Salidas de ensamblaje de PCB

Cuando se completa un diseño de PCB, normalmente la intención es fabricarlo y ensamblarlo. Es responsabilidad del diseñador preparar las salidas de ensamblaje de la PCB junto con el proyecto y suministrarlas al fabricante. El fabricante utilizará estas salidas para adquirir los componentes, planificar el proceso de ensamblaje y realizar una inspección final. Los requisitos de ensamblaje deben detallarse claramente, proporcionando al ensamblador la información completa necesaria para finalizar la construcción de la PCBA.

Antes de llegar al ensamblaje, la placa debe diseñarse aplicando las mejores prácticas de DFA. Si no es así, y las PCB se fabrican antes de la revisión por parte del ensamblador, existe el riesgo de que deban desecharse. Hay muchas razones por las que esto puede ocurrir, pero el software ECAD adecuado para diseño de PCB ayudará a los diseñadores a evitar algunos de los errores de ensamblaje más comunes.

Lista de salidas de ensamblaje de PCB

En el nivel más básico, los dos archivos estándar de salida para ensamblaje de PCB son la lista de materiales y el archivo pick-and-place. La lista de materiales es un documento de compras que especifica qué componente corresponde a cada designador de referencia en la PCB, y el archivo pick-and-place indica dónde debe colocarse cada designador de referencia para la soldadura. Con estos dos archivos y una breve descripción de la PCB, o incluso sin ninguna descripción, un fabricante puede ensamblar por completo una PCBA.

Los profesionales y las empresas generalmente crean una tercera salida de diseño estándar: un plano de ensamblaje. Un plano de ensamblaje normalmente contiene:

• El contorno de la PCB y las dimensiones de la placa
• Contornos de los componentes en la cara superior y la cara inferior
• Designadores de referencia de los componentes
• Indicadores de polaridad y orientación de los componentes
• Indicadores de pin 1 para circuitos integrados y conectores
• Elementos mecánicos y ubicaciones de montaje
• Vistas de detalle para zonas densas o complejas
• Notas de ensamblaje, llamadas y instrucciones especiales de fabricación
• Información de revisión, números de plano e información del bloque de título

Las notas de ensamblaje son importantes porque definen requisitos que pueden no ser evidentes a partir del layout de la PCB, la lista de materiales o los datos pick-and-place. Estas notas pueden especificar conformidad con RoHS, cumplimiento de las normas IPC aplicables, uso de aleaciones de soldadura o tipos de pasta de soldadura específicos, requisitos de limpieza, criterios de inspección y procesos especiales como underfill, recubrimiento conformado, fijación mecánica o aplicación de adhesivo. Unas notas de ensamblaje claras reducen la ambigüedad y ayudan a garantizar que la PCBA terminada cumpla con los requisitos mecánicos, eléctricos y regulatorios del diseñador.

Muchos diseñadores nuevos no crean planos de ensamblaje porque su software CAD no ayuda a automatizar el proceso. Incluso algunos programas empresariales, como OrCAD y Xpedition, no tienen la capacidad de crear automáticamente un plano de ensamblaje. Estas plataformas pueden depender de otro software con una licencia independiente para realizar esta tarea fundamental.
Altium Designer es diferente porque incluye la herramienta Draftsman, que permite a los diseñadores crear automáticamente planos de ensamblaje de alta calidad en cuestión de minutos. Los usuarios pueden crear plantillas personalizadas y tamaños de hoja que proporcionan un control total sobre el formato de un plano de ensamblaje. Los usuarios también pueden colocar funciones adicionales en un plano de ensamblaje, como incrustar la BOM, agregar notas y llamadas, e incrustar parámetros del proyecto para actualizaciones instantáneas del plano.

Si no le gusta usar la herramienta para generar un plano de fabricación o de ensamblaje, todavía existe una forma de crear estos planos dentro de un archivo de layout de PCB. Una práctica común es utilizar las capas mecánicas del layout de PCB para dibujar manualmente las características del plano de fabricación y ensamblaje. De esta manera, las actualizaciones del layout de PCB también se reflejan inmediatamente en el plano de ensamblaje. Para generar el plano de ensamblaje, tendría que compilar las siguientes capas en un archivo DXF o una impresión PDF:

• Capas mecánicas con el bloque de título y las notas de ensamblaje
• Capa de contorno de la PCB
• Capas superior e inferior de máscara de pasta
• Capas superior e inferior de ensamblaje
• Cualquier capa mecánica adicional que muestre máscara pelable, recubrimiento conformado, ubicaciones de adhesivo y otros requisitos especiales de ensamblaje

También es habitual incluir vistas isométricas de la PCB generadas a partir de un dibujo 3D. Sin embargo, las capas mecánicas y las herramientas de layout de PCB normalmente no pueden generar vistas isométricas, por lo que deben crearse en una aplicación MCAD externa a partir de un modelo 3D de la PCBA. Normalmente, la vista se exportaría como un archivo DXF desde la aplicación MCAD y se volvería a importar al archivo de layout de PCB en una capa mecánica. Sin embargo, Altium Draftsman puede generar vistas isométricas directamente desde el archivo de documento de PCB sin requerir exportación a una aplicación MCAD.

Salidas inteligentes de diseño de PCB

Otra opción para crear salidas de diseño de PCB para ensamblaje es utilizar formatos de salida inteligentes. Estos formatos de archivo son ODB++ e IPC-2581.

Aunque las salidas inteligentes de diseño de PCB son objetivamente mejores para fabricación y ensamblaje, no se utilizan con tanta frecuencia como los archivos Gerber. Los Gerbers siguen siendo el estándar de facto para los datos de fabricación, por lo que el diseñador también tendrá que generar una lista de materiales y datos pick-and-place para el ensamblaje. Para asegurarse de disponer de la gama más amplia de opciones de ensamblaje de PCB, utilice software de diseño de PCB como Altium Designer, que admite los tres paquetes estándar de salida de diseño de PCB.

Un DFA exitoso evita defectos en el ensamblaje de PCB

Al ensamblar prototipos de PCB, el nivel de servicio del proveedor normalmente incluye suficiente margen para contemplar el retrabajo de su PCB cuando sea necesario. Sin embargo, a medida que se escala a volúmenes mayores, prevenir defectos y evitar retrabajos obligatorios se convierten en partes críticas del control de costos. Las prácticas de DFA adquieren aún más importancia en esta etapa, y se relacionan con prácticas básicas de diseño que tienen lugar en el layout de la PCB y en las bibliotecas de PCB.

Para implementar con éxito prácticas de DFA para un ensamblaje de PCB de alto rendimiento, los diseñadores deben aprovechar su software ECAD y la información de su ensamblador de la siguiente manera:

• Diseño de footprints de componentes de PCB
• Definición de restricciones de ensamblaje como reglas de diseño de PCB
• Examen de la PCB en una revisión de ensamblaje

Diseño de footprints de PCB en DFA

La geometría del footprint es donde el DFA tiene éxito o falla a nivel de componente. Un footprint que no coincide con las capacidades de proceso del ensamblador introduce riesgo de defectos independientemente de lo bien que esté ejecutado el resto del layout. Las dimensiones de los pads, los espacios de courtyard, las aberturas de máscara de soldadura y la geometría del patrón de tierras influyen directamente en la precisión de colocación, la formación de uniones de soldadura y el acceso para inspección posterior al reflow.

Para encapsulados SMD estándar, IPC-7351 proporciona una base, pero el proceso específico del ensamblador, ya sea soldadura por ola, reflow o soldadura selectiva, determinará qué variante del patrón de tierras es la adecuada. Usar el patrón de tierras nominal o con mayor courtyard cuando el ensamblador trabaja con un perfil de alta densidad, por ejemplo, es una falta de correspondencia común que produce puentes de soldadura o filetes insuficientes en el talón.

Este footprint está diseñado para implementar las mejores prácticas de DFA en la soldadura del pad central para evitar el escurrimiento de la soldadura y el desplazamiento durante la soldadura.

Reglas de diseño de PCB para DFA

Para garantizar un DFA consistente, aplique las directrices mediante reglas de diseño automatizadas en lugar de inspección manual. Obtenga los valores de restricción específicos directamente de su ensamblador de PCB, por ejemplo, espaciado entre componentes, relaciones de apertura de pasta y tolerancias. No confíe en valores predeterminados genéricos de IPC, ya que pueden no ajustarse a las capacidades de su ensamblador, especialmente para componentes de paso fino.

Aplique las restricciones proporcionadas por el ensamblador directamente en el sistema de reglas de diseño de su software de PCB para evitar defectos de ensamblaje. Esto incluye definir reglas para la separación de courtyard entre componentes, la expansión de la máscara de pasta y el registro de la máscara de soldadura, asegurando que la verificación de reglas de diseño detecte posibles problemas antes de la fabricación.

• Separación mínima de courtyard entre componentes, obtenida de la documentación de capacidades del ensamblador
• Expansión de máscara de soldadura por tipo de pad, distinguiendo las definiciones de pad SMD de las NSMD
• Valores mínimos de relación de área de apertura de pasta, típicamente 0,66 o superiores para una liberación fiable de la pasta
• Límites keepout para pick-and-place cerca de los bordes de la placa y de los orificios de utillaje
• Reglas de via-in-pad para patrones de pads térmicos, incluyendo requisitos de tenting o relleno

Dentro de Altium Designer, cualquiera de estas restricciones puede implementarse utilizando el PCB Design Rules and Constraints Editor, o el Constraint Manager más reciente. Los usuarios de plataformas como Cadence OrCAD/Allegro y Siemens PADS/Xpedition estarán más familiarizados con la interfaz de Constraint Manager, lo que facilita la transición a la interfaz de diseño más potente de Altium Designer.

Revisión de ensamblaje de PCB

Los factores enumerados anteriormente se implementan principalmente durante la fase de layout de la PCB y se materializan físicamente durante el ensamblaje. Desafortunadamente, si no obtiene una revisión de ensamblaje antes de la fabricación, es posible que se produzca una PCB subóptima que no se alinee completamente con las capacidades de DFA. En placas más simples con componentes SMD de encapsulado grande o agujeros pasantes grandes, esto puede no ser un problema. Pero en PCB densas, PCB HDI, o PCB flex/rigid-flex, no seguir las restricciones del ensamblador probablemente provocará defectos en el ensamblaje de la PCB.

Por esta razón, los diseñadores deberían considerar enviar sus datos de fabricación a un ensamblador de PCB para su revisión. Esto puede ayudar a identificar problemas de diseño simples que provocarán defectos, y estos pueden corregirse antes de fabricar las placas desnudas. Si no se hace esto, particularmente al producir en volumen, prepárese para defectos, retrabajos e incluso PCB desechadas.

Para obtener más información sobre las salidas de ensamblaje de PCB como parte de un paquete integral de fabricación, vea el siguiente video.

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Preguntas frecuentes

¿Qué archivos se requieren para el ensamblaje de PCB?

El paquete mínimo para el ensamblaje de PCB incluye una lista de materiales y un archivo pick-and-place. Los paquetes profesionales de fabricación también deben incluir un plano de ensamblaje con ubicaciones de componentes, indicadores de orientación, detalles mecánicos, información de revisión y notas de ensamblaje.

¿Qué información debe incluirse en un plano de ensamblaje de PCB?

Un plano de ensamblaje de PCB debe mostrar el contorno de la placa, dimensiones, contornos de componentes, designadores de referencia, marcas de polaridad, indicadores del pin 1, herrajes de montaje y vistas de detalle. También debe incluir notas de ensamblaje, requisitos especiales de proceso, números de plano e información de revisión.

¿Cómo se crea un plano de ensamblaje de PCB en Altium Designer?

En Altium Designer, los diseñadores pueden usar Draftsman para generar automáticamente vistas de ensamblaje a partir del documento PCB. Draftsman también admite plantillas personalizadas, tablas BOM, notas, llamadas, parámetros del proyecto y vistas isométricas de la placa.

¿Cuál es la diferencia entre ODB++ e IPC-2581?

ODB++ es un formato propietario e inteligente de datos de PCB, mientras que IPC-2581 es un estándar IPC abierto y neutral respecto del proveedor, basado en XML estructurado. Ambos pueden combinar datos de fabricación, ensamblaje, componentes, conectividad, stackup, pruebas e inspección en un único paquete de fabricación.