Cómo descifrar las notas de fabricación de una PCB

Enviar una placa a fabricación es un momento a la vez emocionante y aterrador. Es muy tradicional que la primera ronda de fabricación produzca muchas noches en vela, ¡y es importante asegurarse de que todo esté revisado, recontra revisado y que pueda pasar una inspección de DFM! Si necesitas llevar un diseño a su fabricación, uno de los elementos de documentación más importantes que se pueden crear es un plano de fabricación. En este plano se deben incluir las notas de fabricación del PCB que le indiquen a tu fabricante cómo construir tu placa.

¿Y por qué no optar por sencillamente darle tus archivos de diseño a tu fabricante y que éste se las arregle? Hay algunos buenos motivos para esto, pero implicaría que la responsabilidad de crear los archivos de fabricación y la documentación para tu PCB recaería sobre ti como diseñador. Adicionalmente, si alguien te envía un plano para un diseño, deberías ser capaz de, al menos de leer el plano y comprender lo que dice. Aun si nunca has necesitado colocar información en un plano de fabricación o redactar notas de fabricación, estas son tareas sencillas si cuentas con las herramientas de diseño adecuadas. Echaremos un vistazo a cómo se puede hacer esto dentro de tu disposición de PCB y cómo te ayudará a generar datos para tu fabricante.

¿Qué son las notas de fabricación de una PCB?

Los fabricantes usan los planos de fabricación para asegurarse de que todo el personal del taller comprenda los requisitos de un diseño dado y de cómo se debe fabricar este diseño. Dentro de un diseño de fabricación están las notas de fabricación de una PCB. Estas notas suelen venir redactadas en forma de plantillas por los diferentes fabricantes o diseñadores, pues no existe un estándar estricto que indique lo que debe o no estar incluido en las notas de fabricación de tu PCB. El propósito de tus notas no es decirle literalmente al fabricante cómo construir la PCB, sino comunicarle los requisitos en la placa desnuda, para que el montaje final se haga correctamente.

Esto implica que, cuando te estés preparando para enviar un diseño para su fabricación, no necesitarás reescribir manualmente todas las notas de fabricación: puedes copiar tu plantilla en la disposición de tu PCB, insertar algunos de los puntos más importantes que dependan del diseño y enviárselos a tu fabricante para su revisión. Como ejemplo de lo que verás en las notas de fabricación de PCB, échale un vistazo al ejemplo de abajo. 

Si quieres abrir una versión basada en texto de las notas antes indicadas para adaptarlas a tus proyectos, la encontrarás en este enlace. Tus notas se pueden guardar en un formato más corto o más cómodo para tus proyectos. Si eres un diseñador individual que trabaja en gran cantidad de proyectos, colocar estas notas en la disposición de PCB o en un plano de fabricación puede ayudarte a mantenerte al tanto con los requisitos del proyecto. Si estás trabajando en una organización de gran tamaño, seguramente tu empleador te impondrá requisitos específicos. Si estos requisitos no están especificados, entonces dependerá de tí como diseñador el determinarlos.

Las notas de fabricación de PCB no están estrictamente estandarizadas en términos de su contenido y formato. Sin embargo, sí hay cierta información básica que encontrarás en cualquier conjunto profesional de notas de fabricación de PCB, y parte de esta información es autoexplicativa. Cosas como el grosor de la placa o las tolerancias son (o deberían ser) obvias. Otros aspectos de las notas de fabricación merecen unas explicaciones más detalladas. No profundizaré en todos y cada uno de los puntos del ejemplo anterior, pero sí quiero resaltar algunos de estos, porque son clave para garantizar que tu placa se fabrique correctamente.

Nota 1: Nivel de Clase IPC

Esta nota especifica el nivel de rendimiento de la placa cuando se implementa en el campo según el estándar IPC-6012. Este es un estándar de fiabilidad, y tu fabricante lo usará para determinar el nivel de inspección que necesita implementar para garantizar un correcto nivel de fiabilidad. Las tres clases son:

• Clase 1: reservada para productos desechables diseñados para un solo uso, o para usarse pocas veces
• Clase 2: pensada para productos con una vida útil larga, que serán utilizados para servicio continuo
• Clase 3: para los productos de mayor fiabilidad, en los que podría haber pérdidas de vidas humanas si el producto falla. Este es un requisito estándar para los equipos militares, médicos y aeroespaciales.

Típicamente, si no se especifica esto, la inspección predeterminada será de Clase 2 o tal vez de Clase 1 si empleas un fabricante económico. Algunos diseños o fabricantes solo pueden cumplir con los niveles de inspección IPC-A-600; en próximos artículos profundizaremos en sus diferencias.

Notas 4-6: Características superficiales

Todas las características superficiales deben especificarse, incluyendo la máscara de soldadura, la serigrafía y el chapado. Si no las específicas, terminarás con una PCB recubierta de estaño-plomo, o con una capa superficial de plata, así que asegúrate de especificar algo más confiable, como el ENIG, si lo necesitas. La fuente y tamaño de la serigrafía no hay que incluirlas aquí, sino que aparecerán en sus Gerber.

Nota 15: Requisitos de prueba

El ejemplo anterior muestra un requisito de aplanamiento para la placa, pero lo que realmente representa es un requisito de prueba. Ten presente que la parte "B" de la nota 15 indica:

• PRUEBA SEGÚN LO ESTIPULADO EN LA REVISIÓN ACTUAL DE IPC-TM-650 2.4.22

El IPC-TM-650 2.4.22 es un método de prueba específico que la placa desnuda debe superar. Este es un requisito estándar para garantizar que los componentes no se inclinen durante la soldadura y el montaje.

Otros requisitos de pruebas se pueden listar en esta sección. Estos requisitos podrían incluir pruebas de caídas o delaminación (que se suelen usar en las PCBA), pruebas de oxidación, ciclos térmicos o cualquier otro ensayo que le parezca importante para tu aplicación. Si un estándar IPC u otro estándar del sector lista la metodología requerida para la prueba, entonces el estándar debe listarse junto con la especificación que la placa debe cumplir. Esto es común en las tarjetas militares/aeroespaciales, que tienen requisitos de seguridad o de fiabilidad específicos más allá de los especificados en los estándares IPC. Si el proyecto es un pasatiempo o un prototipo único, típicamente no hace falta especificar nada más que el aplanamiento, que es un requisito estándar entre los fabricantes.

Nota 16: Material de la PCB

En un artículo anterior hemos analizado la importancia de los materiales y cómo especificarlos. Esta sección debe especificar los requisitos más importantes de tu material. La clasificación de inflamabilidad en el ejemplo anterior es la clasificación NEMA estándar que se usa para definir lo que es un sustrato FR4. La otra nota (parte "B" en el ejemplo) es el valor de la temperatura de transición vítrea (Tg). Mientras mayor sea la temperatura de operación esperada para tu tarjeta, mayor será el valor de Tg requerido para el sustrato, lo que a su vez garantiza que la PCBA pueda resistir los ciclos térmicos. En esta sección no debes especificar los requisitos para la constante dieléctrica; eso lo trataremos en la sección de impedancia.

Nota 17: Tolerancia de registro

El nivel de registro en tu placa se refiere a la desalineación horizontal entre las capas de la PCB. Durante el prensado de la PCB, se producirán variaciones menores en la alineación lateral de las capas, típicamente de menos de dos micrones. Nunca se puede lograr una cifra de 0 micrones, pero los fabricantes típicamente se acercan lo suficiente como para que no tengas que preocuparte demasiado por fallas de registro al perforar y chapar vías. Un bajo nivel de desalineación garantiza que cualquier almohadilla (pad) que se coloque en un agujero pasante se alinee correctamente y haga una buena conexión con el cilindro (o barrel) de la vía.

En diseños IPC clase 3, seguramente necesitarás añadir una lágrima para garantizar una conexión fuerte con la vía en caso de que haya cualquier desalineación o "breakout". Asegúrate de que tus herramientas de trazado de pistas en PCB puedan aplicar lágrimas si estás diseñando para este nivel de fiabilidad.

Note 19: Impedancia

La impedancia puede ser un asunto complicado, puesto que está estrechamente relacionada con los requisitos de material de la PCB. El motivo por el que queremos especificar una Tg e inflamabilidad en la Nota 16 es que estos valores se aplican en una amplia gama de materiales diferentes. Sin embargo, no todos esos materiales aplicables te proporcionarán la impedancia correcta, así que la impedancia especificada podría solo ser posible de lograr con algunos materiales específicos para tu arreglo de capas del PCB (stackup)

Existen algunas maneras en que se pueden establecer los requisitos de impedancia para tu diseño:

• Especificar ancho y espaciado: puedes especificar los valores de impedancia que necesitas para pistas sencillas o pares diferenciales en diferentes capas, así como el ancho requerido, como he hecho en el ejemplo. Ten presente que no todos los fabricantes pueden o están dispuestos a cumplir con estos objetivos. Algunos simplemente no tienen en inventario suficientes materiales como para ofrecer diversos tipos de chapado, así que no quedará más remedio que acudir a otro o pagar dinero adicional.
• Usa el stackup de tu fabricante: lo más eficaz es simplemente llamar a tu fabricante, obtener su stackup estándar para la cantidad de capas requeridas y utilizar sus valores de ancho de pistas / espaciado para tu placa y así garantizar un buen control de la impedancia. Así, sabrás que pueden fabricar tu tarjeta tal como la has diseñado. No es obligatorio que hagas esto, pero a medida que va aumentando la cantidad de capas de tu diseño, la cantidad de rediseño necesaria para cumplir con los requisitos de impedancia será mayor, así que es mejor pedir esta información antes de comenzar con el diseño.

Si tienes múltiples requisitos a especificar en diferentes capas, puedes crear una tabla de impedancias que incluya información acerca de los anchos y planos de referencia en cada capa de tu plano de fabricación de PCB. En ese momento, podrías incluir el texto "VER LA TABLA DE IMPEDANCIAS PARA LOS REQUISITOS DE ANCHO Y TOLERANCIA" (o escribe algo similar).

¿Dónde colocar las notas de fabricación de tu PCB?

Las notas deben colocarse en el plano de fabricación, como un archivo DWG/DXF o PDF. El plano de fabricación, la tabla de perforaciones, la tabla de impedancias y el plano de stackup podrían estar en la misma página, e indudablemente puedes indicar las notas directamente en esta página si hay lugar para ello. Es común colocar el diagrama de perforación, el plano de stackup, la tabla de perforación y las notas en una página, para después colocar las capas Gerber en una página diferente.

La otra opción popular es ponerlas directamente en la disposición de PCB, lo que significa que básicamente conviertes tu disposición de PCB en un gran diagrama de fabricación de PCB. Usa un objeto String en tu disposición de PCB y simplemente pégale encima las notas de fabricación. Se pueden colocar en una capa mecánica y exportarse como parte de tus Gerber (puedes colocarla en la capa del diagrama de perforación). Esto le permitirá a cualquiera que tenga tu archivo de proyecto ver las notas de fabricación justo al lado de la disposición.

Llama a tu fabricante con anticipación para garantizar el éxito

La mejor ruta a seguir al crear una nueva tarjeta es llamar al fabricante por anticipado y enterarse de lo que hace falta indicar en las notas de fabricación de tu PCB. Si puedes obtener estos datos por anticipado, podrás incluirlos en tus notas de fabricación de PCB con tu diagrama de fabricación. Este documento será el repositorio central para los datos de diseño de tu proyecto, así que es buena idea conservar las notas de fabricación para el diseño, por si te hacen falta en el futuro. Conservar la documentación también es bueno para diseñadores individuales que deseen hacer la transición a trabajar en organizaciones grandes, en las que la documentación es mucho más importante y debe realizarse muy a conciencia.

Antes de preparar tus notas de fabricación de PCB, tendrás que crear tu disposición de PCB con un software de alta calidad y fácil de usar, como CircuitMaker. Los usuarios pueden crear nuevos proyectos fácilmente y hacer una transición fluida hacia la fabricación. Todos los usuarios de CircuitMaker tienen acceso a un espacio de trabajo personal en la plataforma Altium 365.

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