Introducción al diseño y fabricación de placas de circuito impreso - Parte 4: Fabricación de placas de circuito impreso

Ya has creado el esquema, has diseñado la placa de circuito impreso, has revisado varias veces el diseño con tus estimados colegas y estás seguro de que tu diseño funcionará exactamente como esperabas (jaja). Ahora estás listo para construirlo.

La fabricación tiene dos partes: En primer lugar, hay que fabricar la placa de circuito impreso; en segundo lugar, hay que instalar los componentes en la placa. Hay dos maneras diferentes de abordar estas tareas, pero, antes de llegar a ellos, voy a dar marcha atrás y pasar algún tiempo en la creación de un paquete de fabricación DOPE. Estoy bromeando - los paquetes de fabricación no son tan emocionantes. Pero son necesarios.

Un paquete de fabricación es un paquete que contiene todos los archivos e instrucciones necesarias para completar la fabricación y montaje de su proyecto. El contenido de un paquete de fabricación de montaje de PCB puede incluir los siguientes elementos:

• • Archivos CAD de PCB
  • Especificaciones de PCB
  • Lista de materiales (BOM)
  • Especificaciones de montaje de PCB

Archivos CAD de PCB

Normalmente, hay dos formatos diferentes para los archivos CAD que la mayoría de los fabricantes de PCB aceptan: Gerbers y ODB++. Los archivos Gerber son el formato OG y, en la mayoría de los casos, harán el trabajo tan bien como los ODB++. Sin embargo, si realizas una simple búsqueda en Internet sobre "Gerber vs ODB++", encontrarás información sobre cómo ODB++ puede superar a Gerber. En cualquier caso, la mayoría de los fabricantes de PCB aceptan cualquiera de los dos formatos.

Como cada software lo hace de forma diferente, no voy a dedicar tiempo a los pasos específicos para exportar los archivos, sólo diré que debería haber alguna opción en la que el diseñador pueda seleccionar qué capas de la PCB se exportan. Usted querrá asegurarse de que todas las capas necesarias están seleccionadas para ser exportadas: Estas capas incluirían todas las capas de cobre, capas de serigrafía, etc. Si te olvidas de una capa que es necesaria, la empresa de fabricación normalmente se dará cuenta y se pondrá en contacto contigo; confiar en que la empresa de fabricación se dé cuenta de los errores no suele ser la mejor práctica, pero ocurre.

Especificaciones de la placa de circuito impreso

Se trata de un documento sencillo que proporciona todos los requisitos de diseño para la placa de circuito impreso que no se han capturado explícitamente en los archivos CAD. Los detalles de este documento incluirían cosas como cuántas capas de cobre tiene la placa, qué grosor debe tener, de qué color debe ser la máscara de soldadura, cuál debe ser el acabado de la superficie, etc.

Para una placa de circuito impreso de uso general (como nuestro circuito LED de ejemplo de anteriores entradas del blog), las recomendaciones por defecto de la empresa fabricante son suficientes. Sin embargo, hay casos especiales en los que no sería prudente seguir las especificaciones por defecto. Por ejemplo, si uno de los requisitos de un diseño es que debe permanecer operativo a altas temperaturas (como las que se dan en las aplicaciones de perforación), hay que tener en cuenta aspectos especiales en la construcción de la placa de circuito. Por ejemplo, el material dieléctrico que se utiliza entre las capas de cobre debe ser un material apto para las temperaturas previstas.

Lista de materiales (BOM)

La lista de materiales es una lista exhaustiva, normalmente en forma de hoja de cálculo, de todos los componentes que se instalarán en la placa de circuito. La lista de materiales enumera cada componente por su designador y especifica su número de pieza. Para facilitar las cosas, la lista de materiales también puede incluir breves descripciones de cada componente, de modo que un rápido vistazo a la lista de materiales pueda dar una idea de los tipos de componentes del diseño.

En un mundo ideal, la persona encargada de comprar los componentes podría abrir la lista de materiales, buscar cada número de pieza, encontrar las piezas almacenadas y listas para su compra en una fuente fiable (como Digi-Key, Mouser, Newark, etc.), comprar las piezas y tenerlo todo listo para el montaje en el momento en que finalice la fabricación de la placa de circuito.

Por desgracia, vivimos en un mundo en el que cosas como la "escasez en la cadena de suministro" son cosas que pasan. Lamentable. Para los diseños sencillos, los efectos de estas sequías de semiconductores pueden no ser inmediatamente perceptibles; sin embargo, para los diseños más complejos que utilizan más piezas, lo que sucede a menudo es que se seleccionará una pieza durante el proceso de diseño y para cuando el diseño pase a fabricación, la pieza estará agotada.

Cuando esto ocurre, se elabora una lista de "excepciones" en la que se especifican todas las piezas que están agotadas. Para completar el proceso de montaje, hay que resolver todas las excepciones, normalmente proporcionando un número de pieza alternativo que pueda utilizarse en lugar del número de pieza especificado originalmente.

Especificaciones de montaje de PCB

De forma similar a las especificaciones de PCB, las especificaciones de montaje de PCB son un documento que proporciona todos los detalles necesarios para montar un conjunto de placa de circuito. Estos detalles pueden incluir requisitos sobre cosas como el tipo de soldadura que debe utilizarse, los estándares de mano de obra requeridos, etc.

Dependiendo de cómo se vaya a montar la placa, este documento también puede requerir dibujos que muestren dónde y cómo se va a instalar en la placa de circuito impreso cada componente especificado en la lista de materiales.

Las descripciones anteriores del contenido de un paquete de fabricación típico cubren la mayor parte de lo que se necesita para montar una placa de circuito impreso. Por supuesto, puede haber diseños con requisitos específicos que requieran documentación adicional.

Una vez que tengas un paquete de fabricación adecuado, puedes empezar a construirlo. Como he mencionado al principio de este post, hay dos enfoques para lograr esto: Pagar a alguien para que lo monte o montarlo tú mismo.

En el caso de que subcontrates el montaje a un fabricante por contrato (CM), normalmente sólo tienes que enviar el paquete de fabricación completo y ellos se encargarán de pedir las placas a una empresa de fabricación por ti. Una vez que reciban las placas, utilizarán la lista de materiales y las especificaciones de montaje para construir el conjunto según sus requisitos.

Si el diseño es complejo y tiene muchas piezas, el paquete de fabricación también debe incluir un archivo pick and place. Este archivo es otro archivo CAD que puede ser utilizado por los robots de lujo de la CM para colocar automáticamente todos los componentes en la placa antes de ejecutar la placa a través de una máquina de soldar. Este método de construcción de las placas es el más caro de las opciones, pero, si las placas tienen muchas piezas y, sobre todo, si necesitas muchas placas, ésta es prácticamente tu única opción.

Si el diseño es sencillo (¡como nuestra placa LED de ejemplo!) y tienes habilidad para ensamblar componentes pequeños, ¡puedes construir la placa tú mismo! En este caso, tendrás que comprar todo por tu cuenta, incluyendo la placa de circuito impreso y todos los componentes de la lista de materiales. Una vez que tengas todo el material, puedes abrir tus prácticos planos de especificaciones de montaje y ponerte a soldar. Hay diferentes maneras de montar un PCBA en un laboratorio casero improvisado, pero ese es un tema para otro día.

Hay muchos detalles y matices que he omitido en esta serie de blogs sobre diseño y fabricación de PCB, pero así son las presentaciones. Sin embargo, después de las presentaciones, la experiencia es el mejor maestro, así que ¡a construir!