Prototipo PCB: Guía Completa para Fabricar tu Primera Placa
¿Estás pensando en fabricar tu primer prototipo PCB? Antes de lanzarte a la producción en serie, necesitas validar tu diseño con un prototipo. Esta fase es crucial para detectar errores, optimizar el circuito y ahorrar costes a largo plazo.
En esta guía te explicamos todo el proceso de fabricación de prototipos PCB: desde los archivos que necesitas hasta los errores más comunes que debes evitar.
Lo que aprenderás en esta guía
- Qué es un prototipo PCB: Definición y diferencias con producción
- Proceso completo: Del diseño a la placa física
- Archivos necesarios: Gerber, BOM y especificaciones
- Errores a evitar: Checklist antes de fabricar
Contenido
¿Qué es un prototipo de PCB?
Un prototipo de PCB es una versión inicial de una placa de circuito impreso fabricada en pequeñas cantidades para validar el diseño antes de la producción en masa. Su objetivo principal es verificar que el circuito funciona correctamente y detectar posibles errores.
A diferencia de la producción en serie, el prototipo se fabrica con tiempos de entrega más cortos y cantidades reducidas, normalmente entre 5 y 20 unidades. Esto permite realizar pruebas exhaustivas sin comprometer grandes inversiones.
El prototipado es una etapa fundamental en el desarrollo de cualquier producto electrónico. Empresas de todos los sectores, desde startups hasta grandes corporaciones, utilizan prototipos para validar sus diseños antes de escalar la producción.
¿Por qué es importante fabricar prototipos PCB?
Fabricar un prototipo PCB antes de la producción en serie ofrece múltiples ventajas que pueden ahorrarte tiempo, dinero y problemas a largo plazo.
Detección temprana de errores: Los prototipos permiten identificar fallos de diseño, cortocircuitos o problemas de conectividad antes de fabricar cientos de placas defectuosas.
Validación funcional: Puedes probar el circuito en condiciones reales y verificar que cumple con las especificaciones técnicas del proyecto.
Ahorro de costes: Corregir un error en la fase de prototipado cuesta una fracción de lo que supondría modificar una producción en masa ya fabricada.
Presentación a inversores: Un prototipo funcional es mucho más convincente que un diseño en papel cuando buscas financiación o partners comerciales.
Tipos de prototipos de PCB
Existen diferentes tipos de PCB para prototipado, y la elección depende de la complejidad del proyecto y las necesidades específicas.
Prototipo de prueba de concepto: Es la versión más básica, diseñada únicamente para verificar que la idea funciona. Suele fabricarse con materiales estándar y sin optimizaciones.
Prototipo funcional: Replica las características del producto final pero permite modificaciones. Se utiliza para pruebas exhaustivas de rendimiento.
Prototipo de preproducción: Es prácticamente idéntico al producto final. Sirve para validar el proceso de fabricación antes de escalar.
Por tipo de placa, los prototipos pueden ser de una cara, doble cara o multicapa, dependiendo de la complejidad del circuito. Los prototipos flexibles o rígido-flexibles son comunes en aplicaciones donde el espacio es crítico.
Proceso de fabricación de un prototipo PCB
El proceso de fabricación PCB para prototipos sigue una secuencia de pasos bien definida que garantiza la calidad del resultado final.
1. Diseño del esquemático: Se dibuja el circuito electrónico con todos los componentes y sus conexiones utilizando software especializado.
2. Diseño del layout: Se posicionan los componentes sobre la placa y se trazan las pistas de cobre que los conectarán.
3. Generación de archivos Gerber: Se exportan los archivos de fabricación en formato estándar de la industria.
4. Fabricación de la placa: El fabricante procesa los archivos y produce la PCB mediante procesos de fotolitografía, grabado y metalizado.
5. Inspección y pruebas: Se verifican las dimensiones, continuidad eléctrica y ausencia de defectos.
6. Montaje de componentes: Opcionalmente, se ensamblan los componentes electrónicos sobre la placa.
Archivos necesarios: Gerber, BOM y especificaciones
Para fabricar un prototipo PCB necesitas preparar varios archivos que el fabricante utilizará durante la producción.
Archivos Gerber: Son el estándar de la industria para definir cada capa de la PCB. Incluyen las capas de cobre, máscara de soldadura, serigrafía y contorno de la placa. Se generan desde cualquier software de diseño de circuitos impresos.
Archivos de taladro (Drill files): Especifican la posición y diámetro de todos los agujeros de la placa, tanto pasantes como ciegos.
Lista de materiales (BOM): Si solicitas montaje, necesitas una lista detallada con todos los componentes, incluyendo fabricante, código y cantidad.
Archivo de posiciones (Pick and Place): Indica las coordenadas exactas donde se colocará cada componente durante el ensamblaje SMT.
Especificaciones técnicas: Espesor de la placa, número de capas, acabado superficial, color de la máscara y cualquier requisito especial.
Materiales para prototipos de PCB
La elección del material del sustrato afecta directamente al rendimiento, coste y aplicaciones de tu prototipo PCB.
FR4: Es el material más utilizado para prototipos. Ofrece buenas propiedades mecánicas, aislamiento eléctrico y resistencia al calor a un precio competitivo. Ideal para la mayoría de aplicaciones electrónicas.
Aluminio: Se utiliza en prototipos de placas LED y aplicaciones que requieren buena disipación térmica. El núcleo metálico evacúa el calor de los componentes.
Poliimida: Material flexible utilizado en PCB flexibles y rígido-flexibles. Soporta temperaturas elevadas y permite doblar la placa.
Rogers y materiales de alta frecuencia: Para prototipos de RF, microondas y comunicaciones de alta velocidad. Ofrecen pérdidas dieléctricas muy bajas.
CEM-1 y CEM-3: Alternativas económicas al FR4 para prototipos de bajo coste y aplicaciones menos exigentes.
Software de diseño de PCB recomendado
Elegir el software adecuado para diseñar tu prototipo PCB es fundamental para generar archivos correctos y optimizar el proceso.
KiCad: Software libre y de código abierto muy popular entre makers y pequeñas empresas. Completo y sin limitaciones de capas ni tamaño.
Eagle (Autodesk): Ampliamente utilizado en la industria. La versión gratuita tiene limitaciones, pero es suficiente para prototipos sencillos.
Altium Designer: Herramienta profesional con funciones avanzadas de simulación y diseño multicapa. Estándar en muchas empresas de ingeniería.
EasyEDA: Plataforma online gratuita integrada con fabricantes como JLCPCB. Ideal para principiantes y proyectos rápidos.
OrCAD: Suite profesional de Cadence para diseños complejos y alta velocidad. Usado en aeroespacial y automoción.
Independientemente del software, asegúrate de exportar los archivos Gerber correctamente y verificarlos con un visor antes de enviarlos a fabricar.
Tiempos de entrega y costes de prototipos PCB
Los tiempos y costes de fabricación de prototipos PCB varían según el fabricante, la complejidad y las opciones elegidas.
Tiempos de fabricación típicos:
Los fabricantes especializados en prototipos ofrecen tiempos de 24-72 horas para placas sencillas de 1-2 capas. Las placas multicapa o con especificaciones avanzadas pueden requerir 5-10 días laborables.
Factores que afectan al precio:
El coste depende del tamaño de la placa, número de capas, cantidad de unidades, espesor del cobre, acabado superficial y opciones adicionales como control de impedancia o vías ciegas.
Rangos de precio orientativos:
Un prototipo básico de 10 unidades en PCB de doble cara puede costar entre 15€ y 50€ más gastos de envío. Las placas multicapa o con requisitos especiales aumentan significativamente el precio.
El montaje de componentes añade un coste adicional que depende del número de componentes y tipo de soldadura requerida.
Errores comunes al pedir prototipos PCB
Evitar estos errores frecuentes te ahorrará tiempo, dinero y frustraciones en la fabricación de tu prototipo PCB.
Archivos Gerber incorrectos: No verificar los archivos antes de enviarlos es el error más común. Usa siempre un visor Gerber para comprobar que todas las capas están correctas.
Reglas de diseño incumplidas: Cada fabricante tiene anchos de pista mínimos, espaciados y tamaños de taladro específicos. Verifica que tu diseño cumple las especificaciones.
Falta de márgenes: No dejar suficiente espacio entre las pistas y el borde de la placa puede causar cortocircuitos o problemas de fabricación.
Footprints incorrectos: Usar huellas de componentes que no coinciden con las piezas reales es un error costoso que invalida todo el prototipo.
Olvidar los agujeros de montaje: Si la placa necesita fijarse a una carcasa, incluye los taladros de montaje desde el diseño inicial.
No considerar la fabricabilidad: Diseños demasiado agresivos pueden ser imposibles de fabricar o encarecer enormemente el prototipo.
Prototipo vs producción en serie: ¿cuándo dar el salto?
Saber cuándo pasar del prototipo a la producción en serie es una decisión estratégica que afecta a costes y tiempos de desarrollo.
Señales de que estás listo:
El prototipo ha superado todas las pruebas funcionales sin fallos. Has validado el diseño con usuarios reales o clientes potenciales. No hay cambios pendientes en el esquemático ni en el layout.
Diferencias clave:
La producción en serie ofrece precios unitarios mucho menores, pero requiere pedidos mínimos más altos. Los tiempos de entrega son similares o incluso mejores gracias a la optimización del proceso.
Consideraciones antes de escalar:
Asegúrate de tener stock de componentes garantizado. Verifica que el diseño cumple todas las normativas aplicables (CE, FCC, etc.). Prepara la documentación de fabricación y control de calidad.
Un buen fabricante te asesorará sobre el momento óptimo para dar el salto y te ayudará a optimizar el diseño para producción.
Checklist antes de enviar tu prototipo a fabricar
Antes de enviar los archivos a fabricar, repasa esta lista de verificación para evitar errores y retrasos.
Verificación de archivos:
Comprueba los Gerber con un visor independiente. Verifica que los archivos de taladro están incluidos y son correctos. Confirma que el contorno de la placa está definido.
Reglas de diseño:
Ejecuta el DRC (Design Rule Check) de tu software. Verifica anchos de pista, espaciados y tamaños de taladro mínimos. Comprueba que no hay cortocircuitos ni circuitos abiertos.
Componentes:
Verifica que todos los footprints coinciden con los componentes reales. Comprueba la disponibilidad de stock de todos los componentes. Incluye alternativas para componentes críticos.
Especificaciones:
Define claramente el espesor, acabado, máscara y serigrafía. Indica cualquier requisito especial como impedancia controlada o vías rellenas. Especifica la cantidad y el plazo de entrega deseado.
Preguntas frecuentes sobre tipos de PCB
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