueden hacer su parte para reducir su probabilidad. Dependiendo de cuán ajustadas sean tus restricciones de diseño con respecto al factor de forma o tu presupuesto, es una buena práctica optar por un espacio libre mayor entre las conexiones de cobre y las almohadillas.

Si bien no hay estudios que vinculen los cortocircuitos finos con la distancia de separación entre las trazas de cobre, aprendí por experiencia que es más probable que ocurran cortocircuitos finos en diseños de PCB complicados y compactos. Para minimizar este problema, he evitado llevar la capacidad de fabricación de mis proveedores al límite, y trato de maximizar las tolerancias de espacio libre en mis diseños cuando es posible.

Por ejemplo, si un proveedor especifica que es capaz de manejar 5 mil de ancho de traza y espacio libre, estableceré el límite de espacio libre de mi diseño en 6 mil. Cuando trato con nuevos proveedores, esta es una práctica que siempre utilizo. Como ingenieros, siempre es prudente probar los límites de los fabricantes a menor escala, en lugar de arriesgar todo el lote de producción.

El software de diseño de PCB de alta calidad te permite establecer reglas de autorización personalizadas para que puedas verificar tus diseños antes de finalizar los archivos de producción. CircuitStudio Clearance Matrix es una herramienta de diseño que me ayudó a mantener mis conexiones de cobre separadas.

¿Alguna pregunta? Contacta a un experto en Altium para obtener más información sobre las reglas de autorización.

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