Verificación de Reglas de Diseño

Verificación de Reglas de Diseño

Verificación de reglas de diseño, más comúnmente llamada DRC en la industria de PCB, es un proceso de diseño físico para determinar si la disposición física satisface una serie de reglas o parámetros recomendados definidos por los fabricantes de semiconductores. El DRC también incluye inspección LVS (disposición y esquemático), inspección XOR, inspección ERC (verificación de reglas eléctricas) e inspección de antena.

El diseño y la fabricación de PCB son procesos altamente complejos que requieren la gestión eficaz de miles de componentes y conexiones en placas de múltiples capas. Asegurar el rendimiento de producción es crucial, y la Verificación de Reglas de Diseño es un método clave para mejorarla. DRC es un paso crítico de verificación en el proceso de diseño de PCB, que utiliza herramientas EDA para comprobar automáticamente si la disposición del PCB cumple con las reglas de diseño preestablecidas y las limitaciones de fabricación, garantizando que el diseño sea fabricable y confiable.

Estas reglas suelen incluir:

• Reglas eléctricas: como el ancho mínimo de traza, el espaciado entre trazas y las especificaciones de conexión entre pads y trazas, para evitar cortocircuitos o interferencias de señal;

• Reglas de fabricación: como diámetro mínimo del orificio, ancho de vía y tamaño de apertura de la máscara de soldadura (máscara de soldadura) para que coincida con las capacidades de procesamiento de la fábrica de PCB;

• Reglas de proceso: como el espaciado entre componentes y la configuración de puntos de referencia de posicionamiento para cumplir con los requisitos de precisión de los equipos de montaje SMT. La función principal de la DRC es detectar errores potenciales en el diseño y violaciones, reduciendo así el reprocesamiento en etapas posteriores de producción, disminuyendo costos y acortando el ciclo de desarrollo.

El valor principal y la importancia de la verificación de reglas de diseño (DRC) en la fabricación de PCBA

La verificación de reglas de diseño es un paso crítico de control de calidad en todo el proceso de PCBA, desde el diseño hasta la producción en masa. Al establecer estándares industriales, restricciones del proceso de fabricación y requisitos de confiabilidad, verifica automáticamente o manualmente los documentos de diseño del PCB. Su importancia abarca toda la cadena de verificación de diseño, control de costos, garantía de producción en masa y mejora de calidad. Es un proceso previo esencial para Kingfield que asegura la competitividad de sus productos PCBA.

I. Evitar fallos de diseño y reducir riesgos de producción en masa

DRC puede identificar con precisión problemas ocultos en el diseño, incluyendo anchos/distancias de trazas no conformes, dimensiones anómalas de vías, falta de coincidencia entre pads y paquetes de dispositivos, conexiones de cobre deficientes y conflictos en la disposición de las redes de alimentación y tierra. Si estos problemas no se detectan durante la fase de diseño, pueden provocar fallos fatales como cortocircuitos/rupturas en la PCB, imposibilidad de soldar componentes e interferencias de señal durante la prototipificación o la producción en masa. Esto no solo desperdicia materias primas, sino que también retrasa la entrega del proyecto. Kingfield utiliza un proceso riguroso de DRC para interceptar defectos de diseño desde una etapa temprana, controlando los riesgos en origen y asegurando que el diseño cumpla con los requisitos de viabilidad de fabricación.

II. Adecuación de los procesos de fabricación para garantizar la eficiencia productiva

Diferentes fabricantes de PCBA tienen equipos de producción y capacidades de proceso variables. DRC puede personalizar reglas de inspección basadas en los parámetros clave del proceso de Kingfield para garantizar un alto grado de coincidencia entre los documentos de diseño y las capacidades reales de producción. Por ejemplo, para diseños de microvías en PCB de alta densidad, DRC puede verificar si el diámetro del orificio cumple con la precisión del equipo de perforación, evitando interrupciones en la producción y reducciones en el rendimiento debido a incompatibilidades de proceso. DRC logra una integración perfecta entre "diseño y fabricación", mejorando significativamente la eficiencia productiva y acortando los ciclos de entrega.

III. Controlar las pérdidas de costos y optimizar la asignación de recursos

Los defectos de diseño que llevan a retrabajar o volver a fabricar son una de las principales causas de sobrecostos en proyectos de PCBA. Por ejemplo, si ocurre un cortocircuito en una PCB debido a un espaciado excesivamente reducido entre pistas, es necesario volver a fabricar la placa, comprar nuevamente los componentes y realizar procesamiento secundario, lo que aumenta directamente los costos de materiales y mano de obra. Si los problemas se descubren después de la producción en masa, las pérdidas se amplificarán exponencialmente. Kingfield utiliza DRC para identificar problemas de antemano, minimizando las tasas de retrabajo y evitando el desperdicio de materiales debido a un diseño irrazonable, logrando un control de costos preciso y mejorando la rentabilidad del proyecto.

IV. Garantizar la confiabilidad del producto y mejorar la reputación de la marca

La confiabilidad de los productos PCBA depende directamente de la racionalidad de su diseño. El DRC puede verificar el diseño desde múltiples dimensiones, incluyendo el rendimiento eléctrico, la estructura mecánica y la estabilidad térmica:
Rendimiento eléctrico: Verificar la racionalidad de la caída de tensión en la red eléctrica, la compatibilidad de impedancia de las señales y el diseño de tierra para evitar fallos del producto causados por interferencias de señal o inestabilidad de alimentación;
Estructura mecánica: Comprobar si la disposición de los componentes cumple con los requisitos de disipación térmica y si los conectores disponen de espacio suficiente para inserción y extracción, a fin de evitar afectar la vida útil del producto debido a la acumulación de calor o interferencias mecánicas;
Adaptabilidad ambiental: Para escenarios especiales como aplicaciones industriales y automotrices, el DRC puede verificar si el diseño cumple con estándares ambientales tales como resistencia a vibraciones y a altas temperaturas. El DRC garantiza el funcionamiento estable del producto durante todo su ciclo de vida, reduce los costos de mantenimiento postventa y fortalece la reputación de marca y la competitividad de Kingfield en el sector de la industria PCBA.

V. Adaptarse a los estándares del sector y cumplir con los requisitos de conformidad

Los productos PCBA para diferentes aplicaciones deben cumplir con las normas industriales correspondientes. DRC puede integrar los requisitos obligatorios de estas normas para garantizar la certificación de conformidad del producto. Por ejemplo, en el diseño de PCBA para electrónica automotriz, DRC puede verificar la distancia de aislamiento entre circuitos de alto y bajo voltaje para cumplir con las normas de seguridad electrónica automotriz; en los PCBA para dispositivos médicos, puede comprobar el diseño de integridad de señal para asegurar la precisión del diagnóstico del dispositivo. Kingfield garantiza la conformidad del producto con las normas industriales mediante DRC, ofreciendo a los clientes soluciones personalizadas conformes y confiables.

El Design Rule Check, como herramienta fundamental para la verificación del diseño de PCBA, realiza comprobaciones exhaustivas y detalladas sobre los documentos de diseño de PCB mediante una base de reglas estandarizada y una lógica de verificación inteligente. Sus funciones abarcan dimensiones clave como el rendimiento eléctrico, la viabilidad de fabricación, la estructura mecánica y el cumplimiento normativo, constituyendo un soporte tecnológico esencial para Kingfield a fin de garantizar la calidad del diseño de PCBA y la fiabilidad en producción masiva. A continuación se detallan sus ocho funciones principales:

I. Verificación de Reglas Eléctricas: Garantizar el Funcionamiento Estable del Circuito

El rendimiento eléctrico es el núcleo de los productos PCBA. DRC verifica con precisión la racionalidad eléctrica del diseño del circuito para evitar problemas como anomalías de señal e inestabilidad de alimentación desde el origen:

• Comprobación de reglas de espaciado: Verifica el espaciamiento mínimo de aislamiento entre conductores, pads, vías y pistas de cobre para evitar cortocircuitos y fugas causadas por un espaciamiento insuficiente, especialmente adecuado para los requisitos rigurosos de circuitos de alto voltaje y PCB de alta densidad;

• Verificación de conectividad de red: Detecta problemas de red como circuitos abiertos, cortocircuitos y conexiones sueltas para asegurar que la conectividad de las redes de alimentación, señal y tierra cumpla con las especificaciones de diseño, evitando fallos funcionales debido a interrupciones en la red;

• Verificación de adaptación de impedancia: Para señales de alta velocidad, comprueba si el ancho de la línea de transmisión, el espaciado entre líneas y el grosor del dieléctrico cumplen con los valores de impedancia preestablecidos para reducir la reflexión de señales y diafonía, garantizando la integridad de la señal;

• Verificación de red de alimentación: Verifica si el ancho de la pista de alimentación cumple con los requisitos de capacidad de conducción de corriente (evitando el calentamiento por sobrecarga) y si la distribución de alimentación y tierra es equilibrada (reduciendo la caída de voltaje), asegurando un suministro de energía estable;

• Inspección del diseño de conexión a tierra: Compruebe si el método de conexión a tierra (conexión a tierra en un solo punto, conexión a tierra en múltiples puntos) es razonable y si la cantidad de vías de tierra es suficiente para evitar interferencias por bucles de tierra y mejorar la capacidad antiinterferencias del circuito.

II. Verificación de compatibilidad con el proceso de fabricación: Asegurar la viabilidad de producción

DRC personaliza reglas basadas en los parámetros de equipos de producción y capacidades de proceso de Kingfield para garantizar una compatibilidad perfecta entre el diseño y el proceso de fabricación real:

• Verificación de ancho/espaciado de líneas: Verificar que el ancho del conductor cumpla con los requisitos mínimos de procesamiento, evitando roturas por grabado y capacidad insuficiente de conducción de corriente debido a un ancho de línea excesivamente reducido;

• Verificación mediante parámetros: Compruebe que el diámetro del orificio, el espesor de la pared y el tamaño de la pestaña coincidan con los procesos de perforación y galvanizado, evitando la obstrucción del orificio y conexiones deficientes;

• Verificación del diseño de las pestañas: Confirme que el tamaño y el espaciado de las pestañas sean compatibles con el encapsulado del dispositivo, evitando pestañas demasiado grandes o pequeñas que causen uniones frías o puentes de soldadura, y asegurando compatibilidad con los procesos de montaje SMT y soldadura por reflujo;

• Comprobación de máscara de soldadura/serigrafía: Verificar si la abertura de la máscara de soldadura cubre el pad y si la serigrafía se solapa, asegurando una colocación precisa del dispositivo durante la producción;

• Verificación del procesamiento del cobre: Verificar el método de conexión entre el cobre y los pads y vías, islas de cobre, y adaptarse a los requisitos del proceso de grabado y máscara de soldadura del PCB.

III. Inspección de la Estructura Mecánica y Diseño Térmico: Mejora de la Fiabilidad del Producto

DRC optimiza el diseño desde la perspectiva de la estructura física y la estabilidad térmica, garantizando la resistencia mecánica y la capacidad de disipación de calor de la PCBA durante todo su ciclo de vida:

• Verificación de la disposición de componentes: Comprueba si el espaciado entre componentes cumple con los requisitos de disipación de calor y si existe interferencia mecánica, reservando espacio suficiente para el montaje y la disipación térmica;

• Comprobación de la distancia al borde de la placa: Verifica la distancia mínima desde componentes, vías y trazas de cobre hasta el borde del PCB, evitando daños en el circuito y falta de resistencia mecánica causados por el corte del borde de la placa;

• Verificación del diseño de disipación térmica: Para componentes de alta potencia, comprueba si el diseño de pads de disipación térmica y vías térmicas es adecuado, asegurando una conducción rápida del calor y evitando la acumulación de calor que provoque el envejecimiento de los componentes;

• Verificación de orificios mecánicos: Verifica si el tamaño y la posición de los orificios para tornillos y orificios de posicionamiento coinciden con la carcasa y la estructura de montaje, evitando fallos de ensamblaje debido a desviaciones en los orificios.

IV. Verificación de Compatibilidad de Dispositivo y Paquete: Mitigación de Riesgos de Ensamblaje

La Verificación de Compatibilidad de Diseño comprueba la coherencia entre los paquetes de dispositivos y los documentos de diseño para evitar problemas de ensamblaje causados por errores en los paquetes:

• Verificación de Coincidencia de Paquetes: Confirma que el paquete del dispositivo coincida con el dispositivo seleccionado realmente, evitando el "desajuste entre paquete y dispositivo" que impide la soldadura;

• Verificación de Componentes de Polaridad: Comprueba si la polaridad del paquete de componentes polarizados, como diodos, condensadores y circuitos integrados, coincide con la lógica de diseño, evitando soldaduras inversas que podrían quemar el dispositivo;

• Verificación de Espacios Reservados para Componentes: Investiga paquetes no especificados y componentes duplicados, asegurando que la información de los componentes en la lista de materiales (BOM) coincida completamente con la información de los componentes en los documentos de diseño.

V. Inspección Especial para Procesos de Alta Densidad y Procesos Especiales: Adaptación a Diseños Complejos

Para PCBs con procesos especiales tales como HDI, PCBs rígidos-flexibles y vías enterradas/ciegas, DRC ofrece funciones de inspección especializadas personalizadas:

• Inspección de Proceso HDI: Verifica si el diámetro de las vías, la precisión de posición y la estructura de apilamiento cumplen con los requisitos del proceso HDI para prevenir fallos en las interconexiones de vías;

• Verificación de Vías Enterradas/Ciegas: Revisa la conductividad de las vías enterradas/ciegas y su conexión con los circuitos de capas externas para garantizar una transmisión estable de señales entre capas;

• Inspección de PCB Rígido-Flexible: Verifica si el diseño de transición entre áreas flexibles y rígidas y el radio de curvatura cumplen con los requisitos de los procesos de PCB flexible para prevenir rupturas del circuito durante el doblado.

VI. Inspección de Cumplimiento y Normas Industriales: Satisfacción de Requisitos Específicos por Escenario

DRC incorpora normas obligatorias de diversas industrias para garantizar que los productos PCBA cumplan con los requisitos de cumplimiento de sus escenarios de aplicación: Verificaciones de Compatibilidad Electromagnética (EMC): Verifican si la disposición de los condensadores de filtro, la integridad del plano de tierra y el diseño de apantallamiento de señales cumplen con las normas EMC, reduciendo así la radiación e interferencia electromagnéticas; Verificación según normas específicas de la industria:

• Electrónica automotriz: Cumple con las normas IATF 16949, verificando la distancia de aislamiento entre circuitos de alto y bajo voltaje, así como el diseño resistente a vibraciones;

• Equipos médicos: Cumple con las normas ISO 13485, verificando la integridad de las señales y el diseño de aislamiento para garantizar diagnósticos precisos del equipo;

• Control industrial: Verifica el diseño de inmunidad contra interferencias y adaptabilidad a amplios rangos de temperatura para cumplir con los requisitos de estabilidad en entornos industriales;

• Verificaciones de cumplimiento de seguridad: Para las PCBA alimentadas por corriente eléctrica, verifique si las distancias de fuga y separaciones cumplen con las normas de seguridad como IEC 60950 para evitar el riesgo de descarga eléctrica.

VII. Función de sugerencia de optimización de diseño: Mejorar la eficiencia del diseño

Las herramientas avanzadas de DRC no solo "detectan problemas", sino que también ofrecen sugerencias inteligentes de optimización para ayudar a los ingenieros a iterar rápidamente los diseños:

• Marcado automático de ubicación de problemas: Marque con precisión las ubicaciones de violaciones mediante una interfaz visual, con soporte para salto directo a la zona correspondiente en el archivo de diseño;

• Recomendaciones de soluciones de optimización: Ofrecer soluciones específicas para las violaciones, como "ancho de línea insuficiente, se sugiere ajustar a 0,15 mm" o "espaciado entre pads demasiado pequeño, se sugiere aumentar a 0,3 mm";

• Función de reparación masiva: Soporta la reparación automática masiva de violaciones simples repetitivas, mejorando significativamente la eficiencia en las modificaciones de diseño.