Conception avec la fabrication : Une nouvelle perspective sur le DFM/DFA

Guide complet de l'analyse DFM

Un bon ami à moi a une blague concernant la planification d'un nouveau design de PCB pour la fabrication : il demande souvent « avez-vous appelé votre fabricant aujourd'hui ? » pour souligner qu'il faut engager plusieurs fois le dialogue avec son partenaire de fabrication au cours du processus de conception. C'est quelque chose que les concepteurs oublient souvent, et cela peut entraîner de gros maux de tête avant la fabrication à grande échelle. En fait, votre carte devrait subir plusieurs tours d'analyse DFM pour garantir sa fabricabilité, tant en termes de fabrication que d'assemblage.

Alors, quand devriez-vous commencer à soumettre votre design à l'analyse DFM ? Une autre question importante pourrait être : quelle est la meilleure façon d'accélérer le processus d'analyse DFM ? Il y a beaucoup à vérifier dans n'importe quelle carte, et inspecter complètement les designs pour la fabricabilité peut être chronophage, surtout dans les agencements complexes. Voici à quoi s'attendre dans l'analyse DFM et comment faire passer rapidement votre design à travers le processus.

Que comprend l'analyse DFM pour les PCBs ?

De manière générale, l'analyse DFM s'applique à tout ce qui doit être fabriqué à grande échelle. Les produits manufacturés doivent être conçus pour s'adapter au processus utilisé pour la production de masse, donc un design doit être inspecté pour s'assurer qu'aucun élément du design ne créera de faible rendement, de défauts ou de faible durabilité. De nos jours, votre fabricant de PCB et votre assembleur de PCB peuvent se trouver aux antipodes, et il est crucial de s'assurer qu'ils ont tous accès à un stockage unique et contrôlé des informations du projet pour effectuer l'analyse DFM.

L'analyse DFM pour les PCB implique de vérifier si le design sera conforme aux processus de fabrication et d'assemblage de votre fabricant. Tout concepteur expérimenté devrait savoir que la liste des choix de conception susceptibles de compromettre la qualité est longue. Je sais que je n'ai toujours pas mémorisé tous les problèmes de fabricabilité possibles qui pourraient se cacher dans un design, donc je compte souvent sur mon fabricant pour inspecter mes cartes lorsque je m'apprête à lancer une fabrication.

Inspectez souvent votre design

Cela soulève un point important : quand devriez-vous effectuer des vérifications DFM sur votre conception ? Si vous travaillez sur des cartes plus simples, il est probablement acceptable de compter sur votre fabricant pour effectuer une vérification DFM finale avant la production ; des analyses DFM approfondies répétées prennent simplement trop de temps alors que votre fabricant peut réaliser cela rapidement. Pour quelque chose de plus avancé, comme des cartes à signaux mixtes à nombre élevé de couches avec des espacements serrés et plusieurs normes de signalisation, plusieurs analyses DFM sont nécessaires pour détecter les problèmes de qualité potentiels tôt.

La meilleure façon d'éviter des changements de conception inutiles avant la fabrication est de réaliser des analyses DFM à plusieurs moments différents :

• Lors de la sélection des composants : Cela concerne principalement les tailles des composants passifs, en particulier 0201 et 01005. Si vous devez utiliser ces petits composants, assurez-vous simplement que votre fabricant peut les gérer.
• Pendant la planification de l'implantation : À ce stade, nous déterminons encore certains aspects de base de la carte comme le nombre de couches possible, la gamme de largeurs de pistes, les tailles de via, si nous devrons passer à l'HDI, quels stratifiés de PCB utiliser, et quel niveau de Faisabilité IPC sera applicable à la conception.
• Après le placement des composants : Une fois que vous avez placé les composants, pensez au processus d'assemblage, particulièrement en ce qui concerne le soudage sur les cartes SMD double face. Réfléchissez également à la manière dont les composants reliés à la terre seront soudés à leur plan de référence et s'ils nécessitent des allègements thermiques.
• Lors de la planification de l'empilement : Vous seriez surpris de savoir combien d'empilements doivent être modifiés avant qu'un design puisse être mis en fabrication. Cela revient simplement à demander à votre fabricant une table d'empilement vérifiée.
• Après la génération des Gerbers : Certains défauts sont plus faciles à détecter dans vos fichiers Gerber, il est donc préférable de vérifier vos Gerbers pour des problèmes comme les chevauchements de perçages et les ratios d'aspect des vias.
• En collaboration avec l'équipe MCAD : Dans certains cas, le placement de connecteurs soudables ou d'autres éléments mécaniques peut créer des espaces excessivement serrés.

Il y a quelques-uns de ces points qui méritent d'être développés car ils ne sont peut-être pas souvent discutés dans d'autres articles.

Dégagements des composants

Certains points applicables aux connecteurs le sont également pour tout autre composant, mais il y a un autre aspect concernant les dégagements qui mérite d'être vérifié. Assurez-vous d'avoir prévu de l'espace pour l'expansion lors de l'assemblage, surtout pour les connecteurs dotés d'une gaine ou d'une base en plastique. Si deux composants sont trop proches et qu'ils se dilatent pendant le soudage, ils peuvent tous deux se soulever de la carte pendant l'assemblage.

Vérifier les dégagements dans l'analyse DFM aurait pu nous aider à anticiper le soulèvement des composants lors d'une récente fabrication.

Examiner les Empreintes

Il est évident que vous devriez vous assurer que vos empreintes sont vérifiées. Cela peut être fait manuellement, ou en utilisant uniquement des composants vérifiés directement auprès des fabricants lorsqu'ils sont disponibles. Cependant, une fois qu'une empreinte est intégrée dans le layout, vous devrez vérifier les ouvertures du masque de soudure, le dégagement par rapport aux vias, le dégagement par rapport aux autres composants, les ratios d'aspect des vias, et plus encore. Si vous n'utilisez pas de logiciel avec les bonnes fonctionnalités de vérification des règles, vous pourriez laisser un pad thermique flotter, ou vous pourriez placer un trou de perçage trop près d'un bourrelet de soudure. Vous pouvez examiner directement le layout du PCB, mais il est tout à fait acceptable de générer des Gerbers préliminaires et de comparer vos couches (voir ci-dessous).

Vous pouvez repérer les composants nécessitant des ouvertures de masque de soudure et des larmes à partir des fichiers Gerber intermédiaires.

Vérification de l'empilement

Cela peut sembler simpliste, mais vous réussirez haut la main si vous demandez simplement à votre fabricant un empilement avec le nombre de couches et l'agencement des couches souhaités. Ils ont déjà effectué l'analyse DFM nécessaire pour s'assurer que des empilements de couches spécifiques passeront à travers leur processus. Ils vous donneront la largeur de piste, l'espacement des pistes (pour les paires différentielles) et l'épaisseur des couches que vous devrez utiliser avec vos matériaux de stratifié souhaités. Dans certains cas, vous pourriez être surpris de découvrir que votre matériau de stratifié souhaité n'est pas disponible et que vous devrez utiliser un équivalent proche.

Si vous contactez votre fabricant tôt, ils vous enverront une table d'empilement qualifiée.

Pour les empilements à 4 couches, vous recevrez probablement l'empilement standard 8mil/40mil/8mil S/P/P/S donnant une épaisseur totale de 62 mil. Des empilements plus complexes peuvent nécessiter une table personnalisée, surtout lorsque vous avez une carte qui nécessite un routage à impédance contrôlée. Si vous obtenez les informations d'empilement tôt, vous ne risquerez pas d'appliquer la mauvaise trace et l'espacement nécessaires pour une impédance contrôlée, tout sera déjà vérifié.

Analyse DFM avant la fabrication

Une fois que vous avez terminé votre carte et que vous l'avez envoyée pour fabrication, votre fabricant devrait effectuer sa propre analyse DFM en utilisant vos fichiers Gerber finalisés. Notez que j'écris « devrait » ici parce que tous les fabricants ne le feront pas ; avec certains fabricants, vous téléchargez vos Gerbers et ils produiront la carte exactement telle qu'elle apparaît dans vos fichiers de fabrication sans question. Pour certains fabricants, vous devrez demander explicitement ce niveau de service, car différents niveaux de service ne seront disponibles qu'en tant qu'option.

Une fois que vous recevez votre analyse DFM de votre fabricant, vous verrez beaucoup de résultats dans les deux domaines suivants : vérifications des dégagements par rapport aux capacités de processus, et vérifications par rapport à des exigences spécifiques de l'industrie.

Vérification des tailles de caractéristiques par rapport aux capacités de processus

Lorsque vous soumettez vos fichiers de conception à votre fabricant et qu'il effectue son analyse DFM, vous verrez probablement de nombreux résultats concernant les vérifications de dégagements. Le fabricant devrait déjà vérifier les zones mentionnées ci-dessus, mais il devra également comparer vos tailles de caractéristiques et vos dégagements par rapport à ses capacités de processus. Même si vous avez traversé ce processus avec des Gerbers préliminaires dans le cadre de la demande de devis, il est préférable de refaire cette vérification car vous avez pu manquer quelque chose.

Un exemple de rapport d'analyse DFM provenant de l'un de mes fabricants ITAR préférés est présenté ci-dessous. Dans ce tableau, nous pouvons voir où se situent l'espacement, les tailles d'anneaux annulaires et les dégagements entre les trous métallisés et le cuivre. À partir de la dernière ligne, vous pouvez voir que mon réglage de dégagement entre les pistes et le cuivre est trop bas, et que les pads sur certains empreintes ont des tailles d'anneaux annulaires petites.

Exemple de rapport d'analyse DFM montrant les dégagements par rapport aux capacités de processus.

Dans cet exemple, nous avons plusieurs erreurs le long d'une empreinte particulière, qui se trouve être un boîtier TO-92. Dans ce cas, la taille du trou dans la bibliothèque intégrée était trop grande, ce qui a forcé l'anneau annulaire autour du bord à être trop petit afin de maintenir les dégagements. Après avoir redimensionné le trou, nous avons pu faire de la place pour un anneau annulaire de Classe 2 tout en laissant suffisamment de dégagement pour éviter les courts-circuits.

Pour une conception grande et complexe avec des milliers de réseaux, comment votre fabricant vérifie-t-il chaque caractéristique possible dans votre agencement de PCB ? Il existe des applications qui aident à automatiser ce processus et qui compileront un rapport avec toutes les violations de processus. Certains fabricants ont leurs propres applications qu'ils utiliseront en interne, tandis que d'autres vous donneront accès à un programme téléchargeable que vous pouvez utiliser pour vérifier votre conception avant la fabrication.

Révision de la conformité aux classes IPC

Un autre domaine des exigences de conception qui peut nécessiter plus d'expérience est la révision de la conformité avec les classes IPC. Un point important à indiquer lors du processus de devis est le niveau de qualification IPC que vous recherchez, le cas échéant. Cela implique de vérifier les larmes, les tailles d'anneaux annulaires, les diamètres de perçage et de pad par rapport au poids du cuivre, la capacité à plaquer les vias et les trous, ainsi que les exigences en matière d'épaisseur diélectrique, pour ne nommer que quelques-unes des principales exigences de fiabilité. La disposition physique sera comparée aux capacités du fabricant pour s'assurer que la conception résultante peut répondre aux exigences de qualification et de performance définies dans les normes IPC, et des modifications devront être apportées avant la fabrication.

Comment envoyer rapidement vos données de conception à votre fabricant

Quelle est la manière la plus rapide de mettre les fichiers entre les mains de votre fabricant, et comment pouvez-vous vous assurer qu'ils comprennent parfaitement votre intention de conception ? Vous aurez besoin du meilleur ensemble d'outils de collaboration en nuage que vous pouvez trouver. De nos jours, avec tout ce qui se fait numériquement, les concepteurs de PCB ont besoin d'outils pour les aider à collaborer sur des projets complexes et à les partager avec leurs partenaires de fabrication. Avec la plateforme Altium 365, il est facile de partager rapidement tout, des sorties de projets complets aux fichiers de conception individuels avec votre fabricant, les autres membres de l'équipe et les clients.

Altium 365 aide également à rationaliser l'analyse DFM avec un ensemble complet de fonctionnalités de documentation, incluant :

• Outils d'hébergement et de gestion de composants et de bibliothèques
• Un système de contrôle de version intégré basé sur Git 
• Intégration avec des outils de base de données internes ou des applications de contrôle de version externes
• Fonctionnalités d'accès et de gestion des utilisateurs

À l'intérieur d'Altium 365, il existe une manière extrêmement pratique de transférer votre carte à votre fabricant avec la fonctionnalité Envoyer au Fabricant. Une fois qu'un projet est publié dans votre espace de travail Altium 365, vous pouvez aller dans la publication de votre projet et cliquer sur le bouton « Envoyer au Fabricant » en haut de l'écran, comme montré ci-dessous. Votre fabricant peut alors ouvrir le projet dans Altium Designer, ou il peut télécharger les fichiers de publication et passer vos fichiers de fabrication à travers une application d'analyse DFM.

Une fois qu'un projet est publié dans votre espace de travail Altium Designer, vous pouvez donner accès à votre fabricant.

Une fois votre conception entre les mains de votre fabricant, celui-ci peut commenter des points spécifiques du design, ce qui aidera à garantir qu'il n'y ait pas de confusion lors de la lecture d'un rapport d'analyse DFM. Ces commentaires peuvent ensuite être consultés en ligne sur Altium 365 via votre navigateur, ou dans la mise en page PCB lorsque vous ouvrez votre projet dans Altium Designer. Aucun autre service basé sur le cloud ne vous aide à passer par plusieurs cycles d'analyse DFM comme Altium 365.

La manière la plus rapide de faire passer votre conception par plusieurs cycles d'analyse DFM tout en suivant les modifications apportées aux projets tout au long du processus est d'utiliser la plateforme Altium 365™. Vous disposerez de tous les outils nécessaires pour partager, stocker et gérer toutes vos données de conception de PCB dans une plateforme cloud sécurisée. Altium 365 est la seule plateforme de collaboration cloud spécifiquement pour la conception et la fabrication de PCB, et toutes les fonctionnalités d'Altium 365 s'intègrent avec les outils de conception de classe mondiale dans Altium Designer®.

Prévenir les principales erreurs DFM dans votre conception de PCB

Chaque carte de circuit imprimé doit respecter les directives de DFM (conception pour la fabricabilité) afin d'éviter les erreurs potentielles de fabrication et d'assemblage. Cela se concentre également sur la réduction des coûts, l'amélioration de la qualité et la fabrication sans défaut. Dans cet article, nous expliquerons certaines des principales erreurs de DFM dans les PCBs et diverses techniques pour les éviter.

Prévenir les principales erreurs de DFM dans votre conception de PCB

L'analyse DFM permet aux fabricants d'examiner la conception de la carte sous divers aspects pour modifier ses matériaux, dimensions et performances de la manière la plus efficace. Elle détecte les problèmes de conception instantanément et les rectifie bien avant la production. Une approche étape par étape de l'analyse de la conception pour la fabricabilité comprend les attributs suivants :

• Identification des violations de conception qui affecteront le processus de fabrication. 
• Détermination du processus de fabrication précis selon la géométrie et les besoins en matériaux. 
• Inspection de la conception de la carte et détermination si les spécifications seront conformes au produit fini.
• Sélection des matériaux (selon les propriétés, la résistance physique et la texture) qui dépendent des dimensions de la carte.
• Assurer que la conception suit la conformité réglementaire pour répondre aux normes de qualité et de fiabilité.

Principales erreurs de DFM

Les problèmes de DFM couramment rencontrés incluent les éclats, la rupture de l'anneau annulaire, le piège à acide, etc. Examinons les violations courantes et leur prévention.

Prévention des éclats

Les éclats sont de petits coins de film sec résistant qui exposent le cuivre et créent des courts-circuits. Ils peuvent être conducteurs (cuivre) ou non conducteurs (masque de soudure). Il y a deux raisons qui mènent à la formation d'éclats. Le premier cas est lorsqu'une caractéristique longue et mince du cuivre ou du masque de soudure est gravée. Les éclats qui se détachent causent des courts-circuits pendant la fabrication. Dans le second cas, les éclats se forment en coupant une section d'un design de carte trop près ou trop profondément. La fonctionnalité d'une carte de circuit peut être affectée négativement par cela.

Solution :

Implémenter une largeur minimale de photoresist pour éviter ce défaut. Appliquer le même espacement de réseau (moins de 3 mils) ou un espace d'air qui peut être enlevé ou rempli. Une analyse DFM appropriée est nécessaire pour identifier les zones possibles où des éclats pourraient se former et résoudre les problèmes le cas échéant.

Instantané CAM des éclats de cuivre

Instantané CAM des éclats de masque de soudure

Éclats de cuivre

Sélection de composants

La sélection des composants doit être effectuée en fonction de leur disponibilité, des considérations de délai de livraison et de la surveillance des pièces obsolètes. Cela garantit que les composants sont disponibles bien avant le début de la fabrication.

Déterminez les tailles des composants et des boîtiers en étudiant correctement la nomenclature (BOM). Vous pouvez opter pour des composants plus grands pour les résistances et les condensateurs lorsque suffisamment d'espace est disponible. Par exemple, utilisez un condensateur/résistance de taille 0603 ou 0805 au lieu d'un 0402/0201. Le choix est influencé par la tension, le courant et la fréquence. Lorsque c'est possible, choisissez des boîtiers plus petits ; sinon, sélectionnez des plus grands. L'abus de petits boîtiers de composants peut compliquer l'assemblage de la carte de circuit, rendant ainsi le nettoyage et la réparation plus difficiles.

Petits composants sur un PCB

Points de Test

Le DFM inclut des points de test pour tous les signaux importants afin de vérifier la connectivité électrique après la construction de la carte. S'ils sont exclus, il sera difficile de vérifier le produit final. Voici quelques conseils pour éviter d'éventuels problèmes de fabrication :

• Pour faciliter les tests, placez tous les points de test du même côté de la carte.
• Gardez une distance minimale de 0,100 pouces entre les points de test pour augmenter l'efficacité des tests. 
• Désignez la zone pour les composants plus hauts.
• Répartissez tous les points de test de manière uniforme pour un accès facile avec plusieurs sondes.
• Concevez votre agencement en tenant compte des tolérances de fabrication.

Vias et Perçage jusqu'au Cuivre

Le perçage jusqu'au cuivre est la distance entre le bord d'un trou percé et la caractéristique en cuivre la plus proche. Mais les concepteurs de PCB considèrent le perçage jusqu'au cuivre depuis la taille du trou fini (FHS) jusqu'à la caractéristique en cuivre la plus proche.

Les concepteurs doivent toujours prendre en compte le diamètre percé (FHS + tolérance de perçage) pour déterminer la distance correcte. Le diamètre de perçage peut être déterminé à partir de l'équation ci-dessous :

Taille du trou fini + tolérance = diamètre de perçage

Normalement, la distance devrait être de 5 à 8 mils mais cela dépend du nombre de couches. Les outils de disposition de carte n'ont pas de contrôles de règles de conception (DRCs) spécifiques pour le perçage jusqu'au cuivre. Cependant, si vous utilisez un espacement adéquat dans votre conception, vous pouvez avoir un dégagement de 8 mils. C'est l'attribut le plus important à considérer lors de l'analyse DFM.

Dégagement perçage-cuivre

Dans les anneaux annulaires, une tangence ou une rupture peut se produire lorsque le foret ne parvient pas à atteindre le point désiré et se décale dans le même axe. Cela provoque des interconnexions marginales et affecte la fiabilité.

Rupture de l'anneau annulaire

Voici quelques conseils pour éviter les problèmes de DFM qui surviennent lors du perçage :

• Incorporez de larges zones d'anneau annulaire dans votre conception en adaptant des tailles de pad plus grandes. Cela assure une bonne conductivité et facilite le perçage des vias au milieu du pad.
• Vérifiez si les perçages métallisés ont des pads en cuivre sur toutes les couches de cuivre.
• Sierra Circuits recommande un minimum de 8 mils de distance entre le perçage et le cuivre.
• Maintenez un ratio d'aspect minimum pour prévenir le décalage de perçage.
• Définissez le type de perçage (PTH/NPTH) et le nombre/taille de perçages.
• Assurez-vous que les caractéristiques en cuivre et les perçages rentrent dans le profil de la carte.
• Concevez un anneau annulaire supérieur ou égal à la taille minimale d'anneau annulaire (4 mils) qui peut être fabriqué par le fournisseur/l'usine de fabrication.
• Ajoutez des larmes pour prévenir la rupture de l'anneau annulaire dans les conceptions complexes et les petits anneaux annulaires. 

Le nombre de perçages doit correspondre au tableau de perçage

Il est crucial de faire correspondre le nombre de perçages avec le tableau de perçage. Un tableau de perçage est inclus dans le dessin de fabrication. Parfois, le tableau de perçage ne correspond pas au nombre réel de perçages. Dans ce cas, vous devrez modifier ou régénérer le tableau de perçage.

Exemple de tableau de perçage PCB

Comme point de conception simple, essayez de minimiser le nombre de différentes tailles de perçage utilisées dans la disposition du PCB. Il est préférable de choisir une ou deux tailles de via qui peuvent gérer la plupart des transitions de couche pour les signaux, et éventuellement quelques autres qui seront utilisées pour les trous de montage ou les trous non métallisés.

Dégagements

Il existe trois types de dégagements à observer dans l'analyse DFM.

Dégagement de bord:

De nombreux concepteurs oublient de fournir un dégagement adéquat entre le cuivre et le bord du PCB. La proximité du cuivre avec le bord peut créer des courts-circuits entre les couches adjacentes si un courant leur est appliqué. Cela est dû au cuivre exposé autour du périmètre de la carte. Il est possible de résoudre ce problème en ajoutant un dégagement au design. Vérifiez les approximations suivantes :

• Pour la couche extérieure : 0,010”
• Pour la couche intérieure : 0,015”

Espacement des lignes :

L'espacement des lignes est la distance minimale entre deux conducteurs. Cela dépend des matériaux, du poids du cuivre, des variations de température et de la tension appliquée. Cela dépend également des capacités du fabricant.

 

Dégagements du masque de soudure :

• Gardez le dégagement du masque de soudure supérieur aux pastilles de soudure, sauf dans le cas des pastilles définies par le masque de soudure.
• La meilleure façon d'éviter les ponts de soudure est d'étendre l'ouverture du masque sur la pastille de cuivre ou de fournir un dégagement de barillet (dégagement de masque de soudure = taille de perçage + 3 mils).

Dégagement de masque de soudure

Pièges à acide

Une autre erreur de DFM à surveiller est le piège à acide. Un design qui incorpore des angles aigus attirera les concentrations d'acide dans cette zone. Cela peut entraîner des traces surgravées et des circuits ouverts.

 

Évitez de placer les pistes arrivant aux pastilles sous des angles aigus. Placez les pistes à 45° ou 90° par rapport aux pastilles. Vérifiez qu'aucun des angles des pistes n'a créé de pièges à acide après le routage des pistes.

Vérifications du silkscreen

La vérification du silkscreen implique les différents attributs qui influenceront l'analyse DFM et préviendront les erreurs possibles. Voici quelques directives importantes :

Orientation : Le silkscreen peut se situer sur les pastilles, et cela devrait être vérifié en exécutant un DRC. Le silkscreen pourrait également chevaucher un trou de via, bien que cela soit acceptable si les vias sont tentés. Cela peut arriver en tournant le texte et en ajustant les marques de désignation de référence des composants. Coupez les marques de désignation de référence qui dépassent sur les pastilles et les vias pour éviter le chevauchement.

Assurez-vous que l'orientation de votre silkscreen est cohérente

Largeur de ligne et hauteur du texte : Nous recommandons une largeur de ligne minimale de 4 mils et une hauteur de texte de 25 mils pour une lisibilité aisée. Utilisez toujours des couleurs standard et des formes plus grandes pour une bonne représentation. Typiquement, la taille devrait être de 35 mils (hauteur de texte) et de 5 mils (largeur de ligne). Si la carte n'est pas dense et qu'il y a suffisamment d'espace pour un grand texte, utilisez la taille suivante :

Si les spécifications ci-dessus ne fonctionnent pas pour une carte de densité moyenne, utilisez la taille suivante :

Lorsque la taille ci-dessus ne fonctionne pas, référez-vous à ce qui suit : Pour une carte de densité moyenne :

 

Méthode d'impression par sérigraphie : La méthode spécifique influence de nombreux paramètres de conception tels que la taille, les dégagements, etc., et des éléments comme les pads, les vias et les pistes. Spécifiez-les selon l'impression manuelle par sérigraphie, l'imagerie photo liquide et l'impression directe de légende.

Priorisation des marquages : Priorisez le marquage par sérigraphie selon la classification : exigences réglementaires, identification du fabricant, aides à l'assemblage et aides aux tests.

Suivre les directives de conception pour la fabricabilité vous aide à reconnaître les erreurs dès les premières étapes de la conception. Heureusement, le moteur de vérification des règles de conception (DRC) dans Altium Designer peut vous aider à détecter ces problèmes avant de passer à la production. Après avoir consulté votre fabricant, vous pouvez programmer les contraintes listées ci-dessus dans vos règles de conception de PCB pour vous assurer de pouvoir rapidement détecter et corriger les erreurs. Une fois votre conception prête pour une révision de conception approfondie et la fabrication, votre équipe peut partager et collaborer en temps réel grâce à la plateforme Altium 365™. Les équipes de conception peuvent utiliser Altium 365 pour partager les données de fabrication et les résultats des tests, et les modifications de conception peuvent être partagées via une plateforme cloud sécurisée et dans Altium Designer.

Directives DFA pour une conception de PCB efficace

Chaque PCB qui souhaite devenir un véritable dispositif devra être assemblé avec un rendement élevé. Une planification stratégique est nécessaire pour garantir que la carte puisse être correctement assemblée dès le premier essai. Comprendre quelques directives DFA de base peut aider à garantir que votre conception passe à travers l'assemblage de fabrication avec un minimum de défauts et sans retravail.

DFA est un processus qui se compose de trois étapes. Dans la première étape, la conception de la disposition de la carte est prise en considération. Durant cette étape, l'espacement entre les composants, la direction du soudage et la réduction des coûts d'assemblage sont pris en compte. Dans l'étape suivante, les fichiers Gerber ou ODB++ sont validés pour les espacements et l'orientation des composants, les empreintes et les différentes méthodes de nettoyage. Dans la dernière étape, les besoins en soudage à la vague, soudage par refusion et soudage manuel sont identifiés.

 

Objectifs du DFA

Standardisation

Chaque concepteur de carte aura du mal à prévoir les défis qui pourraient survenir lors du travail sur un nouveau design de PCB. L'objectif principal de la standardisation est de minimiser le niveau d'incertitude en utilisant des pièces et des techniques qui ont fonctionné précédemment. Voici quelques moyens pour assurer une standardisation maximale dans votre conception :

• Valider soigneusement la source de chaque composant pour garantir l'authenticité des composants. Les sources non autorisées augmentent le risque de retards, de désinformation et de pièces contrefaites.
• Essayez de réduire le nombre de packages de composants uniques pour faciliter le processus de conception pour l'assemblage et minimiser les erreurs potentielles. Par exemple, si des écarts entre l'empreinte et le motif de pose existent, les ajustements de layout nécessaires seront réalisés plus rapidement puisque le design comportera moins de motifs de pose uniques.

Validation des composants

Chaque concepteur de carte aura du mal à prévoir les défis qui pourraient survenir lors du travail sur un nouveau design de PCB. L'objectif principal de la standardisation est de minimiser le niveau d'incertitude en utilisant des pièces et des techniques qui ont fonctionné précédemment. Voici quelques moyens de garantir une standardisation maximale dans votre conception :

L'un des objectifs principaux de la DFA est de valider les composants qui vont sur la carte. Suivez les directives mentionnées ci-dessous pour aider votre fabricant à assembler efficacement votre carte :

 

Réduction des erreurs d'assemblage

La DFA se concentre principalement sur l'élimination des erreurs d'assemblage potentielles qui peuvent survenir. Outre les points discutés ci-dessus, les points ci-dessous permettent aux fabricants de fabriquer des cartes de circuits avec la fonctionnalité souhaitée.

• Respectez la taille, l'espacement et les tolérances pour les trous percés qui se situent dans les capacités de votre fabricant. Cela garantit également la fabricabilité de votre conception de PCB.
• Respectez les dégagements et les tolérances qui sont dans les capacités de votre CM. 
• Respectez les règles de dégagement des bords de la carte.
• Assurez-vous que la forme de la carte permet une optimalisation du panel.
• Incorporez des reliefs thermiques là où c'est nécessaire.

Normes DFA

Comme discuté dans les sections précédentes, connaître les normes DFA vous aide à concevoir une carte de manière efficace et économique. Dans cette section, nous allons vous présenter quelques normes DFA critiques.

Orientation des composants avec marquages de polarité

L'orientation des composants est l'un des facteurs les plus importants à considérer lors de l'étape de préassemblage. Pour un assemblage sans problème, il est essentiel de suivre des techniques d'orientation claires et explicites. Prenons juste l'exemple des diodes, qui auront une certaine polarité définie. Assurez-vous que le symbole schématique et le marquage sur le silkscreen ont un marquage de polarité approprié qui sera visible après le placement. Cela rendra le processus d'inspection plus facile, et cela facilite les tests ou le débogage.

 

Le symbole peut être positionné entre les deux broches pour les composants traversants, mais il devrait être placé à côté du dispositif pour les composants montés en surface. Étant donné que ces symboles peuvent prendre beaucoup d'espace, une barre au-dessus du pad de cathode ou une simple indication de A (anode) ou K (cathode) suffirait pour les cartes HDI.

Toujours regrouper les composants similaires et essayer de les placer dans la même orientation si possible. Cela facilite un processus d'assemblage rapide. Par exemple, tous les QFP peuvent être placés en ligne avec la broche 1 au même coin pour chaque CI.

 

Exigences d'espacement

L'espacement entre les composants affecte le cadre temporel requis par le processus de PCBA. Dans cette section, nous examinerons les normes d'espacement recommandées pour garantir la qualité du processus d'assemblage.

Espacement Pièce-à-Bord

L'espacement entre composant et bord est la distance entre un composant donné sur le circuit imprimé et son bord. Ce facteur joue un rôle important lors de la dépanelisation. Durant ce processus, les composants proches du bord du circuit seront soumis à un stress pouvant affecter les joints de soudure. Nous recommandons un dégagement de 125 mil entre le bord du circuit et le CMS placé sur le côté supérieur du circuit imprimé, mais votre fabricant peut proposer des tolérances différentes dans son processus.

Parfois, les fabricants augmentent encore l'espacement entre le composant et le bord du circuit sur le côté inférieur du circuit. Cela réduit la possibilité de dommages aux composants CMS lors de l'application de la pâte à souder.

Les pistes de cuivre peuvent également être routées plus près du bord du circuit. Cela permet un écart de masque de soudure et évite l'empiètement sur les pads. Les pistes, les zones de cuivre et les pièces insérées manuellement doivent être espacées d'au moins 10 mils du bord du circuit. Les trous castellés sont un type de conception qui nécessite un placage de cuivre au bord du circuit. Pour obtenir le placage de cuivre souhaité, de telles conceptions nécessiteront des dépenses supplémentaires et un délai de réalisation plus long.

 

Espacement Composant-Trou

L'espacement entre les composants affecte les délais requis pour le processus de montage de cartes électroniques (PCBA). Dans cette section, nous examinerons les normes d'espacement recommandées pour garantir la qualité du processus d'assemblage.

• Composant à paroi de trou : Cela est mesuré depuis le bord réel du trou jusqu'au bord du pad 
• . Cela est également connu sous le nom de distance de perçage à cuivre. L'espacement minimal requis est d'environ 8 mils.
• Composant à anneau annulaire : Cela est mesuré depuis le bord de l'anneau annulaire du trou jusqu'au bord du pad. L'espacement minimal requis est d'environ 7 mils.

Espacement composant-trou

Normes d'assemblage IPC

Voici certaines des autres normes d'assemblage IPC auxquelles votre CM se conformera lors de l'assemblage des cartes.

• IPC-A-600 : L'IPC-A-600, communément appelé IPC-600, spécifie le niveau de critères d'acceptation pour chaque catégorie de produit. Il définit les exigences souhaitables, permises et non négociables des cartes. 
• IPC/WHMA-A-620C : Il décrit la norme pour les matériaux, procédures, tests et critères d'acceptabilité pour les assemblages de câbles et de harnais. 
• IPC-A-630 : Il définit les normes pour les boîtiers électroniques. Cette norme est employée lorsque votre CM assemble et réalise le processus d'inspection.

Défauts d'Assemblage Courants

Cette section détaille les défauts et problèmes qui surviennent le plus fréquemment pendant l'assemblage des cartes de circuits imprimés (PCBA). Les fabricants utilisent de nombreuses méthodes de contrôle de qualité pour éviter ces défauts, et certaines de ces méthodes sont mentionnées dans les sous-sections ci-dessous. 

Tombstones

Un tombstone, également connu sous le nom d'effet Manhattan, se réfère au cas où un composant CMS est partiellement ou entièrement décollé de sa pastille de montage. Cela est le plus courant dans les petits passifs CMS (packages 0603 ou plus petits) et cela se produit en raison de déséquilibres de force pendant le soudage par refusion.

Moyens de prévenir le tombstoning :

• Assurer une haute précision des composants et une haute température de préchauffage.
• Éviter les expositions à des températures et une humidité élevées.
• Étendez la zone de préchauffage pour équilibrer la force de mouillage sur les deux pastilles avant que la pâte n'atteigne l'état fondu.

 

Formation de ponts de soudure

La formation de ponts de soudure se produit lorsque le soudage est appliqué entre deux conducteurs qui ne devraient pas être électriquement connectés. Ces connexions indésirables sont appelées courts-circuits.

Moyens de prévenir les ponts de soudure :

• Assurez une haute précision des composants et une température de préchauffage élevée.
• Évitez les expositions à des températures et une humidité élevées.
• Étendez la zone de préchauffage pour équilibrer la force de mouillage sur les deux pastilles avant que la pâte n'atteigne l'état fondu.

 

Vides de soudure

Les espaces vides ou les trous à l'intérieur du joint de soudure sont connus comme des vides de soudure. Un vide de soudure est créé lorsqu'il n'y a pas assez de soudure disponible pour établir une connexion. Un vide de soudure consiste généralement en de l'air. 

Moyens de prévenir la formation de vides de soudure :

• Augmentez le canal de dégazage, permettant aux gaz de s'échapper de la carte. 
• Essayez d'utiliser de la pâte à souder sans plomb.

 

Méthodes d'inspection

Une fois que la carte de circuit est peuplée, les fabricants peuvent effectuer plusieurs inspections et procédures de contrôle de qualité.

Inspection optique automatisée (AOI)

L'inspection optique automatisée (AOI) est une méthode efficace et précise pour détecter les erreurs d'assemblage des PCB avant que les cartes ne quittent l'installation de production. Cette méthode utilise des caméras haute résolution et un logiciel avancé de traitement d'image pour identifier les erreurs d'assemblage telles que les composants manquants ou mal placés, les ponts de soudure, les billes de soudure ou les tombstones.

 

Inspection par rayons X

L'inspection automatique par rayons X (AXI) est une approche populaire pour détecter les défauts cachés dans les circuits intégrés (IC) et les grilles de billes (BGA). La source de balayage dans ce système est un rayon X. Elle peut être utilisée pour identifier d'énormes vides et fractures. Cette approche permet un accès non destructif aux géométries intérieures et compositions structurelles. L'AXI capture des images de la même manière que l'AOI. La seule différence est que l'AOI scanne avec une source de lumière, tandis que l'AXI scanne avec des rayons X.

Image d'inspection par rayons X 2D

Les directives DFA visent à garantir un rendement élevé et un minimum de retravail après l'assemblage. Vous pouvez mettre en œuvre ces directives DFA et bien d'autres avant de passer à la production en utilisant le moteur DRC dans Altium Designer. Après avoir consulté votre fabricant, vous pouvez programmer les contraintes mentionnées ci-dessus dans les règles de conception de votre PCB pour vous assurer de pouvoir détecter et corriger rapidement les erreurs. Une fois votre conception prête pour une révision de conception approfondie et la fabrication, votre équipe peut partager et collaborer en temps réel via la plateforme Altium 365. Les équipes de conception peuvent utiliser Altium 365 pour partager les données de fabrication et les résultats des tests, et les modifications de conception peuvent être partagées via une plateforme cloud sécurisée et dans Altium Designer.

Communiquer les besoins en empilement des couches de PCB aux fabricants

Dans le domaine de la conception de PCB, communiquer les besoins aux fabricants et fournisseurs est une priorité absolue. Le contexte de nos demandes est parfois perdu, soit en ne fournissant pas les informations correctes, soit en ne listant pas suffisamment d'informations, soit en ne donnant aucune information. Bien que le concepteur de PCB expérimenté puisse prendre des mesures pour spécifier tout ce qu'il souhaite voir dans son empilement de PCB, finalement le fabricant prendra cette décision dans un effort pour équilibrer les matériaux disponibles avec les capacités de traitement et le rendement.

Les empilements décrivent bien plus que la construction de base du PCB ; intégrés à l'empilement se trouvent de nombreuses autres considérations de conception définies par les propriétés matérielles de vos matériaux de base et diélectriques. Pour garantir que votre conception est compatible avec les capacités de votre fabricant, ses stocks de matériaux et ses exigences en matière d'impédance, les concepteurs doivent s'assurer que leurs besoins en empilement sont clairement définis. Si vous suivez mon conseil lors de la création initiale de la conception, et que vous demandez initialement à votre fabricant quels empilements il a disponibles, alors vous serez en bonne position. Si vous concevez autour de cet empilement de couches, alors travailler avec votre fabricant sera beaucoup plus facile.

Et si vous avez un design existant, et que vous devez le faire produire n'importe où avec des ensembles de matériaux compatibles ? Comment pouvez-vous réduire le risque que la carte que vous recevez ne réponde pas à vos exigences ? C'est ce que nous allons examiner dans cet article. Si vous suivez certains de ces conseils, vous concevrez AVEC la fabrication, et non juste POUR la fabrication.

Assurez-vous que les besoins de l'empilement des couches du PCB sont spécifiés

Comme je l'ai mentionné ci-dessus, lors de la première itération d'un design, il est généralement possible d'obtenir un empilement standard et de l'utiliser dans votre conception. C'est le moyen le plus rapide de concevoir votre prototype et de le mettre en production. L'autre option est au moins de concevoir votre propre empilement avec les matériaux que vous sélectionnez, puis de le qualifier avec votre maison de fabrication. Ils vous diront s'ils peuvent le produire ou non, et vous pourrez décider de la marche à suivre à partir de là (soit redessiner l'empilement, soit l'envoyer ailleurs).

Lorsque le design est déjà terminé, c'est une histoire un peu différente. Lorsque vous passez à la production du design, vous devez vous assurer que le fabricant de cartes nues peut répondre à plusieurs spécifications, y compris :

• Caractéristiques des couches - Cela inclut les épaisseurs des couches, le poids du cuivre, le type de feuille de cuivre (traité en inverse, électrodéposé, cuivre laminé, additif, etc.), et la construction/le style de tissage du stratifié.
• Exigences diélectriques et d'impédance - Si vous avez une spécification d'impédance (à la fois pour les signaux et l'alimentation) que vous devez atteindre, alors vous devez spécifier la constante diélectrique dans vos couches ainsi que les épaisseurs des couches et le cuivre.
• Substitutions et tolérances autorisées - C'est ici que votre fabricant peut voir ce que vous lui avez donné la permission de modifier afin de garantir que la conception puisse être produite de manière fiable partout.

Nous ne parlons pas souvent du point n°3 et nous concentrons plutôt sur le DFM dans le cadre des points n°1 et n°2. Si vous pouvez prendre en compte les changements possibles nécessaires dans votre empilement de couches de PCB au point n°3, vous pouvez éliminer le risque de recevoir des cartes qui ne répondent pas à vos spécifications.

Pour vous assurer que vos besoins en empilement de PCB sont satisfaits, vous disposez d'un document important que vous pouvez utiliser pour spécifier vos exigences en matière de carte de circuit imprimé : votre dessin de fabrication de PCB. Vous voudrez utiliser à la fois un dessin d'empilement et vos notes de fabrication pour communiquer vos exigences d'empilement de couches de PCB à votre fabricant.

Commencez par un dessin ou un tableau d'empilement de couches de PCB

Dans votre dessin de fabrication, vous pouvez immédiatement spécifier la plupart des exigences pour votre empilement avec un dessin d'empilement des couches. C'est le moyen le plus simple de donner à votre usine de fabrication les exigences de base que vous souhaitez voir sur votre carte. L'exemple ci-dessous est un design pour une carte à 4 couches qui pourrait être utilisé pour une PCB à haute vitesse, un module régulateur de puissance, une carte microcontrôleur, ou une autre carte à usage général.

Exemple de dessin d'empilement des couches PCB dans un dessin de fabrication. Ceci a été créé dans Draftsman.

Exemple de dessin d'empilement des couches PCB dans un dessin de fabrication. Ceci a été créé dans Draftsman. À partir de ce dessin, nous pouvons déjà voir plusieurs spécifications importantes que votre usine de fabrication devra respecter :

• Épaisseur et nombre de couches
• Poids du cuivre sur chaque couche 
• Ensemble de matériaux spécifiques (ITEQ IT-180BS/IT180C dans ce cas)
• Extension de fichier Gerber correspondant à chaque couche

Parfois, lorsque je reçois des listes d'exigences de la part des clients, ces points seront compilés dans un document de stackup. Lorsque vous soumettez vos résultats de conception à votre fabricant, il est acceptable d'inclure un document de stackup ou un autre document d'exigences dans le paquet de fichiers, mais cette information devrait également être reflétée dans un dessin de fabrication. La meilleure façon de faire cela est avec un dessin de stackup comme montré ci-dessus.

Et qu'en est-il de l'impédance et des propriétés diélectriques ? Si vous concevez avec un ensemble de matériaux spécifique en tête, alors vous n'avez pas besoin de lister ces éléments explicitement, bien qu'ils puissent être inclus dans votre dessin de stackup de couches PCB. Pour vous assurer que votre maison de fabrication prend en compte ces tolérances dans votre conception, vous devrez spécifier des tolérances acceptables sur les largeurs de pistes et les épaisseurs de couches.

Tolérances dans Votre Stackup et Largeurs de Pistes

Pour vous assurer d'atteindre un objectif de constante diélectrique, un objectif de propriété thermique/chimique, ou un objectif d'impédance (en supposant que vous l'avez spécifié), il y a trois façons de procéder dans votre conception:

• Avant de commencer tout travail de conception, faites approuver votre empilement par votre maison de fabrication. Si elle l'approuve, assurez-vous qu'elle spécifie une largeur de piste pour votre valeur d'impédance basée sur des données d'impédance contrôlée. Si vous concevez en fonction de cette largeur de piste et de cet empilement de couches, alors vous saurez que les spécifications que vous fournissez dans votre dessin de fabrication produiront le comportement électrique souhaité.
• Spécifiez la conformité IPC slash sheet pour tout matériel compatible qui sera utilisé dans l'empilement du PCB. Vous devez connaître une slash sheet souhaitée pour une sélection initiale de matériel. • Permettez au fabricant d'ajuster les largeurs de pistes selon les besoins afin de s'adapter à tout échange de matériel utilisé dans l'empilement du PCB. Vous n'avez pas besoin de spécifier une slash sheet ou un nom de matériel spécifique, bien que vous soyez libre de le faire dans vos notes de fabrication.

L'option #1 garantit que votre carte sera précise, mais uniquement chez les fabricants qui proposent uniquement votre ensemble de matériaux spécifique. Les options #2 et #3 sont plus générales, et elles tentent de vous couvrir partout, mais vous devrez peut-être demander la mise en œuvre de tests contrôlés d'impédance pendant la fabrication.

L'implémentation de l'Option #2 est simple dans vos notes de fabrication. L'image ci-dessous montre un exemple de note de fabrication qui indique clairement à quelle feuille de spécifications votre ensemble de matériaux doit se conformer (note 16.C, encadrée en rouge). Notez que cela peut être mis en œuvre même si le contrôle d'impédance n'est pas nécessaire.

Cette note de fabrication spécifie la conformité à la feuille de spécifications afin que le fabricant ne remplace que par des ensembles de matériaux compatibles.

Dans le cadre de l'Option #3, votre usine de fabrication pourrait avoir besoin d'ajuster un peu ces spécifications. Vous devrez spécifier les tolérances admissibles sur l'épaisseur des couches et la largeur des pistes dans vos notes de fabrication. L'exemple ci-dessous montre comment cela peut être spécifié comme une tolérance admissible pour l'usine de fabrication. Le cadre rouge définit l'objectif d'impédance nominale mis en œuvre dans la conception telle qu'elle est initialement fournie à l'usine de fabrication. Le cadre bleu spécifie les tolérances autorisées sur la largeur des pistes et l'épaisseur des couches

Ces deux notes de fabrication permettent au fabricant d'ajuster la géométrie des pistes ou des couches afin qu'un objectif d'impédance puisse être atteint dans la tolérance spécifiée dans la Note 18.A.

En faisant cela, vous prenez en compte le fait que les matériaux utilisés par une usine de fabrication peuvent avoir une constante diélectrique différente de celle que vous avez utilisée dans votre conception. Étant donné qu'ils ne pourront pas toujours atteindre la constante diélectrique requise, ils devront ajuster la piste pour compenser toute différence majeure qui amènerait l'impédance en dehors des spécifications définies dans la Note 18.A.

Lorsque vous êtes prêt à compiler la documentation pour votre conception de PCB et à envoyer votre package de fichiers de fabrication en production, utilisez les outils de dessin automatisés dans le package Draftsman inclus dans Altium Designer®. Une fois que vous êtes prêt à libérer vos données de fabrication à votre fabricant, vous pouvez facilement partager et collaborer sur vos conceptions via la plateforme Altium 365™. Tout ce dont vous avez besoin pour concevoir et produire des électroniques avancées se trouve dans un seul package logiciel.

Quelle valeur d'expansion du masque de soudure devriez-vous utiliser ?

La couche de masque de soudure termine le PCB et fournit un film protecteur sur le cuivre des couches de surface. Le masque de soudure doit être retiré des pads de connexion sur la couche de surface afin de disposer d'une surface où les composants peuvent être montés et soudés. Ce retrait du masque de soudure d'un pad sur la couche supérieure devrait s'étendre sur une certaine distance autour du bord du pad, créant ainsi des pads NSMD ou SMD pour vos composants.

À quelle distance devriez-vous retirer l'expansion du masque de soudure pour éviter un défaut d'assemblage et garantir qu'il y a suffisamment de surface pour la soudure ? Il s'avère qu'avec des composants de plus en plus petits et des agencements de plus haute densité devenant la norme, l'expansion du masque de soudure peut créer de petits éclats de masque de soudure qui resteront sur la couche de surface. À un certain point, l'éclat minimal de masque de soudure autorisé et l'expansion requise du masque de soudure deviennent des règles de conception concurrentes ; vous pourriez ne pas être en mesure de satisfaire les deux règles simultanément.

Équilibrer l'Expansion du Masque de Soudure et les Éclats 

Taille du Pad Périphérique vs. Tolérance de Mauvais Enregistrement

Ceci est la raison principale pour appliquer une expansion positive du masque de soudure, ce qui crée une pastille non définie par le masque de soudure (NSMD). La justification de cela est liée au processus de gravure du cuivre ; la gravure du cuivre étant un processus chimique humide, elle a en fait une précision plus élevée que l'application du masque de soudure. Ainsi, pour garantir que toute la surface de la pastille soit toujours exposée, nous appliquons une expansion du masque de soudure suffisamment grande autour de la pastille.

La précision inférieure du processus d'application du masque de soudure peut créer un décalage, où le masque d'arrêt de soudure ne correspond pas parfaitement à l'emplacement où il est défini dans votre agencement de PCB. Cependant, si l'expansion du masque de soudure est suffisamment grande, elle compensera le décalage et la pastille pourra toujours être entièrement visible à travers le masque de soudure. La plus petite recommandation sur l'expansion du masque de soudure que j'ai vue est de 3 mils de tous les côtés de la pastille, ce qui compensera un décalage d'environ 2 mils.

Cette pastille présente une petite quantité de décalage du masque d'arrêt de soudure.

Et si vos pastilles sont déjà suffisamment grandes ? Dans ce cas, vous pourriez justifier le choix d'une valeur d'expansion du masque de soudure plus petite. Dans ce cas, si vous utilisez une expansion plus petite avec des pastilles plus grandes, vous êtes toujours assuré d'avoir une zone de pastille exposée suffisamment grande même s'il y a un certain décalage d'enregistrement. Dans tous les cas, vous devez également considérer la nécessité de disposer de barrages de soudure entre les pastilles/vias proches.

 

Taille minimale du barrage de soudure

La taille minimale de la lamelle de résist de soudure limitera l'ouverture d'expansion du masque d'arrêt de soudure que vous pouvez appliquer pour un pas de composant donné. Si le pas de composant est suffisamment grand, alors vous pouvez toujours appliquer une grande expansion du masque de soudure sans vous soucier d'atteindre une limite de barrage de soudure. Lorsque le pas de composant devient petit, ou lorsque les composants sont emballés de près, vous pourriez violer la taille minimale de la lamelle de masque de soudure. Dans ce cas, vous devez décider si vous préférez compenser le décalage d'enregistrement ou assurer qu'il y ait toujours un barrage de soudure. Sur les composants à pas fin, je préfère ce dernier.

Ces emplacements violeront les limitations du mode fabricant sur la taille minimale du barrage de soudure. Les défauts d'assemblage pourraient être évités en appliquant un peu plus d'espacement entre les pastilles pour différents composants.

Étant donné que le réseau de masque de soudure doit avoir une épaisseur d'au moins environ 3 mils pour adhérer à la surface d'un substrat de PCB, vous pouvez généralement ajuster une expansion minimale du masque de soudure autour d'une pastille lorsque le pas des pastilles est de 20 mils ou plus. Si vous examinez des pistes internes (comme les billes internes sur un empreinte de BGA), il est approprié d'utiliser des pastilles SMD et de placer de petits barrages entre les pastilles et les vias.

Devriez-vous Laisser Votre Usine de Fabrication Décider ?

Si vous définissez simplement une règle de conception générale et appliquez une expansion de 0 mil ou 1 mil pour que vous puissiez atteindre votre exigence de densité, votre fabricant pourrait appliquer une valeur d'expansion supplémentaire. S'ils font cela, ils pourraient ne pas vous en informer ; vous devriez vous attendre à ce qu'une usine de fabrication puisse appliquer cela pour surmonter un mauvais enregistrement entre le pochoir du masque de soudure et les pastilles sur la couche de surface.

Ma préférence a été de régler le masque à 0 mil sur la plupart des projets pour deux raisons :

• À moins que je ne travaille sur une disposition de très haute densité, les empreintes que nous utilisons pour la plupart des composants auront des pastilles suffisamment grandes pour que la quantité typique de mauvais enregistrement ne réduise pas significativement la zone de soudure sur la pastille.
• Je sais déjà que le fabricant va augmenter l'expansion du masque de soudure car je travaille avec un nombre limité d'usines de fabrication ; je connais leur processus et j'aurai l'occasion de vérifier exactement ce qu'ils souhaitent modifier lorsqu'ils m'enverront leur rapport DFM.

Le point n°2 devrait illustrer la raison pour laquelle vous devriez avoir un ensemble préféré de sociétés de fabrication/assemblage avec lesquelles vous travaillez, et vous devriez comprendre leur processus. Mon entreprise a plusieurs partenaires de fabrication que nous utilisons exclusivement pour les projets de clients de faible et moyenne volume. Nous savons ce qu'ils attendent et les retours que nous pourrions recevoir après un premier examen DFM/DFA.

Si vous voulez vraiment communiquer vos intentions à votre fabricant, rendez vos intentions claires dans votre dessin de fabrication. Ajoutez une note à votre dessin de fabrication qui indique que le fabricant a la permission de modifier les ouvertures de résist de soudure dans une certaine plage (peut-être +/- 3 mils). L'autre option est de mettre une tolérance spécifiée sur votre expansion de masque de soudure, puis de spécifier une largeur minimale de sliver. Notez juste qu'ils pourraient renvoyer la carte si votre tolérance est trop stricte, à ce moment-là, vous pourriez avoir besoin d'assouplir votre exigence de tolérance.

La note 10 dans ces instructions de fabrication spécifie quel niveau d'expansion du masque de soudure je suis prêt à tolérer dans cette conception. Dans ce cas, j'ai précisé que je préfère que les ouvertures du masque de soudure correspondent à la taille du pad.

Une fois que vous avez déterminé l'expansion minimale du masque de soudure et le sliver nécessaire pour éviter les problèmes d'assemblage, vous pouvez utiliser les outils CAO dans Altium Designer® pour définir vos motifs de connexion et empreintes. Vous et votre équipe pourrez rester productifs et collaborer efficacement sur des conceptions électroniques avancées grâce à la plateforme Altium 365™. Tout ce dont vous avez besoin pour concevoir et produire des électroniques avancées se trouve dans un seul package logiciel.

Est-ce imprimé ou un composant ? Tout sur les points de test PCB

Les points de test dans votre assemblage électronique vous donneront un emplacement pour accéder aux composants et prendre des mesures importantes pour vérifier la fonctionnalité. Si vous n'avez jamais utilisé de point de test ou si vous n'êtes pas sûr d'avoir besoin de points de test, continuez à lire pour voir quelles options vous avez pour l'utilisation de points de test dans votre agencement de PCB.

Points de test PCB comme composants et éléments imprimés

Très simplement, les points de test PCB peuvent être intentionnellement placés comme éléments imprimés dans un design, tels qu'un pad nu ou une via avec une connexion à une piste/plane interne. Ils peuvent ensuite être accessibles avec un dispositif de test pendant les tests électriques, tels que les tests électriques de base (continuité), les tests en circuit, ou un test de sonde volante sans dispositif. Même si vous ne placez pas intentionnellement des points de test comme pads ou autres dispositifs dans votre agencement de PCB, vous pouvez toujours définir des conducteurs spécifiques comme points de test.

Chaque conception nécessite-t-elle des points de test ? Pas nécessairement ; pour un prototype, vous avez intérêt à prendre le temps de faire des tests fonctionnels à la main afin de pouvoir identifier plus facilement les échecs. Vous pourrez voir et toucher les cartes et les instruments avec lesquels vous travaillez, il sera donc beaucoup plus facile d'identifier les problèmes pendant les tests. Si vous augmentez votre production de quelque manière que ce soit et que vous avez soigneusement évalué vos besoins en tests, alors il est préférable de placer des points de test pour les tests en circuit ou fonctionnels avec votre fabricant, de cette façon ils peuvent automatiser ces tests fonctionnels de base sur la ligne.

En ce qui concerne ce que sont les points de test, ils peuvent être placés comme composants, pastilles, vias ou autres éléments imprimés sur votre carte. Les points de test peuvent également être marqués pour un accès pendant la fabrication ou l'assemblage dans votre logiciel de conception. Maintenant, examinons certaines des options que vous avez pour les points de test dans l'agencement de votre PCB.

 

Points de Test, Pastilles et Vias

Une chose que vous pouvez faire est de placer intentionnellement une pastille le long d'une interconnexion ou quelque part sur un bus comme point de test. Vous pourriez également placer cela comme un via afin que les couches internes puissent être facilement accessibles. Celles-ci pourraient être placées le long d'une piste (en série) ou sur le côté comme un petit raccord. Pour les signaux numériques à basse vitesse et analogiques à basse fréquence (même si cela est contrôlé par l'impédance, cela ne sera pas un problème d'intégrité du signal. Des tests plus spécialisés avec des signaux à haute vitesse/haute fréquence nécessiteront une structure de test spécifique avec des impédances contrôlées et assorties à chaque port ; gardez cela à l'esprit avant de placer des points de test sur chaque interconnexion.

Il est courant de placer un réseau de points de test autour d'un grand processeur afin que les réseaux importants (PWR, GND, configuration, etc.) puissent être accessibles pendant les tests.

Composants de Point de Test

Certaines entreprises fabriquent et vendent des composants de points de test qui peuvent être montés directement sur votre PCB. Un exemple de chez Keystone est montré ci-dessous. Ce composant sera défini dans votre schéma comme un composant à 2 terminaux et placé dans la mise en page tout comme n'importe quel autre composant traversant. Des composants SMD sont également disponibles.

Exemple de point de test (Keystone 5001)

Ces composants sont excellents pour attacher une sonde afin de prendre des mesures d'une forme d'onde. Notez qu'ils n'ont qu'un seul point de connexion. Si vous avez connecté ce point de test en série avec l'interconnexion cible, vous pouvez utiliser ce composant pour mesurer la forme d'onde de tension sur l'interconnexion cible (c'est-à-dire, avec un oscilloscope). À des fréquences basses à modérées (en dessous de 1 GHz) et des temps de montée (au-dessus de 10-20 ns), vous pouvez utiliser une connexion directe avec votre sonde pour prendre votre mesure, et vous n'aurez pas à vous soucier de l'impédance du point de test ou des réflexions tant que la fréquence est suffisamment basse. Cela rend ces composants bons pour accéder à des formes d'onde importantes comme l'entraînement de moteur, l'analogique à basse fréquence, les bus numériques plus lents (I2C ou SPI, par exemple), ou les GPIOs sur votre MCU pendant les tests fonctionnels.

Mélanger et Associer

En général, vous pouvez combiner différents types de points de test selon vos besoins. Les meilleures pratiques recommanderaient de placer un composant de point de test ou un dispositif de test spécifique sur la carte si vous avez besoin d'accéder à une interconnexion ou à une forme d'onde pendant les tests fonctionnels. Autrement, pour les tests en circuit, les tests à sonde volante ou les tests de continuité, vous devriez placer des pastilles ou des vias pour toucher des points spécifiques sur votre carte. Les points de test qui ne sont pas placés comme des pastilles spécifiques ou des dispositifs sont normalement définis sur des vias spécifiques, des pastilles de composants, des connexions d'alimentation/GND, ou d'autres conducteurs exposés sur le PCB fabriqué.

Les composants de point de test peuvent être placés sur la même carte que les points de test pour la fabrication ou l'assemblage.

Tests plus spécialisés

Ce que nous avons montré ici est destiné aux tests en circuit pendant la fabrication/assemblage, ainsi qu'aux tests de la PCB avec une sonde pour examiner une forme d'onde ou un niveau. Pour quelque chose de plus spécialisé, comme une mesure d'impédance très précise ou une mesure de réponse impulsionnelle, de simples points de test sur PCB avec une connexion conductrice simple (soit fixée mécaniquement, soit soudée) pourraient ne pas vous donner les résultats attendus. Des dispositifs de test plus sophistiqués sont nécessaires pour connecter votre accès au point de test de la PCB à votre générateur de signaux ou analyseur. Un exemple est la conception 2x-thru comme spécifié dans la norme IEEE P370.

Souvent, lorsqu'un interconnect spécialisé est conçu pour être utilisé dans un système à haute fréquence ou à grande vitesse, la stratégie consiste à construire une carte de test qui maintient l'interconnect et ses connecteurs. Si vous spécifiez une impédance contrôlée pour votre fabricant, ils ne testeront pas des conceptions d'interconnect spécialisées (telles qu'un guide d'onde) car ils n'auront pas de coupon de test qui possède votre interconnect spécifique. Les types de lignes de transmission standard sont acceptables, mais quelque chose de plus spécialisé vous oblige à construire le coupon de test vous-même, ou vous fournissez les fichiers de conception pour le coupon de test à votre maison de fabrication de PCB afin qu'ils puissent le tester.

Pour certaines mesures de PDN à faible impédance avec des impulsions courtes ou des balayages de fréquence en dessous d'environ 10 GHz, vous pouvez simplement utiliser des connexions coaxiales pour tester des sondes qui touchent les pads de point de test de votre PCB afin de réaliser une connexion à faible impédance. Si vous effectuez des mesures dans le domaine fréquentiel pour obtenir des paramètres de réseau, soyez attentif aux sources d'erreur liées à votre choix de référence. J'ai abordé ce sujet ailleurs en ce qui concerne l'intégrité de l'alimentation, tout comme d'autres experts spécialisés dans les mesures de paramètres S à faible impédance.

Lorsque vous avez besoin de placer un point de test PCB sous forme d'élément imprimé, de connexion de sonde, ou d'un dispositif de test spécialisé, utilisez l'ensemble complet des fonctionnalités de conception dans Altium Designer®. L'ensemble complet d'outils de gestion de points de test et l'utilitaire Draftsman peuvent vous aider à spécifier votre point de test et les exigences de performance pour votre produit. Lorsque vous avez terminé votre conception, et que vous souhaitez envoyer les fichiers à votre fabricant, la plateforme Altium 365™ facilite la collaboration et le partage de vos projets.

À PROPOS D'ALTIUM

Altium LLC (ASX : ALU) est une société multinationale de logiciels dont le siège est à San Diego, en Californie, qui se concentre sur les systèmes de conception électronique pour la conception de PCB en 3D et le développement de systèmes embarqués. Les produits Altium se retrouvent partout, des équipes de conception électronique de premier plan à la communauté de conception électronique de base.

Avec une gamme unique de technologies, Altium aide les organisations et les communautés de conception à innover, collaborer et créer des produits connectés tout en restant dans les délais et les budgets. Les produits fournis comprennent Altium Designer®, Altium Vault®, CircuitStudio®, PCBWorks®, CircuitMaker®, Octopart®, Ciiva® et la gamme TASKING® de compilateurs de logiciels embarqués.

Fondée en 1985, Altium possède des bureaux dans le monde entier, avec des sites aux États-Unis à San Diego, Boston et New York, en Europe à Karlsruhe, Amersfoort, Kiev et Zug et en Asie-Pacifique à Shanghai, Tokyo et Sydney. Pour plus d'informations, visitez www.altium.com. Vous pouvez également suivre et interagir avec Altium via Facebook, Twitter et YouTube.
 

Télécharger le PDF