EL CAM DESPUÉS DEL CAD

 

Ya está: he terminado mi diseño. He repasado las librerías de componentes que necesito y creado los que no tenía, definido la mecánica de la placa y posicionado los componentes. He calculado el stack-up, pistas rápidas, señal, potencia y rutado las pistas. Y por supuesto, he vuelto a repasar mi diseño con ayuda de scripts de comprobación de errores y verificado el lay-out y el control de los valores de impedancia.

Ahora es el momento de fabricarlo, pero… cual es el proceso para adaptar mi diseño a la fabricación y al proceso de montaje y soldadura de los componentes?

A menudo, el fabricante de circuitos impresos se enfrenta a esta pregunta por parte de algunos de sus clientes, cuya experiencia en la fabricación e industrialización de sus PCBs es reducida. Y la respuesta, viene de la mano de uno de los procesos más importantes y menos conocidos en la fabricación del circuito impreso.

El proceso posterior al diseño o CAD se denomina CAM, acrónimo proveniente de las siglas en inglés “Computer Aided Manufacturing” o “Fabricación Asistida por Ordenador”. Y en el mundo del circuito impreso, este proceso cumple un doble objetivo: por un lado convertirse en un “control de calidad” del CAD y por otro, apoyar a los procesos de fabricación y montaje para que ambos sean lo más sencillos y económicos posible

Un proceso, dos enfoques. Veamos cada uno de ellos.

EL CAM COMO CONTROL DEL CAD

Una vez que se reciben los ficheros en formato GERBER (tipo de fichero más habitual con el que los fabricantes de PCBs trabajan), es necesario realizar un DRC o “Design Rule Check”. Es un proceso determinante que permitirá, por un lado, comprobar que los ficheros GERBER son correctos - cuidado: en ningún caso se trata de comprobar si el resultado del diseño cumple con la funcionalidad para la que fue concebido, sino si hay fallos de base en dicho resultado - y por otro, que las capacidades técnicas de la empresa son suficientes para garantizar la fabricabilidad de la placa.

El DRC detecta situaciones críticas como pistas cortadas (opens; en la imagen la pista cortada se identifica con un punto en cada extremo) cuyo origen puede ser debido a una pérdida de información durante la conversión del fichero de diseño a un formato GERBER. También, detecta pistas que violan las separaciones mínimas necesarias para que durante la fabricación no se produzcan cortocircuitos (shorts; en la imagen se muestran marcadas en blanco dos pistas que no cumplen los mínimos de fabricación definidos por el fabricante). El origen de este problema, puede estar en una incorrecta asignación de la apertura o DCODE que define el ancho de la pista.

Pero las posibilidades que ofrece el “Design Rule Check” no quedan ahí. Situaciones como la falta de pads de solder mask sobre pads de cobre, o conexiones que no terminan en un pad, son fácilmente detectados durante el proceso de DRC. En la mayoría de estos casos, será el ingeniero de CAM quien junto con el cliente valore, si la violación detectada durante el chequeo debe ser corregida o si bien, obedece a una necesidad real.

Con la ayuda del DRC, se  comprobará asimismo, si el diseño recibido está alineado con la capacidad técnica del proceso de fabricación. En ocasiones, los diseñadores no tienen en cuenta las capacidades técnicas del fabricante para adecuar sus reglas de diseño, lo que obligará a que ambas partes lleguen a una solución de compromiso, haciendo las modificaciones que sean necesarias, para que el PCB sea fabricable.

En caso de que situaciones como las anteriores no sean detectadas antes de comenzar la fabricación, se generarán defectos repetitivos difícilmente recuperables, que podrán provocar en el peor de los casos, el achatarramiento del producto en un momento ya muy avanzado del proceso.

EL CAM COMO APOYO A LOS PROCESOS DE FABRICACIÓN Y MONTAJE DE LA  PCB

Una vez solucionadas todas las dudas que el DRC ha detectado, llega el momento de preparar los ficheros para la fabricación. En este momento, el ingeniero realizará correcciones menores en el PCB, como ligeras modificaciones en las reservas de solder mask, en las pistas de cobre, en el fichero de taladrado, así como en el marcaje de componentes.

A la izquierda, imagen original de una BGA con las reservas de solder mask del mismo tamaño que los footprint de cobre. A la derecha, ampliación de las reservas de solder mask que permiten un margen de error en el centraje para que no invada el cobre. Normalmente, las ampliaciones suelen ser de 4 a 6 mils de pulgada respecto al cobre

Corrección en las pistas de cobre, para compensar el factor de grabado que durante la fabricación provoca que las pistas se reduzcan. En verde oscuro, se muestra el ancho original y en verde claro, el regrueso aportado. El software permite ampliar selectivamente cada pad o pista dependiendo de la distancia que exista al ítem adyacente más cercano, para no provocar así violaciones de separación mínimaInvasión de textos sobre pads de cobre, lo que provocará problemas de contacto en el test eléctrico así como de mojabilidad en el proceso de soldadura. A la izquierda, se muestra una leyenda invadiendo pads SMD. A la derecha, podemos ver la situación corregida moviendo dicha leyenda

Llegados a este punto y después de realizar estas y otras modificaciones menores, el PCB debería ser 100% compatible con las capacidades del fabricante. Es el momento de disponer lo necesario para que el proceso de montaje y soldadura sea “industrial”.

Salvo excepciones, rara vez los circuitos se entregan unitarios al cliente. Lo más habitual, es realizar un panel de entrega con varias repeticiones del PCB cuya definición, será impuesta por el cliente o, en base a su experiencia y conocimiento, sugerida por el ingeniero de CAM.

Transformación del PCB unitario (izquierda) en el panel de entrega al Cliente. En este caso, el panel definido es de 1 x 4 unidades precortadas por fresado con taladros. Se ha añadido un marco perimetral, que permitirá por una parte manipular el panel sin tocar los circuitos y por la otra, añadir fiduciales o puntos de referencia para las cámaras de centraje utilizadas en el proceso de montaje y soldadura

El último paso antes de lanzar el trabajo a fábrica, es preparar el panel de producción. De la misma forma que el circuito no se entrega unitario, los paneles del cliente se fabrican en paneles estándar de producción, que cada fabricante tiene predefinidos; una vez más, desde el departamento de CAM, se estudiará la mejor forma de disponer los paneles del cliente dentro del panel de producción a fin de maximizar el aprovechamiento del material, minimizando el coste del producto.

En la imagen, el fabricante ha dispuesto un panel estándar donde se colocan 3 paneles del cliente con un aprovechamiento cercano al 90%. Cuanto mejor sea el aprovechamiento, menores serán los costes de producción. Al igual que en el panel del cliente, en el de producción, se incluyen guías y puntos de referencia para todos los procesos de fabricación y control de calidad.

Generado el panel que se lanzará a producción, sólo quedará filmar los utillajes necesarios en el fotoplotter y lanzar a los servidores internos todos los programas CNC de taladrado, fresado y ranurado así como los programas de imagen LDI e impresión de tinta por inyección y los programas de test eléctrico.

El PCB estará listo para su fabricación.

CONCLUSIÓN

Si hay un proceso que durante la producción del circuito impreso más influye en su resultado final, ese es sin duda el de CAM. Como hemos visto a lo largo de esta exposición, es precisamente en este proceso, donde se comprueban los posibles errores en los ficheros del cliente, se amolda el PCB a la capacidad del fabricante y se realizan las operaciones necesarias para que el montador pueda realizar su trabajo de una forma industrial.

Cualquier mejora aportada durante este proceso, por pequeña que esta sea, se trasladará exponencialmente a la fabricación en forma de procesos más sencillos y fiables, en productos de mayor calidad y en menores costes en el producto final.

Acerca del autor

Juan Carlos Oca


Juan Carlos Oca lleva trabajando durante los últimos 6 años como Director Técnico y de Ventas para la compañía ZUBELZU, fabricante de PCBs y referente a nivel europeo.

Cuenta además con una experiencia de 18 años en Ingeniería CAM y en Dirección Industrial y de Calidad en la fabricación de PCBs. Es Ingeniero Técnico Industrial y Máster en Gestión Integrada.

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