22 Resolvibles Diseño Problemas en la fabricación de placas de circuito impreso y Referencia sobre el análisis de DFM
Durante la fase de planificación de un nuevo proyecto, las empresas de todo tipo suelen centrarse en los aspectos técnicos y financieros de la producción en serie de placas de circuito impreso (PCB). En este proceso, es necesario minimizar los costes de fabricación de las PCB y evitar modificaciones en el diseño, ya que, de lo contrario, los márgenes de beneficio se verían afectados. Para evitar revisiones, los ingenieros deben diseñar meticulosamente el trazado de la PCB con el fin de garantizar un proceso fluido Proceso de fabricación de placas de circuito impreso. Tras recibir los datos CAM, los proveedores suelen corregir errores menores, lo que conlleva costes y tiempo adicionales. Este artículo resume 22 aspectos relacionados con el diseño para la fabricación (DFM) que pueden mejorar la fabricación de placas de circuito impreso, ayudando a los diseñadores de productos, ingenieros y responsables de compras a analizar rápidamente los posibles problemas de fabricación en los proyectos actuales de diseño de placas de circuito impreso.
¿Qué es el DFM en las placas de circuito impreso?
DFM son las siglas de «Design for Manufacturability» (diseño orientado a la fabricabilidad). Se trata de un tema que ayuda a reducir los problemas de fabricación. En las reglas de diseño, definimos las distancias mínimas y los límites de tolerancia. Por lo tanto, en el DFM de placas de circuito impreso (PCB), preparamos la placa para aplicaciones reales. Las tolerancias deben ajustarse al sistema real. Durante la fase de diseño del PCB, los diseñadores siguen una lista de comprobación de DFM para PCB. Este proceso ayuda a optimizar el diseño del PCB para la fase de fabricación. Reduce los costes y garantiza la calidad, además de servir como recordatorio para que los diseñadores sigan las comprobaciones de DFM cada vez que quieran fabricar un diseño. El DFM de PCB es un componente fundamental del trabajo en equipo interfuncional y de la colaboración con los equipos de la cadena de suministro, y también forma parte integral del proceso global de diseño del producto.
22 preguntas sobre el diseño de placas de circuito impreso y referencias para el análisis de DFM
A continuación se enumeran 22 errores de diseño de placas de circuito impreso (PCB) que pueden evitarse antes de su fabricación, resumidos por el equipo de ingeniería de Geyuan Electronics. Como ingenieros, todos hemos vivido esta experiencia: tras completar minuciosamente un proyecto y terminar la placa, la enviamos para la creación de prototipos, solo para descubrir, al recibir la muestra, que todo nuestro esfuerzo ha sido en vano. Los problemas específicos de la placa pueden estar relacionados con el diseño o con la fabricación. Por supuesto, muchos problemas se pueden evitar antes de la fabricación. Nuestro resumen de 22 errores evitables en el diseño de placas de circuito impreso puede ayudarte a fabricar placas eficientes y sin defectos.
1. Documentos de diseño incompletos e inválidos
Ya se trate de un archivo Gerber, ODB++ o BOM, los archivos de entrada contienen información fundamental, como imágenes de capas, lista de materiales, contornos de la placa, listas de redes IPC, planos maestros y orden de capas. Cualquier ambigüedad en las especificaciones puede provocar problemas en fases posteriores. Por lo tanto, todos los documentos obligatorios deben revisarse antes de enviarlos a producción.
2. Material de sustrato inadecuado
Algunos circuitos requieren materiales especiales en función de su función. Por ejemplo, los sustratos habituales no gestionan bien las señales de alta frecuencia. En tales casos, los fabricantes deben analizar los requisitos de los materiales y seleccionar los materiales adecuados para el sustrato de la placa de circuito impreso (PCB) en las fases iniciales.
3. Ancho del cable incorrecto
Las pistas de cobre conectan todos los componentes de un circuito. Cualquier defecto en las pistas puede provocar cortocircuitos, distorsión de la señal y sobrecalentamiento. La capacidad de conducción de corriente de un conductor (pista) aumenta con su anchura. Si circula una corriente mayor por la pista, se disipará más calor, lo que provocará el sobrecalentamiento de la placa. Por lo tanto, optimiza el ancho del conductor según los requisitos de tu circuito y asegúrate de que el ancho de la pista de la capa exterior se mantenga por encima de los 4 mil. Puedes utilizar herramientas en línea para optimizar el ancho de la pista, la capacidad de corriente y el aumento de temperatura.
4. Espaciado incorrecto entre los cables
Asegúrate de que no se sacrifique el espaciado entre conductores en aras de un diseño de circuito más compacto, ya que un espaciado insuficiente entre las pistas puede provocar descargas eléctricas y diafonía. Debes seguir las directrices estándar y dejar un espacio suficiente entre los conductores. Al igual que con el ancho de las pistas, puedes utilizar una calculadora de espaciado entre conductores y tensión para calcular el espaciado óptimo entre ellos.
5. Trampa de ácido
Durante el trazado, si alguna pista forma un ángulo agudo (inferior a 90°), se creará una trampa de ácido. Durante el grabado, el ácido residual puede quedar atrapado en la curva, lo que provoca un grabado excesivo de la pista. Las trampas de ácido pueden evitarse en Diseño de placas de circuito impreso evitando que se produzcan curvas de ángulo agudo durante el fresado.
6. Distancia insuficiente entre la pista o el orificio de taladrado y el borde
Debes mantener una separación óptima entre los bordes y las pistas en el diseño de tu circuito. Si reduces el espacio por cualquier motivo, es posible que los conductores externos se vean parcialmente recortados o cortados durante el proceso de desmetalización. Una separación insuficiente entre el cobre y el borde de la placa de circuito puede provocar que quede cobre al descubierto y que se formen rebabas en los bordes.
7. Error en el proceso de perforación
En placas de circuito impreso (PCB), los fabricantes perforan agujeros con diversos fines, como vías, alineación y colocación de componentes. La perforación es un proceso irreversible, y cualquier perforación innecesaria puede arruinar tu diseño. Otros factores a tener en cuenta son el tamaño, el espaciado, la relación de aspecto, el número de agujeros en la placa y el tipo de máquina (láser/mecánica). Entre los errores habituales que afectan al taladrado se encuentran los anillos en los agujeros y una distancia insuficiente entre la broca y el cobre.
8. Defectos del anillo
El anillo anular conecta la vía con la pista. Si el diámetro del anillo anular es insuficiente, interrumpirá el flujo de señal entre el conductor y la vía. Los orificios taladrados pueden presentar una tolerancia de ±2 mils, por lo que, si esta es inferior a 2 mils, el anillo anular podría romperse. Esto provocaría un circuito abierto. Además, un anillo anular insuficiente para el orificio de un componente puede dar lugar a uniones de soldadura deficientes tras el montaje.
9. error en la máscara de soldadura
La máscara de soldadura de una placa de circuito impreso protege la superficie de la contaminación y aísla las conexiones. Los fabricantes dejan al descubierto determinadas zonas (huellas y almohadillas) para la colocación de los componentes durante el proceso de soldadura. Si no existe una distancia adecuada entre la abertura de la máscara correspondiente a la vía y la abertura del componente adyacente, pueden formarse puentes de soldadura durante el montaje, lo que da lugar a uniones de soldadura defectuosas y a una falta de eficiencia. Por lo tanto, debe mantenerse una capa de máscara de soldadura adecuada entre la abertura de la vía y la del componente adyacente. Por otro lado, una capa de máscara de soldadura inadecuada puede provocar agujeros de soldadura, lo que expone el cobre a la corrosión.
10. Cobre y capa antisoldante
Las tiras de cobre son segmentos delgados de cobre residual, unidas de forma poco firme, que se forman durante la fase de impresión. Durante la galvanoplastia, estas tiras poco adheridas pueden desprenderse y caer en la solución de galvanoplastia. Estos fragmentos de fotorresina pueden depositarse en cualquier parte de la placa de circuito, provocando cortocircuitos. Al mismo tiempo, en las zonas donde se retira la fotoresina puede quedar cobre no deseado en la placa de circuito, lo que podría afectar a su funcionalidad. Las tiras de la máscara de soldadura se forman durante el proceso de exposición de la máscara de soldadura, dejando la capa de máscara en su sitio para evitar puentes de soldadura. Cuando el dique tiene un grosor inferior a 4 mils, estos diques con una unión poco firme pueden convertirse en tiras y ser arrastrados durante la fase de revelado.
11. disipador térmico
El proceso de soldadura genera un calor excesivo, lo que puede dañar la placa de circuito. Para evitarlo, es necesario disponer de suficientes almohadillas térmicas. Las almohadillas térmicas están formadas por pequeños radios de cobre denominados “placas térmicas” que facilitan la conducción del calor. Si estas placas térmicas están desconectadas de las almohadillas de soldadura o del plano, se denominan «placas térmicas aisladas». Un número insuficiente de placas térmicas da lugar a una mala conductividad térmica y provoca que la placa de circuito se sobrecaliente.
12. Error de serigrafía
La serigrafía se realiza en una fase avanzada del proceso de fabricación. Si la serigrafía se superpone a las almohadillas, las superficies de la placa de circuito impreso, los orificios, etc., puede provocar problemas durante el montaje. Por ejemplo, si la serigrafía se aplica sobre las almohadillas, puede fundirse en las uniones de soldadura y crear discontinuidades.
13. Diseño de placas de circuito impreso orientado al montaje
El diseño orientado al montaje (DFA) sirve de puente entre la visión del diseñador y la realidad del proceso de producción. Es necesario comprobar la disponibilidad y la ubicación de los componentes; el DFA puede ayudar a simplificar el diseño de la placa de circuito impreso para reducir los costes totales del proyecto y la probabilidad de que el diseño falle. .
14. Ineficiencia en el manejo de datos
Al igual que en el DFM, debes verificar todas las fichas técnicas básicas y los parámetros clave, como las dimensiones del encapsulado, los datos XY, las especificaciones DNI, los datos SI y los números de referencia, antes de que el diseño pase a la fase de montaje. Esto ayudará a evitar correcciones y confirmaciones posteriores.
15. Elegir un componente incorrecto
La elección de los componentes influye en el proceso de montaje. Por ejemplo, los componentes de orificio pasante requieren procesos de fabricación más complejos en comparación con la tecnología de montaje en superficie (SMT). Por lo tanto, es mejor utilizarlos solo cuando sea necesario. Elige siempre componentes estándar en lugar de componentes a medida, ya que los elementos estándar se pueden adquirir fácilmente a través de múltiples proveedores. Las piezas a medida, por el contrario, suelen ser inadecuadas para la producción en grandes volúmenes y aumentan los costes, ya que solo se pueden adquirir a proveedores seleccionados.
16. Disponibilidad de componentes
Antes de crear una lista de materiales (BOM), siempre se debe comprobar la disponibilidad de los componentes. Si el suministro es insuficiente, hay que estar preparado para utilizar componentes alternativos de otros proveedores. Actualmente, existen numerosas páginas web en las que se pueden consultar los materiales de las listas de materiales, que ofrecen información sobre los mismos y alertas de falta de existencias.
17. Empaquetado incorrecto del objeto
La lista de materiales (BOM) especifica todos los componentes necesarios para montar la placa de circuito impreso. Si las dimensiones de los componentes especificadas en la BOM no coinciden con los datos del programa de CAD, resultará difícil completar el circuito. Esto provocará dificultades importantes en las líneas de montaje automatizadas. Corregir esta situación llevará mucho tiempo y resultará costoso. Por lo tanto, las dimensiones de los componentes deben comprobarse minuciosamente durante la fase de diseño.
18. Espaciado insuficiente entre componentes
Un espaciado insuficiente durante la colocación de los componentes puede provocar que estos se superpongan y que se formen puentes de soldadura. Dejar un espacio adecuado entre los componentes también facilita la soldadura manual y las modificaciones posteriores. Presta especial atención al espaciado de los componentes sensibles, como los QFP/QFN, POP o BGA. En ocasiones, los elementos se colocan muy juntos para conseguir un tamaño más reducido. Lo mejor es seguir las directrices de espaciado para garantizar una tolerancia cero en la separación entre componentes.
19. Espacio insuficiente entre los componentes y los bordes
Tras el montaje, el panel se somete a un proceso de separación. Durante este proceso, los componentes situados en los extremos de las placas de circuito tendrán que soportar grandes tensiones que podrían dañarlos. Por lo tanto, debe dejarse un espacio suficiente entre los componentes y los bordes. Además, las opciones de espaciado varían en función del proceso de montaje. En el montaje manual, a diferencia del montaje automatizado, se pueden colocar los componentes más cerca de los bordes.
20. Tamaño y espaciado incorrectos de las almohadillas
Elegir almohadillas de menor tamaño puede dar lugar a uniones de soldadura deficientes en los componentes SMT e incluso provocar roturas cuando se aplican a componentes de orificio pasante. Probablemente, aumentar el tamaño de la almohadilla al máximo tampoco sea la solución. Las almohadillas más anchas ocupan más espacio y pueden hacer que los componentes SMT se desplacen de su posición durante la soldadura. Al igual que ocurre con el tamaño de las almohadillas, la distancia entre ellas no debe ser ni demasiado pequeña ni demasiado grande, ya que puede causar problemas a la hora de colocar los componentes.
21. error de serigrafía
La capa de serigrafía contiene una gran cantidad de información importante. Algunos ejemplos son las marcas de orientación de los componentes, las marcas del pin 1, las marcas de polaridad, las marcas de cátodo, etc. Si estos detalles faltan o no están claros, la planta de montaje perderá tiempo verificando que los datos sean correctos. En el peor de los casos, si la polaridad u otros datos están impresos incorrectamente en la serigrafía y el montador instala los componentes en consecuencia, la placa de circuito podría funcionar mal. Es necesario asegurarse de que la serigrafía sea legible antes de que comience el montaje.
22. Error de temperatura elevada
Los fabricantes deben actuar con precaución durante el proceso de soldadura, ya que este genera un calor excesivo que puede dañar la placa de circuito impreso. Es fundamental controlar el calor generado durante este proceso. Proporcione suficientes almohadillas térmicas para garantizar una disipación eficaz del calor. Las directrices de DFM y DFA pueden ayudarle a evitar algunos problemas de diseño de PCB y a minimizar el impacto de los errores de diseño. Existen varias herramientas de diseño DFM disponibles en el mercado, y yo personalmente he probado algunas que me han parecido bastante buenas. Puedes elegir la que mejor se adapte a tus necesidades.
El papel principal del DFM en el diseño de placas de circuito impreso
El DFM es un proceso esencial para la fabricación de productos de PCB de alta calidad. Solo tras un buen análisis de fabricabilidad es posible fabricar productos que cumplan los requisitos de diseño, garantizando así la calidad del producto final. A continuación se explica el papel del DFM en el diseño de PCB.
Garantizar la viabilidad de la fabricación
Comprueba si el diseño se ajusta a las capacidades físicas y a las limitaciones de proceso de los equipos de producción (como líneas de grabado, taladradoras, máquinas de montaje automático, hornos de reflujo, AOI, etc.) (por ejemplo, anchura y espaciado mínimos de las líneas, diámetro mínimo de los orificios, tamaño de las almohadillas, anchura de los puentes de la máscara de soldadura, etc.).
Mejorar el rendimiento de la producción
Identificar y corregir los posibles problemas del diseño que puedan dar lugar a defectos de fabricación (como un espaciado insuficiente que propicie cortocircuitos, pistas débiles propensas a romperse, diseños de almohadillas que propicien el efecto «tombstone» y un espaciado entre paquetes excesivamente pequeño que pueda provocar puentes de soldadura), reduciendo así los desechos y las repeticiones en el proceso de producción.
Reducir los costes de fabricación
Reducir los productos defectuosos y las repeticiones de trabajo supone un menor desperdicio directo de materiales y mano de obra. Un diseño optimizado facilita el uso de materiales, aberturas y dimensiones estándar, evitando el recurso a procesos especiales o costosos. Además, facilita la producción automatizada y mejora la eficiencia productiva.
Acortar el ciclo de lanzamiento de productos
Abordar los problemas de fabricación en una fase temprana del proceso de diseño reduce considerablemente los retrasos en la producción causados por las modificaciones en el diseño, lo que permite lanzar los productos al mercado más rápidamente desde la fase de diseño.
Mejorar la fiabilidad del producto
Al evitar defectos de diseño que puedan dar lugar a posibles problemas (como puntos de concentración de tensiones térmicas, una disipación deficiente del calor y vías con resistencia mecánica insuficiente), se puede mejorar la estabilidad y la fiabilidad a largo plazo del producto final.
Fomentar la colaboración entre los departamentos de diseño y fabricación
La incorporación de las normas de fabricación y la experiencia en las primeras fases del proceso de diseño facilita una comunicación más fluida entre los equipos de diseño y de fabricación, lo que reduce los problemas derivados de la asimetría de información.
Reducir el número de iteraciones de diseño
El análisis DFM permite identificar un gran número de posibles problemas de fabricación durante la fase de diseño (incluso antes de la fabricación de la placa de circuito impreso), lo que permite a los ingenieros de diseño realizar modificaciones oportunas y evitar el largo proceso que supone enviar los diseños a los fabricantes para que los revisen, tal y como ocurre en el modelo tradicional.
Mejora considerablemente la tasa de éxito de la primera producción.
Un diseño optimizado mediante DFM presenta una elevada tasa de éxito en su primera tirada de producción, lo que reduce considerablemente el riesgo de que se produzcan fallos en la producción en serie debido a defectos de diseño.
Mejorar significativamente la tasa de rendimiento de la producción
Este es el beneficio económico más directo. Evitar defectos habituales, como cortocircuitos, circuitos abiertos, soldaduras defectuosas y «tombstoning», aumenta significativamente la proporción de placas de circuito impreso (PCB) conformes producidas respecto al total de piezas procesadas. La mejora del rendimiento se traduce directamente en una reducción de los costes.
Reducir de forma efectiva los costes unitarios de producción
Menor desperdicio de material (menos productos defectuosos), mayor tiempo de disponibilidad de los equipos (funcionamiento más fluido de la línea de producción), menores costes de reelaboración y mayor facilidad para obtener descuentos por volumen.
Optimizar los procesos y mejorar la eficiencia de la producción
Por ejemplo, un diseño adecuado facilita el montaje de la placa y optimiza el aprovechamiento de los materiales; una disposición y orientación adecuadas de los componentes ayudan a que las máquinas de montaje automático de alta velocidad alcancen un rendimiento óptimo; y una distribución uniforme del cobre y unas capas de cableado equilibradas contribuyen a controlar la deformación de la placa.
Mejorar la fiabilidad del producto y reducir las averías posventa (reducir la tasa de averías en servicio).
La eliminación de defectos de diseño, como los problemas de gestión térmica, los riesgos relacionados con la compatibilidad electromagnética (CEM) y los puntos de tensión mecánica, aumenta la durabilidad de los productos en las instalaciones de los clientes, lo que reduce los costes de mantenimiento y las pérdidas de reputación de la marca.
Fomentar la estandarización de los procesos
Las normas de DFM (diseño, fabricación y equipamiento) suelen ayudar a las empresas o a los proveedores a desarrollar un conjunto unificado de reglas de diseño y fabricación, así como normas de inspección, lo que permite mejorar el nivel general de diseño y fabricación.
Fabricantes de placas de circuito impreso y proveedores de servicios de fabricación electrónica (EMS) llave en mano
Geyuan Electronics es un fabricante profesional de placas de circuito impreso (PCB) y proveedor de servicios de fabricación electrónica (EMS), que ofrece servicios de fabricación de placas de circuito impreso, Montaje de placas de circuito impreso, el abastecimiento de componentes y soluciones de fabricación electrónica «llave en mano». Fabricamos placas de circuito impreso multicapa, placas HDI, placas de alta velocidad, placas de RF y microondas, placas de cobre grueso, placas cerámicas, placas de aluminio, placas flexibles y placas rígido-flexibles, desde la creación de prototipos hasta la producción en serie. Póngase en contacto con nosotros para solicitar un presupuesto si necesita cualquier tipo de placa de circuito impreso.
Conclusión
Solo mediante el análisis de «Diseño para la Fabricación» (DFM) se pueden fabricar productos de PCB de auténtica alta calidad. Esto es válido tanto si el diseño es para un proyecto sencillo como para una placa de circuito impreso industrial compleja y de alta velocidad. Tener en cuenta el DFM en cada diseño de PCB aportará innumerables beneficios a los proyectos de los que seas responsable, y también beneficiará a los diseñadores y a los futuros pedidos de la empresa. Estos procedimientos controlan el proceso de fabricación y reducen el coste total de la fabricación de placas de circuito impreso. Si necesitas PCB de alta calidad, ponte en contacto con el equipo de Geyuan Electronics. Nuestros ingenieros y nuestro equipo de fabricación cuentan con una amplia experiencia en la fabricación de todo tipo de PCB.