E-Book: Navigation durch die PCB-Herstellung: Teil 2

Entschlüsselung der Fertigungsnotizen für Leiterplatten

Ein guter Freund von mir hat einen Witz über die Planung eines neuen PCB-Designs für die Fertigung: Er fragt oft „Hast du heute schon mit deinem Fertiger gesprochen?“, um zu betonen, dass man sich im Designprozess mehrmals mit seinem Fertigungspartner abstimmen sollte. Das ist etwas, das Designer oft vergessen, und es kann zu großen Kopfschmerzen vor der Massenfertigung führen. Tatsächlich sollte Ihre Platine mehrere Runden der DFM-Analyse durchlaufen, um die Fertigbarkeit zu gewährleisten, sowohl in Bezug auf die Fertigung als auch auf die Montage.

Wann sollten Sie also damit beginnen, Ihr Design einer DFM-Analyse zu unterziehen? Eine andere wichtige Frage könnte sein: Wie kann der DFM-Analyseprozess beschleunigt werden? Es gibt viel zu prüfen bei jeder Platine, und das vollständige Überprüfen von Designs auf Fertigbarkeit kann zeitaufwendig sein, besonders bei komplexen Layouts. Hier ist, was Sie bei der DFM-Analyse erwarten können und wie Sie Ihr Design schnell durch den Prozess bringen.

Was gehört zur DFM-Analyse für PCBs?

Im Allgemeinen bezieht sich die DFM-Analyse auf alles, was in großem Maßstab hergestellt werden muss. Hergestellte Produkte müssen so entworfen werden, dass sie zum Prozess passen, der für die Massenproduktion verwendet wird. Daher muss ein Design überprüft werden, um sicherzustellen, dass nichts im Design zu geringer Ausbeute, Defekten oder geringer Lebensdauer führt. Heutzutage können sich Ihr PCB-Hersteller und PCB-Monteur auf gegenüberliegenden Seiten des Globus befinden, und es ist entscheidend sicherzustellen, dass sie alle Zugang zu einem einzigen, kontrollierten Informationspool des Projekts haben, um die DFM-Analyse durchzuführen.

Die DFM-Analyse für PCBs beinhaltet die Überprüfung, ob das Design den Herstellungs- und Montageprozessen Ihres Herstellers entspricht. Jeder erfahrene Designer sollte wissen, dass die Liste der Designentscheidungen, die die Qualität beeinträchtigen können, lang ist. Ich weiß, dass ich immer noch nicht jedes mögliche Herstellbarkeitsproblem, das in einem Design lauern könnte, auswendig gelernt habe, daher verlasse ich mich oft auf meinen Hersteller, um meine Platinen zu inspizieren, wenn ich kurz davor bin, einen Fertigungslauf zu starten.

Überprüfen Sie Ihr Design oft

Das bringt einen wichtigen Punkt zur Sprache: Wann sollten Sie einige DFM-Prüfungen an Ihrem Design durchführen? Wenn Sie einfachere Platinen entwerfen, ist es wahrscheinlich in Ordnung, sich darauf zu verlassen, dass Ihr Hersteller vor der Produktion eine abschließende DFM-Prüfung durchführt; wiederholte tiefe DFM-Analysen nehmen nur unnötig viel Zeit in Anspruch, wenn Ihr Hersteller dies schnell erledigen kann. Für fortgeschrittenere Projekte, wie Platinen mit hoher Lagenanzahl und Mischsignalen, engen Toleranzen und mehreren Signalstandards, sind mehrere DFM-Analyse-Durchläufe notwendig, um potenzielle Qualitätsprobleme frühzeitig zu erkennen.

Der beste Weg, unnötige Designänderungen vor der Fertigung zu vermeiden, ist die Durchführung von DFM-Analysen zu verschiedenen Zeitpunkten:

Bei der Auswahl der Komponenten: Dies bezieht sich hauptsächlich auf die Größen passiver Komponenten, insbesondere 0201 und 01005. Wenn Sie diese kleinen Komponenten verwenden müssen, stellen Sie einfach sicher, dass Ihr Hersteller damit umgehen kann.

Während der Grundrissplanung: Zu diesem Zeitpunkt bestimmen wir noch einige grundlegende Aspekte der Platine, wie die mögliche Lagenanzahl, den Bereich der Leiterbahnbreiten, die Größen der Vias, ob wir zu HDI übergehen müssen, welche PCB-Laminate verwendet werden sollen und welches IPC Producibility Level für das Design anwendbar sein wird.

Nach der Platzierung der Komponenten: Nachdem Sie die Komponenten platziert haben, sollten Sie den Montageprozess berücksichtigen, insbesondere in Bezug auf das Löten bei doppelseitigen SMD-Platinen. Denken Sie auch darüber nach, wie alle geerdeten Komponenten an ihre Referenzebene gelötet werden und ob sie thermische Entlastungen benötigen.

Beim Planen des Stackups: Es ist überraschend, wie viele Stackups vor der Fertigung eines Designs geändert werden müssen. Dies ist so einfach, wie Ihren Hersteller nach einer verifizierten Stackup-Tabelle zu fragen.

Nach dem Erstellen der Gerber-Dateien: Einige Mängel sind in Ihren Gerber-Dateien leichter zu erkennen, daher ist es am besten, Ihre Gerbers auf Dinge wie überlappende Bohrungen und das Verhältnis von Durchkontaktierungen zu scannen.

In Zusammenarbeit mit dem MCAD-Team: In einigen Fällen kann die Platzierung von lötbaren Verbindern oder anderen mechanischen Elementen zu extrem engen Toleranzen führen.

Einige dieser Punkte sind eine nähere Erläuterung wert, da sie in einigen anderen Artikeln möglicherweise nicht oft diskutiert werden.

Komponentenabstände

Einige Punkte, die für Steckverbinder gelten, treffen auch auf andere Komponenten zu, aber es gibt einen weiteren Punkt bezüglich der Freiräume, der einer Überprüfung wert ist. Stellen Sie sicher, dass Sie eine Ausdehnung während der Montage berücksichtigt haben, insbesondere bei Steckverbindern mit einem Kunststoffgehäuse oder -sockel. Wenn zwei Komponenten zu nah beieinander sind und sich beim Löten ausdehnen, können sie beide während der Montage von der Platine abheben.

Die Überprüfung der Freiräume in der DFM-Analyse hätte uns geholfen, das Abheben von Komponenten während eines kürzlichen Fertigungsdurchlaufs vorherzusehen.

Betrachtung von Footprints

Natürlich sollten Sie sich bemühen, sicherzustellen, dass Ihre Footprints verifiziert sind. Dies kann manuell erfolgen oder indem ausschließlich verifizierte Komponenten direkt von den Herstellern verwendet werden, wenn diese verfügbar sind. Sobald jedoch ein Footprint in das Layout einfließt, müssen Sie die Öffnungen der Lötstopplacke, den Abstand zu Vias, den Abstand zu anderen Komponenten, die Via-Aspektverhältnisse und mehr überprüfen. Wenn Sie keine Software mit den richtigen Regelprüffunktionen verwenden, könnten Sie ein Thermalpad schweben lassen oder ein Bohrloch zu nah an einem Lötzinnfillet platzieren. Sie können das PCB-Layout direkt betrachten, aber es ist völlig in Ordnung, vorläufige Gerber-Dateien zu generieren und Ihre Schichten zu vergleichen (siehe unten).

Sie können Komponenten, die Öffnungen im Lötstopplack und Tränen benötigen, anhand von Zwischen-Gerber-Dateien erkennen.

TRANSLATE: Stackup-Prüfung

Es mag simpel klingen, aber Sie werden diese Prüfung mit Bravour bestehen, wenn Sie einfach Ihren Hersteller nach einem Stackup mit Ihrer gewünschten Lagenanzahl und Lagenanordnung fragen. Sie haben bereits die notwendige DFM-Analyse durchgeführt, um sicherzustellen, dass bestimmte Lagenstapel ihren Prozess durchlaufen können. Sie geben Ihnen die Leiterbahnbreite, den Leiterbahnabstand (für differentielle Paare) und die Lagenstärke, die Sie mit Ihren gewünschten Laminatmaterialien verwenden müssen. In einigen Fällen könnten Sie überrascht sein, dass Ihr gewünschtes Laminatmaterial nicht verfügbar ist und Sie ein nahezu äquivalentes Material verwenden müssen.

Wenn Sie Ihren Hersteller frühzeitig kontaktieren, senden sie Ihnen eine qualifizierte Stackup-Tabelle.

Für 4-Lagen-Stackups erhalten Sie wahrscheinlich den Standard-8mil/40mil/8mil S/P/P/S-Stackup, der eine Gesamtstärke von 62 mil ergibt. Komplexere Stackups können eine individuelle Tabelle erfordern, besonders wenn Sie eine Platine haben, die eine impedanzkontrollierte Verdrahtung benötigt. Wenn Sie die Stackup-Informationen frühzeitig erhalten, riskieren Sie nicht, die falsche Leiterbahn und Abstände für die kontrollierte Impedanz zu verwenden, alles wird bereits verifiziert sein.

DFM-Analyse vor der Fertigung

Sobald Sie Ihre Platine fertiggestellt haben und zur Fertigung geschickt haben, sollte Ihr Hersteller eine eigene DFM-Analyse mit Ihren finalisierten Gerber-Dateien durchführen. Beachten Sie, dass ich hier "sollte" schreibe, denn nicht alle Hersteller werden dies tun; bei einigen Herstellern laden Sie Ihre Gerbers hoch und sie werden die Platine genau so herstellen, wie sie in Ihren Fertigungsdateien erscheint, ohne Fragen zu stellen. Bei einigen Herstellern müssen Sie diesen Servicelevel ausdrücklich anfordern, da verschiedene Servicelevel nur als Zusatzoption verfügbar sind.

Nachdem Sie Ihre DFM-Analyse von Ihrem Hersteller erhalten haben, werden Sie viele Ergebnisse in den folgenden zwei Bereichen sehen: Überprüfungen der Freiräume gegenüber den Prozessfähigkeiten und Überprüfungen gegenüber spezifischen Branchenanforderungen.

Überprüfung der Feature-Größen gegenüber den Prozessfähigkeiten

Wenn Sie Ihre Design-Dateien bei Ihrem Fertiger einreichen und sie ihre DFM-Analyse durchführen, werden Sie wahrscheinlich viele Ergebnisse bezüglich der Freiraumprüfungen sehen. Der Fertiger sollte die oben aufgeführten Bereiche bereits überprüfen, muss aber auch Ihre Feature-Größen und Freiräume mit ihren Prozessfähigkeiten vergleichen. Selbst wenn Sie diesen Prozess mit vorläufigen Gerbers als Teil des Angebots durchlaufen haben, ist es am besten, dies noch einmal zu tun, da Sie möglicherweise etwas übersehen haben.

Ein Beispiel für einen DFM-Analysebericht von einem meiner bevorzugten ITAR-Hersteller wird unten gezeigt. In dieser Tabelle können wir die Abstände, Ringgrößen und Freiräume zwischen durchkontaktierten Löchern und Kupfer sehen. Aus der untersten Zeile können Sie erkennen, dass meine Einstellung für den Abstand von Leiterbahn zu Kupfer zu niedrig ist und die Pads auf einigen Footprints kleine Ringgrößen haben.

Beispiel eines DFM-Analyseberichts, der Freiräume im Vergleich zu den Prozessfähigkeiten zeigt.

In diesem Beispiel haben wir mehrere Fehler entlang eines bestimmten Footprints, der zufällig ein TO-92-Paket ist. In diesem Fall war die Lochgröße in der integrierten Bibliothek zu groß, was dazu führte, dass der Ring um den Rand zu klein sein musste, um die Freiräume einzuhalten. Nach der Verkleinerung des Lochs konnten wir Platz für einen Ring der Klasse 2 schaffen und gleichzeitig genügend Freiraum lassen, um Brückenbildung zu verhindern.

Wie überprüft Ihr Hersteller bei einem großen, komplexen Design mit Tausenden von Netzen jedes mögliche Feature in Ihrem PCB-Layout? Es gibt Anwendungen, die diesen Prozess automatisieren und einen Bericht mit allen Prozessverletzungen zusammenstellen. Einige Hersteller verwenden ihre eigenen Anwendungen intern, während andere Ihnen Zugang zu einem herunterladbaren Programm geben, mit dem Sie Ihr Design vor der Fertigung überprüfen können.

IPC-Klassenkonformitätsprüfung

Ein weiterer Bereich der Designanforderungen, der mehr Erfahrung erfordern kann, ist die Überprüfung der Konformität mit den IPC-Klassen. Ein wichtiger Punkt, der während des Angebotsprozesses angegeben werden sollte, ist, welche Stufe der IPC-Qualifikation angestrebt wird, falls überhaupt. Dies beinhaltet die Überprüfung von Tränen, Ringgrößen, Bohr- und Pad-Durchmessern im Vergleich zum Kupfergewicht, die Fähigkeit, Vias und Löcher zu plattieren, sowie die Anforderungen an die Dicke des Dielektrikums, um nur einige der wichtigsten Zuverlässigkeitsanforderungen zu nennen. Das physische Layout wird mit den Fähigkeiten des Herstellers verglichen, um sicherzustellen, dass das resultierende Design die Qualifikations- und Leistungsanforderungen gemäß den IPC-Standards erfüllen kann, und Änderungen müssen vor der Fertigung vorgenommen werden.

Wie Sie Ihre Design-Daten schnell an Ihren Hersteller übermitteln

Was ist der schnellste Weg, um Dateien in die Hände Ihres Herstellers zu bekommen, und wie können Sie sicherstellen, dass sie Ihre Designabsicht vollständig verstehen? Sie benötigen das beste Set an Cloud-Kollaborationstools, das Sie finden können. Heutzutage, wo alles digital erledigt wird, benötigen PCB-Designer Werkzeuge, die ihnen helfen, an komplexen Projekten zu arbeiten und diese mit ihren Fertigungspartnern zu teilen. Mit der Altium 365-Plattform ist es einfach, alles von vollständigen Projektveröffentlichungen bis hin zu einzelnen Design-Dateien schnell mit Ihrem Hersteller, anderen Teammitgliedern und Kunden zu teilen.

Altium 365 unterstützt auch die Streamline-DFM-Analyse mit einem kompletten Satz an Dokumentationsfunktionen, einschließlich:

• Werkzeuge zur Verwaltung und Hosting von Komponenten und Bibliotheken
• Ein integriertes Versionskontrollsystem basierend auf Gi
• Integration mit internen Datenbankwerkzeugen oder externen Versionskontrollanwendungen
• Funktionen für den Zugriff und die Verwaltung von Benutzern

Innerhalb von Altium 365 gibt es eine äußerst praktische Möglichkeit, Ihre Platine an Ihren Hersteller zu senden, mit der Funktion „Send to Manufacturer“. Sobald ein Projekt in Ihrem Altium 365-Arbeitsbereich veröffentlicht wurde, können Sie in die Projektveröffentlichung gehen und oben auf dem Bildschirm auf den Button „Send to Manufacturer“ klicken, wie unten gezeigt. Ihr Hersteller kann dann das Projekt in Altium Designer öffnen, oder er kann die Veröffentlichungsdateien herunterladen und Ihre Fertigungsdateien durch eine DFM-Analyseanwendung laufen lassen.

Sobald ein Projekt in Ihrem Altium Designer-Arbeitsbereich veröffentlicht wurde, können Sie Ihrem Hersteller Zugang gewähren.

Sobald Ihr Entwurf bei Ihrem Hersteller vorliegt, können sie spezifische Punkte im Design kommentieren, was sicherstellt, dass beim Lesen eines DFM-Analyseberichts keine Verwirrung entsteht. Diese Kommentare können dann online in Altium 365 über Ihren Browser eingesehen werden oder im PCB-Layout, wenn Sie Ihr Projekt in Altium Designer öffnen. Kein anderer Cloud-basierter Dienst unterstützt Sie so effektiv durch mehrere Runden der DFM-Analyse wie Altium 365.

Der schnellste Weg, Ihr Design durch mehrere Runden der DFM-Analyse zu bringen, während Änderungen an Projekten im gesamten Prozess verfolgt werden, ist die Nutzung der Altium 365^™-Plattform. Sie haben alle Werkzeuge, die Sie benötigen, um Ihre PCB-Design-Daten zu teilen, zu speichern und zu verwalten, alles auf einer sicheren Cloud-Plattform. Altium 365 ist die einzige Cloud-Kollaborationsplattform, die speziell für PCB-Design und -Fertigung entwickelt wurde, und alle Funktionen in Altium 365 sind mit den erstklassigen Design-Tools in Altium Designer^® integriert.

Sind Fiducial-Markierungen auf PCBs mit modernen Fertigungskapazitäten noch notwendig?

Vor etwa 10 Jahren habe ich aufgehört, Horrorfilme zu schauen. In meinen jüngeren Jahren genoss ich es wirklich, mich richtig zu erschrecken, aber als ich meine Ingenieurkarriere begann, interessierte ich mich mehr für Action- und Sci-Fi-Genres. Das liegt wahrscheinlich daran, dass ich bei der Arbeit meinen fairen Anteil an Horrorgeschichten erlebte, wenn einfache Fehler in katastrophalen Nachproduktions-Albträumen resultierten.

Als ich meine Karriere im Elektronikdesign begann, waren Durchsteckkomponenten extrem beliebt und oberflächenmontierte Komponenten eine Seltenheit. Als Quad Flat Package (QFP) Gehäuse von Mikrocontrollern (MCU) populär wurden, hatte ich keine andere Wahl, als vom alten Plastic Leaded Chip Carrier (PLCC) Footprint zu migrieren. Dies liegt daran, dass PLCC einen zusätzlichen Sockel benötigt, während QFP direkt auf der PCB montiert werden kann. Soweit ich beurteilen konnte, war es nur eine Frage der Zeit, bevor Chip-Hersteller aufhörten, MCU in PLCC-Gehäusen zugunsten von QFP oder ähnlichen Gehäusen zu produzieren.

Als meine PCB-Montagelieferanten mir eine E-Mail schickten, in der sie mitteilten, dass sie nicht in der Lage waren, den MCU auf den 200 von mir bestellten Produktionsplatinen maschinell zu montieren, begann mein Albtraum. Da ich an PLCC-Sockel gewöhnt war, die Durchsteckkomponenten sind, kam es mir nicht in den Sinn, Fiducial-Marker auf der PCB anzugeben. Die Platzierung von Fiducial-Markern ist entscheidend, und das Versäumnis, dies zu tun, bedeutete, dass alle QFP-verpackten MCUs mit winzigen Abständen manuell montiert werden mussten.

Dies führte zu einem höheren Prozentsatz an abgelehnten Platinen und unzähligen Stunden, die mit der Behebung von Fehlern durch unvollkommene manuelle Lötung verbracht wurden. Seitdem achte ich immer darauf, in meinen Designs einen Fiducial-Marker zu verwenden, selbst wenn meine Lieferanten mir mitteilen, dass sie ihre Maschinen so aufgerüstet haben, dass sie ohne die Marker arbeiten können. Darüber hinaus war das Lernen über die Platzierung von Fiducial-Markern eine enorme Lernkurve in meiner Karriere! Ich werde nie wieder den Fehler machen, diese Marker zu übersehen!

Sind Fiducial-Marker bei moderner Fertigungstechnologie notwendig?

Ich habe meine gedruckten Schaltungsplatinen immer mit sowohl globalen als auch lokalen Fiducial-Markern entworfen. Als ich jedoch auf einen Artikel stieß, der die Möglichkeit erklärte, lokale Fiducials wegzulassen, war ich fasziniert. Es machte Sinn, Fiducial-Marker auf kleineren PCBs zu entfernen, um Platz für Signalbahnen zu maximieren.

Aufgrund von Fortschritten in der Fertigungstechnologie können lokale Fiducial-Marker unter bestimmten Bedingungen weggelassen werden. Bei kleineren Platinen können moderne Bestückungsmaschinen SMT-Komponenten nur mit globalen Fiducial-Punkten platzieren. Fiducial-Marker können auch für Komponenten weggelassen werden, die einen größeren Pitch haben. Zum Beispiel können Oberflächenmontagekomponenten mit Pitches von 1,0 mm und darüber von den neuesten Maschinen präzise platziert werden.

Es ist jedoch wichtig, das Ausmaß der Fähigkeiten der Maschinen Ihres Herstellers zu diskutieren, bevor Sie lokale Fiducial-Marker in Ihrem Design entfernen. Ich habe auf die harte Tour gelernt, dass nicht alle Hersteller mit Maschinen ausgestattet sind, die mit der neuesten Technologie betrieben werden. Andererseits sollten globale Fiducial-Marker niemals aus Ihren Designs weggelassen werden. Selbst wenn Sie mit einigen der fortschrittlichsten Fertigungskapazitäten arbeiten.

Best Practices für die Verwendung von Fiducial-Markern im PCB-Design

Wenn Sie das Beste aus der Maschinenbestückung herausholen möchten, müssen Sie Ihre Fiducial-Marker richtig einsetzen. Es gibt einige wichtige Richtlinien für die Platzierung von Fiducials in Ihrem Design.

1. Der Fiducial-Marker wird hergestellt, indem eine nicht gebohrte Kupferschicht in kreisförmiger Form platziert wird. Der Fiducial-Marker muss frei von Lötstopplack sein.
2. Die optimale Größe eines Fiducial-Markers sollte zwischen 1 und 3 mm liegen. Ein Freiraum, der dem Durchmesser des Markers entspricht, muss eingehalten werden.

3. Für globale Fiducials werden 3 Marker am Rand der Platinen für die beste Genauigkeit platziert. In Fällen, in denen nicht genügend Platz vorhanden ist, wird mindestens 1 globaler Fiducial-Marker benötigt.

4. Der Fiducial-Marker muss einen Abstand von 0,3 Zoll zum Rand der Platine einhalten, ausgenommen den Freiraum des Fiducial-Markers.

5. Für lokale Fiducials ist die Platzierung von mindestens zwei Fiducial-Markern diagonal am äußeren Rand der oberflächenmontierten Komponente erforderlich.

6. Wenn die Platine größer ist, wird jede Winkelabweichung während der Herstellung kleiner sein. Dies liegt daran, dass eine kleine Winkelabweichung leichter zu erkennen ist, wenn der Abstand zwischen den Fiducials größer ist.

Eine Anmerkung zur Größe von PCB-Fiducials

Die Größe von PCB-Fiducials liegt generell zwischen 1 und 3 mm, aber die richtige Größe hängt von den Montagemaschinen ab, die Ihr Hersteller verwendet. Einige Hersteller empfehlen, 3 Fiducials in den Ecken des Boards hinzuzufügen, da dies 2 Winkelausrichtungsmessungen ermöglicht und die Pick-and-Place-Maschine so die korrekte Orientierung ableiten kann. Einige Hersteller geben eine spezifische Größe an, die ebenfalls von den Montagegeräten abhängt, die Ihr Hersteller verwendet. Im Allgemeinen sollte der Durchmesser der Lötstopöffnung doppelt so groß sein wie der Durchmesser des blanken Kupfers für das Fiducial, obwohl einige Hersteller bevorzugen, dass die Lötstopöffnung dreimal so groß wie der Fiducial-Durchmesser ist. Zusätzlich sollte die Größe der PCB-Fiducials auf derselben Platine (sowohl global als auch lokal) konsistent sein und sollte nicht um mehr als ~25 Mikron variieren.

Wenn Sie eine 2-Lagen-Platine montieren, sollten die Fiducials der oberen und unteren Schicht übereinander liegen. Dies mag überraschend sein; man könnte denken, dass das Layout der Fiducials Spiegelbilder voneinander sein sollten, aber ich habe nie gesehen, dass ein Hersteller dies in seinen Richtlinien angibt. Die Größe der PCB-Fiducials der oberen und unteren Schicht sollte gleich sein, einschließlich der Lötstopöffnung.

 

Lokale Fiducials sind in der Regel so klein wie 1 mm mit einer 2 mm großen Lötstopplacköffnung, obwohl man auf die im obigen Bild gezeigte D-3D-Regel achten sollte, da Ihr Hersteller diese größere Lötstopplacköffnung für Ihre PCB-Fiducial-Größe bevorzugen könnte. Die Größe des lokalen PCB-Fiducials ist normalerweise nicht viel größer als 1 mm, um das Verlegen von Leiterbahnen zu ermöglichen und Platz für andere Komponenten zu lassen. Bei kleinen Komponenten, wie einem 0201-Widerstand oder einem chipgroßen BGA, wird die Montagemaschine genau genug sein, sodass ein lokales Fiducial nicht notwendig ist, und die Maschine wird genau wissen, wo Ihre Komponenten platziert werden müssen.

Es schadet nicht, zu überprüfen, ob Ihre PCB-Fiducial-Größe und Lötstopplacköffnung korrekt sind, bevor Sie Ihr Design an Ihren Hersteller senden. Fiducials werden als Mechaniken auf Ihrer Platine klassifiziert und sind mit nichts verbunden, daher ist es eine einfache Angelegenheit, den Footprint für ein benutzerdefiniertes Fiducial zu ändern und bei Bedarf ein neues Fiducial zu platzieren. Einige Hersteller werden Ihre PCB-Fiducial-Größe für Sie anpassen, wenn sie nicht richtig dimensioniert sind.

Sie können ganz einfach Ihre Fiducial-Marker, Pads, Polygone und jede andere Kupferfunktion für Ihre PCB entwerfen und platzieren, wenn Sie die erstklassigen PCB-Design- und Layoutfunktionen in Altium Designer^® nutzen. Benutzer können von einer einzigen integrierten Designplattform mit Schaltungsdesign- und PCB-Layoutfunktionen profitieren, um herstellbare Leiterplatten zu erstellen. Wenn Sie mit Ihrem Design fertig sind und Ihre Dateien an Ihren Hersteller weitergeben möchten, erleichtert die Altium 365^™-Plattform die Zusammenarbeit und das Teilen Ihres Projekts.

Entschlüsselung von PCB-Fertigungsnotizen

Ein Board zur Fertigung zu schicken, ist ein aufregender und nervenaufreibender Moment. Viele schlaflose Nächte sind das Ergebnis eines ersten Fertigungsdurchlaufs, und es ist wichtig, sicherzustellen, dass alles überprüft, erneut überprüft wird und eine DFM-Inspektion bestehen kann! Wenn Sie ein Design in die Fertigung bringen müssen, ist eines der wichtigen Dokumente, die Sie erstellen können, eine Fertigungszeichnung. In dieser Zeichnung müssen Sie PCB-Fertigungsnotizen einfügen, die Ihrem Fertiger mitteilen, wie Ihr Board gebaut werden soll.

Warum nicht einfach Ihre Entwurfsdateien an Ihren Hersteller übergeben und ihn das herausfinden lassen? Es gibt dafür einige Gründe, aber das bedeutet, dass die Verantwortung wieder zu Ihnen als Designer zurückkommt, um Fertigungsdateien und Dokumentationen für Ihre PCB zu erstellen. Darüber hinaus sollten Sie, wenn Ihnen jemand eine Zeichnung für ein Design sendet, zumindest in der Lage sein, die Zeichnung zu lesen und zu verstehen, was sie aussagt. Wenn Sie noch nie Informationen in eine Fertigungszeichnung einfügen oder Fertigungsnotizen vorbereiten mussten, ist es eigentlich ganz einfach, wenn Sie die richtigen Entwurfswerkzeuge haben. Wir werden uns ansehen, wie Sie dies innerhalb Ihres PCB-Layouts machen können und wie dies Ihnen hilft, schnell Daten für Ihren Hersteller zu generieren.

Was sind PCB-Fertigungsnotizen?

Eine PCB-Fertigungszeichnung wird von einem Hersteller verwendet, um sicherzustellen, dass jeder auf dem Werksgelände die Anforderungen eines bestimmten Designs und die Art und Weise, wie dieses Design gefertigt werden soll, versteht. Innerhalb einer Fertigungszeichnung befinden sich PCB-Fertigungsnotizen. Diese Notizen werden in der Regel von verschiedenen Design- oder Fertigungshäusern templatiziert, da es keinen strengen Standard gibt, der vorgibt, was in PCB-Fertigungsnotizen enthalten sein sollte oder nicht. Ihre Notizen sagen Ihrem Fertiger nicht wörtlich, wie er eine PCB bauen soll, sie sind da, um dem Fertiger die Anforderungen an das finale nackte Board mitzuteilen, damit der gesamte Bau erfolgreich sein kann.

Das bedeutet, dass Sie, wenn Sie sich darauf vorbereiten, ein Design zur Fertigung zu senden, nicht alle Fertigungsnotizen manuell neu schreiben müssen: Sie können Ihre Vorlage in Ihr PCB-Layout kopieren, einige der wichtigen, designspezifischen Punkte einfügen und das dann zur Überprüfung an Ihren Fertiger senden. Nur als Beispiel dafür, was Sie in PCB-Fertigungsnotizen sehen werden, werfen Sie einen Blick auf das folgende Beispiel.

Beispiel für PCB-Fertigungsnotizen, die wir in unseren Projekten verwenden.

Wenn Sie eine textbasierte Kopie der obigen Notizen öffnen und an Ihre Projekte anpassen möchten, können Sie diese über diesen Link erhalten. Ihre Notizen können in ein Format gebracht werden, das kürzer oder bequemer für Ihre Projekte ist. Wenn Sie ein einzelner Designer sind und an vielen Projekten arbeiten, kann das Platzieren dieser Notizen im PCB-Layout oder in einer Fertigungszeichnung Ihnen helfen, den Überblick über die Projektanforderungen zu behalten. Wenn Sie in einer größeren Organisation arbeiten, haben Sie wahrscheinlich spezifische Anforderungen von Ihrem Arbeitgeber. Wenn diese Anforderungen nicht spezifiziert sind, liegt es an Ihnen als Designer, diese zu entwickeln.

PCB-Fertigungsnotizen sind in Bezug auf Inhalt und Format nicht streng standardisiert. Es gibt jedoch einige grundlegende Informationen, die Sie in jedem professionellen Satz von PCB-Fertigungsnotizen finden werden, und einige dieser Informationen sind selbsterklärend. Etwas wie Plattendicke oder Toleranzen sind (oder sollten) ziemlich offensichtlich sein. Andere Aspekte der Fertigungsnotizen verdienen eine Erklärung. Ich werde nicht auf jeden Punkt im obigen Beispiel eingehen, aber ich möchte einige davon hervorheben, da sie entscheidend sind, um sicherzustellen, dass Ihre Platine korrekt gefertigt wird.

Notiz 1: IPC-Klassenstufe

Diese Notiz legt das Leistungsniveau der Platine fest, wenn sie gemäß dem IPC-6012-Standard im Feld eingesetzt wird. Dies ist ein Zuverlässigkeitsstandard, und Ihr Hersteller wird diesen verwenden, um das Niveau der Inspektion zu bestimmen, das sie durchführen müssen, um Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Die drei Klassen sind:

Klasse 1: Reserviert für Wegwerfprodukte, die für ein einmaliges oder wenige Male gedacht sind

Klasse 2: Bestimmt für Produkte mit verlängerter Lebensdauer, die kontinuierlich in Betrieb genommen werden

Klasse 3: Bestimmt für Produkte mit höchster Zuverlässigkeit, bei denen menschliches Leben auf dem Spiel stehen könnte, sollte das Produkt ausfallen. Dies ist eine Standardanforderung für militärische, medizinische und Luft- und Raumfahrtgeräte.

Typischerweise, wenn Sie dies nicht spezifizieren, wird das Standardinspektionsniveau Klasse 2 sein, oder möglicherweise Klasse 1, wenn Sie mit einem Budget-Hersteller arbeiten. Einige Designs oder Hersteller können nur den Inspektionsniveaus von IPC-A-600 entsprechen; Ich werde diese Unterschiede in einem kommenden Blog diskutieren.

Notiz 4-6: Oberflächenmerkmale

Alle Oberflächenmerkmale sollten angegeben werden, einschließlich Lötstopplack, Siebdruck und Beschichtung. Wenn Sie diese nicht spezifizieren, enden Sie normalerweise mit einer Zinn-Blei- oder Silberoberfläche, also stellen Sie sicher, dass Sie etwas zuverlässigeres wie ENIG angeben, falls Sie es benötigen. Für die Schriftart und -größe des Siebdrucks müssen Sie das hier nicht angeben, das wird in Ihren Gerbers gezeigt.

Der Siebdruck, Lötstopplack und die Beschichtung sollten in Ihren Fertigungsnotizen spezifiziert werden.

Notiz 15: Testanforderungen

Das obige Beispiel zeigt eine Ebenheitsanforderung für die Platine, aber was es wirklich tut, ist eine Testanforderung aufzulisten. Beachten Sie, dass Teil B von Notiz 15 auflistet:

• TEST GEMÄSS DER AKTUELLEN REVISION VON IPC-TM-650 2.4.22

Die IPC-TM-650 2.4.22 ist eine spezifische Testmethode, der die nackte Platine entsprechen muss. Dies ist eine Standardanforderung, um sicherzustellen, dass Komponenten während des Lötens und der Montage nicht gekippt werden.

Andere Testanforderungen könnten in diesem Abschnitt aufgeführt werden. Solche Anforderungen könnten Fall- oder Delaminierungstests, Vibrationstests (normalerweise bei der PCBA verwendet), Oxidationstests, Temperaturzyklustests oder andere Tests umfassen, die Sie in Ihrer Endanwendung für wichtig erachten. Wenn ein IPC-Standard oder ein anderer Branchenstandard die Methodik für den Test vorschreibt, dann sollte dieser Standard zusammen mit der Spezifikation, die die Platine erfüllen muss, aufgeführt werden. Dies ist üblich bei Platinen für den militärischen und Luftfahrtbereich, die spezifische Sicherheits- oder Zuverlässigkeitsanforderungen haben, die über die in den IPC-Standards festgelegten hinausgehen. Wenn es sich um ein Hobbyprojekt oder einen einmaligen Prototypenlauf handelt, müssen Sie in der Regel nichts über die Ebenheit hinaus spezifizieren, die eine Standardleistungsanforderung unter den Herstellern ist.

Dieses Bild zeigt eine Testvorrichtung, die für Vibrationstests in einer fertigen Platine verwendet wird.

Anmerkung 16: PCB-Material

Ich habe die Bedeutung Ihrer Materialien und wie man Materialien in einem früheren Blogbeitrag spezifiziert, betrachtet. Dieser Abschnitt sollte die wichtigsten Anforderungen an Ihr Material spezifizieren. Die Entflammbarkeitsbewertung im obigen Beispiel ist die Standard-NEMA-Bewertung, die verwendet wird, um zu definieren, was ein FR4-Substrat ist. Die andere Notiz (Teil B im Beispiel) ist der Glasübergangstemperatur (Tg)-Wert. Je höher die erwartete Betriebstemperatur Ihrer Platine, desto höher der erforderliche Tg-Wert für das Substrat, was sicherstellt, dass die PCBA thermischen Zyklen standhalten kann. In diesem Abschnitt sollten Sie die Dielektrizitätskonstanten-Anforderungen nicht spezifizieren; das wird im Impedanzabschnitt abgedeckt.

Notiz 17: Registrierungstoleranz

Das Registrierungsniveau in Ihrer Platine bezieht sich auf die horizontale Fehlausrichtung zwischen den Schichten in der PCB. Wenn die PCB gepresst wird, wird es geringfügige Variationen in der seitlichen Ausrichtung der Schichten geben, normalerweise weniger als ein paar Mil. Sie können diese Zahl nie auf 0 Mil bringen, aber Hersteller werden im Allgemeinen nahe genug kommen, dass Sie sich keine allzu großen Sorgen über Fehlregistrierungen beim Bohren und Plattieren von Vias machen müssen. Eine geringe Fehlausrichtung stellt sicher, dass alle auf Durchgangsbohrungen platzierten Pads ausgerichtet sind und eine starke Verbindung zum Via-Barrel herstellen.Bei IPC-Klasse-3-Designs müssen Sie wahrscheinlich einen Tränenpunkt hinzufügen, um eine starke Verbindung zum Via zu gewährleisten, falls es zu einer Fehlregistrierung und einem Ausbruch kommt. Stellen Sie sicher, dass Ihre PCB-Routing-Tools Tränenpunkte anwenden können, wenn Sie auf diesem Zuverlässigkeitsniveau entwerfen.

Hinweis 19: Impedanz

Impedanz kann knifflig sein, da sie eng mit den Anforderungen an das PCB-Material zusammenhängt. Der Grund, warum wir Tg und Entflammbarkeit in Hinweis 16 spezifizieren wollen, ist, dass diese Werte für eine Reihe verschiedener Materialien gelten können. Allerdings werden nicht alle dieser anwendbaren Materialien genau die richtige Impedanz liefern, sodass die von Ihnen spezifizierte Impedanz möglicherweise nur mit einigen spezifischen Materialien möglich ist, die in Ihren Stackup passen.

Es gibt einige Möglichkeiten, wie Sie Ihre Impedanzanforderungen in Ihrem Design festlegen können:

Spezifizieren von Breite und Abstand: Sie können die Impedanzwerte, die Sie für einzelne Leiterbahnen oder differentielle Paare auf verschiedenen Schichten benötigen, sowie die erforderliche Breite angeben, wie ich es im Beispiel getan habe. Beachten Sie, dass nicht alle Hersteller Materialien auswählen können oder werden, um diese Ziele für Sie zu erreichen; einige Hersteller halten einfach nicht genügend Materialien auf Lager, um Laminate zu mischen und auf Ihre Ziele abzustimmen, und Sie müssen woanders hingehen oder extra bezahlen.

Nutzen Sie den Stackup Ihres Fertigers: Der bessere Weg ist, einfach Ihren Fertiger anzurufen, dessen Standard-Stackup für Ihre Lagenanzahl zu erhalten und deren Werte für Leiterbahnbreite/Abstand von Leiterbahnpaaren für Ihre Platine zu verwenden, um eine kontrollierte Impedanz zu gewährleisten. Auf diese Weise wissen Sie, dass sie Ihre Platine so fertigen können, wie Sie sie entworfen haben. Es ist nicht erforderlich, dies zu tun, aber wenn Sie zu einer höheren Lagenanzahl übergehen, wird der Umfang einer eventuell erforderlichen Neugestaltung, um die Impedanzanforderungen zu erfüllen, größer sein, daher ist es am besten, diese Informationen vor Beginn des Designs anzufordern.

Wenn Sie mehrere Anforderungen haben, die Sie auf verschiedenen Lagen spezifizieren müssen, können Sie eine Impedanztabelle erstellen, die Breiten- und Referenzebeneninformationen für jede Lage in Ihrer PCB-Fertigungszeichnung enthält. Sie könnten dann den Text "SIEHE IMPEDANZTABELLE FÜR BREITEN- UND TOLERANZANFORDERUNGEN" einfügen (oder etwas Ähnliches schreiben).

Beispiel einer Impedanztabelle. [Quelle: PCB Universe]

Wo Sie Ihre PCB-Fertigungsnotizen platzieren sollten

Hinweise sollten in der Fertigungszeichnung platziert werden, beispielsweise in einer DWG/DXF-Datei oder in einer PDF-Datei. Die Platinenfertigungszeichnung, Bohrtabelle, Impedanztabelle und Stapelzeichnung können alle auf derselben Seite sein, und Sie können die Hinweise auf dieser Seite platzieren, wenn genügend Raum vorhanden ist. Es ist üblich, die Bohrzeichnung, Stapelzeichnung, Bohrtabelle und Hinweise auf einer Seite zu platzieren und dann die Gerber-Layer auf einer anderen Seite.

Die andere beliebte Option ist, sie direkt im PCB-Layout zu platzieren, was bedeutet, dass Sie Ihr PCB-Layout praktisch in eine große PCB-Fertigungszeichnung verwandeln. Verwenden Sie ein String-Objekt in Ihrem PCB-Layout und fügen Sie die Fertigungshinweise direkt ein. Sie können auf einer mechanischen Schicht platziert und als Teil Ihrer Gerbers exportiert werden (Sie können sie in die Bohrzeichnungsschicht einfügen). Dies ermöglicht es jedem, der Ihre Projektdatei hat, die Fertigungshinweise direkt neben dem Layout zu sehen.

Rufen Sie Ihren Fertiger früh an, um Erfolg zu gewährleisten

Der beste Weg, den Sie beim Bau einer neuen Platine einschlagen können, ist, frühzeitig den Hersteller zu kontaktieren und herauszufinden, was in Ihren PCB-Fertigungsnotizen stehen muss. Wenn Sie diese Daten frühzeitig erhalten können, können Sie sie zusammen mit Ihrer Fertigungszeichnung in Ihre PCB-Fertigungsnotizen aufnehmen. Dieses Dokument wird das zentrale Repository für die Design-Daten Ihres Projekts sein, daher ist es gut, gründliche Fertigungsnotizen für das Design zu führen, falls Sie vorhaben, es in Zukunft erneut zu produzieren. Die Dokumentation ist auch für einzelne Designer wichtig, die den Übergang zur Arbeit in größeren Organisationen machen möchten, wo die Dokumentation viel kritischer ist und sehr gründlich sein muss.

Bevor Sie Ihre PCB-Fertigungsnotizen vorbereiten, müssen Sie Ihr PCB-Layout mit hochwertiger, benutzerfreundlicher Software wie CircuitMaker erstellen. Benutzer können leicht neue Projekte erstellen und einen reibungslosen Übergang zur Fertigung machen. Alle CircuitMaker-Benutzer haben auch Zugang zu einem persönlichen Arbeitsbereich auf der Altium 365-Plattform, wo sie Design-Daten in der Cloud hochladen und speichern können und Projekte sicher über einen Webbrowser einsehen können.