El precio de una placa de circuito impreso (PCB) no viene determinado únicamente por la propia placa.
La forma en que se disponen varias placas en un panel de fabricación también puede influir en el coste final.
Este proceso se conoce como Panelización de placas de circuito impreso.
En lugar de fabricar cada placa de circuito impreso como una pieza totalmente independiente, los fabricantes suelen disponer varias placas en un panel de producción más grande.
A continuación, el panel puede pasar por el proceso de fabricación y, cuando sea necesario, por el de montaje como una unidad completa.
El número de placas de circuito impreso (PCB) aprovechables que se pueden obtener de un panel influye en:
- Utilización del material
- Eficiencia en la producción
- Herramientas
- Tiempo de enrutamiento
- Manipulación
- Rendimiento de montaje
- Coste efectivo por placa
En la producción a gran escala, incluso una pequeña mejora en el aprovechamiento de los paneles puede tener un efecto notable en el coste total de fabricación.
Índice
¿Qué es la panelización de placas de circuito impreso?
La panelización de placas de circuito impreso consiste en disponer varios diseños individuales de placas de circuito impreso en un panel de fabricación de mayor tamaño.
Un ejemplo sencillo es:
Individual PCB → panel arrangement → fabrication → separation
El panel puede contener:
- Copias repetidas de una placa de circuito impreso
- Múltiples variantes de placas de circuito impreso
- Rieles de sujeción
- Puntos de referencia
- Lengüetas desprendibles
- ranuras en V
- Rutas de enrutamiento
La disposición exacta depende de las dimensiones, la forma, el proceso de fabricación y los requisitos de montaje de la placa de circuito impreso.
Por qué la panelización influye en el coste de las placas de circuito impreso
Imagina dos diseños de paneles.
Diseño A
8 placas por panel
Diseño B
10 placas por panel
Si el coste de fabricación del panel se mantiene más o menos similar, la disposición B distribuye ese coste entre un mayor número de placas utilizables.
Esto puede reducir el coste efectivo de fabricación por placa de circuito impreso.
Sin embargo, la panelización no consiste simplemente en colocar el mayor número posible de tableros en una plancha.
El panel aún necesita espacio suficiente para:
- Enrutamiento
- ranuras en V
- Herramientas
- Manipulación
- Distancia de seguridad eléctrica
- Equipos de montaje
Un diseño agresivo que plantee problemas de fabricación puede suponer un mayor coste global.
El tamaño de la tabla es una de las primeras variables
Las dimensiones de la placa de circuito impreso influyen directamente en el número de unidades que caben en un panel.
Por ejemplo:
50 × 50 mm
and
100 × 100 mm
Las placas requieren disposiciones de paneles muy diferentes.
Pero la relación no siempre es lineal.
A veces, un pequeño cambio en las dimensiones de la placa puede permitir una disposición mucho mejor.
Por ejemplo, modificar ligeramente una dimensión podría permitir:
- Más tablas por fila
- Mejor rotación
- Menos material sin utilizar
Por eso es importante tener en cuenta el contorno de la placa junto con la panelización cuando el diseño mecánico aún ofrece cierta flexibilidad.
La forma de la tabla también es importante
Una placa de circuito impreso rectangular suele ser más fácil de agrupar en paneles que una de forma irregular.
Entre los retos habituales relacionados con los costes se encuentran:
- Recortes grandes
- Secciones redondeadas
- Extensiones estrechas
- Varias ranuras
- Enrutamiento interno complejo
Estas características pueden aumentar el desperdicio de material o requerir más operaciones de fresado.
Si el diseño mecánico lo permite, simplificar el contorno de la placa puede mejorar la eficiencia de la fabricación.
Ranura en V frente a fresado
Dos métodos habituales para separar placas de circuito impreso son:
Ranura en V
Se realiza una ranura siguiendo líneas rectas para poder separar las tablas posteriormente.
La ranura en V funciona bien en tablas con:
- Bordes rectos
- Formas regulares
- Contornos rectangulares repetidos
Enrutamiento
Una fresadora corta siguiendo el contorno de la placa de circuito impreso.
El enrutamiento es más adecuado para:
- Formas irregulares
- Contornos curvos
- Recortes internos
Sin embargo, el fresado ocupa espacio adicional en el panel y requiere que la herramienta se desplace por toda la placa.
El método adecuado depende de la geometría de la placa.
Cuándo la ranura en V resulta más eficiente
Si se pueden colocar varias tablas rectangulares idénticas una al lado de otra con bordes rectos, la ranura en V puede permitir un aprovechamiento eficiente de los paneles.
Por ejemplo:
Junta | Junta | Junta | Junta
a menudo se pueden tramitar de forma eficaz.
Sin embargo, la ranura en V no es adecuada para todos los diseños.
La placa de circuito impreso final debe seguir cumpliendo las condiciones de borde requeridas tras la separación.
Cuándo es necesario el enrutamiento
A menudo es necesario realizar el trazado cuando la placa de circuito impreso presenta:
- Bordes curvos
- Formas irregulares
- Ranuras internas
- Recortes complejos
En estos casos, intentar forzar una disposición en V puede provocar problemas mecánicos.
El coste de fabricación ligeramente superior puede justificarse si la propia forma de la placa es necesaria.
Los rieles de utillaje ocupan espacio
Los paneles de producción suelen necesitar rieles alrededor de la zona del tablero.
Estos rieles pueden utilizarse para:
- Manipulación de maquinaria
- Transporte por cinta transportadora
- Puntos de referencia
- Alineación de los componentes
- Orificios para herramientas
Por lo tanto, la superficie disponible para las placas de circuito impreso propiamente dichas es menor que las dimensiones totales del panel.
Esto es especialmente importante para el montaje SMT.
Es posible que una placa diseñada exclusivamente para la fabricación de placas de circuito impreso no sea la opción ideal para el montaje automatizado.
Panelización para la fabricación de placas de circuito impreso frente al montaje SMT
Existe una diferencia importante entre la panelización en la fabricación y la panelización en el montaje.
Un panel de fabricación de placas de circuito impreso se centra principalmente en:
- Utilización del material
- Perforación
- Imágenes
- Enrutamiento
- Pruebas eléctricas
En un panel de montaje SMT también hay que tener en cuenta lo siguiente:
- Acceso «pick-and-place»
- Impresión de pasta de soldadura
- Puntos de referencia
- Manipulación mediante cintas transportadoras
- Holgura de los componentes
- Despanelización
Un diseño que parezca eficiente para la fabricación de placas de circuito impreso no tiene por qué ser necesariamente la mejor opción para el montaje superficial (SMT).
En el caso de los productos ensamblados, ambas fases deben considerarse conjuntamente.
La panelización puede afectar al rendimiento del montaje
La panelización no es solo una cuestión de costes.
Un diseño deficiente del panel también puede provocar problemas de montaje.
Por ejemplo:
- Flexión excesiva de la tabla
- Apoyo desigual
- Falta de herramientas
- Colocación incorrecta de los marcadores
- Problemas de holgura entre componentes
Estos pueden afectar a:
- Impresión de pasta de soldadura
- Colocación de componentes
- Reflujo
- Inspección
Por lo tanto, el panel más barato en teoría no siempre es el mejor para la producción.
Guía práctica: Cómo optimizar la panelización de placas de circuito impreso
Paso 1: Empieza con la placa de circuito impreso terminada
En primer lugar, definamos:
- Dimensiones de la tabla
- Esquema del tablero
- Ubicación de los componentes
- Posiciones de los conectores
- Requisitos mecánicos
No modifiques el contorno de la placa de circuito impreso con el único fin de mejorar el aprovechamiento del panel si dicho cambio provoca un problema a nivel del producto.
Paso 2: Probar diferentes orientaciones
No siempre es necesario colocar una placa de circuito impreso en la misma orientación.
Prueba lo siguiente:
- 0°
- 90°
- 180°
- Disposiciones simétricas, siempre que la fabricación lo permita
En ocasiones, unas orientaciones diferentes pueden dar lugar a una utilización del material sustancialmente diferente.
Paso 3: Calcular el número de tablas por panel
Compara varios diseños realistas.
Por ejemplo:
| Diseño | Tableros/Paneles | Utilización relativa |
|---|---|---|
| A | 6 | Baja |
| B | 8 | Moderado |
| C | 10 | Más alto |
El resultado exacto depende de las dimensiones del panel y de las limitaciones de fabricación.
Paso 4: Comprueba los requisitos de separación
Determina si el diseño puede utilizar:
- ranura en V
- Navegación por pestañas
- Lengüetas perforadas
- Ruta completa
No optimices el aprovechamiento del material antes de comprobar si las placas se pueden separar de forma segura.
Paso 5: Añadir requisitos de montaje
Si se van a montar las placas, comprueba lo siguiente:
- Rieles de sujeción
- Puntos de referencia
- Impresión de pasta de soldadura
- Holgura de los componentes
- Requisitos de las cintas transportadoras
El panel debe funcionar durante todo el proceso de producción.
Paso 6: Comparar el coste efectivo
Una métrica útil es:
Effective PCB cost = panel cost ÷ usable PCB quantity
Esto resulta más útil que limitarse a fijarse en el precio del panel.
Por ejemplo:
$100 panel ÷ 10 boards = $10 per board
mientras que:
$100 panel ÷ 6 boards = $16.67 per board
Es posible que el presupuesto definitivo incluya costes adicionales, pero este cálculo ilustra por qué es importante el grado de utilización.
Panelización y cantidad de placas de circuito impreso
La cantidad puede influir en la configuración ideal del panel.
Supongamos que el cliente necesita:
100 tablas
Si el panel contiene:
10 tablas
entonces la cantidad producida se ajusta perfectamente a:
10 paneles
Si el panel contiene:
7 tableros
Es posible que el fabricante tenga que fabricar un número diferente de paneles y gestionar las piezas adicionales que no se utilicen.
Esto no siempre supone una gran diferencia de coste, pero hay que tener en cuenta conjuntamente la cantidad de producción y el número de paneles.
Panelización de placas de circuito impreso mixtas
Algunos proyectos incluyen varios diseños de placas de circuito impreso relacionados entre sí.
Por ejemplo:
- Placa base
- Placa de control
- Panel de exposición
- Placa de sensores
En determinadas circunstancias, se pueden colocar varios diseños en un mismo panel de producción.
Esto podría mejorar el aprovechamiento del material.
Sin embargo, la panelización mixta plantea algunas consideraciones adicionales:
- Diferentes cantidades
- Diferentes requisitos de fabricación
- Diferentes requisitos de ensayo
- Despanelización
- Configuración del montaje
Por lo tanto, debería evaluarse caso por caso.
Panelización y diseños de placas de circuito impreso pequeñas
En ocasiones, las placas de circuito impreso pequeñas pueden beneficiarse considerablemente de la panelización.
Una sola placa de circuito impreso (PCB) de tamaño reducido puede ocupar solo una pequeña parte del panel de fabricación.
Agrupar varias copias mejora el aprovechamiento del material y la gestión de la producción.
Esto resulta especialmente útil para:
- Placas de sensores
- Dispositivos electrónicos portátiles
- Controladores pequeños
- Módulos de radiofrecuencia
- Placas de IoT
Sin embargo, las placas pequeñas también necesitan un soporte adecuado durante el montaje SMT.
Panelización y placas de circuito impreso de gran tamaño
Las placas de circuito impreso de gran tamaño plantean un reto diferente.
La placa puede ocupar la mayor parte de la superficie disponible del panel.
Es posible que las posibilidades de aumentar el número de placas por panel sean limitadas.
En este caso, la optimización de costes puede deberse a:
- Optimización del perfil de la tabla
- Selección de materiales
- Selección del tamaño del panel
- Rendimiento de fabricación
- Reducir los recortes innecesarios
en lugar de limitarse a aumentar el número de placas por panel.
¿Deberías diseñar la placa de circuito impreso teniendo en cuenta la panelización?
No del todo.
Los requisitos eléctricos y mecánicos del producto deben ser prioritarios.
No obstante, habría que plantearse la posibilidad de utilizar paneles antes de que el diseño quede totalmente definido.
Si es posible modificar el contorno de la placa en unos pocos milímetros sin que ello afecte al producto, esa flexibilidad puede resultar muy valiosa.
De este modo, un ingeniero de fabricación puede comparar varias disposiciones antes de dar por cerrado el diseño mecánico definitivo.
Errores habituales en la panelización
Diseñar solo una placa cada vez
Es posible que la placa de circuito impreso (PCB) individual se pueda fabricar, pero que resulte ineficiente en el panel.
Incumplimiento de los requisitos de SMT
Es posible que un panel fácil de fabricar no funcione bien en la cadena de montaje.
Uso excesivo de recortes internos
Los recortes pueden reducir el aprovechamiento del material y aumentar las operaciones de fresado.
Ignorar la despanelización
Los componentes situados demasiado cerca del borde de la placa pueden sufrir daños durante la separación.
Optimización únicamente para obtener el máximo número de placas
El número máximo de placas no siempre supone la mejor disposición si ello conlleva problemas de montaje o de fiabilidad.
Guía práctica: Cómo reducir el coste de los PCB mediante la panelización
Una revisión práctica puede seguir esta secuencia:
Esquema del tablero
↓
Tamaño del panel
↓
Sesión de orientación para la junta directiva
↓
Ranura en V o fresado
↓
Rieles de sujeción
↓
Puntos de referencia
↓
Holgura de montaje
↓
Despanelización
↓
Tableros por panel
↓
Coste efectivo por placa de circuito impreso
Este enfoque es más fiable que limitarse a pedir el precio más bajo posible por panel.
¿Influye la panelización en la calidad de las placas de circuito impreso?
Sí, puede.
Una panelización deficiente puede aumentar:
- Deformación de la tabla
- Tensión mecánica
- Daños por despanelización
- Problemas de montaje
- Problemas de manejo
Por ejemplo, un panel extremadamente largo y estrecho puede presentar un comportamiento mecánico diferente al de un panel equilibrado.
Por lo tanto, el panel de fabricación debe cumplir tanto los requisitos de coste como los de proceso.
FAQ
Sí, es posible. Un mejor aprovechamiento de la placa permite repartir el coste de fabricación de la misma entre un mayor número de placas de circuito impreso utilizables.
No existe una cifra universal. La cantidad óptima depende de las dimensiones de la placa, el tamaño del panel, los requisitos de fresado, las herramientas, el equipo de montaje y la cantidad de producción.
Puede resultar más eficaz para placas rectangulares adecuadas, pero en muchas formas irregulares es necesario el fresado. La elección correcta depende del contorno de la placa de circuito impreso y del proceso de fabricación.
Sí. Los paneles de montaje deben tener en cuenta los puntos de referencia, los rieles de utillaje, la manipulación mediante cintas transportadoras, la impresión de pasta de soldadura, el espacio libre para los componentes y la separación de los componentes del panel.
Si el diseño mecánico permite cierta flexibilidad, puede merecer la pena. No obstante, los requisitos eléctricos, mecánicos y de fiabilidad deben seguir siendo la prioridad.
Conclusión
Es fácil pasar por alto la panelización de los PCB, ya que se lleva a cabo una vez que el diseño del PCB parece estar terminado.
En realidad, puede influir en el coste efectivo de fabricación de cada placa producida.
Entre los factores más importantes se encuentran:
- Tamaño de la tabla
- Forma de la tabla
- Dimensiones del panel
- Sesión de orientación para la junta directiva
- ranura en V
- Enrutamiento
- Rieles de sujeción
- Requisitos de montaje
- Despanelización
- Cantidad de producción
El mejor panel no es necesariamente aquel que contiene el mayor número de placas.
Es el panel el que ofrece un buen equilibrio entre aprovechamiento de los materiales, eficiencia en la fabricación, estabilidad en el montaje y calidad del producto.
En los proyectos de producción, revisar la panelización antes de que el diseño de la placa de circuito impreso esté totalmente cerrado puede evitar un desperdicio innecesario de material y facilitar la transición del prototipo a la fabricación en serie.
TOPFAST permite evaluar la utilización de los paneles junto con los requisitos de fabricación y montaje, lo cual resulta especialmente útil cuando una placa pasa de la fase de prototipos de ingeniería a la producción en serie.
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