Prevención de los principales errores de DFM en el diseño de su PCB

 

Toda 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.

Una Mirada al Diseño de PCBs para la Fabricación (DFM)

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 de inmediato y los rectifica bien antes de la producción. Un enfoque paso a paso para el análisis de diseño para la fabricabilidad consiste en los siguientes atributos:

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

Errores Comunes de DFM

Los problemas comunes de DFM incluyen astillas, roturas en el anillo anular, trampas 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 elimina por grabado. Las astillas que se desprenden causan cortos 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 rellenar. Un análisis de DFM adecuado es necesario para identificar posibles áreas donde podrían formarse astillas y resolver problemas si los hay.

 

Selección de Componentes

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

Determine el tamaño 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 uno de 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.

 

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 de manera uniforme para un fácil acceso con múltiples sondas.
• Diseñe su diseño teniendo en cuenta las tolerancias de fabricación.

Vías y Taladro-a-Cobre

La distancia de 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 distancia de 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 conteo de capas. Las herramientas de diseño de layout de placas no tienen ninguna verificación de reglas de diseño (DRCs) específica para la distancia de perforación a cobre. Sin embargo, si usas un espaciado adecuado en tu diseño, puedes tener un espacio libre de 8 mils. Este es el atributo más importante a considerar al realizar un análisis DFM.

 

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

 

Aquí hay algunos consejos para evitar problemas de DFM que ocurren durante la perforación:

• Incorpore áreas de anillo anular amplias en su diseño adaptando tamaños de pad más grandes. Esto asegura una buena conductividad y facilita el taladrado de vías en el medio del pad.
• Verifique si los taladros plateados tienen pads de cobre en todas las capas de cobre.
• Sierra Circuits recomienda un mínimo de 8 mils de taladro a cobre.
• Mantenga una relación de aspecto mínima para prevenir la desalineación del taladro.
• Defina el tipo de taladro (PTH/NPTH) y el conteo/tamaño del taladro.
• Asegúrese de que las características de cobre y los taladros quepan dentro del perfil de la placa.
• Diseñe un anillo anular mayor o igual al tamaño mínimo de anillo anular (4 mils) que pueda ser fabricado por el proveedor/casa de fabricación.
• Agregue 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 Taladros

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

 

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 de perforación + 3 mils).

 

Falta de Máscara de Soldadura

A veces, la máscara de soldadura puede estar parcial o totalmente ausente entre los pads. Esto expone exceso de cobre, llevando a puentes de soldadura y cortocircuitos que comprometen el rendimiento de la placa. Esto sucede cuando la máscara de soldadura no está definida o cuando se aplican configuraciones de una placa más grande a una más pequeña, lo que lleva a agujeros de pad grandes.

 

Sigue estos consejos de diseño para máscaras de soldadura:

El tamaño relativo de la máscara de soldadura debe ser 4 mils mayor que el tamaño de la característica.
Mantén el ancho/puente de la máscara de soldadura en un mínimo de 4 mils.
Mantén el espacio entre el borde de la característica de cobre y el borde de la soldadura en 2 mils.

Trampas de Ácido

Otro error de DFM a tener en cuenta es una trampa de ácido. Una trampa de ácido es básicamente cualquier diseño que incorpora ángulos agudos que atraerán concentraciones de ácido a esa área. Esto puede resultar en trazas sobregrabadas y circuitos abiertos como subproducto de las trampas de ácido.

 

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

Verificaciones de Serigrafía

La verificación de serigrafía implica los diferentes atributos que influirán en el análisis 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 las vías están cubiertas. Esto puede suceder al rotar el texto y ajustar las marcas del designador de referencia de componentes. Recorte las marcas del designador de referencia que sobrepasen los pads y las vías para evitar solapamientos.

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, utilice el siguiente tamaño:

Altura	Ancho	Rastro
35 mils	25 mils	5 mils

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

Altura	Ancho	Rastro
25 mils	22 mils	5 mils

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

Priorización de marcas: Priorice la marca 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 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.

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