Agujeros avellanados en PCB

Montar una placa de circuito no es tan sencillo como atornillarla. Sobre todo hoy en día. Los dispositivos modernos son compactos. Se apilan, se disponen en capas y se sellan herméticamente. Por lo tanto, cualquier componente que sobresalga, como la cabeza de un tornillo, puede arruinar todo el diseño.

Ahí es donde entran en juego los avellanados para PCB. No parecen gran cosa. Solo una sección más ancha y poco profunda en la parte superior de un orificio. Sin embargo, resuelven problemas mecánicos y eléctricos reales. Y en muchos dispositivos, son absolutamente esenciales.

Si está diseñando una placa para producción y necesita un montaje seguro, le conviene comprender el funcionamiento del avellanado por dentro y por fuera. Entonces, ¿qué es un avellanado? ¿Y por qué es tan importante?

Vamos a explicarlo.

¿Qué es un avellanado de PCB?

Empecemos por lo básico. Un avellanado es una hendidura cilíndrica de fondo plano. Se perfora en la parte superior de un orificio para que las cabezas de los sujetadores, como los tornillos de cabeza hueca o los pernos, queden a ras de la superficie. De esta manera, nada sobresale.

En términos de PCB, un avellanado es una modificación de un orificio de montaje estándar. Se ensancha en la parte superior, con una profundidad precisa, para que la cabeza del tornillo encaje perfectamente.

Ahora bien, he aquí por qué esto es importante. Una placa de circuito impreso (PCB) no es muy gruesa; normalmente, 1.6 mm para placas estándar. Esto no deja mucho margen de error. Si el tornillo sobresale, aunque sea un poco, puede causar problemas. Podría presionar contra una carcasa, otra pieza o incluso una segunda PCB apilada encima.

Un avellanado soluciona este problema. Crea una pequeña cavidad donde la cabeza del tornillo queda a ras. De esta manera, nada sobresale y la tabla se mantiene firme. Y no, no se puede simplemente perforar un agujero más grande y esperar que funcione. Eso debilita el material y no sujeta bien el tornillo.

¿Qué es el símbolo de avellanado?

En los planos de ingeniería, todo debe ser clarísimo. No hay margen para conjeturas. Ahí es donde entran en juego los símbolos.

El símbolo del avellanado se ve así:

Le siguen dos dimensiones:

•  El diámetro del avellanado.

•  La profundidad del avellanado.

Ejemplo:

Esto significa un avellanado de 6.5 mm de diámetro y 3.0 mm de profundidad. Este símbolo suele encontrarse en planos mecánicos, especialmente en documentos de fabricación que incluyen placas de circuito impreso (PCB) o carcasas.

¿Por qué es importante el símbolo? Porque un malentendido en esta etapa puede provocar un tamaño de orificio incorrecto, una instalación defectuosa o daños en la placa. Esto puede ser costoso. O incluso catastrófico si la placa forma parte de un sistema crítico.

¿Por qué se utilizan avellanadores para PCB?

Aquí surge una pregunta: ¿por qué no usar agujeros normales? ¿Para qué molestarse con avellanados? La cuestión es la siguiente: en los ensamblajes de PCB, el espacio es limitado. Incluso los detalles de diseño más pequeños pueden causar grandes problemas a largo plazo.

Analicemos las principales razones por las que los avellanados son importantes.

1. Montaje empotrado

Este es el punto clave. Los avellanados permiten que los tornillos queden a ras, o incluso ligeramente empotrados, en la placa de circuito impreso. Esto significa que no hay sujetadores que sobresalgan. No interfieren con las carcasas. No hay rayones en las superficies internas de la carcasa.

En dispositivos pequeños como relojes inteligentes, wearables o dispositivos médicos, prácticamente no hay espacio extra. Una pequeña protuberancia de 1 mm puede arruinar el diseño.

2. Apilamiento seguro

Muchos ensamblajes modernos utilizan varias placas de circuito impreso (PCB) superpuestas. Separadores, espaciadores o postes las separan. Estas placas suelen estar unidas con tornillos.

Pero aquí está el problema: si la cabeza del tornillo de la placa inferior sobresale, la placa superior no puede quedar plana. Los avellanados solucionan este problema ocultando la cabeza del tornillo dentro de la placa. Ahora, la PCB superior puede reposar directamente encima, manteniendo todo ordenado y nivelado.

3. Puesta a tierra y control de EMI

Este es un poco más avanzado, pero es importante. Algunos diseños utilizan separadores metálicos y tornillos no solo para el montaje, sino también para la conexión a tierra. En estos casos, se necesita un contacto metal con metal firme y constante.

Un avellanado ayuda. Garantiza que la cabeza del tornillo se presione firmemente contra una almohadilla de tierra de cobre o un anillo de montaje, lo que proporciona una conexión a tierra fiable y un mejor blindaje electromagnético.

Una mala conexión a tierra provoca problemas de interferencia electromagnética (EMI). Esto significa interferencias, fallos en las pruebas y costosas reparaciones.

4. Resistencia a las vibraciones

En las PCB automotrices o industriales, la vibración es un problema importante. Los sujetadores deben sujetarse firmemente. Una cabeza de tornillo alineada en un avellanado distribuye la carga uniformemente. Reduce el movimiento, lo que a su vez reduce el riesgo de fallas mecánicas.

5. Estética limpia

A veces, también se trata de la estética. En la electrónica de consumo premium —como smartphones o tablets—, los componentes internos suelen diseñarse pensando en la estética. Incluso la ubicación y la profundidad de los tornillos se controlan con cuidado.

Los avellanados ayudan a crear una estructura interna uniforme. Esto es más importante de lo que se cree, especialmente en productos de alta gama.

Aplicaciones de los avellanadores para PCB

A continuación se muestran algunos ejemplos reales de dónde encontrará avellanados en las PCB:

•  Electrónica de consumo: Dispositivos como teléfonos inteligentes o tabletas suelen utilizar diseños de placas apiladas. Los tornillos con avellanado ayudan a mantener las capas firmes y seguras.

•  Equipo industrial: Las máquinas tiemblan mucho. Por eso se utilizan soportes resistentes a las vibraciones. Los avellanados ayudan a mantener los tornillos apretados y seguros, incluso en movimiento constante.

•  Electrónica automotriz: Los coches soportan calor, frío, golpes y sacudidas. No hay espacio para piezas sueltas. Los avellanados aseguran que las placas de circuito impreso (PCB) se mantengan firmemente en su lugar. De esta forma, se reduce la tensión con el tiempo.

•  Dispositivos médicos: La precisión es fundamental. Los avellanados permiten un montaje preciso en carcasas compactas.

•  Sistemas aeroespaciales: Cada gramo y milímetro importa. El montaje empotrado es imprescindible.

Consideraciones de diseño para avellanados de PCB

Diseñar un avellanado no es difícil. Pero debe ser preciso. Un movimiento incorrecto (demasiado profundo, demasiado ancho o descentrado) puede debilitar la placa o arruinar el ensamblaje.

Esto es lo que debe tener en cuenta:

1. Grosor del tablero

No todas las placas de circuito impreso (PCB) son iguales. La mayoría tienen un grosor de 1.6 mm, especialmente en las configuraciones estándar. Sin embargo, las placas de alimentación tienden a ser más gruesas. ¿Diseños flexibles-rígidos? Suelen ser más delgadas.

Debe asegurarse de que la profundidad del avellanado no sea excesiva. Si el rebaje corta demasiado cerca de una capa de cobre, puede exponer trazas o reducir la resistencia mecánica.

Regla de oro:

Deje al menos 0.3 mm entre la parte inferior del avellanado y la capa o agujero de cobre más cercano.

2. Revestimiento de orificios

No todos los orificios de montaje están chapados. Si su avellanado da lugar a un orificio pasante chapado, no hay problema, pero recuerde que el chapado añade espesor.

Una pared de vía típica tiene un diámetro de 25–50 µm. Esto no afecta mucho al avellanado, a menos que el diámetro sea muy pequeño. Aun así, el fabricante debe saber si se trata de un orificio con o sin recubrimiento, especialmente al aplicar el acabado superficial o limpiar la cavidad.

3. Resistencia de los materiales

El FR-4 es resistente, pero sigue siendo fibra de vidrio y epoxi. Si la cabeza del tornillo aplica demasiada presión, puede aplastar la tabla.

Los avellanados reducen el material sobre la cabeza del tornillo. Esto puede hacer que la placa sea más frágil cerca de los orificios de montaje. Para solucionarlo, muchos diseños incluyen una arandela metálica o una almohadilla de cobre debajo del tornillo para distribuir la fuerza.

En algunas aplicaciones de alto estrés, los diseñadores utilizan insertos mecánicos: manguitos metálicos que refuerzan el orificio avellanado.

4. Tolerancia de herramientas

Para realizar avellanados se requieren tamaños de herramienta específicos. No se puede dar por sentado que el fabricante tiene todos los diámetros de broca disponibles.

Antes de finalizar el diseño, verifique las capacidades de su taller de fabricación de PCB. La mayoría trabaja con conjuntos de herramientas fijos, generalmente en incrementos de 0.05 mm. Si su avellanado tiene, por ejemplo, 3.73 mm de ancho, lo redondearán hacia arriba o hacia abajo. Esto podría causar desajustes durante el ensamblaje.

5. Acabado superficial

Este punto suele pasarse por alto. Si el tornillo forma parte de una ruta de tierra, se necesita contacto metálico. Esto significa que no hay máscara de soldadura dentro del avellanado. De lo contrario, la máscara actúa como aislante.

Especifique la holgura de la máscara alrededor del avellanado en sus notas de fabricación. Mejor aún, utilice un anillo de cobre o una almohadilla anular para asegurar un contacto y una conductividad adecuados.

Avellanado vs. avellanado: Diferencia clave

La gente suele confundir los avellanados con los avellanados. Suenan parecido, pero no son lo mismo. Aclarémoslo.

En las PCB, los avellanados son más comunes, especialmente cuando los diseñadores buscan tornillos con cabezas planas. Los avellanados son poco comunes, pero aparecen en casos especiales, generalmente al usar tornillos de cabeza plana por motivos estéticos o al diseñar carcasas con puntos de entrada cónicos.

También existe una diferencia mecánica. Los avellanadores concentran la tensión en el borde de la cabeza del tornillo, lo que puede agrietar una PCB si el material es delgado. Los avellanadores distribuyen la carga uniformemente, lo que los hace más adecuados para ensamblajes frágiles o en capas.

Así que, en caso de duda, elija un avellanado para aplicaciones de PCB. Es más seguro, más fácil de mecanizar y ofrece mayor flexibilidad en la selección de hardware.

Conclusión

Los avellanados no reciben mucha atención. Pero resuelven problemas reales. Facilitan el montaje de las placas. Además, ayudan a que los componentes se asienten correctamente y evitan interferencias con las cajas. En ocasiones, también mejoran la conexión a tierra y el blindaje.

Si está diseñando una placa que necesita apilarse, encerrarse o montarse con precisión, no pase por alto el avellanado.

Recuerde usar el símbolo correcto en sus dibujos mecánicos. Además, especifique la profundidad y el diámetro exactos. Preste atención al grosor de la placa y a la resistencia del material. Además, comuníquese claramente con su equipo de PCB. Es un pequeño detalle. Sin embargo, en el diseño de PCB, los pequeños detalles suelen marcar la diferencia.

¿Necesita ayuda con los planos de fabricación o el apilado de PCB? Consulte siempre las directrices DFM (Diseño para Fabricabilidad) de su fabricante.