Diseño de PCB para fabricación: Especificaciones completas, lista de verificación y guía de solución de problemas

El diseño de PCB para fabricación (DFM) eficaz es la disciplina de ingeniería que consiste en diseñar placas de circuito impreso que puedan fabricarse de forma fácil, económica y fiable. Cierra la brecha entre los archivos CAD digitales y la realidad física. Ignorar el DFM a menudo conduce a pérdidas de rendimiento, revisiones costosas y lanzamientos de productos retrasados.

En APTPCB (Fábrica de PCB APTPCB), vemos miles de diseños anualmente. Los proyectos más exitosos integran las restricciones de fabricación temprano en la fase de diseño, en lugar de tratarlas como una ocurrencia tardía. Esta guía proporciona las especificaciones técnicas, los conjuntos de reglas y los pasos de solución de problemas necesarios para optimizar su diseño de PCB para la producción.

Diseño de PCB para fabricación: respuesta rápida (30 segundos)

Si necesita validar un diseño de inmediato, asegúrese de que se cumplan estas restricciones principales antes de enviar los archivos para su fabricación.

Pista y Espacio: Mantenga un mínimo de 5 mil (0,127 mm) para un costo estándar; bajar de 4 mil aumenta significativamente la dificultad y el precio.
Relación de Aspecto de Perforación: Mantenga la relación entre el grosor de la placa y el diámetro de la perforación por debajo de 8:1 para la perforación mecánica estándar (por ejemplo, una placa de 1,6 mm debe tener vías de al menos 0,2 mm).
Anillo Anular: Asegúrese de que la almohadilla de cobre se extienda al menos 5 mil (0,127 mm) más allá del radio del orificio de perforación para evitar roturas durante la perforación.
Cobre al Borde: Mantenga todas las características de cobre al menos a 0,5 mm (20 mil) del borde de la placa para evitar rebabas o desprendimientos durante el enrutamiento/corte en V.
Expansión de la máscara de soldadura: Establezca la expansión de la máscara en 2-3 mil más grande que la almohadilla para tener en cuenta la tolerancia de registro.
Formato de archivo: Exporte siempre RS-274X (Gerber X2) u ODB++ para asegurarse de que todas las definiciones de apertura estén incrustadas.

Cuándo se aplica el diseño de PCB para la fabricación (y cuándo no)

El DFM es un requisito universal para el hardware físico, pero la rigurosidad de las reglas varía según el contexto.

Cuando un DFM estricto es crítico:

Producción en masa: Incluso una pérdida de rendimiento del 1% debido a un DFM deficiente cuesta miles de dólares en tiradas de gran volumen.
Sectores de alta fiabilidad: Los dispositivos automotrices, aeroespaciales y médicos requieren márgenes robustos (IPC Clase 3) que solo un DFM estricto puede garantizar.
Apilamientos complejos: Los diseños que utilizan HDI (interconexión de alta densidad), vías ciegas/enterradas o materiales rígido-flexibles tienen ventanas de proceso estrechas.
Reducción de costos: La optimización de la utilización del panel y la minimización del número de perforaciones reduce directamente el precio unitario.
Integridad de la señal: Las líneas de impedancia controlada deben tener en cuenta la compensación de grabado de fabricación, que es una actividad central del DFM.

Cuando las reglas DFM pueden relajarse (ligeramente):

Prototipos de prueba de concepto: Si solo necesita una placa funcional y el costo es irrelevante, puede pagar un extra para que una casa de fabricación corrija manualmente problemas menores.
Simulación pura: Si el diseño es solo para simulación térmica o de señal y nunca se construirá.
Grabado DIY: Las PCB caseras tienen restricciones completamente diferentes, mucho más gruesas, que los procesos industriales.

Diseño de PCB para reglas y especificaciones de fabricación (parámetros clave y límites)

La siguiente tabla describe los parámetros críticos para el diseño de PCB para fabricación. Estos valores representan capacidades industriales estándar. Superar estos "Valores Recomendados" mueve la placa a categorías "Avanzadas" o "HDI", lo que aumenta el costo.

Esta sección aborda específicamente las reglas del anillo anular y la tolerancia de perforación para PCB para garantizar la fiabilidad mecánica.

Regla / Parámetro	Valor Recomendado (Estándar)	Por qué es importante	Cómo verificar	Si se ignora (Modo de falla)
Ancho Mínimo de Pista	5 mil (0.127mm)	Evita el sobregrabado que causa circuitos abiertos.	CAD DRC (Design Rule Check).	Pistas rotas (abiertas) o alta resistencia.
Espacio Mínimo (Separación)	5 mil (0.127mm)	Evita el subgrabado que causa cortocircuitos.	CAD DRC.	Cortocircuitos no deseados entre redes.
Diámetro de Perforación de Vía	Mín 0.2mm (8 mil)	Las brocas más pequeñas se rompen fácilmente y son más difíciles de chapar.	Tabla de Perforación / Archivo de Perforación NC.	Vacíos de chapado o brocas rotas.
Anillo Anular	+5 mil (0.127mm) sobre el radio del orificio	Compensa la desviación de la broca; asegura la conexión.	Análisis CAM.	"Breakout" (el orificio se desconecta de la almohadilla).
Tolerancia de perforación (PTH)	±3 mil (0,075mm)	Asegura que los pines encajen en los orificios después del chapado.	Notas del plano de fabricación.	Los componentes no encajarán o quedarán demasiado sueltos.
Tolerancia de perforación (NPTH)	±2 mil (0,05mm)	Precisión de montaje mecánico.	Notas del plano de fabricación.	La placa no encajará en la carcasa.
Dique de máscara de soldadura	Mín. 4 mil (0,1mm)	Evita puentes de soldadura entre las almohadillas.	Visor Gerber.	Puentes de soldadura (cortocircuitos) durante el montaje.
Cobre al borde de la placa	Mín. 20 mil (0,5mm)	Evita que el cobre se rompa durante el enrutamiento.	Zonas de exclusión en CAD.	Cobre expuesto, cortocircuitos al chasis.
Relación de aspecto	< 8:1 (Espesor:Perforación)	La solución de chapado debe fluir a través del orificio.	Calculadora (Espesor / Perforación).	Chapado incompleto (vacíos en el barril).
Expansión de la máscara de soldadura	2-3 mil (0,05-0,075mm)	Tiene en cuenta los errores de alineación de la máscara.	Configuración de salida CAD.	La máscara cubre la almohadilla (insoldable).
Altura de la serigrafía	Mín. 30 mil (0,75mm)	Legibilidad para operadores y escáneres automatizados.	Inspección visual.	Texto ilegible.
Ancho de línea de la serigrafía	Mín. 5 mil (0,127mm)	Evita que la tinta se emborrone o no se imprima.	DRC CAD.	Texto borroso o faltante.
Definición de la almohadilla BGA	NSMD (No definido por máscara de soldadura)	Mejor fiabilidad de las uniones de soldadura para la mayoría de los BGA.	Biblioteca de huellas.	Uniones de soldadura agrietadas bajo estrés.

Pasos de implementación del diseño de PCB para la fabricación (puntos de control del proceso)

La implementación de las directrices DFM para el diseño de PCB requiere un enfoque sistemático. No espere a que el diseño esté terminado para verificar estas reglas.

Paso 1: Definir el apilamiento y los materiales

Acción: Contacte a su fabricante (como APTPCB) para obtener un apilamiento válido antes del enrutamiento.
Parámetro clave: Espesor dieléctrico, peso del cobre (p. ej., 1oz vs 2oz) y tipo de material (FR4 TG150/170).
Verificación de aceptación: Confirme que los cálculos de impedancia coinciden con las constantes de material del fabricante (Dk/Df).

Paso 2: Configurar las reglas de diseño CAD (DRC)

Acción: Introduzca las capacidades mínimas del fabricante en las restricciones de su software CAD.
Parámetro clave: Establezca "Ancho Mínimo", "Espacio Mínimo" y "Vía Mínima" a valores ligeramente superiores a los mínimos absolutos del fabricante (p. ej., establezca 5mil si pueden hacer 4mil) para añadir un margen de seguridad.
Verificación de aceptación: Ejecute un "DRC por lotes" en una placa vacía para asegurarse de que las reglas estén activas.

Paso 3: Colocación de componentes (DFM de ensamblaje)

Acción: Coloque los componentes para minimizar el sombreado y el estrés.
Parámetro clave: Mantenga los componentes a 2-3 mm de los bordes de la placa y de las líneas de corte en V. Oriente componentes similares (circuitos integrados, diodos) en la misma dirección.
Verificación de aceptación: Verifique que ningún componente se encuentre en zonas de "keepout" para los rieles de panelización.

Paso 4: Enrutamiento y gestión de planos

Acción: Enrute las señales y vierta los planos de cobre.
Parámetro clave: Equilibrar la distribución del cobre. Evitar grandes áreas de cobre aisladas en un lado y ninguna en el otro para prevenir la deformación. Usar "thieving" o vertidos de cobre en capas vacías.
Verificación de aceptación: Comprobación visual de "trampas de ácido" (ángulos agudos < 90 grados) que pueden atrapar el grabador.

Paso 5: Serigrafía y marcas de ensamblaje

Acción: Limpiar los designadores de referencia.
Parámetro clave: Asegurarse de que la serigrafía no se superponga a las almohadillas de soldadura.
Verificación de aceptación: Ejecutar una comprobación específica de "Serigrafía sobre almohadilla" en su herramienta CAD.

Paso 6: Salida final y verificación

Acción: Generar archivos Gerber X2 u ODB++ y la netlist IPC-356.
Parámetro clave: Incluir un plano de fabricación con notas sobre color, acabado y tolerancias.
Verificación de aceptación: Abrir los Gerbers generados en un visor de terceros (no su herramienta CAD) para verificar que las capas estén alineadas y sean correctas.

Solución de problemas de diseño de PCB para fabricación (modos de fallo y soluciones)

Incluso con buenas intenciones, ocurren defectos. Aquí se explica cómo solucionar problemas comunes relacionados con el diseño de PCB para fabricación.

1. Síntoma: Efecto "Tombstoning" (Componente pasivo se levanta por un extremo)

Causas: Calentamiento desigual durante el reflujo; una almohadilla conectada a un gran plano de cobre sin alivio térmico.
Comprobaciones: Inspeccionar las conexiones de alivio térmico en la almohadilla de tierra frente a la almohadilla de señal.
Solución: Aplicar radios térmicos (alivios) a las almohadillas conectadas a planos grandes.
Prevención: Aplicar reglas de alivio térmico en CAD para todas las almohadillas SMT.

2. Síntoma: Alabeo o torsión de la placa

Causas: Apilamiento de capas asimétrico o distribución desigual del cobre (por ejemplo, mucho cobre en la parte superior, sin cobre en la parte inferior).
Comprobaciones: Revisar el apilamiento para verificar la simetría alrededor del núcleo central. Comprobar el porcentaje de densidad de cobre por capa.
Solución: Añadir "copper thieving" (patrón de rejilla) a las áreas de baja densidad.
Prevención: Utilizar un apilamiento equilibrado (por ejemplo, señal-plano-plano-señal) y equilibrar los vertidos de cobre.

3. Síntoma: Vacíos de chapado en las vías

Causas: Relación de aspecto demasiado alta (agujero demasiado profundo para su diámetro); residuos de perforación en el agujero.
Comprobaciones: Calcular Espesor / Diámetro de la broca. ¿Es > 8:1 o 10:1?
Solución: Aumentar el diámetro de la vía o cambiar a un núcleo de PCB más delgado.
Prevención: Adherirse a las directrices de relación de aspecto durante la selección de vías.

4. Síntoma: Desprendimiento o descamación de la máscara de soldadura

Causas: Las presas de la máscara de soldadura son demasiado delgadas (astilla) y no se adhieren al FR4.
Comprobaciones: Medir el ancho de la presa de la máscara entre las almohadillas de paso fino.
Solución: Si la presa es < 3-4 mil, aliviar la máscara en grupo (hacer una gran abertura para una fila de pines).
Prevención: Establecer restricciones mínimas para las presas de la máscara en CAD.

5. Síntoma: Juntas de soldadura agrietadas en BGAs

Causas: Desajuste del tipo de definición de la almohadilla o estrés mecánico cerca del BGA.
Comprobaciones: Verificar si las almohadillas son SMD (Solder Mask Defined) o NSMD.
Solución: Cambiar a NSMD para un mejor agarre del cobre, a menos que el fabricante especifique lo contrario.
Prevención: No colocar vías dentro de las almohadillas BGA a menos que se utilice la tecnología "via-in-pad" (rellenas y tapadas).

6. Síntoma: Cortocircuitos en el borde de la placa

Causas: Planos de cobre enrutados demasiado cerca de la línea de corte en V o de fresado.
Comprobaciones: Medir la holgura entre el cobre y el borde.
Solución: Retirar el cobre al menos 0,5 mm del perfil.
Prevención: Definir una zona de exclusión global del contorno de la placa en el diseño CAD.

Cómo elegir el diseño de PCB para la fabricación (decisiones de diseño y compensaciones)

El diseño se trata de compromiso. Al aplicar el diseño de PCB para la fabricación, a menudo tienes que elegir entre costo, densidad y rendimiento.

DFM estándar vs. DFM avanzado (HDI)

DFM estándar: Utiliza vías pasantes, anchos de traza estándar (5/5 mil) y laminación estándar.
- Ventajas: Menor costo, menor tiempo de entrega, disponible en todas las fábricas.
- Desventajas: Limita la densidad de componentes, mayor tamaño de placa.
DFM avanzado (HDI): Utiliza microvías láser, vías ciegas/enterradas y líneas finas (3/3 mil).
- Ventajas: Densidad extremadamente alta, factor de forma más pequeño, mejor integridad de la señal.
- Desventajas: Mayor costo (2-3x), mayor tiempo de entrega, requiere fabricantes especializados como APTPCB.

Fabricación Clase 2 vs. Clase 3

IPC Clase 2 (Industrial Estándar):
- Decisión: Elegir para electrónica de consumo, ordenadores y periféricos generales.
Compromiso: Permite imperfecciones visuales menores y anillos anulares más pequeños (se permite una ruptura de 90 grados). Menor costo.
Clase IPC 3 (Alta Fiabilidad):
- Decisión: Elija para sistemas médicos de soporte vital, aeroespaciales o de seguridad automotriz.
- Compromiso: Requiere anillos anulares estrictos (sin ruptura), chapado más grueso y pruebas rigurosas. Mayor costo y reglas DFM más estrictas.

Selección del Acabado Superficial

HASL (Nivelación de Soldadura por Aire Caliente): Barato y robusto, pero la superficie es irregular. Malo para componentes de paso fino.
ENIG (Níquel Químico Oro por Inmersión): Superficie plana, excelente para BGAs y paso fino. Más caro.
Decisión: Si su DFM incluye componentes de paso fino (< 0,5 mm de paso), debe elegir ENIG u OSP en lugar de HASL para evitar defectos de ensamblaje.

Preguntas frecuentes sobre el diseño de PCB para la fabricación (DFM)

1. ¿Un diseño estricto de PCB para la fabricación aumenta el costo de la placa? No, generalmente lo disminuye. Si bien un DFM estricto podría obligarlo a usar una placa más grande o menos capas para cumplir con las reglas estándar, elimina la necesidad de recargos por procesamiento "avanzado". Diseñar dentro de zonas "seguras" estándar (por ejemplo, una traza de 5 mil en lugar de 3 mil) siempre es más barato.

2. ¿Cómo afecta el DFM al tiempo de entrega? Un buen DFM reduce el plazo de entrega. Si un diseño pasa la verificación CAM del fabricante inmediatamente (EQ - Preguntas de Ingeniería), la producción comienza al instante. Un DFM deficiente provoca "retenciones por EQ", donde los ingenieros deben enviarle un correo electrónico para aclarar o solucionar problemas, retrasando el inicio varios días.

3. ¿Cuáles son los criterios de aceptación para el diseño de PCB para fabricación? La aceptación se basa en los estándares IPC-A-600. Los criterios clave incluyen:

Registro de Orificios: El orificio debe estar dentro de la almohadilla (Clase 3) o no salirse más de 90 grados (Clase 2).
Espesor del Chapado: Promedio de 20-25µm para Clase 2.
Máscara de Soldadura: Sin ampollas ni desprendimientos; registro adecuado.

4. ¿Qué archivos se requieren para una revisión DFM adecuada? Debe proporcionar:

Archivos Gerber (RS-274X) para todas las capas.
Archivos de taladro NC (Excellon).
Netlist IPC-356 (crucial para verificar la lógica eléctrica).
Dibujo de apilamiento (orden y grosor de las capas).
Dibujo de fabricación (notas sobre acabado, color, tolerancias).

5. ¿Consejos para la reducción de costos en el diseño de PCB para fabricación?

Panelizar eficientemente: Diseñe el tamaño de la placa para que se ajuste a los paneles de producción estándar con un desperdicio mínimo.
Minimizar los tamaños de taladro: Utilice la menor cantidad posible de tamaños de taladro diferentes para reducir los cambios de herramienta.
Evitar vías ciegas/enterradas: Utilice vías pasantes siempre que sea posible.
Estandarizar materiales: Cíñase al FR4 Tg150 estándar a menos que se requieran estrictamente altas velocidades/altas temperaturas.

6. ¿Cómo manejo el diseño de PCB para fabricación de circuitos flexibles? Las PCB flexibles tienen reglas DFM únicas:

Pistas curvas: Evite las esquinas afiladas de 90 grados; use arcos para prevenir el agrietamiento por estrés.
Aberturas de Coverlay: El Coverlay se perfora o corta con láser, no se foto-imagina, por lo que las aberturas necesitan tolerancias más grandes (10 mil+).
Rigidizadores: Defina claramente las ubicaciones de los rigidizadores en una capa mecánica separada.
Consulte nuestras capacidades de PCB flexibles para reglas específicas de flexibles.

7. ¿Cuál es la diferencia entre DFM y DFA?

DFM (Design for Manufacturing – Diseño para la Fabricación): Se centra en la fabricación de la placa desnuda (grabado, perforación, chapado).
DFA (Design for Assembly – Diseño para el Ensamblaje): Se centra en la población de componentes (soldadura, holgura de pick-and-place, perfilado térmico). Ambos son necesarios para un producto exitoso.

8. ¿Cómo afecta el equilibrio del cobre al diseño de PCB para la fabricación? El cobre desequilibrado hace que la placa se doble o tuerza durante el calor de la soldadura por reflujo. Las reglas DFM requieren equilibrar el área de cobre en las capas superior e inferior y utilizar una estructura de apilamiento de capas simétrica.

9. ¿Cuál es el límite de la "relación de aspecto" para las PCB estándar? El límite estándar es 8:1. Para una placa de 1,6 mm de espesor, la perforación mínima es de 0,2 mm. Ir a 10:1 o 12:1 es posible, pero requiere procesos de fabricación avanzados y puede incurrir en costos adicionales.

10. ¿Por qué la lista de redes IPC-356 es importante para DFM? La netlist define la conectividad eléctrica prevista por el CAD. El fabricante compara la conectividad de la imagen Gerber con esta netlist. Si difieren, se marca un error de "Discrepancia de datos", lo que le evita fabricar una placa con cortocircuitos o circuitos abiertos que estaban presentes en el diseño.

Recursos para el diseño de PCB para fabricación (páginas y herramientas relacionadas)

Para optimizar aún más sus diseños, utilice estos recursos específicos de APTPCB:

Proceso de fabricación: Comprenda los pasos por los que pasa su placa leyendo sobre el proceso de fabricación de PCB.
Selección de materiales: Elija el sustrato adecuado explorando los materiales de PCB.
Tecnología avanzada: Si su DFM requiere alta densidad, revise nuestras capacidades de PCB HDI.
Reglas de ensamblaje: Para verificaciones específicas de DFA, consulte nuestra guía de ensamblaje SMT y THT.
Directrices generales: Una visión general amplia está disponible en nuestras Directrices DFM.

Glosario de diseño de PCB para fabricación (términos clave)

Término	Definición
Anillo anular	El anillo de cobre alrededor de un orificio pasante chapado. Crítico para asegurar que la perforación se conecte a la pista.
Relación de aspecto	La relación entre el grosor de la PCB y el diámetro del orificio perforado. Limita la capacidad de chapado.
Taladro posterior	Eliminación de la porción no utilizada de un orificio pasante metalizado (stub) para mejorar la integridad de la señal.
Desborde	Cuando un orificio perforado no está perfectamente centrado y corta el borde de la almohadilla.
Agujero almenado	Un orificio metalizado en el borde de la placa que se corta por la mitad, utilizado para soldar una PCB a otra.
Separación	La distancia mínima requerida entre dos características conductoras (pista a pista, pista a almohadilla).
DRC (Verificación de Reglas de Diseño)	Verificación de software en herramientas CAD que comprueba el diseño contra restricciones DFM específicas.
Factor de grabado	La compensación requerida para el proceso de grabado químico, que tiende a socavar las pistas de cobre.
Marca fiducial	Un marcador de cobre utilizado por las máquinas de ensamblaje para la alineación óptica.
Mordeduras de ratón	Pestañas perforadas de separación utilizadas en la panelización para separar las placas después del ensamblaje.
Netlist	Un archivo que describe las conexiones eléctricas (redes) del circuito, utilizado para pruebas eléctricas (E-Test).
Dique de máscara de soldadura	El puente de material de máscara de soldadura entre dos almohadillas adyacentes.
Alivio térmico	Radios que conectan una almohadilla a un plano, evitando que el calor se disipe demasiado rápido durante la soldadura.
Equilibrio de cobre	Adición de patrones de cobre no funcionales a áreas vacías para equilibrar la distribución del cobre para la uniformidad del chapado.

Solicitar un presupuesto para el diseño de PCB para fabricación (El diseño de PCB para fabricación (DFM) + precios)

¿Listo para pasar del diseño a la producción? APTPCB ofrece una revisión DFM gratuita con cada pedido para asegurar que sus archivos estén listos para la producción.

Para obtener una cotización precisa y una verificación DFM, por favor prepare:

Archivos Gerber: Formato RS-274X o ODB++.
Cantidad: Prototipo (5-10 unidades) o volumen de producción en masa.
Especificaciones: Tipo de material, grosor, peso del cobre y acabado superficial.
Requisitos especiales: Control de impedancia, vías ciegas/enterradas o tolerancias específicas.

Envíe sus datos a continuación, y nuestros ingenieros analizarán la conformidad de su diseño de PCB para fabricación y proporcionarán una estimación de costos en 24 horas.

Conclusión: Próximos pasos en el diseño de PCB para fabricación

Dominar el diseño de PCB para fabricación es la forma más efectiva de reducir costos, acortar los plazos de entrega y asegurar la fiabilidad de sus productos electrónicos. Al adherirse a las reglas estándar para el ancho de traza, el espaciado y las relaciones de aspecto de las perforaciones, usted transforma un concepto digital en una realidad físicamente robusta. Siempre valide su diseño con las capacidades específicas de su socio de fabricación antes de finalizar el diseño.