Guía Completa para el Análisis de DFM

Un buen amigo mío tiene un chiste sobre planificar un nuevo diseño de PCB para la fabricación: a menudo pregunta "¿has llamado a tu fabricante hoy?" para enfatizar que deberías interactuar con tu socio de fabricación múltiples veces en el proceso de diseño. Esto es algo que los diseñadores a menudo olvidan, y puede llevar a grandes dolores de cabeza antes de la fabricación a gran escala. El hecho es que tu placa debería pasar por múltiples rondas de análisis DFM para asegurar la fabricabilidad, tanto en términos de fabricación como de ensamblaje.

Entonces, ¿cuándo deberías comenzar a someter tu diseño al análisis DFM? Otra pregunta importante podría ser: ¿cuál es la mejor manera de acelerar el proceso de análisis DFM? Hay mucho que verificar en cualquier placa, e inspeccionar completamente los diseños para la fabricabilidad puede ser un proceso que consume tiempo, especialmente en diseños complejos. Aquí está lo que puedes esperar en el análisis DFM y cómo hacer que tu diseño pase por el proceso rápidamente.

¿Qué implica el análisis DFM para PCBs?

En términos generales, el análisis DFM se aplica a cualquier cosa que necesite ser fabricada a gran escala. Los productos manufacturados deben ser diseñados para ajustarse al proceso utilizado para la producción en alto volumen, por lo que es necesario inspeccionar un diseño para asegurar que nada en él creará bajo rendimiento, defectos o baja vida útil. Hoy en día, su fabricante de PCB y su ensamblador de PCB podrían estar en lados opuestos del globo, y es crítico asegurar que todos tengan acceso a un único almacén controlado de información del proyecto para realizar el análisis DFM.

El análisis DFM para PCBs implica verificar si el diseño se ajustará a los procesos de fabricación y ensamblaje de su fabricante. Cualquier diseñador experimentado debería saber que la lista de posibles elecciones de diseño que pueden comprometer la calidad es larga. Sé que todavía no he memorizado todos los posibles problemas de manufacturabilidad que podrían acechar en un diseño, por lo que a menudo confío en mi fabricante para inspeccionar mis placas cuando estoy a punto de realizar un lote de fabricación.

Inspeccione Su Diseño Frecuentemente

Esto plantea un punto importante: ¿cuándo deberías realizar algunos chequeos de DFM en tu diseño? Si estás trabajando en placas más sencillas, probablemente esté bien confiar en tu fabricante para realizar un chequeo final de DFM antes de la producción; repetir análisis profundos de DFM simplemente toma demasiado tiempo cuando tu fabricante puede realizar esto rápidamente. Para algo más avanzado, como placas de señal mixta de alto conteo de capas con tolerancias ajustadas y múltiples estándares de señalización, son necesarias múltiples corridas de análisis de DFM para detectar problemas de calidad potenciales temprano.

La mejor manera de prevenir cambios de diseño innecesarios antes de la fabricación es realizar análisis de DFM en varios momentos diferentes:

• Al seleccionar componentes: Esto se relaciona principalmente con los tamaños de componentes pasivos, particularmente 0201 y 01005. Si debes usar estos componentes pequeños, solo asegúrate de que tu fabricante pueda manejarlos.
• Durante la planificación del diseño: En este punto, todavía estamos determinando algunos aspectos básicos de la placa como el conteo de capas posible, rango de anchos de pistas, tamaños de vías, si necesitaremos pasar a HDI, qué laminados de PCB usar, y qué Nivel de Producibilidad IPC será aplicable al diseño.
• Después de la colocación de componentes: Una vez que hayas colocado los componentes, considera el proceso de ensamblaje, particularmente en lo que respecta al soldado en placas SMD de doble cara. También piensa en cómo cualquier componente conectado a tierra se soldará a su plano de referencia y si necesitan alivios térmicos.
• Mientras planeas el apilado: Te sorprendería saber cuántos apilados necesitan ser modificados antes de que un diseño pueda ser enviado a fabricación. Esto es tan simple como pedirle a tu fabricante una tabla de apilado verificada.
• Después de generar los Gerbers: Algunos defectos son más fáciles de ver en tus archivos Gerber, por lo que es mejor revisar tus Gerbers en busca de cosas como perforaciones superpuestas y relaciones de aspecto de vías.
• En colaboración con el equipo de MCAD: En algunos casos, la colocación de conectores soldables u otros elementos mecánicos puede crear holguras excesivamente ajustadas.

Hay algunos de estos puntos que vale la pena elaborar ya que pueden no ser discutidos a menudo en otros artículos.

Claros de Componentes

Algunos puntos que se aplican a los conectores también se aplicarán a cualquier otro componente, pero hay otro punto relacionado con las holguras que vale la pena verificar. Asegúrate de haber previsto la expansión durante el ensamblaje, especialmente en conectores con una cubierta o base de plástico. Si dos componentes están demasiado cerca y se expanden durante el soldado, ambos pueden levantarse de la placa durante el ensamblaje.

Examinando las Huellas

Obviamente, deberías esforzarte por asegurarte de que tus huellas estén verificadas. Esto se puede hacer manualmente, o utilizando únicamente componentes verificados directamente de los fabricantes cuando estén disponibles. Sin embargo, una vez que una huella entra en el diseño, necesitarás verificar las aperturas de la máscara de soldadura, la holgura con respecto a las vías, la holgura con otros componentes, las proporciones de aspecto de las vías y más. Si no estás utilizando un software con las características adecuadas de verificación de reglas, podrías dejar un pad térmico flotando, o podrías colocar un punto de perforación demasiado cerca de un filete de soldadura. Puedes mirar el diseño de la PCB directamente, pero está perfectamente bien generar Gerbers preliminares y comparar tus capas (ver abajo).

Verificación de la Configuración de Capas

Puede sonar simplista, pero pasarás este con colores voladores si simplemente le pides a tu fabricante un apilado con el número de capas y la disposición de capas que deseas. Ya han realizado el análisis DFM necesario para asegurar que ciertos apilados de capas pasarán por su proceso. Te darán el ancho de traza, el espaciado de trazas (para pares diferenciales) y el grosor de capa que necesitarás usar con tus materiales laminados deseados. En algunos casos, podrías sorprenderte al descubrir que tu material laminado deseado no está disponible y necesitarás usar un equivalente cercano.

Para apilados de 4 capas, probablemente recibirás el apilado estándar de 8mil/40mil/8mil S/P/P/S que da un grosor total de 62 mil. Los apilados más complejos pueden requerir una tabla personalizada, especialmente cuando tienes una placa que necesita enrutamiento controlado por impedancia. Si obtienes la información del apilado temprano, no correrás el riesgo de aplicar el trazo y espaciado incorrectos necesarios para la impedancia controlada, todo ya estará verificado.

Análisis DFM Antes de la Fabricación

Una vez que hayas terminado tu placa y la hayas enviado para su fabricación, tu fabricante debería realizar su propio análisis DFM utilizando tus archivos Gerber finales. Nota que escribo "debería" aquí porque no todos los fabricantes lo harán; con algunos fabricantes, subes tus Gerbers y ellos producirán la placa exactamente como aparece en tus archivos de fabricación sin cuestionarlo. Para algunos fabricantes, necesitarás solicitar explícitamente este nivel de servicio, ya que diferentes niveles de servicio solo estarán disponibles como un complemento.

Una vez que recibas tu análisis DFM de tu fabricante, verás muchos resultados en las siguientes dos áreas: verificaciones de holguras contra las capacidades del proceso y verificaciones contra requisitos específicos de la industria.

Verificación de Tamaños de Características Contra las Capacidades del Proceso

Cuando entregues tus archivos de diseño a tu fabricante y ellos realicen su análisis DFM, probablemente verás muchos resultados sobre verificaciones de holgura. El fabricante ya debería verificar las áreas mencionadas anteriormente, pero también necesitarán comparar los tamaños de tus características y holguras contra sus capacidades de proceso. Incluso si pasaste por este proceso con Gerbers preliminares como parte de la cotización, es mejor simplemente realizar esto de nuevo ya que podrías haber pasado por alto algo.

Un ejemplo de informe de análisis DFM de uno de mis fabricantes ITAR preferidos se muestra a continuación. En esta tabla, podemos ver dónde están los espacios, los tamaños de anillos anulares y las separaciones entre los agujeros pasantes y el cobre. Desde la fila inferior, se puede ver que mi configuración de separación entre traza y cobre es demasiado baja, y las almohadillas en algunos footprints tienen tamaños de anillo anular pequeños.

En este ejemplo, tenemos múltiples errores a lo largo de un footprint particular, que resulta ser un paquete TO-92. En este caso, el tamaño del agujero en la biblioteca integrada era demasiado grande, lo que obligó a que el anillo anular alrededor del borde fuera demasiado pequeño para mantener las separaciones. Después de redimensionar el agujero, pudimos hacer espacio para un anillo anular de Clase 2 mientras aún dejábamos suficiente separación para prevenir cortocircuitos.

Para un diseño grande y complejo con miles de redes, ¿cómo verifica su fabricante cada característica posible en su diseño de PCB? Hay aplicaciones que ayudan a automatizar este proceso y compilarán un informe con cualquier violación del proceso. Algunos fabricantes tienen sus propias aplicaciones que usarán internamente, mientras que otros le darán acceso a un programa descargable que puede usar para verificar su diseño antes de la fabricación.

Revisión de Cumplimiento de la Clase IPC

Otra área de requisitos de diseño que puede requerir más experiencia es la revisión de la conformidad con las Clases IPC. Un punto importante a indicar durante el proceso de cotización es qué nivel de calificación IPC está buscando, si es que busca alguno. Esto implica verificar los teardrops, tamaños de anillos anulares, diámetros de taladro y pad versus peso de cobre, capacidad para platear vías y agujeros, y requisitos de espesor dieléctrico, solo para nombrar algunos de los principales requisitos de fiabilidad. El diseño físico se comparará con las capacidades del fabricante para asegurar que el diseño resultante pueda cumplir con los requisitos de calificación y rendimiento definidos en las normas IPC, y se necesitarán hacer cambios antes de la fabricación.

Cómo enviar los datos de su diseño a su fabricante rápidamente

¿Cuál es la forma más rápida de poner los archivos en manos de su fabricante y cómo puede asegurarse de que entienden completamente su intención de diseño? Necesitará el mejor conjunto de herramientas de colaboración en la nube que pueda encontrar. En estos días, con todo haciéndose digitalmente, los diseñadores de PCB necesitan herramientas que les ayuden a colaborar en proyectos complejos y compartirlos con sus socios de fabricación. Con la plataforma Altium 365, es fácil compartir rápidamente todo, desde lanzamientos de proyectos completos hasta archivos de diseño individuales con su fabricante, otros miembros del equipo y clientes.

Altium 365 también ayuda a optimizar el análisis DFM con un conjunto completo de características de documentación, incluyendo:

• Herramientas de alojamiento y gestión de componentes y bibliotecas
• Un sistema de control de versiones integrado basado en Git
• Integración con herramientas de base de datos internas o aplicaciones de control de versiones externas
• Características de acceso y gestión de usuarios

Dentro de Altium 365, hay una manera extremadamente conveniente de enviar tu placa a tu fabricante con la función Enviar al Fabricante. Una vez que un proyecto es liberado en tu Espacio de Trabajo de Altium 365, puedes entrar en la liberación de tu proyecto y hacer clic en el botón “Enviar al Fabricante” en la parte superior de la pantalla, como se muestra a continuación. Tu fabricante puede entonces abrir el proyecto en Altium Designer, o pueden descargar los archivos de la liberación y pasar tus archivos de fabricación por una aplicación de análisis DFM.

Una vez que tu diseño está con tu fabricante, ellos pueden comentar sobre puntos específicos en el diseño, lo que ayudará a asegurar que no haya confusión al leer un informe de análisis DFM. Estos comentarios pueden luego ser vistos en línea en Altium 365 a través de tu navegador, o en el diseño de la PCB cuando abres tu proyecto en Altium Designer. Ningún otro servicio basado en la nube te ayuda a pasar por múltiples rondas de análisis DFM como Altium 365.

La forma más rápida de llevar tu diseño a través de múltiples rondas de análisis DFM mientras se rastrean los cambios en los proyectos a lo largo del proceso es utilizar la plataforma Altium 365™. Tendrás todas las herramientas que necesitas para compartir, almacenar y gestionar todos tus datos de diseño de PCB en una plataforma segura en la nube. Altium 365 es la única plataforma de colaboración en la nube específicamente para diseño y fabricación de PCB, y todas las características de Altium 365 se integran con las herramientas de diseño de clase mundial en Altium Designer®.

Solo hemos arañado la superficie de lo que es posible hacer con Altium Designer en Altium 365. Puedes consultar la página del producto para una descripción de características más profunda o uno de los Seminarios Web Bajo Demanda.