Ayer colocamos vías debajo de nuestro regulador TO-252. Pero, ¿qué es exactamente una vía? Físicamente, es un agujero perforado en la placa que, mediante un proceso químico (Plating), recubre sus paredes interiores con una fina capa de cobre (usualmente de 1 mil de grosor, unos 25 micrómetros). Es este delgado "tubo" de cobre el que transporta el calor de arriba hacia abajo.
Un novato pensaría: "Si el tubo de cobre transfiere el calor, entonces haré agujeros gigantes de 1.0 milímetro para transferir más rápido". Si haces esto, la física de la tensión superficial destruirá tu placa. Durante el ensamblaje en el horno (Reflow), la soldadura se vuelve líquida. Si el agujero debajo del pad es demasiado grande, la soldadura líquida será absorbida (succionada) hacia abajo por el agujero debido a la capilaridad, cayendo en la parte trasera de la tarjeta y dejando el chip TO-252 "seco" y sin soldadura arriba. A esto se le conoce como Solder Wicking.
La Regla de Oro: Las vías térmicas que van directamente debajo de un pad de soldadura jamás deben tener un tamaño de perforación (Drill) mayor a 0.3 mm. A 0.3 mm, la tensión superficial del estaño líquido actúa como un tapón y evita que se escurra por el agujero.
Si una sola vía de 0.3mm transfiere poca energía, la solución no es hacerla más grande, sino poner muchas. En KiCad, dibujamos un arreglo matricial (grid). Si una vía tiene una resistencia térmica de $50^\circ C/W$, poner 10 vías en paralelo la reduce teóricamente a $5^\circ C/W$ (según las leyes de resistencias en paralelo). Acomodar las vías en un patrón de tablero de ajedrez debajo del pad del TO-252 maximiza la extracción de energía sin robar demasiada pasta de soldar.
Ejercicio 1: Tu placa física tiene límites. Si conectas muchas válvulas al mismo tiempo, el LDO de 5V disipará una potencia enorme. Conociendo la Resistencia Térmica que diseñaste en tu PCB (ej. el polígono + 15 vías logran $\theta_{JA} = 30^\circ C/W$), escribe una función predictiva en C que calcule matemáticamente si el chip va a fundirse basado en el consumo de corriente, *antes* de que llegue a calentarse, previniendo daños.
#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
// --- 1. CONSTANTES TERMODINÁMICAS DEL HARDWARE ---
// Estos valores los determinó el Arquitecto al diseñar el PCB en KiCad
#define THETA_JA_PCB 30.0f // Resistencia Térmica de la PCB (Vías + Polígono) en °C/W
#define TEMP_MAX_JUNCTION 125.0f // Límite del silicio del LDO 7805
#define TEMP_AMBIENTE_EST 40.0f // Asumimos verano en instalación exterior
// Voltajes del sistema
#define VOLTAJE_ENTRADA 24.0f
#define VOLTAJE_SALIDA 5.0f
#define CAIDA_DE_VOLTAJE (VOLTAJE_ENTRADA - VOLTAJE_SALIDA) // 19 Voltios a disipar!
extern float leer_corriente_total_amperios(void);
extern void lcd_imprimir_alerta(const char* msg);
extern void bloquear_encendido_valvulas(void);
// --- 2. MODELO TÉRMICO PREDICTIVO BARE-METAL ---
void evaluar_riesgo_termodinamico(void) {
// 1. Leemos cuánta corriente están pidiendo las válvulas en este instante
float corriente_actual_A = leer_corriente_total_amperios();
// 2. Calculamos los Watts de calor disipados (P = V * I)
// El LDO convierte esos 19 Voltios excedentes en puro calor.
float potencia_disipada_W = CAIDA_DE_VOLTAJE * corriente_actual_A;
// 3. Fórmula Térmica de Estado Sólido:
// Tj = Ta + (P * Theta_JA)
float temp_union_estimada = TEMP_AMBIENTE_EST + (potencia_disipada_W * THETA_JA_PCB);
// 4. Actuar antes de que el calor físico alcance ese punto
if (temp_union_estimada >= TEMP_MAX_JUNCTION) {
// La matemática dice que con esta corriente, el chip se derretirá
// en los próximos segundos aunque ahorita esté frío.
bloquear_encendido_valvulas(); // Forzar apagado de relés
lcd_imprimir_alerta("ERR: SOBRECARGA TERMAL");
// El diseño del PCB con 15 vías no fue suficiente para esta corriente.
// Solución física real: Reemplazar el LDO lineal por un Buck Converter (Día 69).
}
}
int main(void) {
while(1) {
evaluar_riesgo_termodinamico();
// Súper bucle continúa...
}
return 0;
}
Objetivo del día: Reglas de manufactura para perforaciones térmicas bajo componente.
Tu Despachador manejará relés y displays que consumen picos de hasta 500mA a 5V. Si bajas de 24V a 5V linealmente (19V de caída), generarás casi 9.5 Watts de calor. Al agregar un arreglo de 16 vías térmicas de 0.3mm bajo el pad de disipación del LDO en KiCad, acabas de multiplicar masivamente la capacidad de la placa para sobrevivir a la intemperie.
Gracias a que conoces el concepto de Solder Wicking, cuando generes los archivos de manufactura (Gerbers) para la fábrica, tendrás la certeza de que tu soldadura no se escurrirá y tu LDO quedará sólidamente adherido. Y gracias al modelo matemático de tu Firmware Bare-Metal, el microcontrolador es consciente de las capacidades físicas de su propia placa PCB, previniendo incendios matemáticamente antes de que ocurran.