Cómo diseñar PCBs rentables

Un ingeniero de diseño debe considerar todas las cosas que afectan el costo total de fabricación de PCB. Con frecuencia, los nuevos ingenieros de diseño de PCB a menudo no consideran el costo de la fabricación de PCB. Las cosas que afectan el costo por PCB que muchos ingenieros de diseño jóvenes no planean incluyen el costo de las herramientas, el tamaño de una PCB y el espaciado de los componentes de la placa.

Para asegurarse de que sus costos de producción sean lo más bajos posibles, incluidos los costos de herramientas, aquí hay algunas pautas a seguir:

1. Guía para las dimensiones de PCB.

Seleccione el tamaño más pequeño de la PCB que sea práctico.

Si bien esto parece ser una pauta evidente, no todos los diseñadores de PCB lo piensan. Recuerde, cuanto mayor sea el tablero, mayor será el costo. El tamaño de una tabla tiene una relación directa con el precio final que un cliente pagará por ello.

2. Guía para seleccionar la forma de una PCB

Las formas de PCB rectangulares y cuadradas estándar siempre cuestan menos que las formas no estándar. Además, no incorpore ranuras o recortes a menos que sean completamente necesarios.

Las formas no estándar a menudo incurren en recargos por parte de algunas empresas de fabricación de PCB. La Figura 1 es un ejemplo de un diseño personalizado que utiliza una PCB con forma no estándar para el montaje dentro de un gabinete especializado. Siempre habrá momentos en que será necesaria una forma de PCB no estándar; sin embargo, si no hay una razón crítica por la que el PCB no sea estándar, siempre seleccione una forma de PCB estándar para mantener sus costos totales lo más bajos posible.

Figura 1: Placa de circuito impreso con forma no estándar (PCB)

La figura 2 muestra una placa de circuito impreso con una ranura rectangular. Las empresas de fabricación de PCB le cobran un costo adicional. La figura 2 es una PCB de ranura rectangular. Hay cargas adicionales para las ranuras de corte cuando están incluidas en PCB por la mayoría de las empresas de fabricación de placas de circuito impreso. Para mantener bajo el costo total de fabricación de una PCB, solo use las ranuras cuando sea crítico para el diseño.

Figura 2: una placa de circuito impreso estándar con una ranura o recorte hecho dentro de la PCB.

3. Pautas para el tamaño y la separación de las piezas de cobre de PCB

El precio de una PCB aumenta a medida que el tamaño y la separación de las partes de cobre se reducen.

Esta guía es la inversa de la primera guía, es decir, las piezas de cobre de mayor tamaño son menos costosas. Esta guía es obvia porque las piezas de impresión con dimensiones muy pequeñas requieren una maquinaria de alta precisión que pueda manejar tolerancias muy pequeñas. En otras palabras, los costos se agregan a un PCB que requiere equipo de alta precisión para producirlo. Este costo adicional se incrementa cuando se producen prototipos de placas de circuitos impresos que normalmente tienen cantidades de producción muy bajas.

Las partes de cobre de interés incluyen SMD o mediante orificios PADS, pistas, vías u otras partes impresas de capa de cobre. La figura 3 ilustra este problema para pads y pistas. dP representa la separación entre los pads, mientras que dT representa la separación entre las pistas. wT representa el ancho de la pista. La mayoría de las empresas de fabricación de PCB se refieren a una placa estándar sin cargos adicionales cuando el tamaño mínimo de dP, dT y wT varía en el rango de 8 a 10 milésimas de pulgada (aproximadamente 0,2 mm-0,254 mm). Para obtener el mayor ahorro de costos para fines de producción, es aconsejable limitar su diseño a estos rangos. Tenga en cuenta que puede ingresar los requisitos físicos de estas cosas en la mayoría del software de automatización de diseño electrónico. Una vez que haya ingresado estos valores en el software, se evita que ocurran errores fuera de rango por las verificaciones de las reglas de diseño del software.

Figura 3: Ilustración de los requisitos de separación del pad y la pista

4. Directrices para el tipo de agujeros PCB

El costo de producir un PCB aumenta con pequeños agujeros y anillos anulares.

Cuando sea factible, use agujeros de mayor diámetro. Para fabricar pequeños agujeros, se requieren máquinas de alta precisión; estas máquinas siempre cuestan más de usar, por lo que las casas de fabricación de PCB a menudo agregan un recargo para agujeros de menos de 0,4 mm. Para determinar el costo adicional, deberá comunicarse con la casa de fabricación específica para conocer sus políticas sobre los cargos adicionales para los tamaños de orificios de las placas de circuitos impresos estándar. Para explicar mejor este problema, en la figura 4 hemos marcado el diámetro del orificio con dH.

El anillo angular mínimo es un requisito vital que se refiere solo a las almohadillas y vías a través de los orificios, y se define como el borde de la distancia mínima del orificio y la almohadilla. Es decir, son los anillos de cobre el ancho más pequeño que limita el agujero. Ambas figuras cuatro y cinco demuestran este concepto en detalle. La figura cuatro ilustra el concepto del anillo anular más pequeño para almohadillas o vías circulares aunque de orificio. La figura cinco ilustra el mismo concepto para las almohadillas en una forma oblonga.

Figura 4: Ilustración de la idea de anillo anular para almohadillas de orificio pasante o vías

Es fundamental tener en cuenta que una almohadilla circular de orificio pasante o a través del anillo anular es homogénea alrededor del orificio, mientras que la anchura de un orificio pasante de forma oblonga no es homogénea. La figura cinco tiene un marcador rojo para indicar el anillo anular más pequeño.

Figura 5: Ilustración de un anillo anual mínimo para una almohadilla de orificio pasante oblongo

Es importante saber que el costo de la PCB será mayor si el anillo anular mínimo es menor que los requisitos estándar de su compañía de fabricación de PCB. Por lo tanto, debe asegurarse de que esta guía se ingrese en el software de automatización de diseño electrónico que está utilizando antes de comenzar el diseño de su placa de circuito impreso. Algunos fabricantes de PCB agregarán un recargo si sus anillos anuales mínimos son menos de 0,3 mm. Una vez más, asegúrese de ponerse en contacto con el fabricante de PCB para conocer sus políticas con respecto a esta variable, valor mínimo para asegurarse de que sea estándar y no esté sujeto a un cargo adicional.

Figura 6: Ilustración de un diámetro de orificio de almohadilla oblonga y un anillo anular mínimo

Consulte la Figura 6 para comprender la siguiente ecuación de la relación entre el tamaño de la almohadilla, el tamaño del orificio y el anillo angular mínimo:

PadMinSize = 2 * min (Ar) + dH

La ecuación anterior calcula el tamaño mínimo de la almohadilla para un rango anular y un diámetro de orificio mínimos dados. Por ejemplo, si asume que dH = 0.4mm y min (Ar) = 0.3mm, entonces PadMinSize = 1mm. Por lo tanto, una almohadilla de orificio pasante de menos de 1 mm incurrirá en un costo adicional.

Cuando utilice la ecuación anterior, tenga en cuenta que las tolerancias de las máquinas de fabricación de PCB son mayores que cero, así que agregue un margen para estar en el tamaño seguro. Para considerar el margen en la ecuación anterior, la ecuación del tamaño mínimo de la almohadilla se modifica de la siguiente manera:

PadMinSize = 2 * min (Ar) + dH + margen

En términos generales, el margen está normalmente en el rango de 0.05 mm - 0.1 mm

Respecto a las vías:

En un artículo anterior sobre conceptos de PCB, se discutió que las vías se presentan en tres formas: a través del agujero, ciego y enterrado. Los PCBS de alta densidad y alta frecuencia que son complejos utilizan vías ocultas y ocultas. (Discutiremos esto con más detalle en otro artículo). Las vías ocultas y ocultas son más costosas que las vías estándar a través de orificios, por lo que no las use a menos que sea necesario.

Siempre comuníquese con su compañía de fabricación de PCB para verificar los requisitos mínimos para una placa de circuito impreso estándar. Los valores seleccionados para este artículo son para ilustrar los conceptos para diseñar solo PCB rentables.

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