Diseñar una PCB es la parte fácil. ¿Fabricarla correctamente? Ahí es donde todo suele fallar. Puedes pasar días creando el diseño perfecto. Pero si ignoras el proceso de fabricación, tu diseño no pasará de la fase de fabricación. O peor aún, se construirá mal.
Por eso el diseño de PCB para fabricación (DFM) es tan importante. No es una idea de último momento. Es una mentalidad que garantiza que su PCB no solo sea funcional, sino también físicamente fabricable, sin retrasos, errores ni sorpresas.
Profundicemos en lo que realmente significa DFM para el diseño de PCB y por qué todo ingeniero de hardware serio necesita hacerlo bien.
¿Qué es DFM en PCB?
DFM (Diseño para Fabricabilidad) significa exactamente lo que dice su nombre: está diseñado teniendo en cuenta el proceso de fabricación.
En el diseño de PCB, esto abarca todo el ciclo de vida, desde la fabricación hasta el ensamblaje. No se trata solo de pistas y redes. Se trata de:
• ¿Hasta qué punto puede perforar de forma fiable el fabricante?
• ¿Qué peso de cobre utilizan?
• ¿Se alineará correctamente su máscara de soldadura?
• ¿Cómo se despaneliza el tablero?
• ¿Y si realmente se pueden colocar y soldar los componentes?
El objetivo de DFM es eliminar la fricción entre el diseñador y la planta de producción. Previene errores antes de que ocurran. Y no, tu herramienta EDA no lo gestionará automáticamente. Eso es un mito.
Debe aplicar activamente las reglas y restricciones de DFM durante el diseño. Debe adaptar sus decisiones de diseño a las capacidades de sus proveedores de fabricación y ensamblaje. Si no lo hace, podría recibir una llamada telefónica indeseada.
Por qué el DFM es fundamental para los proyectos de PCB
Seamos francos: DFM puede ser decisivo para un proyecto de hardware. Podrías tener un esquema totalmente simulado y sin errores, un diseño que supera todas las comprobaciones ERC y DRC. Aun así, tu placa sigue fallando durante la producción.
¿Por qué? Porque el diseño no estaba optimizado para la fabricación en el mundo real. Esto es lo que puede ocurrir sin un DFM adecuado:
• La placa es rechazada por el fabricante para rastrear violaciones de ancho.
• Las limas de perforación no coinciden con las herramientas del fabricante.
• Las ubicaciones de los componentes no se pueden construir debido al espaciado o la orientación.
• La mala alineación de la máscara de soldadura provoca cortocircuitos.
• Las estructuras de vía no están soportadas por la configuración del fabricante.
Cada pequeño problema suma. Más tiempo. Más riesgo. A veces, incluso un reescaneado completo de la placa. Esto no es una simple advertencia teórica. En 2023, más de la mitad de los retrasos en las PCB se debieron a errores de DFM que podrían haberse evitado.
Saltarse las directrices de DFM no ahorra tiempo. Le cuesta. Esto es lo que suele ocurrir:
• Paga tarifas urgentes para solucionar problemas de último momento.
• Sus ingenieros pierden horas solucionando problemas.
• Se pierden plazos que importaban.
• Su fabricante contratado pierde la confianza en su equipo.
Pero no tiene por qué ser así. Los ingenieros que construyen con DFM en mente producen sus placas más rápido, más barato y con mayor fiabilidad. No es pura publicidad. Es una ventaja que la mayoría de los equipos pasan por alto.
Áreas clave del DFM en el diseño de PCB
Entonces, ¿dónde debería centrarse durante el diseño? Estas son las áreas clave que determinan la viabilidad de la fabricación:
1. Anchos y espaciado de trazas
Cada fabricante de PCB tiene un ancho mínimo de pista y un espaciado mínimo de cobre. Estos dependen del grosor del cobre, el proceso de grabado y la complejidad de la placa. Si las pistas son demasiado delgadas, podrían sobregrabarse. Si el espaciado es demasiado estrecho, existe el riesgo de cortocircuitos.
Su enrutamiento debe ajustarse a los requisitos de fabricación. Algunos fabricantes ofrecen 4/4 milésimas de pulgada (traza/espacio), mientras que otros requieren 6/6 o más. Verifique siempre. Utilice una calculadora de ancho de traza para dimensionar las trazas correctamente según el flujo de corriente. El estándar IPC-2152 es un buen estándar a seguir.
2. Tamaños y tipos de vías
No todas las vías son iguales.
Tienes:
• Vías de orificio pasante
• Vías ciegas y enterradas
• Microvías (para diseños HDI)
Cada uno presenta limitaciones de fabricación específicas. No se pueden usar microvías diminutas y esperar que todos los fabricantes las respalden.
El DFM implica conocer los tipos de vías, sus tolerancias y la distancia mínima requerida entre la perforación y el cobre. Además, evite usar vías en el pad a menos que sea necesario, ya que aumenta el costo y la complejidad durante el ensamblaje.
3. Geometría de la almohadilla y anillo anular
Las almohadillas deben dimensionarse según las tolerancias del encapsulado del componente y del recubrimiento. Una vía o un orificio sin un anillo anular adecuado representa un riesgo estructural. El anillo asegura la conexión eléctrica y mecánica.
IPC recomienda al menos 0.15 mm (6 milésimas de pulgada) para el anillo anular. El fabricante podría solicitar un valor mayor, dependiendo de la precisión de la perforación. Esto es especialmente importante para vías y conectores a presión.
4. Alineación de la máscara de soldadura y la pasta
La máscara de soldadura define la capa no conductora que recubre la placa, dejando espacios para los pads y las vías. Los problemas ocurren cuando:
• La abertura de la máscara es demasiado pequeña y cubre la almohadilla.
• O demasiado grande y expone demasiado cobre.
Ambos provocan uniones de soldadura deficientes o cortocircuitos. Además, la capa de pasta de soldadura debe estar alineada con la almohadilla. Si las aberturas de la plantilla no coinciden con la huella, se producirán uniones frías o lápidas durante el reflujo.
Utilice la configuración de expansión de la máscara con cuidado. Los valores estándar son de 4 a 6 milésimas de pulgada, pero consulte siempre con el fabricante.
5. Colocación y separación de componentes
DFM también significa colocar los componentes donde puedan ensamblarse y soldarse. Necesita:
• Evite colocar piezas demasiado cerca de los bordes del tablero.
• Deje espacio para que funcionen las máquinas de picking y colocación.
• Siga las pautas de orientación para QFN, BGA y piezas polarizadas.
• Respetar el juego térmico y mecánico.
Un diseño compacto puede funcionar eléctricamente. Pero si su CM no puede colocar o refluir las piezas correctamente, es un fracaso.
Errores comunes sin DFM
Saltarse el DFM es como construir una casa sin comprobar si las puertas encajan. Todo podría verse perfecto en la vista CAD. Pero cuando llega a la planta del fabricante, los problemas se acumulan.
A continuación se enumeran algunos de los errores de DFM más comunes y costosos que aún cometen los ingenieros:
1. Violación de las tolerancias de fabricación
Cada taller de fabricación tiene una ventana de proceso. Espaciado mínimo. Tamaño mínimo de la broca. Espacio libre entre el cobre y el borde de la placa. Si ignora estas especificaciones, obliga al fabricante a:
• Rechazar el tablero.
• Modifícalo tú mismo (lo cual no te gustará).
• O peor aún, fabricarlo con defectos.
¿El ancho de la pista es demasiado pequeño? Podría causar sobregrabado o circuitos abiertos. ¿Tamaños de orificios fuera de especificación? Se espera una baja calidad de recubrimiento. Estas son infracciones básicas de la regla DFM, y aun así ocurren con frecuencia.
2. Apilamientos complejos sin soporte de procesos
Las placas multicapa son potentes, pero arriesgadas si no se diseñan correctamente. Las vías ciegas y enterradas, los diseños de vía en almohadilla y las microvías suenan geniales en teoría. Sin embargo, no todos los fabricantes pueden construirlas. Y si pueden, te costará caro.
Si su pila de capas no está definida correctamente con especificaciones de material y valores dieléctricos realistas, podría terminar rediseñando todo el sistema. Siempre verifique las capacidades del fabricante antes de finalizar la pila.
3. Anillos anulares inadecuados
El anillo anular es la almohadilla de cobre que rodea el orificio perforado. Si el anillo es demasiado estrecho, presenta un problema de fluencia. Especialmente en vías o plataformas pasantes.
Una vía que apenas retiene el cobre alrededor del orificio se agrietará bajo tensión. O incluso durante el reflujo. Las normas IPC recomiendan valores mínimos, pero es mejor dejar margen.
4. Superposiciones de serigrafía
Sí, es sencillo. Pero aun así causa serios problemas. El texto en las almohadillas de soldadura se quema y deja residuos. Las identificaciones de los componentes impresas debajo de las piezas son completamente inútiles. Y las capas de seda desordenadas confunden a los técnicos de ensamblaje. Un DFM adecuado incluye comprobaciones de serigrafía de serie.
5. No se considerará la panelización
Si su placa no incluye orificios para herramientas, fiduciales ni pestañas desprendibles, el ensamblador tendrá que improvisar. Eso nunca termina bien.
Debe diseñar considerando la panelización. Esto incluye dejar espacio entre las unidades, manipular los rieles y considerar cómo se separarán las tablas. Omitir este paso implica tiempo y costos adicionales.
6. Olvidar los puntos de acceso de prueba
Si no proporciona puntos de prueba para las señales esenciales, ¿cómo comprobará su equipo de control de calidad la continuidad? ¿O los rieles de alimentación? ¿O las señales clave?
El diseño para pruebas (DFT) se solapa con el DFM. Toda PCB bien diseñada debe incluir almohadillas adecuadas para sondas o accesos para pruebas funcionales.
Cómo aplicar DFM en su flujo de trabajo de PCB
Ahora ya conoce los riesgos. Ahora, ¿cómo se aplica el DFM durante el desarrollo de PCB en el mundo real? Aquí tiene un flujo práctico que utilizan muchos equipos de diseño profesionales:
Paso 1: Elija su fabricante con anticipación
Antes de empezar con el diseño, decide quién fabricará tus placas. Cada taller tiene sus propias tolerancias de proceso. No diseñes a ciegas. Obtén sus directrices DFM, plantillas de apilado y capacidades de vía con antelación.
Pregunta por:
• Mesas de perforación
• Opciones de espesor de cobre
• Espaciamiento mínimo
• Ejemplos de pilas de capas
• Requisitos de máscara de soldadura y serigrafía
Esto ahorra horas de adivinanzas y reelaboración posterior.
Paso 2: Configure las restricciones DFM en su herramienta EDA
Las herramientas EDA modernas como Altium, KiCad y OrCAD le permiten crear reglas de diseño en el propio proyecto.
Dejar claro:
• Normas de liquidación
• Límites de tamaño de la broca
• Tablas de ancho de traza (según la corriente)
• Mínimos del anillo anular
• Expansión de la máscara de soldadura
Hacer esto desde el principio le ayudará a detectar errores de DFM durante el diseño, no después.
Paso 3: Utilice huellas de componentes validadas por el fabricante
Evite las huellas de bricolaje a menos que esté 100 % seguro. Utilice bibliotecas que cumplan con la norma IPC-7351 o que estén validadas por su CM (fabricante contratado).
Asegurar:
• Los tamaños de las almohadillas están dentro de las especificaciones
• Se añaden alivios térmicos donde sea necesario.
• La polaridad y los indicadores del pin 1 son correctos
• Se incluyen patios y zonas de exclusión.
Las malas pisadas son un asesino silencioso. Muchos problemas de DFM empiezan aquí.
Paso 4: Ejecute un análisis DFM real antes de los Gerber finales
Este paso es fundamental. Antes de enviar sus archivos al fabricante, realice un análisis DFM completo. Herramientas como Valor NPI, DRC de Altium Designer o servicios de terceros como la herramienta DFM de Sierra Circuits pueden ser útiles.
Ellos verifican:
• Tolerancias de fabricación
• Distancias de perforación al cobre
• Alineación de la máscara
• Espaciado de componentes
• Tipos y recuentos de vías
• Cobertura de pasta de soldadura
Algunos fabricantes de PCB ofrecen análisis DFM gratuito como parte del presupuesto. Utilice ese servicio. Es mejor que lo escuche un software que una persona con malas noticias.
Paso 5: Involucre a su Asamblea desde el principio
No espere a que el fabricante le devuelva las placas. Comparta su diseño y lista de materiales con el equipo de ensamblaje antes de finalizar la placa.
Marcarán:
• Orientaciones de piezas problemáticas
• Tipos de paquetes extraños
• Colocaciones difíciles
• Posicionamiento fiducial
• Problemas con el diseño de plantillas de pasta
La buena comunicación salva construcciones.
Paso 6: Incorpore DFM en cada revisión
El DFM no se hace una sola vez. Cada revisión debe seguir las reglas del DFM. Mantenga la configuración de su DRC alineada con los límites del fabricante. Y cada vez que cambie su stackup, vuelva a verificar las estructuras de vía, los anchos de traza y las holguras. El DFM no es una casilla de verificación. Es un proceso continuo.
Conclusión
Una PCB puede funcionar en teoría. Pero para funcionar en el mundo real (a escala, bajo calor, tensión y tolerancias de fabricación reales), debe ser fabricable.
Ahí es donde entra en juego el DFM. No es sofisticado. No embellece tu tablero. Pero sí lo hace real. Ahorra costos. Previene errores. Y mantiene tu cronograma bajo control.
Los mejores ingenieros diseñan para el taller, no solo para el laboratorio. Si busca construcciones fiables y rendimientos predecibles, incorpore DFM a su proceso de diseño.
