Diseño con Fabricación: Una Nueva Perspectiva sobre DFM/DFA

Guía completa para el análisis DFM

Un buen amigo mío tiene un chiste sobre planificar un nuevo diseño de PCB para la fabricación: a menudo pregunta "¿has llamado hoy a tu fabricante?" para enfatizar que deberías involucrarte con tu socio de fabricación múltiples veces en el proceso de diseño. Esto es algo que los diseñadores a menudo olvidan, y puede llevar a grandes dolores de cabeza antes de la fabricación a gran escala. El hecho es que tu placa debería pasar por múltiples rondas de análisis DFM para asegurar la fabricabilidad, tanto en términos de fabricación como de ensamblaje.

Entonces, ¿cuándo deberías comenzar a someter tu diseño al análisis DFM? Otra pregunta importante podría ser: ¿cuál es la mejor manera de acelerar el proceso de análisis DFM? Hay mucho que verificar en cualquier placa, e inspeccionar completamente los diseños para la fabricabilidad puede ser un proceso que consume tiempo, especialmente en diseños complejos. Aquí está lo que puedes esperar en el análisis DFM y cómo hacer que tu diseño pase por el proceso rápidamente.

¿Qué implica el análisis DFM para PCBs?

En términos generales, el análisis DFM se aplica a cualquier cosa que necesite ser fabricada a gran escala. Los productos manufacturados necesitan ser diseñados para ajustarse al proceso utilizado para la producción en volumen, por lo que es necesario inspeccionar un diseño para asegurar que nada en él creará bajo rendimiento, defectos o baja vida útil. Hoy en día, tu fabricante de PCB y el ensamblador de PCB podrían estar en lados opuestos del globo, y es crítico asegurar que todos tengan acceso a un único almacén controlado de información del proyecto para realizar el análisis DFM.

El análisis DFM para PCBs implica verificar si el diseño se ajustará a los procesos de fabricación y ensamblaje de tu fabricante. Cualquier diseñador experimentado debería saber que la lista de posibles elecciones de diseño que pueden comprometer la calidad es larga. Sé que todavía no he memorizado cada posible problema de manufacturabilidad que podría acechar en un diseño, por lo que a menudo confío en mi fabricante para inspeccionar mis placas cuando estoy a punto de realizar un lote de fabricación.

Inspecciona Tu Diseño Frecuentemente

Esto plantea un punto importante: ¿cuándo deberías realizar algunos chequeos de DFM en tu diseño? Si estás trabajando en placas más sencillas, probablemente esté bien confiar en tu fabricante para realizar un último chequeo de DFM antes de la producción; repetir análisis profundos de DFM simplemente toma demasiado tiempo cuando tu fabricante puede realizar esto rápidamente. Para algo más avanzado, como placas de señal mixta de alto conteo de capas con tolerancias ajustadas y múltiples estándares de señalización, son necesarias múltiples corridas de análisis de DFM para identificar problemas de calidad potenciales temprano.

La mejor manera de prevenir cambios de diseño innecesarios antes de la fabricación es realizar análisis de DFM en varios momentos diferentes:

• Al seleccionar componentes: Esto se relaciona principalmente con los tamaños de componentes pasivos, particularmente 0201 y 01005. Si debes usar estos componentes pequeños, solo asegúrate de que tu fabricante pueda manejarlos.
• Durante la planificación del diseño: En este punto, todavía estamos determinando algunos aspectos básicos de la placa como el posible conteo de capas, rango de anchuras de pistas, tamaños de vías, si necesitaremos pasar a HDI, qué laminados de PCB usar, y qué Nivel de Producibilidad IPC será aplicable al diseño.
• Después de la colocación de componentes: Una vez que hayas colocado los componentes, considera el proceso de ensamblaje, particularmente en lo que respecta al soldado en placas SMD de doble cara. También piensa en cómo cualquier componente conectado a tierra se soldará a su plano de referencia y si necesitan alivios térmicos.
• Al planificar el apilado: Te sorprendería saber cuántos apilados necesitan ser modificados antes de que un diseño pueda ser fabricado. Esto es tan simple como pedirle a tu fabricante una tabla de apilado verificada.
• Después de generar los Gerbers: Algunos defectos son más fáciles de ver en tus archivos Gerber, por lo que es mejor revisar tus Gerbers en busca de cosas como perforaciones superpuestas y relaciones de aspecto de vías.
• En colaboración con el equipo de MCAD: En algunos casos, la colocación de conectores soldables u otros elementos mecánicos puede crear holguras excesivamente ajustadas.

Hay algunos de estos puntos que vale la pena elaborar ya que pueden no ser discutidos a menudo en otros artículos.

Claros de Componentes

Algunos puntos que aplican a los conectores también aplicarán a cualquier otro componente, pero hay otro punto sobre las holguras que vale la pena revisar. Asegúrate de haber previsto la expansión durante el ensamblaje, especialmente en conectores con una cubierta o base de plástico. Si dos componentes están demasiado cerca y se expanden durante el soldado, ambos pueden levantarse de la placa durante el ensamblaje.

Revisar las holguras en el análisis DFM nos habría ayudado a anticipar el levantamiento de componentes durante una reciente producción.

Examinando las Huellas

Obviamente, deberías esforzarte en asegurarte de que tus huellas estén verificadas. Esto se puede hacer manualmente, o solo utilizando componentes verificados directamente de los fabricantes cuando estén disponibles. Sin embargo, una vez que una huella entra en el diseño, necesitarás revisar las aperturas de la máscara de soldadura, la holgura con respecto a las vías, la holgura con respecto a otros componentes, las proporciones de aspecto de las vías y más. Si no estás utilizando software con las características adecuadas de verificación de reglas, podrías dejar un pad térmico flotando, o podrías colocar un punto de perforación demasiado cerca de un filete de soldadura. Puedes mirar el diseño del PCB directamente, pero está perfectamente bien generar Gerbers preliminares y comparar tus capas (ver abajo).

Puedes identificar componentes que necesitan aperturas de máscara de soldadura y gotas de soldadura desde archivos Gerber intermedios.

Revisión de Apilamiento

Puede sonar simplista, pero aprobarás esto con colores voladores si simplemente le pides a tu fabricante un apilamiento con tu cantidad de capas y disposición de capas deseada. Ya han realizado el análisis DFM necesario para asegurar que ciertos apilamientos de capas pasen por su proceso. Te darán el ancho de traza, el espaciado de trazas (para pares diferenciales) y el grosor de capa que necesitarás usar con tus materiales laminados deseados. En algunos casos, podrías sorprenderte al descubrir que tu material laminado deseado no está disponible y necesitarás usar un equivalente cercano.

Si contactas a tu fabricante temprano, te enviarán una tabla de apilamiento calificada.

Para apilamientos de 4 capas, probablemente recibirás el apilamiento estándar de 8mil/40mil/8mil S/P/P/S que da un grosor total de 62 mil. Los apilamientos más complejos pueden requerir una tabla personalizada, especialmente cuando tienes una placa que necesita enrutamiento controlado por impedancia. Si obtienes la información del apilamiento temprano, no correrás el riesgo de aplicar el trazo y espaciado incorrectos necesarios para la impedancia controlada, todo ya estará verificado.

Análisis DFM Antes de la Fabricación

Una vez que hayas terminado tu placa y la hayas enviado para su fabricación, tu fabricante debería realizar su propio análisis DFM utilizando tus archivos Gerber finales. Nota que escribo "debería" aquí porque no todos los fabricantes lo harán; con algunos fabricantes, subes tus Gerbers y ellos producirán la placa exactamente como aparece en tus archivos de fabricación sin cuestionarlo. Para algunos fabricantes, necesitarás solicitar este nivel de servicio explícitamente ya que diferentes niveles de servicio solo estarán disponibles como un complemento.

Una vez que recibas tu análisis DFM de tu fabricante, verás muchos resultados en las siguientes dos áreas: verificaciones de holguras contra capacidades del proceso, y verificaciones contra requisitos específicos de la industria.

Verificación de Tamaños de Características Contra Capacidades del Proceso

Cuando entregues tus archivos de diseño a tu fabricante y ellos realicen su análisis DFM, probablemente verás muchos resultados en torno a las verificaciones de holguras. El fabricante ya debería verificar las áreas mencionadas anteriormente, pero también necesitarán comparar los tamaños de tus características y holguras contra sus capacidades de proceso. Incluso si pasaste por este proceso con Gerbers preliminares como parte de la cotización, es mejor simplemente realizar esto de nuevo ya que podrías haber pasado por alto algo.

Un ejemplo de informe de análisis DFM de uno de mis fabricantes ITAR preferidos se muestra a continuación. En esta tabla, podemos ver dónde están los espacios, los tamaños de anillos anulares y las separaciones entre los agujeros pasantes y el cobre. Desde la fila inferior, se puede ver que mi configuración de separación entre traza y cobre es demasiado baja, y las almohadillas en algunos footprints tienen tamaños de anillo anular pequeños.

Ejemplo de informe de análisis DFM mostrando las separaciones en comparación con las capacidades del proceso.

En este ejemplo, tenemos múltiples errores a lo largo de un footprint particular, que resulta ser un paquete TO-92. En este caso, el tamaño del agujero en la biblioteca integrada era demasiado grande, lo que obligó a que el anillo anular alrededor del borde fuera demasiado pequeño para mantener las separaciones. Después de redimensionar el agujero, pudimos hacer espacio para un anillo anular de Clase 2 mientras aún dejábamos suficiente separación para prevenir cortocircuitos.

Para un diseño grande y complejo con miles de redes, ¿cómo verifica su fabricante cada característica posible en su diseño de PCB? Hay aplicaciones que ayudan a automatizar este proceso y compilarán un informe con cualquier violación del proceso. Algunos fabricantes tienen sus propias aplicaciones que usarán internamente, mientras que otros le darán acceso a un programa descargable que puede usar para verificar su diseño antes de la fabricación.

Revisión de Cumplimiento de Clases IPC

Otro ámbito de los requisitos de diseño que puede requerir más experiencia es la revisión del cumplimiento con las Clases IPC. Un punto importante a indicar durante el proceso de cotización es qué nivel de cualificación IPC estás buscando, si es que buscas alguno. Esto implica verificar aspectos como lágrimas, tamaños de anillos anulares, diámetros de taladro y pad versus peso de cobre, capacidad para platear vías y agujeros, y requisitos de espesor dieléctrico, solo por nombrar algunos de los principales requisitos de fiabilidad. La disposición física se comparará con las capacidades del fabricante para asegurar que el diseño resultante pueda cumplir con los requisitos de cualificación y rendimiento definidos en las normas IPC, y se necesitarán hacer cambios antes de la fabricación.

Cómo Enviar los Datos de tu Diseño a tu Fabricante Rápidamente

¿Cuál es la forma más rápida de poner los archivos en manos de tu fabricante y cómo puedes asegurarte de que entienden completamente tu intención de diseño? Necesitarás el mejor conjunto de herramientas de colaboración en la nube que puedas encontrar. En estos días, con todo haciéndose digitalmente, los diseñadores de PCB necesitan herramientas que les ayuden a colaborar en proyectos complejos y compartirlos con sus socios de fabricación. Con la plataforma Altium 365, es fácil compartir rápidamente todo, desde lanzamientos completos de proyectos hasta archivos de diseño individuales con tu fabricante, otros miembros del equipo y clientes.

Altium 365 también ayuda a optimizar el análisis DFM con un conjunto completo de características de documentación, incluyendo:

• Herramientas de alojamiento y gestión de componentes y bibliotecas
• Un sistema de control de versiones integrado basado en Git 
• Integración con herramientas de base de datos internas o aplicaciones de control de versiones externas
• Características de acceso y gestión de usuarios

Dentro de Altium 365, hay una manera extremadamente conveniente de enviar tu placa a tu fabricante con la función Enviar al Fabricante. Una vez que un proyecto se libera en tu Espacio de Trabajo de Altium 365, puedes entrar en la liberación de tu proyecto y hacer clic en el botón “Enviar al Fabricante” en la parte superior de la pantalla, como se muestra a continuación. Tu fabricante entonces puede abrir el proyecto en Altium Designer, o pueden descargar los archivos de la liberación y pasar tus archivos de fabricación por una aplicación de análisis DFM.

Una vez que un proyecto se libera en tu Espacio de Trabajo de Altium Designer, puedes dar acceso a tu fabricante.

Una vez que su diseño esté con su fabricante, ellos pueden comentar sobre puntos específicos del diseño, lo cual ayudará a asegurar que no haya confusión al leer un informe de análisis DFM. Estos comentarios pueden luego visualizarse en línea en Altium 365 a través de su navegador, o en el diseño de la PCB cuando abra su proyecto en Altium Designer. Ningún otro servicio basado en la nube le ayuda a pasar por múltiples rondas de análisis DFM como Altium 365.

La forma más rápida de llevar su diseño a través de múltiples rondas de análisis DFM mientras se rastrean los cambios en los proyectos a lo largo del proceso es usar la plataforma Altium 365™. Tendrá todas las herramientas que necesita para compartir, almacenar y gestionar todos sus datos de diseño de PCB en una plataforma segura en la nube. Altium 365 es la única plataforma de colaboración en la nube específicamente para diseño y fabricación de PCB, y todas las características en Altium 365 se integran con las herramientas de diseño de clase mundial en Altium Designer®.

Previniendo los Principales Errores DFM en su Diseño de PCB

Cada placa de circuito debe obedecer las directrices de DFM (diseño para la fabricabilidad) para evitar posibles errores de fabricación y ensamblaje. Esto también se enfoca en la reducción de costos, la mejora de la calidad y la fabricación sin defectos. En este artículo, explicaremos algunos de los errores de DFM más comunes en las PCBs y varias técnicas para evitarlos.

Previniendo los Principales Errores de DFM en su Diseño de PCB

El análisis de DFM permite a los fabricantes revisar el diseño de la placa desde varios aspectos para modificar sus materiales, dimensiones y rendimiento de la manera más eficiente. Detecta los problemas de diseño instantáneamente y los rectifica bien antes de la producción. Un enfoque paso a paso del análisis de diseño para la fabricabilidad consiste en los siguientes atributos:

• Identificación de violaciones de diseño que afectarán el proceso de fabricación. 
• Determinación del proceso de fabricación preciso según la geometría y el requisito de material. 
• Inspección del diseño de la placa y determinación si la especificación se alineará con el producto terminado.
• Selección de materiales (según propiedades, resistencia física y textura) que dependen de las dimensiones de la placa.
• Asegurar que el diseño siga el cumplimiento regulatorio para cumplir con los estándares de calidad y fiabilidad.

Errores de DFM Principales

Los problemas comunes de DFM incluyen astillas, ruptura del anillo anular, trampa de ácido, etc. Vamos a echar un vistazo a las violaciones comunes y su prevención.

Prevención de Astillas

Las astillas son pequeñas cuñas de película seca resistente que exponen el cobre y crean cortocircuitos. Pueden ser conductivas (cobre) o no conductoras (resistencia de soldadura). Hay dos razones que conducen a la formación de astillas. El primer caso es cuando una característica larga y delgada del cobre o la máscara de soldadura se graba. Las astillas que se desprenden causan cortocircuitos durante la fabricación. En el segundo caso, las astillas se forman al cortar una sección de un diseño de placa demasiado cerca o demasiado profundo. La funcionalidad de una placa de circuito puede verse afectada negativamente por esto.

Solución:

Implementar un ancho mínimo de fotorresistencia para evitar este defecto. Aplicar el mismo espaciado de red (menos de 3 mils) o brecha de aire que se pueda eliminar o llenar. Un análisis de DFM adecuado es necesario para identificar posibles áreas donde podrían formarse astillas y resolver problemas si los hay.

Captura de CAM de astillas de cobre

Captura de CAM de astillas de máscara de soldadura

Astillas de cobre

Selección de Componentes

La selección de componentes debe realizarse en función de su disponibilidad, consideraciones de tiempo de entrega y monitoreo de partes obsoletas. Esto asegura que los componentes estén disponibles bien antes del inicio de la fabricación.

Determine los tamaños de los componentes y paquetes estudiando adecuadamente el BOM. Puede optar por componentes más grandes para resistencias y capacitores cuando haya suficiente espacio disponible. Por ejemplo, use un capacitor/resistor de tamaño 0603 o 0805 en lugar de un 0402/0201. La selección está influenciada por el voltaje, la corriente y la frecuencia. Cuando sea posible, elija paquetes más pequeños; de lo contrario, seleccione los más grandes. El uso excesivo de paquetes de componentes pequeños puede complicar el ensamblaje de la placa de circuito, lo que hace que la limpieza y la re-trabajo sean más difíciles.

Componentes pequeños en un PCB

Puntos de Prueba

DFM incluye puntos de prueba para todas las señales importantes para verificar la conectividad eléctrica después de construir la placa. Si se excluyen, será difícil verificar el producto final. Aquí hay algunos consejos para evitar posibles problemas de fabricación:

• Para facilitar la prueba, coloque todos los puntos de prueba en el mismo lado de la placa.
• Mantenga una distancia mínima de 0.100 pulgadas entre los puntos de prueba para aumentar la efectividad de la prueba. 
• Designe el área para componentes más altos.
• Distribuya todos los puntos de prueba uniformemente para un fácil acceso con múltiples sondas.
• Diseñe su disposición teniendo en cuenta las tolerancias de fabricación.

Vías y Perforación a Cobre

La perforación a cobre es la distancia desde el borde de un agujero perforado hasta la característica de cobre más cercana. Pero los diseñadores de PCB consideran la perforación a cobre desde el tamaño del agujero terminado (FHS) hasta la característica de cobre más cercana.

Los diseñadores siempre deben considerar el diámetro perforado (FHS + tolerancia de perforación) para determinar la distancia correcta. El diámetro de perforación se puede determinar a partir de la siguiente ecuación:

Tamaño del agujero terminado + tolerancia = diámetro de perforación

Normalmente, la distancia debería ser de 5-8 mils, pero depende del número de capas. Las herramientas de diseño de layout de tarjetas no tienen ninguna verificación de reglas de diseño (DRCs) específica para la perforación a cobre. Sin embargo, si utiliza un espaciado adecuado en su diseño, puede tener un espacio libre de 8 mils. Este es el atributo más importante a considerar al realizar un análisis DFM.

Distancia de seguridad de perforación a cobre

En los anillos anulares, puede ocurrir tangencia o ruptura cuando la broca no alcanza el punto deseado y se desplaza en el mismo eje. Esto causa interconexiones marginales y afecta la fiabilidad.

Ruptura del anillo anular

Aquí hay algunos consejos para evitar problemas de DFM que ocurren durante el taladrado:

• Incorpora áreas de anillo anular amplias en tu diseño adaptando tamaños de pad más grandes. Esto asegura una buena conductividad y facilita el taladrado de vías en el medio del pad.
• Verifica si los taladros metalizados tienen pads de cobre en todas las capas de cobre.
• Sierra Circuits recomienda un mínimo de 8 mils de distancia de taladro a cobre.
• Mantén una relación de aspecto mínima para prevenir la mala registración del taladro.
• Define el tipo de taladro (PTH/NPTH) y el conteo/tamaño del taladro.
• Asegúrate de que las características de cobre y los taladros quepan dentro del perfil de la placa.
• Diseña un anillo anular mayor o igual al tamaño mínimo de anillo anular (4 mils) que pueda ser fabricado por el proveedor/casa de fabricación.
• Agrega lágrimas para prevenir la ruptura del anillo anular en diseños complejos y anillos anulares más pequeños. 

El Número de Taladros Debe Coincidir con el Gráfico de Taladro

Es crucial que el número de taladros coincida con el gráfico de taladro. Un gráfico de taladro se incluye en el dibujo de fabricación. A veces, el gráfico de taladro no coincide con el conteo real de taladros. En ese caso, necesitarás modificar o regenerar el gráfico de taladro.

Ejemplo de gráfico de taladro PCB

Como un punto de diseño simple, trata de minimizar el número de diferentes tamaños de taladro utilizados en el diseño del PCB. Es mejor elegir uno o dos tamaños de vía que puedan manejar la mayoría de las transiciones de capa para señales, y posiblemente algunos otros que se utilizarán para agujeros de montaje o agujeros no metalizados.

Despejes

Hay tres tipos de despejes a observar en análisis DFM.

Despeje de borde:

Muchos diseñadores olvidan proporcionar un despeje adecuado entre el cobre y el borde del PCB. La proximidad del cobre al borde puede crear cortocircuitos entre capas adyacentes si se aplica corriente a ellas. Esto es resultado del cobre expuesto alrededor del perímetro de la placa. Es posible resolver este problema añadiendo despeje al diseño. Verifica las siguientes aproximaciones:

• Para capa externa: 0.010”
• Para capa interna: 0.015”

Espaciado de líneas:

El espaciado de líneas es la distancia mínima entre dos conductores. Depende de los materiales, el peso del cobre, las variaciones de temperatura y el voltaje aplicado. También depende de las capacidades del fabricante.

 

Despejes de máscara de soldadura:

• Mantén el despeje de la máscara de soldadura mayor que los pads de soldadura, excepto en el caso de pads definidos por máscara de soldadura.
• La mejor manera de prevenir puentes de soldadura es extender la apertura de la máscara sobre el pad de cobre o proporcionar alivio de barril (espacio de máscara de soldadura = tamaño del taladro + 3 mils).

Espacio de máscara de soldadura

Trampas de Ácido

Otro error de DFM a tener en cuenta es una trampa de ácido. Un diseño que incorpora ángulos agudos atraerá concentraciones de ácido a esa área. Esto puede resultar en trazas sobregrabadas y circuitos abiertos.

 

Evite colocar las trazas que llegan a los pads en ángulos agudos. Coloque las trazas a 45° o 90° en relación con los pads. Verifique que ninguno de los ángulos de las trazas haya creado trampas de ácido después de enrutar las trazas.

Revisiones de Serigrafía

La revisión de serigrafía involucra los diferentes atributos que influirán en el análisis de DFM y evitarán posibles errores. Aquí hay algunas pautas importantes:

Orientación: La serigrafía puede situarse sobre los pads, y esto debe verificarse ejecutando un DRC. La serigrafía también podría solaparse con un agujero de vía, aunque esto es aceptable si los vias están cubiertos. Esto puede ocurrir al rotar el texto y ajustar las marcas de designador de referencia de componentes. Recorte las marcas de designador de referencia que sobrepasen pads y vías para evitar solapamientos.

Asegúrese de que la orientación de su serigrafía sea consistente

Ancho de línea y altura del texto: Recomendamos un ancho de línea mínimo de 4 mils y una altura de texto de 25 mils para una fácil legibilidad. Siempre use colores estándar y formas más grandes para una buena representación. Típicamente, el tamaño debería ser de 35 mils (altura del texto) y 5 mils (ancho de línea). Si la placa no es densa y hay suficiente espacio para texto grande, use el siguiente tamaño:

En caso de que las especificaciones anteriores no funcionen para una placa de densidad media, use el siguiente tamaño:

Cuando el tamaño anterior no funcione, consulte lo siguiente: Para una placa de densidad media:

 

Método de impresión de serigrafía: El método específico influye en muchos parámetros de diseño como el tamaño, los espacios libres, etc., y elementos como pads, vías y trazas. Especifique estos de acuerdo con la impresión manual de serigrafía, la imagen fotográfica líquida y la impresión de leyenda directa.

Priorización de marcas: Priorice las marcas de serigrafía según la clasificación: requisitos reglamentarios, identificación del fabricante, ayudas de ensamblaje y ayudas de prueba.

Seguir las directrices de diseño para la fabricabilidad te ayuda a reconocer errores en las primeras etapas del diseño. Afortunadamente, el motor DRC en Altium Designer puede ayudarte a detectar estos problemas antes de proceder a la producción. Después de consultar con tu fabricante, puedes programar las restricciones mencionadas anteriormente en las reglas de diseño de tu PCB para asegurarte de poder detectar y corregir rápidamente los errores. Una vez que tu diseño esté listo para una revisión de diseño exhaustiva y para la fabricación, tu equipo puede compartir y colaborar en tiempo real a través de la plataforma Altium 365™. Los equipos de diseño pueden usar Altium 365 para compartir datos de fabricación y resultados de pruebas, y los cambios de diseño se pueden compartir a través de una plataforma en la nube segura y en Altium Designer.

Directrices de DFA para un Diseño de PCB Eficiente

Cada PCB que quiera convertirse en un dispositivo real necesitará ser ensamblado con un alto rendimiento. Se necesita una planificación estratégica para asegurar que la placa pueda ser ensamblada correctamente en el primer intento. Entender algunas directrices básicas de DFA puede ayudar a asegurar que tu diseño pase por el ensamblaje de fabricación con defectos mínimos y sin necesidad de retrabajo.

DFA es un proceso que consta de tres etapas. En la primera etapa, se toma en consideración el diseño del layout de la placa. Durante esta etapa, se tienen en cuenta la separación entre componentes, la dirección del soldado y la reducción de costos para el ensamblaje. En la etapa subsiguiente, los archivos Gerber o ODB++ se validan para las separaciones y orientación de los componentes, huellas y varios métodos de limpieza. En la etapa final, se identifican los requisitos para el soldado por ola, soldado por reflujo y soldado manual.

 

Objetivos de DFA

Estandarización

Cada diseñador de placas tendrá dificultades para prever los desafíos que podrían surgir al trabajar en un nuevo diseño de PCB. El principal objetivo de la estandarización es minimizar el nivel de incertidumbre utilizando partes y técnicas que han funcionado previamente. A continuación, se presentan un par de formas de asegurar la máxima estandarización en su diseño:

• Validar cuidadosamente la fuente de cada componente para asegurar la autenticidad de los componentes. Las fuentes no autorizadas aumentan el riesgo de retrasos, desinformación y partes falsificadas.
• Intenta reducir el número de paquetes de componentes únicos para facilitar el proceso de diseño para ensamblaje y minimizar posibles errores. Por ejemplo, si hay discrepancias entre el patrón de huella y el patrón de tierra, los ajustes de diseño necesarios se realizarán más rápidamente ya que el diseño tendrá menos patrones de tierra únicos.

Validación de Componentes

Cada diseñador de placas tendrá dificultades para prever los desafíos que podrían surgir al trabajar en un nuevo diseño de PCB. El objetivo principal de la estandarización es minimizar el nivel de incertidumbre utilizando partes y técnicas que han funcionado previamente. A continuación, se presentan un par de formas de asegurar la máxima estandarización en tu diseño:

Uno de los objetivos primarios de DFA es validar los componentes que van en la placa. Sigue las pautas mencionadas a continuación para ayudar a tu fabricante a ensamblar tu placa de manera eficiente:

 

Reduciendo Errores de Ensamblaje

DFA se enfoca principalmente en eliminar posibles errores de ensamblaje que puedan ocurrir. Aparte de los puntos discutidos anteriormente, los puntos a continuación permiten a los fabricantes fabricar placas de circuito con la funcionalidad deseada.

• Adhiérete a las dimensiones, espaciamientos y tolerancias para los agujeros perforados que estén dentro de las capacidades de tu fabricante. Esto también asegura la fabricabilidad de tu diseño de PCB.
• Siga las holguras y tolerancias que estén dentro de las capacidades de su CM. 
• Siga las reglas de holgura del borde de la placa.
• Asegúrese de que la forma de la placa permita una panelización óptima.
• Incorpore alivios térmicos donde sea necesario.

Estándares DFA

Como se discutió en las secciones anteriores, conocer los estándares DFA le ayuda a diseñar una placa de manera eficiente y rentable. En esta sección, le guiaremos a través de algunas normas críticas de DFA.

Orientación de Componentes con Marcas de Polaridad

La orientación de los componentes es uno de los factores más importantes a considerar durante la etapa de preensamblaje. Para un ensamblaje sin problemas, es esencial seguir técnicas claras y explícitas de orientación. Solo como un ejemplo, considere los diodos, que tendrán una polaridad definida. Asegúrese de que el símbolo esquemático y la serigrafía tengan una marca de polaridad adecuada que sea visible después de la colocación. Esto hará que el proceso de inspección sea más fácil, y facilita la prueba o depuración.

 

El símbolo puede ser posicionado entre los dos pines para componentes de montaje a través del orificio, pero debería ser colocado al lado del dispositivo para partes de montaje superficial. Dado que estos símbolos pueden ocupar mucho espacio, una barra sobre el pad del cátodo o una simple indicación de A (ánodo) o K (cátodo) sería suficiente para placas HDI.

Siempre agrupa componentes similares e intenta colocarlos con la misma orientación si es posible. Esto facilita un proceso de ensamblaje rápido. Por ejemplo, todos los QFPs pueden ser colocados en fila con el pin 1 en la misma esquina para cada IC.

 

Requisitos de Espaciado

El espaciado entre los componentes afecta los requisitos de tiempo del proceso de PCBA. En esta sección, vamos a ver los estándares de espaciado recomendados para asegurar la calidad del proceso de ensamblaje.

Espaciado de Parte a Borde

La separación entre piezas y el borde es la distancia desde un componente dado en la placa hasta su borde. Este factor juega un papel importante durante la depanelización. Durante este proceso, los componentes cerca del borde de la placa estarán sujetos a estrés que podría afectar las uniones de soldadura. Recomendamos una separación de 125 mil entre el borde de la placa y el SMD colocado en el lado superior de la placa de circuito, pero su fabricante podría proporcionar diferentes permisos en su proceso.

A veces, los fabricantes aumentan aún más la separación entre el componente y el borde de la placa en el lado inferior de la misma. Esto reduce la posibilidad de daño en los componentes SMT durante la aplicación de pasta de soldar.

Las pistas de cobre también pueden ser trazadas más cerca del borde de la placa. Esto permite un espacio para la máscara de soldadura y previene la invasión del pad. Las pistas, el vertido de cobre y las partes insertadas manualmente deben estar espaciadas al menos 10 mils del borde de la placa. Los agujeros castellados son un tipo de diseño que requiere chapado de cobre en el borde de la placa. Para lograr el chapado de cobre deseado, tales diseños requerirán un gasto adicional y más tiempo de entrega.

 

Separación entre Pieza y Agujero

El espaciamiento entre los componentes afecta los requisitos de tiempo del proceso de ensamblaje de PCBA. En esta sección, echaremos un vistazo a los estándares de espaciamiento recomendados para asegurar la calidad del proceso de ensamblaje.

• Distancia de parte a pared del agujero: Esto se mide desde el borde real del agujero hasta el borde del pad
• . Esto también es conocido como distancia de perforación a cobre. El espaciamiento mínimo requerido es de aproximadamente 8 mils.
• Distancia de parte a anillo anular: Esto se mide desde el borde del anillo anular del agujero hasta el borde del pad. El espaciamiento mínimo requerido es de aproximadamente 7 mils.

Espaciamiento de parte a agujero

Estándares de ensamblaje IPC

Aquí están algunos de los otros estándares de ensamblaje IPC a los que se adherirá su CM durante el ensamblaje de las placas.

• IPC-A-600: IPC-A-600, comúnmente conocido como IPC-600, especifica el nivel de criterios de aceptación para cada categoría de producto. Define los requisitos deseables, permisibles y no negociables de las placas. 
• IPC/WHMA-A-620C: Describe el estándar para materiales, procedimientos, pruebas y criterios de aceptabilidad para ensamblajes de cables y arneses. 
• IPC-A-630: Define los estándares para carcasas electrónicas. Este estándar se emplea cuando su CM ensambla y lleva a cabo el proceso de inspección.

Defectos Comunes de Ensamblaje

Esta sección detalla los defectos y problemas que ocurren con mayor frecuencia durante el PCBA. Los fabricantes emplean muchos métodos de control de calidad para evitar estos defectos, y algunos de esos métodos se mencionan en las subsecciones a continuación. 

Tombstones

Un tombstone, también conocido como el efecto Manhattan, se refiere al caso en que un componente SMD se desprende parcial o totalmente de su almohadilla de aterrizaje. Esto es más común en pasivos SMD pequeños (paquetes de 0603 o menores) y ocurre debido a desequilibrios de fuerza durante el soldado por reflujo.

Maneras de prevenir el tombstoning:

• Asegurar alta precisión en los componentes y una alta temperatura de precalentamiento.
• Evitar exposiciones a altas temperaturas y humedad.
• Extienda la zona de remojo para equilibrar la fuerza de mojado en ambos pads antes de que la pasta alcance el estado fundido.

 

Puentes de Soldadura

Los puentes de soldadura ocurren cuando la soldadura se aplica entre dos conductores que no deberían estar eléctricamente conectados. Estas conexiones no deseadas se conocen como cortocircuitos.

Formas de prevenir puentes de soldadura:

• Asegure una alta precisión de componentes y una alta temperatura de precalentamiento.
• Evite exposiciones a altas temperaturas y humedad.
• Extienda la zona de remojo para equilibrar la fuerza de mojado en ambos pads antes de que la pasta alcance el estado fundido.

 

Vacíos de Soldadura

Los espacios vacíos o agujeros dentro de la unión de soldadura se conocen como vacíos de soldadura. Un vacío de soldadura se crea cuando no hay suficiente soldadura disponible para establecer una conexión. El vacío de soldadura típicamente consiste en aire. 

Formas de prevenir la formación de vacíos de soldadura:

• Aumente el canal de desgasificación, permitiendo que los gases escapen de la placa. 
• Intente usar pasta de soldadura sin plomo.

 

Métodos de Inspección

Una vez que la placa de circuito está poblada, los fabricantes pueden realizar múltiples inspecciones y procedimientos de control de calidad.

Inspección óptica automatizada (AOI)

La inspección óptica automatizada (AOI) es un método eficiente y preciso para detectar errores de ensamblaje de PCB antes de que las placas salgan de la instalación de producción. Este método utiliza cámaras de alta resolución y software avanzado de procesamiento de imágenes para identificar errores de ensamblaje como componentes faltantes o mal colocados, puentes de soldadura, bolas de soldadura o tombstones.

 

Inspección por Rayos X

La AXI (inspección automática por rayos X) es un enfoque popular para detectar defectos ocultos en ICs y BGAs. La fuente de escaneo en este sistema es un rayo X. Se puede utilizar para identificar grandes vacíos y fracturas. Este enfoque permite el acceso no destructivo a geometrías interiores y composiciones estructurales. AXI captura imágenes de la misma manera que AOI. La única diferencia es que AOI escanea con una fuente de luz, mientras que AXI escanea con rayos X.

Imagen de inspección por rayos X 2D

Las directrices de DFA están diseñadas para asegurar un alto rendimiento y un mínimo de retrabajo después del ensamblaje. Puedes implementar estas y muchas otras directrices de DFA antes de pasar a la producción utilizando el motor DRC en Altium Designer. Después de consultar con tu fabricante, puedes programar las restricciones mencionadas anteriormente en las reglas de diseño de tu PCB para asegurarte de poder detectar y corregir errores rápidamente. Una vez que tu diseño esté listo para una revisión de diseño exhaustiva y para la fabricación, tu equipo puede compartir y colaborar en tiempo real a través de la plataforma Altium 365™. Los equipos de diseño pueden usar Altium 365 para compartir datos de fabricación y resultados de pruebas, y los cambios de diseño se pueden compartir a través de una plataforma en la nube segura y en Altium Designer.

Comunicando las Necesidades del Apilamiento de Capas de PCB a los Fabricantes

En el negocio del diseño de PCB, comunicar las necesidades a los fabricantes y proveedores es una prioridad principal. El contexto de nuestras solicitudes a veces se pierde ya sea por no proporcionar la información correcta, no listar suficiente información o no dar ninguna información. Aunque el diseñador de PCB experimentado puede tomar medidas para especificar todo lo que quiere ver en su apilamiento de PCB, eventualmente el fabricante manejará esa decisión en un esfuerzo por equilibrar los materiales disponibles con las capacidades de procesamiento y el rendimiento.

Los apilamientos describen más que la construcción básica del PCB; integrados en el apilamiento se encuentran muchas otras consideraciones de diseño definidas por las propiedades de los materiales de su núcleo y materiales dieléctricos. Para asegurar que su diseño sea compatible con las capacidades de su fabricante, existencias de materiales y requisitos de impedancia, los diseñadores tienen que asegurarse de que sus requisitos de apilamiento estén claramente definidos. Si sigues mi consejo al crear inicialmente el diseño, y preguntas inicialmente a tu fabricante qué apilamientos tienen disponibles, entonces estarás en buena forma. Si diseñas alrededor de ese apilamiento de capas, entonces trabajar con tu fabricante será mucho más fácil.

¿Qué pasa si tienes un diseño existente y necesitas producirlo en cualquier lugar con conjuntos de materiales compatibles? ¿Cómo puedes reducir el riesgo de que la placa que recibes no cumpla con tus requisitos? Eso es lo que veremos en este artículo. Si sigues algunos de estos consejos, estarás diseñando CON la fabricación, no solo diseñando PARA la fabricación.

Asegúrate de que las Necesidades del Apilamiento de Capas del PCB Estén Especificadas

Como mencioné anteriormente, en la iteración inicial de un diseño, típicamente es posible obtener un apilado estándar y usarlo en su diseño. Esta es la forma más rápida de diseñar su prototipo y ponerlo en producción. La otra opción es al menos diseñar su propio apilado con materiales que seleccione, y luego calificar esto con su casa de fabricación. Ellos le dirán si pueden producirlo o no, y usted puede decidir cómo proceder desde allí (ya sea rediseñar el apilado o enviarlo a otro lugar).

Cuando el diseño ya está terminado, es un poco diferente. Cuando va a producir el diseño, debe asegurarse de que el fabricante de la placa desnuda pueda cumplir con múltiples especificaciones, incluyendo:

• Características de las capas - Esto incluye los grosores de las capas, el peso del cobre, el tipo de lámina de cobre (tratado al revés, electrodepositado, cobre laminado, aditivo, etc.) y la construcción/estilo de tejido del laminado.
• Requisitos dieléctricos e de impedancia - Si tiene una especificación de impedancia (tanto para señales como para potencia) que necesita cumplir, entonces necesita especificar la constante dieléctrica en sus capas junto con los grosores de las capas y el cobre.
• Sustituciones y tolerancias permitidas - Aquí es donde su fabricante puede ver lo que les ha dado permiso para modificar con el fin de asegurar que el diseño se pueda producir de manera confiable en cualquier lugar.

No hablamos a menudo sobre el Punto #3 y en su lugar nos centramos en DFM como parte de los Puntos #1 y #2. Si puedes tener en cuenta los posibles cambios necesarios en tu apilado de capas de PCB en el Punto #3, puedes eliminar el riesgo de recibir placas que no cumplan con tus especificaciones.

Para asegurarte de que tus necesidades de apilado de capas de PCB se cumplan, tienes un documento importante que puedes usar para especificar los requisitos de tu placa de circuito: tu dibujo de fabricación de PCB. Querrás usar tanto un dibujo de apilado como tus notas de fabricación para comunicar a tu fabricante los requisitos de apilado de capas de tu PCB.

Comienza con un Dibujo o Tabla de Apilado de Capas de PCB

Dentro de su dibujo de fabricación, puede especificar de inmediato la mayoría de los requisitos para su apilado con un dibujo de apilado de capas. Esta es la forma más sencilla de comunicar a su casa de fabricación los requisitos básicos que desea ver en su placa. El ejemplo a continuación es un diseño para una placa de 4 capas que podría usarse para una PCB de alta velocidad, un módulo regulador de potencia, una placa de microcontrolador u otra placa de propósito general.

Ejemplo de dibujo de apilado de capas de PCB en un dibujo de fabricación. Esto fue creado en Draftsman.

Ejemplo de dibujo de apilado de capas de PCB en un dibujo de fabricación. Esto fue creado en Draftsman. A partir de este dibujo, ya podemos ver varias especificaciones importantes que su casa de fabricación necesitará cumplir:

• Espesor y cantidad de capas
• Peso del cobre en cada capa 
• Conjunto de materiales específicos (ITEQ IT-180BS/IT180C en este caso)
• Extensión de archivo Gerber correspondiente a cada capa

A veces, cuando recibo listas de requisitos de los clientes, estos puntos se compilarán en un documento de apilamiento. Al enviar los resultados de su diseño a su fabricante, está bien incluir un documento de apilamiento u otro documento de requisitos como parte del paquete de archivos, pero esta información también debe reflejarse en un dibujo de fabricación. La mejor manera de hacer esto es con un dibujo de apilamiento como se muestra arriba.

¿Qué pasa con la impedancia y las propiedades dieléctricas? Si estás diseñando con un conjunto específico de materiales en mente, entonces no necesitas listar estos explícitamente, aunque estos pueden incluirse en tu dibujo de apilamiento de capas de PCB. Para asegurar que tu casa de fabricación esté teniendo en cuenta estas tolerancias en tu diseño, tendrás que especificar tolerancias aceptables en los anchos de traza y los espesores de capa.

Tolerancias en Tu Apilamiento y Anchuras de Trazas

Para asegurarte de alcanzar un objetivo de constante dieléctrica, un objetivo de propiedad térmica/química, o un objetivo de impedancia (asumiendo que has especificado esto), hay tres maneras de proceder en tu diseño:

• Antes de realizar cualquier trabajo de diseño, consigue la aprobación de tu apilado por parte de tu casa de fabricación. Si lo aprueban, asegúrate de que especifiquen un ancho de traza para tu valor de impedancia basado en datos de impedancia controlada. Si diseñas teniendo en cuenta este ancho de traza y apilado de capas, entonces sabrás que las especificaciones que proporcionas en tu dibujo de fabricación producirán el comportamiento eléctrico deseado.
• Especifica la conformidad con la hoja de corte IPC para cualquier material compatible que se vaya a utilizar en el apilado de la PCB. Necesitas conocer una hoja de corte deseada para una selección inicial de material. • Permite que el fabricante ajuste los anchos de traza según sea necesario para acomodar cualquier 
• cambio de material utilizado en el apilado de la PCB. No necesitas especificar una hoja de corte o nombre de material específico, aunque eres libre de hacerlo en tus notas de fabricación. 

La opción #1 asegura que tu placa será precisa, pero solo en fabricantes que ofrezcan solo tu conjunto específico de materiales. Las opciones #2 y #3 son más generales, e intentan cubrirte en todas partes, pero es posible que tengas que solicitar que se implemente el control de impedancia durante la fabricación.

La implementación de la Opción #2 es sencilla en tus notas de fabricación. La imagen a continuación muestra un ejemplo de nota de fabricación que indica claramente a qué hoja de especificaciones debe ajustarse tu conjunto de materiales (nota 16.C, delineada en rojo). Ten en cuenta que esto puede implementarse incluso si no se necesita control de impedancia.

Esta nota de fabricación especifica la conformidad con la hoja de especificaciones para que el fabricante solo intercambie con conjuntos de materiales compatibles.

Dentro de la Opción #3, tu casa de fabricación podría necesitar ajustar un poco estas especificaciones. Necesitarás especificar las tolerancias permitidas en el grosor de las capas y el ancho de las pistas en tus notas de fabricación. El ejemplo a continuación muestra cómo esto puede especificarse como una tolerancia permitida para la casa de fabricación. El cuadro rojo define el objetivo de impedancia nominal implementado en el diseño tal como se suministra inicialmente a la casa de fabricación. El cuadro azul especifica las tolerancias permitidas en el ancho de las pistas y el grosor de las capas

Estas dos notas de fabricación permiten al fabricante ajustar la geometría de las pistas o capas para que se pueda alcanzar un objetivo de impedancia dentro de la tolerancia especificada en la Nota 18.A.

Al hacer esto, estás teniendo en cuenta que los materiales que utiliza una casa de fabricación pueden tener una constante dieléctrica diferente a la que usaste en tu diseño. Debido a que no siempre podrán alcanzar la constante dieléctrica requerida, tendrán que ajustar el trazo para compensar cualquier diferencia importante que lleve la impedancia fuera de la especificación definida en la Nota 18.A.

Cuando estés listo para compilar la documentación de tu diseño de PCB y enviar tu paquete de archivos de fabricación a producción, utiliza las herramientas de dibujo automatizadas en el paquete Draftsman incluido en Altium Designer®. Una vez que estés listo para liberar tus datos de fabricación a tu fabricante, puedes compartir y colaborar fácilmente en tus diseños a través de la plataforma Altium 365™. Todo lo que necesitas para diseñar y producir electrónica avanzada se puede encontrar en un solo paquete de software.

¿Qué valor de expansión de la máscara de soldadura debes usar?

La capa de máscara de soldadura sella la PCB y proporciona una película protectora sobre el cobre en las capas superficiales. La máscara de soldadura necesita ser retirada de las almohadillas de aterrizaje en la capa superficial para que haya una superficie donde los componentes puedan ser montados y soldados. Esta eliminación de la máscara de soldadura de una almohadilla en la capa superior debe extenderse cierta distancia alrededor del borde de la almohadilla, creando almohadillas NSMD o SMD para sus componentes.

¿Hasta qué punto debe retirarse la expansión de la máscara de soldadura para evitar un defecto de ensamblaje y asegurar que haya suficiente área para soldar? Resulta que, con componentes cada vez más pequeños y diseños de mayor densidad siendo la norma, la expansión de la máscara de soldadura puede crear pequeñas láminas de máscara de soldadura que quedarán en la capa superficial. En algún momento, la lámina mínima permitida de máscara de soldadura y la expansión requerida de la máscara de soldadura se convierten en reglas de diseño competitivas; es posible que no pueda satisfacer ambas reglas simultáneamente.

Equilibrando la Expansión de la Máscara de Soldadura y las Láminas

Tamaño del Perímetro de la Almohadilla vs. Tolerancia de Desalineación

Esta es la razón principal para aplicar una expansión positiva de la máscara de soldadura, lo que crea un pad no definido por máscara de soldadura (NSMD, por sus siglas en inglés). La justificación para esto tiene que ver con el proceso de grabado del cobre; siendo el grabado del cobre un proceso químico húmedo, en realidad tiene mayor precisión que la aplicación de la máscara de soldadura. Por lo tanto, para asegurar que toda el área del pad esté siempre expuesta, aplicamos una expansión de la máscara de soldadura suficientemente grande alrededor del pad.

La menor precisión del proceso de aplicación de la resistencia de soldadura puede crear un desajuste, donde la máscara de parada de soldadura no coincide perfectamente con la ubicación donde está definida en su diseño de PCB. Sin embargo, si la expansión de la máscara de soldadura es lo suficientemente grande, compensará el desajuste y el pad aún puede ser completamente visible a través de la máscara de soldadura. La recomendación más pequeña sobre expansión de la máscara de soldadura que he visto es de 3 mils en todos los lados del pad, lo que compensará un desajuste de aproximadamente 2 mils.

Este pad tiene una pequeña cantidad de desajuste de la máscara de parada de soldadura.

¿Qué pasa si tus almohadillas ya son suficientemente grandes? En ese caso, podrías justificar el uso de un valor de expansión de la máscara de soldadura más pequeño. En este caso, si usas una expansión menor con almohadillas más grandes, todavía estás asegurado de tener un área de almohadilla expuesta suficientemente grande incluso si hay algún desajuste de registro. En cualquier caso, también tienes que considerar la necesidad de presas de soldadura entre almohadillas/vías cercanas.

 

Tamaño Mínimo de la Presa de Soldadura

El tamaño mínimo de la lámina de resistencia a la soldadura limitará la apertura de expansión de la máscara de parada de soldadura que puedes aplicar para un paso de plomo dado. Si el paso de plomo es lo suficientemente grande, entonces siempre puedes aplicar una gran expansión de la máscara de soldadura sin preocuparte por alcanzar un límite de la presa de soldadura. Cuando el paso de plomo se reduce, o cuando los componentes se empaquetan muy juntos, podrías violar el tamaño mínimo de la lámina de la máscara de soldadura. En ese caso, necesitas decidir si prefieres compensar el desajuste de registro o asegurarte de que siempre haya alguna presa de soldadura. En componentes de paso fino, prefiero lo segundo.

Estas ubicaciones violarán las limitaciones del fabricante en cuanto al tamaño mínimo de la presa de soldadura. Los defectos de ensamblaje podrían prevenirse aplicando algo de espacio extra entre las almohadillas para diferentes componentes.

Debido a que la red de la máscara de parada de soldadura necesita tener al menos aproximadamente 3 mils para adherirse a la superficie de un sustrato de PCB, generalmente puedes ajustar una mínima expansión de la máscara de soldadura alrededor de un pad cuando el pitch del pad es de 20 mils o más. Si estás observando leads internos (como bolas internas en una huella BGA), es apropiado usar pads SMD y colocar pequeñas barreras entre los pads y las vías.

¿Deberías dejar que tu casa de fabricación decida?

Si simplemente estableces una regla de diseño general y aplicas una expansión de 0 mil o 1 mil para poder cumplir con tu requisito de densidad, tu fabricante podría aplicar un valor de expansión adicional. Si hacen esto, podrían no informarte sobre ello; deberías esperar que una casa de fabricación pueda aplicar esto para superar el desajuste de registro entre la plantilla de la máscara de parada de soldadura y los pads en la capa superficial.

Mi preferencia ha sido establecer la máscara en 0 mil en la mayoría de los proyectos por dos razones:

• A menos que esté lidiando con un diseño de muy alta densidad, las huellas que estamos usando para la mayoría de los componentes tendrán pads lo suficientemente grandes como para que la cantidad típica de desajuste de registro no reduzca significativamente el área de soldadura en el pad.
• Ya sé que el fabricante aumentará la expansión de la máscara de soldadura porque trabajo con un número limitado de casas de fabricación; conozco su proceso y tendré la oportunidad de verificar exactamente lo que quieren modificar cuando me envíen su informe DFM.

El punto #2 debería ilustrar la razón por la cual deberías tener un conjunto preferido de compañías de fabricación/ensamblaje que uses, y deberías entender su proceso. Mi empresa tiene varios socios de fabricación que usamos exclusivamente para proyectos de clientes de bajo y medio volumen. Sabemos qué esperan y la retroalimentación que podríamos recibir después de una revisión inicial de DFM/DFA.

Si realmente quieres comunicar tus intenciones a tu fabricante, haz tus intenciones claras en tu dibujo de fabricación. Añade una nota a tu dibujo de fabricación que indique que el fabricante tiene permiso para modificar las aberturas de resistencia de soldadura dentro de un cierto rango (quizás +/- 3 mils). La otra opción es poner una tolerancia especificada en tu expansión de máscara de soldadura, y luego especificar un ancho mínimo de separación. Solo ten en cuenta que podrían devolverte la placa si tu tolerancia es demasiado ajustada, momento en el cual podrías necesitar relajar el requisito de tolerancia.

La nota 10 en estas notas de fabricación especifica qué nivel de expansión de la máscara de soldadura estoy dispuesto a tolerar en este diseño. En este caso, he especificado que prefiero que las aperturas de la máscara de soldadura coincidan con el tamaño del pad.

Una vez que hayas determinado la expansión mínima de la máscara de soldadura y el fragmento que necesitas para evitar problemas de ensamblaje, puedes usar las herramientas CAD en Altium Designer® para definir tus patrones de tierra y huellas. Tú y tu equipo podrán mantenerse productivos y colaborar de manera eficiente en diseños electrónicos avanzados a través de la plataforma Altium 365™. Todo lo que necesitas para diseñar y producir electrónica avanzada se puede encontrar en un solo paquete de software.

¿Es impreso o un componente? Todo sobre los puntos de prueba en PCB

Los puntos de prueba en tu ensamblaje electrónico te darán una ubicación para acceder a componentes y tomar medidas importantes para verificar la funcionalidad. Si nunca has usado un punto de prueba o no estás seguro de si necesitas puntos de prueba, sigue leyendo para ver qué opciones tienes para el uso de puntos de prueba en tu diseño de PCB.

Puntos de Prueba en PCB como Componentes y Elementos Impresos

Muy simplemente, los puntos de prueba de PCB pueden colocarse intencionalmente como elementos impresos en un diseño, como un pad desnudo o una vía con conexión a una traza/plano internos. Luego, estos pueden ser accedidos con un dispositivo de prueba durante el ensayo eléctrico, como la prueba eléctrica básica (continuidad), prueba en circuito, o una prueba de sonda volante sin fijación. Incluso si no colocas intencionalmente puntos de prueba como pads u otros dispositivos en tu diseño de PCB, aún puedes definir conductores específicos como puntos de prueba.

¿Necesita cada diseño puntos de prueba? No necesariamente; para un prototipo, es mejor tomarse el tiempo para realizar pruebas funcionales manualmente para que puedas identificar más fácilmente cualquier fallo. Podrás ver y tocar las tarjetas e instrumentos con los que estás trabajando, por lo que será mucho más fácil identificar problemas durante las pruebas. Si estás escalando de alguna manera y has evaluado a fondo tus requisitos de prueba, entonces es mejor colocar puntos de prueba para pruebas en circuito o funcionales con tu fabricante, de esta manera ellos pueden automatizar esas pruebas funcionales básicas en la línea.

En cuanto a qué son los puntos de prueba, pueden colocarse como componentes, almohadillas, vías u otros elementos impresos en su placa. Los puntos de prueba también pueden etiquetarse para acceder durante la fabricación o el ensamblaje en su software de diseño. Ahora, veamos algunas de las opciones que tiene para los puntos de prueba en el diseño de su PCB.

 

Puntos de Prueba: Almohadillas y Vías

Una cosa que puede hacer es colocar intencionalmente una almohadilla a lo largo de un interconector o en algún lugar de un bus como un punto de prueba. También podría colocar esto como una vía para que las capas internas puedan ser fácilmente accesibles. Estos podrían colocarse a lo largo de un trazo (en serie) o al costado como un pequeño ramal. Para señales digitales de baja velocidad y analógicas de baja frecuencia (incluso si se controla la impedancia, esto no será un problema de integridad de señal. Las pruebas más especializadas con señales de alta velocidad/alta frecuencia necesitarán una estructura de prueba específica con impedancias controladas y coincidentes en cada puerto; tenga esto en cuenta antes de ir y colocar puntos de prueba sobre cada interconexión.

Es común colocar un arreglo de puntos de prueba alrededor de un procesador grande para que se puedan acceder a redes importantes (PWR, GND, configuración, etc.) durante las pruebas.

Componentes de Punto de Prueba

Algunas empresas fabrican y venden componentes de punto de prueba que pueden montarse directamente en su PCB. A continuación, se muestra un ejemplo de Keystone. Este componente se definirá en su esquemático como un componente de 2 terminales y se colocará en el diseño como cualquier otro componente de montaje superficial (SMD) o de orificio pasante. También están disponibles componentes SMD.

Ejemplo de punto de prueba (Keystone 5001)

Estos componentes son excelentes para conectar una sonda y tomar mediciones de una forma de onda. Note que estos solo tienen un punto de conexión. Si ha conectado este punto de prueba en serie con la interconexión objetivo, puede usar este componente para medir la forma de onda de voltaje en la interconexión objetivo (es decir, con un osciloscopio). A frecuencias bajas a moderadas (por debajo de 1 GHz) y tiempos de subida (por encima de 10-20 ns), puede usar una conexión directa con su sonda para tomar su medición, y no tendrá que preocuparse por la impedancia del punto de prueba o las reflexiones siempre que la frecuencia sea lo suficientemente baja. Esto hace que estos componentes sean buenos para acceder a formas de onda importantes como el control de motores, analógicas de baja frecuencia, buses digitales más lentos (I2C o SPI, por ejemplo), o GPIOs en su MCU durante las pruebas funcionales.

Combinar y Compatibilizar

En general, puedes combinar diferentes tipos de puntos de prueba según tus necesidades. Las mejores prácticas indicarían colocar un componente de punto de prueba o un accesorio de prueba específico en la placa si necesitas acceder a una interconexión o forma de onda durante las pruebas funcionales. De lo contrario, para pruebas en circuito, pruebas con sonda volante o pruebas de continuidad, deberías colocar pads o vías para tocar puntos específicos en tu placa. Los puntos de prueba que no se colocan como pads específicos o accesorios normalmente se definen en vías específicas, pads de componentes, conexiones de alimentación/GND, u otros conductores expuestos en la PCB fabricada.

Los componentes de punto de prueba se pueden colocar en la misma placa que los puntos de prueba para fabricación o ensamblaje.

Más Pruebas Especializadas

Lo que hemos mostrado aquí está destinado para pruebas en circuito durante la fabricación/ensamblaje, así como para probar la PCB con una sonda para observar una forma de onda o nivel. Para algo más especializado, como una medición de impedancia altamente precisa o medición de respuesta al impulso, los simples puntos de prueba en la PCB con una conexión de conductor simple (ya sea mecánicamente fija o soldada) podrían no darle los resultados que espera. Se necesitan accesorios de prueba más sofisticados para conectar el acceso a su punto de prueba en la PCB a su generador de señales o analizador. Un ejemplo es el diseño 2x-thru como especificado en la norma IEEE P370.

A menudo, cuando se diseña un interconector especializado para su uso en un sistema de alta frecuencia o alta velocidad, la estrategia es construir una placa de prueba que sostenga el interconector y sus conectores. Si especifica impedancia controlada para su fabricante, ellos no probarán diseños de interconexión especializados (como un guía de ondas) ya que no tendrán un cupón de prueba que tenga su interconexión específica. Los tipos de líneas de transmisión estándar están bien, pero algo más especializado requiere que construya el cupón de prueba usted mismo, o que proporcione los archivos de diseño para el cupón de prueba a su casa de fabricación de PCB para que puedan probarlo.

Para algunas mediciones de PDN de baja impedancia con impulsos cortos o barridos de frecuencia por debajo de unos 10 GHz, puedes simplemente usar conexiones coaxiales para sondas de prueba que toquen los pads de punto de prueba de tu PCB para hacer una conexión de baja impedancia. Si estás realizando mediciones en el dominio de la frecuencia para obtener parámetros de red, ten en cuenta las fuentes de error relacionadas con tu selección de referencia. He cubierto esto en otro lugar en lo que respecta a la integridad de potencia, como lo han hecho otros expertos que se especializan en mediciones de parámetros S de baja impedancia.

Cuando necesites colocar un punto de prueba en un PCB como un elemento impreso, conexión de sonda o un accesorio de prueba especializado, utiliza el conjunto completo de características de diseño en Altium Designer®. El completo conjunto de herramientas de gestión de puntos de prueba y la utilidad Draftsman pueden ayudarte a especificar tu punto de prueba y los requisitos de rendimiento para tu producto. Cuando hayas terminado tu diseño y quieras liberar archivos a tu fabricante, la plataforma Altium 365™ facilita la colaboración y el compartir tus proyectos.

ACERCA DE ALTIUM

Altium LLC (ASX: ALU) es una corporación de software multinacional con sede en San Diego, California, que se enfoca en sistemas de diseño electrónico para diseño de PCB en 3D y desarrollo de sistemas embebidos. Los productos de Altium se encuentran en todas partes, desde equipos de diseño electrónico líderes en el mundo hasta la comunidad de diseño electrónico de base.

Con una gama única de tecnologías, Altium ayuda a las organizaciones y comunidades de diseño a innovar, colaborar y crear productos conectados mientras se mantienen dentro de los plazos y presupuestos. Los productos proporcionados son Altium Designer®, Altium Vault®, CircuitStudio®, PCBWorks®, CircuitMaker®, Octopart®, Ciiva® y la gama TASKING® de compiladores de software embebido.

Fundada en 1985, Altium tiene oficinas en todo el mundo, con ubicaciones en EE. UU. en San Diego, Boston y Nueva York, ubicaciones europeas en Karlsruhe, Amersfoort, Kiev y Zug y ubicaciones en Asia-Pacífico en Shanghái, Tokio y Sídney. Para más información, visita www.altium.com. También puedes seguir y participar con Altium a través de Facebook, Twitter y YouTube.
 

Descargar PDF