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    El Valor de las Reglas de Diseño

    Jesus Castane
    |  August 9, 2019

    El objetivo del diseñador es producir un PCB que cumpla con todos los requerimientos definidos según las especificaciones del producto. Estos requerimientos deben ser transformados en reglas de diseño para poder automatizar su comprobación y asegurar un diseño satisfactorio.

    ¿Por qué las reglas de diseño son necesarias? 

    Las reglas de diseño limitan la libertad que nos ofrece la herramienta ECAD con el fin de asegurar que el diseño cumpla con los requerimientos establecidos. Por ejemplo, aseguran que las pistas tengan la suficiente separación para que no se produzcan cortocircuitos durante el proceso de fabricación. 

    La regla de diseño de tipo Electrical Clearance comprueba la distancia mínima entre los objetos eléctricos. 

    Las reglas deben definirse durante las primeras etapas de diseño, incluso, antes de empezar con el posicionamiento de componentes y trazado de pistas. Así se evita la necesidad de rediseño.

    Altium Designer permite la definición de una gran variedad de tipos de reglas, reglas de tipo eléctrico, fabricación, high speed...

    El editor de reglas de Altium Designer. 

    Al igual que los requerimientos, la definición de reglas debe considerar diferentes aspectos del diseño de PCB. Los procesos de fabricación y ensamblaje tienen unas capacidades y tolerancias que han de cumplirse y que definen las reglas de tipo “Manufacturing” y “Testpoint”. La pistas de señales de alta velocidad deben tener unas características físicas determinadas que se definen con las reglas de tipo “Routing”, “High Speed” y “Signal Integrity”. Con reglas de tipo “Placement” se evitan colisiones entre diferentes componentes..

    No es necesario definir una regla de cada tipo. Es responsabilidad del diseñador decidir qué reglas son necesarias y suficientes para que el diseño cumpla con los requerimientos.  Consideremos tres reglas como muestra.

    1.- Regla tipo “Electrical Clearance” 

    Se trata de una de las reglas más básicas y más comúnmente usadas. Comprueba la distancia entre los objetos eléctricos. Debe cumplir al menos con la distancia mínima que el fabricante pueda conseguir en su proceso.

    Definición de la regla Electrical Clearance. 

    2.- Regla tipo “Minimum Solder Sliver

    Una de las reglas más importantes y sin embargo más subestimadas. Comprueba que la separación entre aperturas de la capa solder mask cumpla con un valor mínimo. Por lo general, los fabricantes definen una separación mínima de 0.1mm. 

    Definición de mínimo solder mask sliver de los fabricantes Lab-Circuits y Zubelzu. A pesar de usar diferente terminología hacen referencia al mismo parámetro. Esto es común entre diferentes fabricantes y el diseñador debe ser capaz de interpretar los datos correctamente.

    Definición de la regla Minimum Solder Mask Sliver. 

    Esta regla permite un ensamblaje SMT satisfactorio ya que asegura que exista una “barrera” de solder mask entre diferente aperturas. Así se evita una posible migración de la pasta de soldadura durante el proceso de reflow que podría provocar defectos en el ensamblaje. En la imagen inferior se muestra la capa solder mask. Se aprecia cómo existe una barrera de solder mask entre pines adyacente. La anchura de la barrera es menor a la definida en la regla y por tanto se obtienen errores, (éstos se muestran con pequeñas flechas blancas).

    Errores debidos a la regla tipo “Minimum Solder Mask Sliver”

    3.- Regla tipo “Component Clearance

    Esta regla verifica la distancia entre los cuerpos de los componentes. Se define en 3D por lo que puede detectar colisiones en el eje vertical. Resulta muy precisa si cada footprint incluye el cuerpo 3D del componente. También puede detectar colisiones con un envoltura mecánica incluida como un cuerpo 3D, Free 3D body.

    Definición de la regla “Component Clearance”. 

    Usando las reglas como un profesional en Altium Designer

    1.- Exporta y reutiliza las reglas de diseño

    Altium Designer permite exportar las reglas de diseño e importarlas a nuevo diseño. Esto agiliza la reutilización de reglas. 

    Al exportar las reglas Altium Designer crea un archivo .RUL que puede ser importado a otro diseño fácilmente.

    2.- Usa los comentarios

    Cada regla permite añadir un comentario explicativo que ayuda a entender el propósito de la regla. 

    El comentario incluye información adicional muy valiosa.

    3.- Verifica las prioridades

    La reglas se aplican en función de sus prioridades. Las reglas con mayor prioridad se ejecutan primero. Por lo general, las reglas más selectivas, es decir que aplican a un menor número de objetos, deben ejecutarse antes. 

    4.- Configura el modo de comprobación Online o Batch

    Existen dos modos de comprobación de las reglas de diseño, modo Online y modo Batch. El modo Online realiza la verificación a medida que se realiza el diseño y el modo Batch comprueba las reglas en un momento determinado. Altium Designer permite elegir qué reglas se comprueban en cada modo. 

    5.- Verifica los objetos afectados por cada regla

    A medida que la definición de las reglas se complica, resulta últi poder comprobar qué objetos son afectados por cada regla. Para tal propósito existe la opción “Test Queries” en menú de cada regla.

    6.- Crea tu propia colección de reglas

    Cada diseño fabricado y verificado permite conocer qué reglas obtuvieron el resultado deseado y cuáles fueron incorrectamente definidas. Reglas incorrectas pueden provocar fallos en la fabricación del PCB o incluso afectar al comportamiento eléctrico del circuito. Una colección de reglas correctas es el conocimiento más valioso que puede tener el diseñador de PCBs. ¡Anímate y crea la tuya propia! 

    Un diseño de calidad

    El conjunto de reglas aportan la confianza necesaria al diseñador para mandar un diseño a fabricación sabiendo que cumplirá con los requerimientos establecidos. Son esenciales para producir un diseño de calidad.

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    Jesús Castañé es diseñador de PCBs para la compañía ARRIVAL donde desarrollan la futura generación de automóviles eléctricos y autónomos. Cuenta con 10 años de experiencia como diseñador de PCBs en diferentes industrias: telecomunicaciones, automoción y electrónica de consumo. Posee la certificación CID+ otorgada por IPC.

    Jesus Castane works as a PCB Designer at ARRIVAL developing the next generation of Electric and Smart vehicles. He has 10 years of experience in different industries: RF, automotive and consumer electronics. He is CID+ certified by IPC.

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