Comprender los cortocircuitos por puente de soldadura: hornee sus galletas y cómaselas también

Me encanta la idea de hornear. Especialmente en los días festivos, hay algo emocionante y terapéutico en la planificación para hornear platos elaborados de galletas y llevarlos a las fiestas. En realidad, lo que me gusta es comer masa de galletas. Estirar las galletas o armarlas con una cuchara y colocarlas en una fuente y esperar a que se horneen es un ejercicio tanto aburrido como de control. Cuando pierdo la paciencia, trato de meter tantas galletas en la bandeja como sea posible; por supuesto, esto da como resultado una sola galleta gigante que, de mala gana, tengo que comerme toda yo solo.

Ya sea que usted se esté sumergiendo en la planificación invernal de demasiadas galletas navideñas, o simplemente esté deseando una forma más conveniente de planificar sus restricciones de espacio, el objetivo siempre será diseñar la disposición de su bandeja de hornear para evitar desechar toda esa bandeja de galletas. Si usted pasó tiempo haciéndolas, debe recibir la recompensa de comerlas. Esa lección debería ser cierta para muchas cosas, ¿no?

Desafortunadamente, si sobrecargo mi PCB no solo se convierte en una galleta. No, ser impaciente y no trabajar con restricciones de espacio puede ser mucho más costoso que arruinar una hornada de galletas. El tamaño y la complejidad del diseño son factores importantes que afectan los costos de fabricación de las PCBs; sin embargo, más que eso, los diseños sobrecargados pueden causar averías y cortocircuitos de las PCBs. Ser capaz de gestionar su diseño para trabajar eficazmente dentro de las limitaciones del espacio le ahorrará (y probablemente ganará) más dinero y tiempo que podría gastarse mejor en otras cosas (como, por ejemplo, comer más galletas navideñas).

Cortocircuitos eléctricos

El problema más común con los diseños de alta densidad son los cortocircuitos eléctricos frecuentes. Una realidad desafortunada (¿una verdad incómoda?) es que, a menudo, pueden ocurrir cortocircuitos eléctricos a pesar de lo bien que diseñó su PCB. Los puentes de soldadura son probables mientras usted tenga un diseño de alta densidad; sin embargo, los diseños de alta densidad son a menudo inevitables con las demandas crecientes de PCBs.

Cuando disminuye el tamaño de los pads y la distancia entre ellos, hay más pasta de soldadura en un volumen menor. Es probable que la pasta se derrame fuera de las áreas apropiadas definidas por el patrón y creen puentes de soldadura con los pads vecinos. Al igual que al hornear accidentalmente una galleta gigante, la única manera de evitar esos puentes es tener un espacio de búfer entre los pads que sea suficiente para protegerlos de un poco del desborde de sus vecinos. No es diseñar para el fracaso, sino más bien asignar recursos de diseño para comprender el riesgo de la escasez y manejarlo apropiadamente.

^{Sobrecalentar su PCB y sus componentes es igual de malo que quemar galletas y más caro de rehacer.}

Fabricación

Otras etapas de fabricación también pueden ser más difíciles con diseños de PCB de mayor densidad. Los problemas de stencil aumentan el riesgo de puenteo de soldadura, especialmente en arreglos estrechos de componentes pequeños. Cuando hay una alta densidad de componentes, usted tiene el mayor riesgo de que la pasta de soldadura se manche o desalinee, lo que provocará un espacio de búfer inadecuado. Disponer de espacio de búfer permite que su diseño de PCB impida la formación de puentes de pasta de soldadura. Sin ese espacio de búfer, los puentes de soldadura se vuelven más propensos y fomentan la ocurrencia de errores como el cortocircuito.

La precisión de selección y colocación de la máquina también limita la densidad que puede utilizar en su diseño de PCB. Si la precisión de la máquina es muy alta, tendrá más flexibilidad para empaquetar sus componentes. Sin embargo, también considere las herramientas usadas de Pick and Place. Las herramientas de colocación pueden extenderse más allá del borde del componente, lo que puede añadir dificultad a la colocación de componentes pequeños o empaquetados herméticamente.

Según el lugar de dónde vivo, a veces necesito un escalón para alcanzar lo que tengo almacenado en los armarios superiores. Esto podría impedir mi velocidad de hornear galletas, pero no me impedirá hornear. La altura del componente también se convierte en un problema si las herramientas de selección y colocación no pueden alcanzar la ubicación junto a un componente más alto como en el caso de las resistencias junto a los cabezales. Imagine si estuviese decorando una galleta y pusiera malvaviscos gigantescos abajo, y luego tuviese que dibujar en el glaseado delicado sin mover la galleta. Por lo general, como la galleta antes del proceso de decoración, pero no puedo comerme una PCB.

^{Los componentes de altura variable hacen que las galletas sean tan complejas como una PCB}

Inspección, reelaboración y reparación

Después de la fabricación, los retos de un diseño de alta densidad no han terminado. La inspección es más desafiante porque los bordes de los componentes no son fácilmente visibles cuando están juntos como en diseños de alta densidad. Usted puede quedar ciego al ver las uniones soldadas y verificar las alturas de separación. Si tiene alturas variables, los componentes pueden bloquearse entre sí de forma activa.

Encontrar los problemas en un diseño de alta densidad tampoco es el problema completo: cuando los componentes están tan cerca, puede encontrar otros procesos que se retrasan o incluso pueden causar errores propios. Es posible que tenga que quitar otros componentes para obtener cualquier componente que necesite reparar, e incluso con la pinza más pequeña y las manos más estables, el recalentamiento de las secciones de la tarjeta sin duda removerá la soldadura y causará el deslizamiento. También es posible que necesite agregar un protector térmico para los componentes cercanos, ya que hay menos espacio total para que el calor se disipe.

Requisitos operativos en cuanto al espaciado

Antes de que existan escenarios en los que se produzcan errores, puentes o cortocircuitos, la mayor demanda de espacio entre componentes proviene de las necesidades operativas. Hay especificaciones formalizadas para el espaciado: la más comúnmente citada es la IPC-D-279, sección 3.3.9, pero también hay recomendaciones del fabricante, como esta tabla de OCM, frecuente, para un empaquetado o aplicación específica. Una vez que haya variado el componente y los tipos de empaquetado, las especificaciones con frecuencia no son lo suficientemente extensas como para proporcionar las directrices necesarias.

Los requisitos para el espaciado de componentes dependen de la función de la tarjeta, los parámetros de funcionamiento y su entorno. Considere los requisitos de aislamiento (basados en voltaje, RFI o EMC) antes de intentar reducir el espaciado, o acortará la vida útil de todo el producto y, posiblemente, introducirá problemas de seguridad por ahorrar un poco de costo inicial. Es posible que también tenga que cumplir con requisitos de manipulación y seguridad que determinarán la separación entre los bordes. Inicialmente, ese búfer parece un lugar fácil para cortar el exceso, pero cortar su búfer podría tener impactos catastróficos en la vida útil de la tarjeta.

^{El glaseado derramado es delicioso. La pasta de soldadura derramada es desastrosa.}

Además de toda la otra información que usted necesita para mantener un registro de diseño, el espaciamiento de componentes y estar consciente de los cortocircuitos de los puentes de soldadura pueden parecer una tarea problemática. Confíe en mí, viniendo de alguien que, a menudo, se olvida de precalentar el horno antes de poner cualquier cosa en él, comprendo la dificultad de seguir las múltiples instrucciones. Pero cuando esté realizando un diseño de alta densidad, utilice Altium Designer, que con su control estricto de reglas de diseño, puede asegurarse de que las áreas y otras restricciones físicas para los componentes estén bien justificadas y que puedan importar reglas del fabricante para comprobar su compatibilidad antes de diseñar.

Todas estas y otras grandes herramientas de diseño pueden estar al alcance de sus manos para que su vida de diseño sea más manejable. Para obtener más información sobre los cortocircuitos de puente de soldadura y el espaciado de componentes, comuníquese con un experto de Altium hoy mismo.