Los 10 errores más comunes en el desarrollo de PCB y PCBA

Los 10 errores más comunes en el desarrollo de PCB y PCBA

septiembre 10, 2021

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En este artículo, hablaré sobre los 10 errores más comunes en el desarrollo de PCB y PCBA cuando los fabricantes / startups / ingenieros diseñan nuevos productos de hardware electrónico.

En el mundo de los fabricantes, las personas disfrutan de la diversión de diseñar y desarrollar hardware / software, incluso productos electrónicos finales. No se concentrarán mucho en el costo y la capacidad de fabricación. Pero es bastante diferente de un laboratorio a otra, cuando se trata del proceso de fabricación de PCBA, las cosas se vuelven más complejas. Muchas cosas deben tenerse en cuenta, como el costo, el tiempo de comercialización y la capacidad de fabricación.

Esta vez, hablaré de10 errores más a menudo cometidoscuando los fabricantes / startups / ingenieros desarrollan PCBA para nuevos productos de hardware electrónicos. Como errores técnicos en el diseño electrónico, diseño del circuito de PCB, capacidad de fabricación de la carcasa de PCBA y algunos errores de desarrollo de PCBA más generales que a menudo cometen los desarrolladores primerizos.

1. Mala conciencia en DFM - Diseño para la fabricación

Las personas a menudo subestiman la complejidad de desarrollar un nuevo PCBA y un nuevo producto de hardware físico, y subestiman la complejidad de fabricarlo. Para muchos productos, se necesita casi tanto tiempo para fabricar como para desarrollarlo, y a veces incluso más. El costo de la configuración de fabricación de PCBA también puede ser tanto o más que todos sus costos de desarrollo.

En todo el proceso de diseño de PCBA, es crucial considerar la capacidad de fabricación como el principal. Este proceso se denominadiseño para la fabricación (DFM). Nada puede ralentizar más su tiempo de comercialización que diseñar un producto que no se puede fabricar de manera efectiva. En una palabra, implemente las prácticas de DFM lo antes posible, para simplificar la fabricación, tanto en PCBA como en gabinete.
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La vieja forma de pensar es que los ingenieros desarrollan un producto (incluyendo PCB, PCBA, carcasa), luego lo pasan al fabricante o al departamento de fabricación de una gran empresa, luego van a descubrir la forma de fabricarlo realmente. Casi no hay interacción entre la ingeniería y la fabricación. Esta es a menudo una forma terrible de desarrollo, todos nosotros deberíamos abandonar este proceso. Es mucho mejor pensar en la fabricación desde el comienzo del desarrollo de PCBA. Por ejemplo, un cambio de diseño fácil en PCBA puede tener un enorme impacto en hacer que un producto sea más fácil y rápido de fabricar.Para muchos productos electrónicos, los 2 requisitos principales de fabricación son que el PCBA está diseñado para la estabilidad y la carcasa está diseñada para el moldeo por inyección.

2. Sin revisión de diseño

Si no obtiene una revisión de diseño independiente de su producto antes de su prototipo de PCBA y prototipo de producto, entonces estará tirando dinero. No importa cuán bueno sea un ingeniero, nadie es ideal, y todos cometen errores. Obtener prototipos de PCBA personalizados y prototipos de productos hechos no es barato, ya sea la electrónica o la carcasa del producto. Cuantas más iteraciones de prototipos necesite, más costará en total. También tomará más tiempo desarrollar y ralentizar su programa de llevar el producto al mercado.

Una de las formas más simples de disminuir las iteraciones de prototipos requeridas es pedir una segunda opinión, lo que se denomina revisión de diseño. Las empresas de tecnología exitosas siempre requieren que sus ingenieros realicen revisiones de diseño para obtener comentarios de tantos otros ingenieros como sea posible. Desafortunadamente, muchos fabricantes, nuevas empresas y pequeñas empresas cometen el error de omitir por completo este paso crítico. Eso está bien si tienes los talentos para revisar suficientemente tu diseño tú mismo. Pero si no lo hace, obtenga una revisión de diseño de otros, ¡especialmente para PCB, PCBA y diseño de gabinete!

3. Perder demasiado tiempo en estimar el costo de fabricación

Esto es importante. Las buenas empresas de tecnología siempre saben aproximadamente cuánto costará fabricar un producto mucho antes de comenzar el desarrollo completo. Es el costo de PCB, el costo de ensamblaje de PCB, el costo de prueba, el costo de la carcasa, el costo de ensamblaje del producto, el costo de certificación, etc. De lo contrario, ¿cómo pueden saber si vale la pena desarrollar el producto o no?

Si no eres una empresa de tecnología de mil millones de dólares, primero puedes obtener tu producto completamente diseñado. Una vez que tenga el prototipo final de PCBA / prototipo de gabinete / prototipo de producto, y pueda comenzar a fabricar, finalmente puede estimar todo el costo de fabricación. ¿Qué pasa si descubre que su PCBA / producto cuesta más de lo que esperaba? Por supuesto, puede aumentar su precio objetivo de venta, pero eso obviamente no es una buena idea, tampoco es amigable con sus clientes ...

También puede hacer algunos rediseños para reducir el PCBA y el costo de fabricación del producto. Pero también es tiempo-costo, especialmente para este período de escasez mundial de CI, el precio de los componentes cambia todos los días, el largo tiempo que pierde en el proceso de rediseño, el mayor riesgo de largo tiempo de entrega y el alto costo.

Entonces, ¿por qué no hacer el diseño correcto en el momento primario? Por algunas razones, muchas personas piensan que solo puede calcular con precisión el costo de fabricación después de desarrollar completamente el PCBA / producto. Eso es absolutamente falso en el mundo de hoy. Con la experiencia adecuada, es posible estimar con precisión el costo de fabricación de casi cualquier producto. Esto puede suceder mucho antes de que ocurra cualquier diseño de PCB o modelado 3D.

Puede solicitar el apoyo de un fabricante profesional de PCBA llave en mano para ayudar en eso, por ejemplo, Makerfabs tiene una rica experiencia en soluciones de fabricación de productos electrónicos llave en mano, si necesita obtener una estimación del costo de fabricación de su producto, envíenos sus archivos de producción, incluidos los relacionados con PCBA (gerber / BOM), relacionados con la carcasa, etc. Estimaremos el costo para usted en 1-2 días hábiles. También realizaremos una comprobación DFM gratuita para evitar el posible riesgo en el proceso de fabricación. Aquí también hay consejos sobreCómo verificar la cotización de PCBA de un proveedor.

4. Carcasa de producto no fabricable

Piense en una escena: ha gastado todo el tiempo y el dinero para que la planificación de la carcasa de su PCBA se vea bien. Es una especie de obra de arte para ti, y esto requirió un montón de iteraciones de prototipos de carcasas impresas en 3D para perfeccionar su aspecto y funcionalidad. ¡Finalmente tiene el prototipo de recinto adecuado! Ahora necesita encontrar un fabricante para producirlos en masa, y está listo para comenzar. ¿Correcto? ¿Qué pasaría si le dijera que el diseño de su carcasa es inútil y que necesita esencialmente volver a diseñar todo el asunto? Eso puede sonar horrible, pero esta es una ocurrencia muy común.
PCBA y gabinete

La impresión 3D es potente. Puedes diseñar e imprimir casi cualquier cosa en tu mente. Pero la impresión 3D es solo para producir algunos prototipos. El moldeo por inyección de alta presión es la tecnología utilizada para producir piezas de plástico en alto volumen. Desafortunadamente, el moldeo por inyección no perdona en absoluto. es una tecnología con muchas reglas de diseño que se ha seguido estrictamente. Estas reglas son a menudo tan importantes, tan limitantes, que requieren un rediseño serio solo para hacer que un gabinete sea fabricable. Es muy importante considerar el moldeo por inyección desde el principio, al diseñar la carcasa de su producto electrónico.
Sourcing-a-Proper-PCBA-Enclosure

Además, como experiencia de Makerfabs en el gabinete, si todas las cosas están listas y no desea volver a diseñar su gabinete por algunas razones, puede asloObtener un gabinete de PCB adecuado para su proyectoen el mercado, y pídale a Makerfabs que haga algunas modificaciones para que sea adecuado para su PCBA, como el rediseño de PCBA, la perforación de agujeros, etc.

5. Diseño de PCB no fabricable o demasiado caro
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Una vía es un orificio conductor durante una PCB que conecta señales de diferentes capas. El tipo de vía más común conocido es a través de vía, porque pasa por todas las capas del tablero. Es decir, incluso si simplemente desea adjuntar un rastro de la capa uno a la capa dos, todas las otras capas también tendrán esto a través de via. Esto puede extender las dimensiones de una placa PCB, ya que las vías reducen el espacio de enrutamiento en las capas que ni siquiera usan la vía. Una vía ciega, por otro lado, conecta una capa externa a una capa interna, y una vía enterrada conecta dos capas internas. Sin embargo, las vías ciegas y las vías enterradas tienen limitaciones muy estrictas sobre qué capas se pueden usar para conectar.
A través-vía-ciega-vía-enterrada-vía
#1 es una vía que conecta todas las capas, #2 es una persiana a través de las capas de conexión 1 y 2, y #3 es una enterrada a través de las capas de conexión 2 y 3.

De hecho, la PCB es fácil de fabricar y no se puede crear un prototipo si se usan vías ciegas / vías enterradas. Para conocer las restricciones de las vías enterradas y las vías ciegas, debe comprender cómo se apilan las capas para hacer la placa PCB. Tenga en cuenta que, incluso si los usa correctamente, las vías ciegas / vías enterradas aumentan drásticamente el costo de las placas prototipo de PCB. Para la mayoría de las veces, su uso duplicará el costo de su placa PCB, aunque este aumento será menor una vez que alcance mayores volúmenes de producción. Es mejor evitar las vías enterradas y ciegas para la mayoría de los casos, a menos que deba tener el diseño de PCB lo más pequeño posible.

6. Ancho insuficiente para trazas de PCB de alta corriente

Si un rastro de PCB tendrá más de aproximadamente 500 mA fluyendo a través de él, el ancho mínimo permitido para un rastreo probablemente no será suficiente. El ancho requerido de la traza de PCB depende de varias cosas, incluido el grosor de la traza de PCB (peso de cobre) y si la traza de PCB está en una capa interna o externa. Para el mismo espesor, una capa externa puede transportar más corriente para el mismo ancho que una traza interna, porque las trazas externas de PCB tienen un mejor flujo de aire que permite una mejor disipación de calor.

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Cualquier rastro de PCB que lleve más de 500 mA deberá hacerse más ancho que el ancho mínimo de traza.

El espesor depende de la cantidad de cobre que se está utilizando para esa capa conductora. La mayoría de los fabricantes de PCB le permiten elegir entre varios pesos de cobre desde 0.5 oz / sq. ft hasta aproximadamente 2.5 oz / sq. ft. Si lo prefiere, puede convertir el peso del cobre a una medida de espesor como mils. Al calcular la capacidad de transporte de corriente de un rastro de PCB, debe especificar el aumento de temperatura permitido para ese seguimiento. En general, un aumento de 10 ° C es una opción segura, pero si desea reducir más el ancho de la traza, puede usar un aumento de temperatura permitido de 20 ° C o más. Aunque los cálculos para el ancho de traza de PCB son bastante simples, generalmente recomiendo usar una calculadora de ancho de rastreo.

7. Patrones de aterrizaje de PCB incorrectos

Todas las herramientas de software de diseño de PCB incluyen bibliotecas de componentes electrónicos de uso común. Estas bibliotecas incluyen tanto el símbolo esquemático como el patrón de aterrizaje de PCB. Todo es dulce siempre y cuando persista con el uso de los componentes en estas bibliotecas. Los problemas comienzan una vez que se utilizan componentes que no están en las bibliotecas incluidas. Es decir, el ingeniero tiene que dibujar manualmente el símbolo esquemático y el patrón de aterrizaje de PCB.

Es muy fácil cometer errores al dibujar un patrón de aterrizaje manualmente. Por ejemplo, si obtiene el espaciado del pin-pin en una fracción de milímetro, hará que sea imposible soldar la pieza en la placa PCB. Un truco útil para evitar este error es imprimir el diseño de su PCB a una escala de 1: 1. Luego, solicite muestras de todos los componentes variados (principalmente los microchips y conectores) y colóquelos manualmente en su diseño de PCB impreso. Esto le permite verificar rápidamente que cada uno de los patrones de aterrizaje son correctos.

8. Diseño incorrecto de PCB de los reguladores de conmutación

Un regulador de conmutación convierte un voltaje de alimentación en otro almacenando temporalmente energía y luego liberándola a la salida de manera controlada. Los elementos de almacenamiento utilizados son inductores y condensadores. En comparación con los reguladores lineales más simples, los reguladores de conmutación son extremadamente eficientes y desperdician muy poca energía. Sin embargo, son mucho más complicados de usar correctamente. La mayor complejidad del uso de reguladores de conmutación es diseñar correctamente su diseño de PCB. No puede colocar aleatoriamente los componentes y conectarlos. Hay reglas de diseño estrictas que debe seguir para cambiar los reguladores. Afortunadamente, casi todas las hojas de datos para reguladores de conmutación incluyen una sección que discute el diseño correcto, también dan un ejemplo de cómo hacerlo correctamente.

9. Uso incorrecto de condensadores de desacoplamiento

Condensadores de desacoplamiento
Los componentes críticos necesitan una fuente de voltaje limpia y estable. Los condensadores de desacoplamiento se colocan en el riel de la fuente de alimentación para ayudar en este sentido. Sin embargo, para que los condensadores de desacoplamiento funcionen lo mejor posible, deben estar lo más cerca posible del pin que requiere el voltaje estable. La línea de alimentación proveniente de la fuente de alimentación debe enrutarse para que vaya al condensador de desacoplamiento antes de llegar al pin que necesita un voltaje estable.

Además, es fundamental colocar el condensador de salida para el regulador de la fuente de alimentación lo más cerca posible del pin de salida del regulador. Esto es a menudo necesario para optimizar la estabilidad (todos los reguladores utilizan un bucle de retroalimentación que puede oscilar si no se estabiliza adecuadamente). También mejora la respuesta transitoria. Por lo tanto, es importante utilizar los condensadores de desacoplamiento correctamente.

10. Diseño incorrecto del circuito inalámbrico

Si el PCBA tiene una función inalámbrica, el diseño de PCB de cualquier parte de RF (radiofrecuencia) es muy crítico. Desafortunadamente, lo hace mal la mayor parte del tiempo en el diseño de circuitos PCBA inalámbricos, así que por favor preste mucha atención. Por ejemplo, para lograr la máxima transmisión de potencia entre el transceptor (transmisor / receptor) y la antena, su impedancia debe coincidir. Esto significa que hay que hacer dos cosas.

La primera es una línea de transmisión adecuada que conecta la antena y el transceptor. La línea de transmisión se realiza en una placa de circuito impreso y se utiliza especialmente para la transmisión de microondas (ondas de radio de alta frecuencia). Hay dos tipos comunes de líneas de transmisión utilizadas en el diseño de circuitos de PCB: líneas de microtiras y guías de onda coplanares. Las microtibras son tiras conductoras separadas del plano de tierra debajo por una capa dieléctrica. Una guía de onda coplanar es similar a una línea de microtiras, excepto que agrega otro plano de tierra junto a la cinta conductora en la misma capa. De los dos estilos, las guías de onda coplanares son las más utilizadas en el diseño de circuitos inalámbricos.

En la mayoría de los casos, la línea de transmisión debe estar diseñada para tener una impedancia de 50 ohmios para lograr la máxima transmisión de potencia a través de la antena. No confunda esta especificación de impedancia con la resistencia simple de la línea. La impedancia de 50 ohmios se refiere a la impedancia compleja desde la línea de transmisión hasta el plano de tierra circundante. Te sugiero que uses una herramienta gratuita llamadaAppCad que proporcionado por Broadcom, para calcular el tamaño correcto de la línea de transmisión.

Además de usar líneas de transmisión de 50 ohmios, generalmente es necesario agregar algunos tipos de circuito de coincidencia LC, como una red pi. Esto permite que la impedancia de la antena se ajuste para una mejor coincidencia y una transferencia de potencia máxima.

Circuito inalámbrico con módulo precertificadoPlaca de circuito inalámbrico
El diseño correcto de las líneas de transmisión de RF es esencial. El uso de módulos precertificados es una buena opción.

Una de las mejores maneras de evitar estas complicaciones y reducir el costo de obtener la certificación del producto es utilizar módulos precertificados para implementar cualquier función inalámbrica.

Para la mayoría de las funciones inalámbricas, hay dos estrategias de diseño generales: construir a medida sus propios circuitos PCBA con los microchips apropiados o utilizar módulos precertificados con funciones probadas. Diseñar tu propio circuito RF PCBA es muy complicado. De hecho, puede ser el tipo de circuito más complejo para diseñar correctamente. Honestamente, es muy probable que no se haga correctamente. Es de esperar que se necesitarán muchas iteraciones de prototipos de PCBA para obtener el funcionamiento correcto. Otra desventaja de un diseño personalizado es que agregará al menos $ 10,000 al costo de la certificación FCC. El uso de módulos puede reducir sus márgenes de ganancia, pero maximizar su margen nunca debe ser su principal prioridad.

Makerfabs puede provice profesiónServicio de optimización de EMCpara sus proyectos inalámbricos, para evitar los posibles riesgos para su producto.

Para la certificación de productos como CE, Rohs, FCC, también es importante, que puede hacer que esos productos electrónicos estén listos para el mercado y se vendan legalmente a los clientes finales. Por lo tanto, si necesita hacer que su producto sea certificado, puede ponerse en contacto con Makerfabs con sus archivos de producción para obtener una cotización. Puedes consultar este artículo para saber más sobre nuestroPCBA/ Servicio de Certificación de Productos.

Conclusión

Esos son los 10 errores más frecuentemente cometidos en el desarrollo de PCB y PCBA. La lista es fácil de ampliar, Makerfabs se encontrará con diferentes errores inesperados todos los días en la fabricación de PCBA, ¡y hay un número casi infinito de errores esperando a ser cometidos! Es mejor saber siempre sobre las posibles trampas mucho antes de llegar a ellas. De esa manera, puede evitarlos por completo o al menos estar mejor preparado cuando ocurran.

Espero que este artículo lo ayude a eliminar algunos de estos errores potenciales en el diseño de PCB, el diseño de circuitos y el diseño de gabinetes. Sin embargo, la mejor manera de evitar este tipo de errores es trabajar con expertos. Siempre es mejor si contrata a los expertos necesarios desde el principio para que lo ayuden a guiarlo aún más, para que pueda evitar muchos de estos tipos de errores antes de ir demasiado lejos en la madriguera del conejo. Al menos debe pedir a expertos independientes que revisen el diseño antes de gastar mucho dinero en prototipos y fabricación.


Por cierto, Makerfabs tiene una rica experiencia en elmunufacturing de electrónica llave en manoincluyendo la PCB, el ensamblaje de PCB, la carcasa, la certificación, el ensamblaje del producto, etc., todo lo que pueda necesitar antes de que su PCBA o producto de hardware electrónico entre en el mercado. Por lo tanto, póngase en contacto con Makerfabs para verificar, revisar y cotizar antes de la creación de prototipos de PCBA, la fabricación de PCBA y la fabricación de productos. Le invitamos a ponerse en contacto con Makerfabs enservice@makerfabs.com.guiño

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