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Evidentemente, si no hay trazos entre los componentes, las piezas pueden estar muy espaciadas. La figura superior a) asume una separación de 0,15 mm, o 6 mils, que es la predeterminada para Eagle. La figura central b) incluye trazas y vias de nuevo con el espacio y el tamaño de las trazas asumido como 6 mil..
Es posible hacer una estimación razonablemente buena para un tablero, pero llevará bastante trabajo si hay que tener en cuenta las trazas. Si se pueden hacer suposiciones sobre el número de trazas (porque se trata de una placa multicapa), las cosas resultan mucho más fáciles.
Para un componente, el espacio necesario (suponiendo que no hay trazos ni vías) es:
$$A = (l+c)\times(w+c)$$
donde A es el área, l = longitud, w = anchura y c es el espacio libre.
Para las piezas con al menos una traza en uno o ambos lados, lo es:
$$A = (l + c + t2c + x2c)\times(w + c + y2c + z2c)$$
donde A es el área, l = longitud, w = anchura, y c es el espacio libre, t y x son el número de trazas o vías a través de uno o ambos extremos, e y y z son el número de trazas o vías a lo largo de uno o ambos lados. Una vía que alimenta a una resistencia cuenta igual que una traza.
Esto podría hacerse en mm o en mils, siempre que se utilice el mismo sistema para todo. Asumo que la distancia entre las trazas y el ancho de las mismas son iguales.
Si se trata de una placa multicapa, se puede suponer que casi todas las trazas estarán en las capas inferiores o intermedias y que la parte superior serán sólo vías, como en la figura c). En ese caso, como primera aproximación, sólo hay que suponer una vía para cada pin.
En el caso de piezas grandes, como un µC que tiene muchos pines muy juntos, hay que prever dos filas de vías. No estoy teniendo en cuenta el hecho de que las partes como que puede tener varias vías debajo de ellos y / o no hay almohadillas visibles (como un paquete QFN).
Así que ahora tienes mucho menos trabajo: sólo el área de los componentes, más el espacio necesario para las vías. Las fórmulas se reducen a estas cuatro simplificadas (sin estimar el número o la posible colocación de las vías):
Para piezas rectangulares con almohadillas en cada extremo, como resistencias o tapones:
$$A = (l+5c)\times(w+c)$$
Para piezas rectangulares, con clavijas a lo largo del lateral (como los paquetes SOIC, etc.):
$$A = (l+c)\times(w+5c)$$
Para las piezas rectangulares, con pasadores a lo largo de los lados y en los extremos:
$$A = (l+5c)\times(w+5c)$$
Para componentes cuadrados de gran tamaño, con clavijas alrededor:
$$A = (l+9c)^{2}$$
Se parte de la base de que apenas hay trazas en el lado de los componentes, es decir, que se trata de una placa de cuatro capas con dos capas de señal. Así que estas áreas son fijas para cada tipo de componente; no varían según el número de trazas.
Si esto se introduce en una hoja de cálculo, con fórmulas configuradas para cada tamaño de componente (como una resistencia o un tapón 0805), no estará tan mal. Sólo necesitas un valor para cada tipo de componente. Cuente el número de cada tamaño diferente y súmelos (por ejemplo, tanto las resistencias como los condensadores pueden venir en paquetes 0603 - no necesita entradas separadas para cada uno).
Recuerde que debe dejar espacio para las almohadillas en cada extremo de un componente; por ejemplo, la longitud de la resistencia sólo incluye el cuerpo. Una resistencia 0603 (1608 métrico) tiene 1,6 mm de largo por 0,8 mm de ancho, pero incluyendo las almohadillas, tiene 2,8 mm de largo. Estas huellas se definirán en la biblioteca de componentes de su programa de diseño de PCB.
Así, para una resistencia de 0603, el área necesaria (incluyendo las almohadillas y las vías en cada extremo) sería:
$$A = (l+5c)\times(w+c)$$
$$A = (2.1 + 5\times 0.15)\times(0.9 + .15) = 2.85\times 1.05 = 2.99\space mm^{2}$$
El área del cuerpo de la resistencia (1,6 mm x 0,8 mm) es un poco menos de la mitad: 1,28 mm². La huella (incluyendo las almohadillas) es de 2,1 mm x 0,8 mm o 1,68 mm². Por lo tanto, utilizar cualquiera de estas medidas más un factor de error del 20% no va a funcionar. Las distancias mínimas necesarias para una sola vía o traza constituyen casi la mitad del área.
Con piezas más pequeñas, las holguras dominan aún más. Para una resistencia 0201 (0603 métrico, es decir, 0,6 mm por 0,3 mm), la superficie necesaria es:
$$A = (0.75 + 5\times 0.15)\times(0.3 + .15) = 1.5\times 0.45 = 0.68\space mm^{2}$$
en comparación con un tamaño de componente de 0,18 mm² y una huella de 0,22 mm². En este caso, la huella (incluida la superficie de la almohadilla recomendada) solo representa 1/3 de la superficie necesaria.
Con una hoja de cálculo podrías variar las cifras (haciendo algunas estimaciones en el peor y en el mejor de los casos) y al menos tener una idea aproximada. Tal vez cambiar todas las resistencias de 0603 a 0201 y ver la diferencia, o pasar de un µC de 100 pines a uno de 64 pines, o cambiar el tamaño del espacio libre.
