Configuración de restricciones de diseño: Guía completa de especificaciones, reglas y resolución de problemas

Respuesta Rápida (30 segundos)

La configuración correcta de las restricciones de diseño es la base de una Placa de Circuito Impreso (PCB) fabricable y funcional. Implica configurar el sistema de Verificación de Reglas de Diseño (DRC) en su software EDA para que coincida con las capacidades físicas de la casa de fabricación y los requisitos eléctricos del circuito.

Restricciones Físicas: Defina anchos mínimos de traza, holguras y tamaños de vías para evitar cortocircuitos y circuitos abiertos durante el grabado y el chapado.
Restricciones Eléctricas: Establezca perfiles de impedancia, espacios de pares diferenciales y coincidencia de longitud para la integridad de la señal de alta velocidad.
Límites de Fabricación: Alinee la configuración con las capacidades específicas de su fabricante (por ejemplo, APTPCB (Fábrica de PCB APTPCB)) para evitar interrupciones en la producción.
Validación: Ejecute siempre una verificación completa de DRC y DFM antes de generar los archivos Gerber.
Gestión de Archivos: Guarde su configuración como una plantilla (configuración de archivo de reglas de diseño) para estandarizar proyectos futuros.

Cuándo se aplica la configuración de restricciones de diseño (y cuándo no)

Establecer un conjunto robusto de restricciones es fundamental para la mayoría de los flujos de trabajo profesionales, pero comprender cuándo aplicar reglas estrictas frente a cuándo usar valores predeterminados relajados ahorra tiempo.

Cuando se requiere una configuración estricta de las restricciones de diseño:

Diseño Digital de Alta Velocidad: Interfaces como DDR, PCIe o USB requieren reglas precisas de coincidencia de impedancia y longitud.
HDI (Interconexión de Alta Densidad): Los diseños que utilizan microvías, vías ciegas/enterradas o BGAs de paso fino (< 0.5 mm) necesitan restricciones físicas estrictas.
Alto Voltaje/Potencia: Las normas de seguridad (UL/IEC) dictan reglas específicas de distancia de fuga y distancia de aire que deben aplicarse mediante restricciones.
Producción en Masa: Al pasar del prototipo a la producción en volumen con APTPCB, las restricciones deben coincidir con los límites del control estadístico de procesos (SPC) para asegurar un alto rendimiento.
Rigid-Flex PCBs: Estos requieren restricciones únicas para el radio de curvatura y las zonas de transición para evitar fallas mecánicas.

Cuando una configuración compleja puede ser innecesaria:

Placas de Ruptura Simples: Una placa de 2 capas que conecta un conector a cabezales a menudo funciona bien con reglas "conservadoras" predeterminadas (por ejemplo, 10 mil de traza/espacio).
Simulación Solo de Esquemas: Si solo está simulando el comportamiento lógico o analógico en SPICE sin diseño físico, las restricciones de diseño físico no se aplican.
Dibujo Mecánico: La creación de una tarjeta ficticia no eléctrica para verificaciones de ajuste requiere dimensiones mecánicas, pero ignora las reglas de separación eléctrica.
Prototipado Rudimentario (Protoboard): Los prototipos cableados a mano no utilizan gestores de restricciones EDA.

Reglas y especificaciones

La siguiente tabla describe los parámetros críticos necesarios para una configuración completa de restricciones de diseño. Estos valores representan capacidades estándar de la industria. Valores más estrictos son posibles, pero pueden aumentar el costo.

Categoría de la Regla	Valor/Rango Recomendado	Por qué es importante	Cómo verificar	Si se ignora
Ancho Mínimo de Pista	0.075mm - 0.127mm (3-5 mil)	Asegura que el grabador no sobregrabe el cobre, causando circuitos abiertos.	DRC: Restricción de Ancho	Pistas rotas (abiertas) o alta resistencia.
Espacio Mínimo (Brecha)	0.075mm - 0.127mm (3-5 mil)	Evita que las características de cobre se unan durante la fabricación.	DRC: Restricción de Espacio	Cortocircuitos entre redes.
Tamaño Mínimo del Agujero de Vía	0.2mm - 0.3mm (8-12 mil)	Las brocas mecánicas tienen un límite antes de que las roturas sean frecuentes; los tamaños más pequeños requieren perforación láser.	DRC: Tamaño del Agujero	Rotura de la broca o chapado fallido.
Anillo Anular	0.1mm - 0.15mm (4-6 mil)	Asegura que el agujero perforado permanezca completamente encerrado por la almohadilla de cobre a pesar de la tolerancia de alineación.	Verificación DFM / DRC	Rotura (broca golpeando el borde de la almohadilla), conexión abierta.
Expansión de la Máscara de Soldadura	0.05mm - 0.075mm (2-3 mil)	Considera el desplazamiento de alineación de la máscara para que esta no cubra la almohadilla soldable.	Inspección con Visor Gerber	Soldadura deficiente, máscara sobre la almohadilla (salto de soldadura).
Tolerancia de Impedancia	±10% (Estándar)	Adapta la línea de transmisión a la fuente/carga para evitar la reflexión de la señal.	Calculadora de Impedancia	Pérdida de integridad de la señal, corrupción de datos.
Espacio entre Pares Diferenciales	Calculado (ej., 4-8 mil)	Determina la impedancia diferencial y el rechazo de ruido en modo común.	DRC: Regla de Par Diferencial	Problemas de EMI, desviación de temporización, pérdida de señal.
Cobre al Borde de la Placa	0.3mm - 0.5mm (12-20 mil)	Evita que el cobre quede expuesto o rebabado durante el ruteado/corte en V.	DRC: Holgura del Contorno de la Placa	Cortocircuitos al chasis, corrosión, desprendimiento del cobre.
Dique de Máscara de Soldadura	0.1mm (4 mil) mín	Evita puentes de soldadura entre pads adyacentes (especialmente en CIs de paso fino).	Análisis DFM	Puentes de soldadura (cortocircuitos) durante el ensamblaje.
Perforación al Cobre	0.2mm - 0.25mm (8-10 mil)	Evita que la broca golpee accidentalmente una pista de capa interna.	DRC: Agujero a Cobre	Cortocircuitos internos (muy difíciles de depurar).
Expansión de la Máscara de Pasta	1:1 o -10% de reducción	Controla el volumen de pasta de soldadura depositada en el pad.	Verificación del Plano de Ensamblaje	Puentes de soldadura (demasiado) o uniones secas (demasiado poco).
Ancho de Alivio Térmico	0.2mm - 0.3mm	Equilibra la capacidad de transporte de corriente con la soldabilidad (aislamiento térmico).	Verificación Visual / del Plano de Alimentación	Juntas de soldadura frías (no se puede calentar el pad) o sobrecalentamiento.

Pasos de implementación

Establecer las restricciones es un proceso secuencial. Saltar directamente al ruteado sin esta base conduce a un retrabajo masivo.

Paso 1: Recopilar las Capacidades del Fabricante Antes de abrir el software, obtenga la hoja de capacidades de su fabricante.

Acción: Descargue las listas de capacidades "Estándar" y "Avanzadas".
Parámetro Clave: Espacio/traza mínimo y tamaño mínimo de perforación.
Verificación de Aceptación: Confirme si su diseño requiere "Avanzado" (mayor costo) o se ajusta a "Estándar".

Paso 2: Definir la Pila de Capas Las restricciones dependen de la distancia física entre las capas.

Acción: Introduzca el número de capas, el peso del cobre y el grosor dieléctrico en el gestor de pila de capas de EDA.
Parámetro Clave: Constante dieléctrica (Dk) y grosor.
Verificación de Aceptación: Verifique que el grosor total de la placa coincida con los requisitos de la carcasa mecánica.

Paso 3: Crear Clases de Redes Agrupe las señales con requisitos similares para aplicar las reglas de manera eficiente.

Acción: Cree clases para "Alimentación", "Tierra", "RF", "Pares Diferenciales" y "Predeterminado".
Parámetro Clave: Lista de membresía de clase.
Verificación de Aceptación: Asegúrese de que las redes de alto voltaje estén separadas de las redes analógicas sensibles de bajo voltaje.

Paso 4: Configurar Reglas Físicas (La configuración del archivo de reglas de diseño) Aplique los límites de fabricación a las clases de redes.

Acción: Establezca el ancho mínimo, la separación y los estilos de vía para cada clase.
Parámetro Clave: 0.1mm (4 mil) para HDI, 0.15mm (6 mil) para estándar.
Verificación de Aceptación: El software debería evitar que enrute una traza más pequeña que el límite.

Paso 5: Configurar Reglas Eléctricas Establezca las restricciones para la integridad de la señal.

Acción: Definir perfiles de impedancia (p. ej., 50Ω de terminación simple, 100Ω diferencial) y asignarlos a capas específicas.
Parámetro Clave: Ancho de pista por capa para la impedancia objetivo.
Verificación de Aceptación: Usar la calculadora incorporada para confirmar que el ancho logra la impedancia objetivo dentro de ±10%.

Paso 6: Establecer Reglas Mecánicas y DFM Definir restricciones para características no eléctricas.

Acción: Establecer holguras para orificios de montaje, bordes de la placa y cuerpos de componentes (Courtyards).
Parámetro Clave: Holgura del cuerpo del componente (normalmente 0.25mm).
Verificación de Aceptación: Asegurarse de que ningún componente se superponga o sobresalga del borde de la placa a menos que sea intencional.

Paso 7: Ejecutar un DRC de Referencia Probar la configuración antes del enrutamiento.

Acción: Ejecutar una Verificación de Reglas de Diseño (DRC) en la placa sin enrutar (verificando la colocación).
Parámetro Clave: 0 Errores (o solo los errores "sin enrutar" esperados).
Verificación de Aceptación: Resolver cualquier violación de colocación de componentes inmediatamente.

Paso 8: Guardar y Crear Plantilla No repitas este trabajo.

Acción: Exportar las reglas a un archivo.
Parámetro Clave: Extensión de archivo .rul, .dru o .cns.
Verificación de Aceptación: Importar este archivo a un proyecto en blanco para verificar que la configuración se transfiera correctamente.

Modos de fallo y resolución de problemas

Incluso con una configuración cuidadosa de las restricciones de diseño, ocurren errores. Esta sección mapea los síntomas comunes a sus causas raíz en la lógica de las restricciones.

1. Síntoma: Gran cantidad de errores de "Violación de Holgura".

Causa: La holgura global predeterminada está configurada más ajustada que el espaciado de las almohadillas de la huella.
Verificación: Compare la regla "Predeterminada" con la regla específica de "Componente".
Solución: Cree una regla específica para componentes de paso fino (p. ej., BGA o QFN) que permita un espacio más pequeño (p. ej., 3.5 mil) solo dentro de esa área (regla basada en "Room").
Prevención: Utilice "Rooms" o "Areas" en su herramienta EDA para aplicar reglas más estrictas solo donde sea necesario.

2. Síntoma: Advertencias de discontinuidad de impedancia.

Causa: El ancho de la traza cambia al moverse entre capas, pero la restricción no tuvo en cuenta los diferentes espesores dieléctricos.
Verificación: Revise el perfil de impedancia para cada capa en el gestor de apilamiento.
Solución: Asegúrese de que el gestor de restricciones asigne un ancho específico para la Capa 1 (p. ej., 5 mil) y la Capa 3 (p. ej., 4.5 mil) para mantener 50Ω.
Prevención: Utilice reglas de ancho impulsadas por impedancia en lugar de reglas de ancho fijo.

3. Síntoma: Placa no ruteable (no se pueden completar las conexiones).

Causa: Las restricciones son demasiado conservadoras (p. ej., requerir un espaciado de 10 mil en una placa densa).
Verificación: Compare la densidad de la placa (redes por pulgada cuadrada) con las reglas de diseño.
Solución: Cambie a capacidades de fabricación "Avanzadas" (p. ej., reduzca a 4 mil de traza/espacio) después de confirmar el costo con APTPCB.
Prevención: Realice un estudio de viabilidad sobre la densidad de los componentes antes de establecer las reglas.

4. Síntoma: Violaciones de "Antena" o "Térmico Insuficiente".

Causa: Los radios de alivio térmico son demasiado delgados o la conexión del plano es demasiado restrictiva.
Verificación: Inspeccione las reglas de alivio térmico para las vías de potencia.
Solución: Aumente el ancho del radio o reduzca el número requerido de radios de 4 a 2 para áreas densas.
Prevención: Establezca reglas térmicas específicas para vías de alta corriente frente a vías de señal.

5. Síntoma: La placa falla en el ajuste mecánico o en las pruebas de caída.

Causa: Las restricciones de colocación de componentes ignoraron las zonas de estrés.
Verificación: Revise los requisitos de configuración de prueba de caída; componentes pesados colocados demasiado cerca del centro o de las líneas de corte en V.
Solución: Agregue una restricción de "Mantener fuera" (Keep-Out) para componentes pesados cerca de los bordes de la placa o los orificios de montaje.
Prevención: Importe la carcasa mecánica (archivo STEP) a la herramienta de PCB y establezca reglas de holgura 3D.

6. Síntoma: Retención de fabricación (EQ) con respecto a los anillos anulares.

Causa: La configuración de la restricción de diseño utilizó valores "nominales" sin tener en cuenta la tolerancia de perforación.
Verificación: Verifique si la regla es Diámetro de la almohadilla - Diámetro de la perforación >= 2 * Anillo anular mínimo.
Solución: Aumente el tamaño de la almohadilla o disminuya el tamaño de la perforación en la biblioteca/reglas.
Prevención: Siempre agregue 0.1 mm al tamaño de la perforación para determinar el tamaño mínimo de la almohadilla.

7. Síntoma: Desajuste de fase de par diferencial.

Causa: La restricción verificó la longitud total pero no la "fase estática" dentro del par.
Verificación: Busque "Tolerancia de fase" en las reglas de par diferencial.
Solución: Añadir protuberancias de ajuste de fase (enrutamiento serpentino) en el punto de desajuste, no solo al final.
Prevención: Habilitar "DRC en línea" para pares diferenciales para ver errores de fase durante el enrutamiento.

8. Síntoma: Rebabas de máscara de soldadura.

Causa: La separación entre las almohadillas es apenas mayor que la expansión de la máscara, dejando una tira de máscara diminuta e infabricable.
Verificación: Calcular Separación de la almohadilla - (2 * Expansión de la máscara).
Solución: Si la rebaba resultante es < 3 mil, agrupe la apertura de la máscara (abra la máscara sobre ambas almohadillas).
Prevención: Establezca una regla de "Rebaba mínima de máscara de soldadura" en la sección DFM de sus restricciones.

Decisiones de diseño

La configuración efectiva de las restricciones de diseño no se trata solo de la configuración del software; se conecta directamente con la realidad de la fabricación y la fiabilidad a largo plazo.

Conexión a datos de fabricación (SPC) Los diseñadores avanzados utilizan datos de configuración de gráficos spc de ejecuciones de producción anteriores para informar sus restricciones. Si el Control Estadístico de Procesos (SPC) de una fábrica muestra que las trazas de 4 mil tienen un Cpk (capacidad del proceso) de 1.33 pero las trazas de 3.5 mil caen a 0.9, el diseñador debe establecer la restricción en 4 mil para asegurar un alto rendimiento. APTPCB proporciona retroalimentación sobre estas capacidades para ayudarle a optimizar sus directrices DFM.

Fiabilidad y pruebas Las restricciones también dictan la fiabilidad mecánica. Para productos sometidos a pruebas de choque y vibración, la configuración de la prueba de caída influye en la cercanía con la que se pueden colocar los componentes a los orificios de montaje. Una regla de restricción debe definir una "zona de exclusión" de al menos 5 mm alrededor de los puntos de montaje para evitar fracturas en las uniones de soldadura durante un evento de caída.

Portabilidad de Archivos La configuración del archivo de reglas de diseño es un activo valioso. Al guardar conjuntos de restricciones verificados para diferentes tecnologías (por ejemplo, "4-Layer_Standard_FR4.rul" frente a "6-Layer_Impedance_Rogers.rul"), los equipos reducen el tiempo de configuración y eliminan el error humano.

Preguntas Frecuentes

1. ¿Cuál es la diferencia entre las restricciones DRC y DFM? DRC (Verificación de Reglas de Diseño) es una verificación estricta de aprobación/falla dentro de su software basada en las reglas que usted establece. DFM (Diseño para Fabricación) a menudo se refiere a un análisis más amplio realizado por el fabricante para verificar problemas de rendimiento, trampas de ácido y astillas que un DRC básico podría pasar por alto.

2. ¿Puedo cambiar las restricciones de diseño a mitad de un proyecto? Sí, pero es arriesgado. Ajustar las restricciones (por ejemplo, aumentar la holgura) puede causar violaciones masivas de DRC que requieren un nuevo enrutamiento. Relajar las restricciones es más seguro, pero solo debe hacerse si el fabricante confirma la capacidad.

3. ¿Cómo manejo las restricciones para alta tensión? Debe configurar una regla específica de "Fuga superficial" (Creepage). La distancia de aislamiento estándar es la distancia más corta a través del aire; la fuga superficial es la distancia a lo largo de la superficie. Las redes de alto voltaje necesitan su propia clase con un espaciado significativamente mayor (por ejemplo, >2 mm para voltaje de red).

4. ¿Por qué mi fabricante pide cambiar mis restricciones? Si sus restricciones son más estrictas de lo necesario (por ejemplo, una pista de 3 mil cuando una de 5 mil es suficiente), esto reduce el rendimiento y aumenta el costo. Por el contrario, si sus restricciones son demasiado laxas para la densidad de componentes, la placa podría no ser fabricable.

5. ¿Las restricciones afectan el costo de la PCB? Absolutamente. Las reglas que requieren características "Avanzadas" (por ejemplo, pistas de < 4 mil, perforaciones de < 0.2 mm, vías ciegas) activan niveles de precios más altos. Mantener las restricciones dentro de las especificaciones "Estándar" reduce los costos.

6. ¿Cómo configuro las restricciones para una pista de 50 ohmios? No puede simplemente "establecer" 50 ohmios; debe calcular el ancho de la pista que resulta en 50 ohmios basándose en su apilamiento (grosor y constante dieléctrica). Introduce este ancho calculado en el gestor de restricciones físicas.

7. ¿Qué es la regla de "Mínima tira de máscara de soldadura"? Esta regla asegura que haya suficiente espacio entre las aberturas de la máscara de soldadura para imprimir una red de máscara. Si esta red es demasiado delgada (< 3-4 mil), se desprenderá durante el ensamblaje, causando puentes.

8. ¿Debo confiar en las reglas predeterminadas en Altium/Eagle/KiCad? No. Las reglas predeterminadas suelen ser marcadores de posición genéricos. Podrían ser demasiado conservadoras (desperdiciando espacio) o demasiado agresivas (más allá de las capacidades estándar de fabricación). Siempre cargue un conjunto de reglas basado en las especificaciones de su fabricante específico.

9. ¿Cómo manejan las restricciones los diseños rígido-flexibles? Los diseños rígido-flexibles requieren reglas "específicas de región". El área flexible necesita diferentes restricciones (por ejemplo, mayor ancho de traza, enrutamiento curvo, sin vías) en comparación con las secciones rígidas.

10. ¿Qué es una "Sala" (Room) en la gestión de restricciones? Una Sala (Room) es un área geométrica definida en la placa donde se aplican reglas específicas. Por ejemplo, debajo de un BGA, podría permitir un espaciado de 3.5 mil, mientras que el resto de la placa requiere 5 mil.

11. ¿Por qué recibo errores de "Red no enrutada" (Unrouted Net) incluso cuando parece conectada? Esto suele ocurrir si el centro de la traza no se ajusta exactamente al centro de la almohadilla, o si el ancho de la traza es ligeramente mayor que la almohadilla, impidiendo que el software registre la lógica de conexión.

12. ¿Cómo verifico que mis restricciones de impedancia son correctas? Utilice un Visor de PCB o una calculadora de impedancia antes de la fabricación. Después de la fabricación, solicite un informe de prueba TDR (Reflectometría en el Dominio del Tiempo) a la fábrica para validar que la placa física coincide con el diseño.

Glosario (términos clave)

Término	Definición
DRC (Verificación de Reglas de Diseño)	Proceso de software que verifica el diseño contra la configuración de restricciones de diseño definida.
Distancia de separación	La distancia física mínima requerida entre dos elementos conductores (redes) para evitar cortocircuitos.
Distancia de fuga	La distancia más corta entre dos conductores a lo largo de la superficie del material aislante.
Anillo anular	El anillo de cobre alrededor de un orificio perforado; crítico para asegurar que la vía se conecte a la pista.
Clase de red	Un grupo de conexiones eléctricas (redes) que comparten las mismas reglas físicas o eléctricas.
Apilamiento	La disposición de las capas de cobre y los materiales dieléctricos (Prepreg/Núcleo) en la PCB.
Control de impedancia	Gestionar las dimensiones de las pistas para mantener una resistencia de CA (impedancia) específica para señales de alta velocidad.
Vía en pad	Una técnica de diseño donde la vía se coloca directamente en la almohadilla del componente (requiere restricciones y pasos de fabricación específicos).
Relación de aspecto	La relación entre el grosor de la placa y el diámetro del orificio perforado; limita la capacidad de chapado.
Área de montaje	El límite físico que incluye el cuerpo del componente y el área de separación de montaje necesaria.
Alivio térmico	Un patrón de radios que conecta una almohadilla a un plano, evitando efectos de disipador de calor durante la soldadura.
Expansión de la máscara de soldadura	La separación entre la almohadilla de cobre y el borde de la abertura de la máscara de soldadura.

Conclusión

Una configuración meticulosa de las restricciones de diseño es la diferencia entre una producción sin problemas y un proyecto estancado por consultas de ingeniería (EQs). Al traducir las limitaciones físicas de la fábrica y las necesidades eléctricas de su circuito en reglas de software precisas, usted garantiza la fiabilidad y el rendimiento.

Ya sea que esté configurando placas FR4 estándar o interconexiones complejas de alta velocidad, comenzar con las reglas correctas ahorra tiempo y dinero. Para obtener especificaciones de fabricación verificadas que pueblen su gestor de restricciones, o para revisar su preparación para DFM, el equipo de ingeniería de APTPCB está listo para ayudar.

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