Cómo diseñar una PCB paso a paso (guía para empezar)

Diseñar una PCB no es difícil si se sigue un orden. El problema habitual no es la herramienta de diseño ni el componente elegido: es saltarse fases o tomarlas en el orden equivocado. Esta guía recorre el proceso completo, desde la captura del esquema hasta la generación de los ficheros de fabricación, señalando en cada etapa qué decisión importa y por qué.

Fase 1: Definir los requisitos antes de abrir el editor

Antes de trazar una sola pista conviene fijar por escrito:

• Tensión de alimentación y corriente máxima por ramal.
• Frecuencia de trabajo de los buses principales (SPI, I²C, USB, etc.).
• Entorno de uso: temperatura de operación, humedad, vibración.
• Norma de referencia: IPC-2221 para el diseño genérico, IPC-7351 para los footprints.
• Restricciones mecánicas: dimensiones del hueco en caja, posición de conectores.

Sin este documento —aunque sea una página— las decisiones de layout se toman dos veces: una al diseñar y otra al rediseñar.

Fase 2: Captura del esquema eléctrico

El esquema no es un dibujo bonito: es la especificación del circuito. Cada componente debe tener referencia real (no «un micro», sino ATmega328P-AU, STM32F405RGT6 o ESP32-S3-WROOM-1), valor y tolerancia.

Buenas prácticas en el esquema

• Divide el esquema en páginas o bloques funcionales: alimentación, microcontrolador, comunicaciones, potencia.
• Añade símbolos de potencia explícitos (VCC, GND, +12 V) y comprueba que no se cruzan dominios sin un regulador o barrera entre medias.
• Incluye condensadores de desacoplo en el esquema, no los añadas «después en el layout». Un STM32F4 necesita 100 nF cerámico X7R en cada pin VDD, lo más cerca posible del pad.
• Anota en el esquema las impedancias de línea objetivo para los buses de alta frecuencia. Si el USB HS necesita 90 Ω diferencial, escríbelo allí.

Fase 3: Elección del stack de capas

Este es el punto donde más dinero se pierde por error. Una PCB de dos capas y FR-4 de 1,6 mm es válida para muchos diseños de 8 a 48 MHz. Por encima de esa frecuencia, o con señales mixtas analógico-digital, el número de capas importa.

Para la mayoría de los diseños industriales con un STM32F4 o un ESP32-S3, cuatro capas con la secuencia señal / GND / VCC / señal es el punto de equilibrio entre coste y rendimiento electromagnético.

Fase 4: Asignación de footprints

Un footprint incorrecto es el error más caro del proceso: puede invalidar toda una partida de fabricación. Comprueba siempre:

• Dimensiones del pad según datasheet del componente, no según la librería genérica.
• Espaciado de pines en conectores (paso 2,54 mm ≠ 2,50 mm: son incompatibles).
• Orientación del pin 1 en encapsulados SMD como SOIC, QFP o BGA.
• Courtyard correcto para que el verificador de reglas (DRC) detecte solapamientos antes del layout.

Si el componente no está en la librería estándar, créalo desde el datasheet y guárdalo en la librería del proyecto, nunca editando la librería global.

Fase 5: Placement (colocación de componentes)

El placement decide el 80 % de la calidad del layout. Las reglas básicas:

1. Agrupa por función: todos los componentes de la etapa de potencia juntos, el microcontrolador con sus desacoplos pegados, los conectores en el perímetro.
2. Los condensadores de desacoplo van al lado del pin de alimentación, no al otro extremo del componente.
3. Separa analógico de digital: si hay un ADC, su referencia de tensión y los componentes RC del filtro antialiasing deben estar en la zona analógica, con un corte en el plano de masa si es necesario.
4. Respeta la dirección del flujo de soldadura en producción SMD: en el proceso de refusión, los componentes pequeños cerca de los grandes pueden quedar en sombra térmica si no se orientan bien.

Fase 6: Trazado de pistas

Anchos de pista y corriente

IPC-2221 define el ancho mínimo en función de la corriente y el incremento de temperatura admisible. Como referencia rápida para cobre de 35 µm (1 oz/ft²) y ΔT = 10 °C:

• 0,2 mm → ~0,5 A
• 0,5 mm → ~1,1 A
• 1,0 mm → ~2,0 A
• 2,5 mm → ~4,5 A

Para las pistas de potencia, calcula siempre; no uses el valor por defecto del editor.

Señales de alta frecuencia

• Rutas diferenciales (USB, CAN, Ethernet): mantén la longitud de ambas pistas igual (skew < 100 ps en USB FS) y el espaciado constante para mantener los 90 Ω o 100 Ω diferenciales.
• Evita ángulos de 90°: usa 45° o arcos. El impacto real en frecuencias bajas es mínimo, pero es buena práctica y facilita la inspección automática.
• No cortes el plano de masa bajo una señal de alta frecuencia. La corriente de retorno sigue el camino de menor impedancia, que es justo debajo de la pista.

Fase 7: Planos de masa y alimentación

Un plano de masa continuo en la capa interior es la medida más eficaz para reducir la emisión electromagnética y el ruido en señales analógicas. Si el diseño es de dos capas y no hay capa interior disponible, usa un reticulado de GND en la cara inferior y amplía los anchos de las pistas de potencia.

No conectes el plano directamente a tierra de chasis sin un condensador de paso o una resistencia de bajo valor si hay riesgo de bucles de tierra en sistemas con varios equipos conectados.

Fase 8: Verificación (DRC y revisión manual)

El DRC del editor de PCB comprueba reglas geométricas: espaciados mínimos, anchuras, pads sin conectar. Lo que no comprueba:

• Que el esquema sea funcionalmente correcto.
• Que los footprints coincidan con los componentes reales.
• Que las impedancias de línea sean las calculadas.
• Que el layout respete las restricciones térmicas del datasheet.

Por eso, antes de enviar a fabricar, conviene hacer una revisión cruzada con alguien que no haya diseñado la placa. Un segundo par de ojos encuentra en diez minutos errores que el diseñador ha visto cien veces sin detectar.

Fase 9: Generación de ficheros de fabricación

El formato estándar es Gerber RS-274X para las capas de cobre, máscara de soldadura y serigrafía, más el fichero de taladros en formato Excellon. Comprueba con un visor de Gerber (como Gerbv o el visor integrado de JLCPCB/PCBWay) que las capas se alinean correctamente antes de enviarlos.

Incluye también:

• BOM (lista de materiales) con referencia, valor, huella y número de parte del fabricante.
• Fichero de posición de componentes (pick-and-place) en CSV o Excel, con coordenadas X/Y y ángulo.

Estos dos ficheros son imprescindibles para la producción SMD automatizada.

Cuándo tiene sentido externalizar el diseño

Diseñar una PCB en casa tiene sentido cuando el equipo tiene experiencia, las herramientas adecuadas y tiempo para iterar. Cuando el diseño requiere control de impedancia, múltiples capas o certificación, o cuando el plazo de desarrollo es ajustado, externalizar el diseño de PCB a un equipo especializado reduce el riesgo de revisiones costosas.

Si el diseño ya está cerrado y la necesidad es fabricar en serie, el siguiente paso es la producción electrónica en serie, donde el fichero de posición y la BOM que se generaron en esta fase son el punto de partida.

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Si tienes un diseño en curso y quieres una revisión técnica antes de fabricar, o si necesitas que alguien lleve el proyecto desde el esquema hasta la placa funcionando, puedes explicar el caso en /contacto sin compromiso.