Prévenir les principales erreurs de DFM dans la conception de votre 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.

Un coup d'œil à la conception de PCB pour la fabrication (DFM)

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 :

1. Identification des violations de conception qui affecteront le processus de fabrication.
2. Détermination du processus de fabrication précis selon la géométrie et les besoins en matériaux.
3. Inspection de la conception de la carte et détermination si les spécifications seront conformes au produit fini.
4. Sélection des matériaux (selon les propriétés, la résistance physique et la texture) qui dépendent des dimensions de la carte.
5. 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, les ruptures d'anneau annulaire, les pièges 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 conduisent 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 :
Mettre en œuvre une largeur minimale de photorésist 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.

 

Sélection des composants

La sélection des composants doit être faite en fonction de leur disponibilité, des considérations de délai de livraison et de la surveillance des pièces obsolètes. Cela assure 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.

 

Points de Test

La 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.
• Maintenez une distance minimale de 0,100 pouces entre les points de test pour augmenter l'efficacité du test. 
• 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-vers-Cuivre

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

Les concepteurs devraient 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 vérifications de règles de conception (DRCs) spécifiques pour le perçage 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.

 

Dans les anneaux annulaires, la tangence ou l'éclatement 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.

 

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

• Intégrez des zones à large 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 perçage au cuivre.
• Maintenez un rapport d'aspect minimum pour éviter le déréglage du 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.

 

Comme point de conception simple, essayez de minimiser le nombre de différentes tailles de perçage utilisées dans la mise en page du PCB. Il est préférable de choisir une ou deux tailles de via qui peuvent gérer la plupart des transitions de couches 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 le résultat du cuivre exposé autour du périmètre de la carte. Il est possible de résoudre ce problème en ajoutant un dégagement à la conception. 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 de prévenir les ponts de soudure est d'étendre l'ouverture du masque sur la pastille de cuivre ou de fournir un soulagement de barillet (dégagement du masque de soudure = taille du perçage + 3 mils).

 

Masque de Soudure Manquant

Parfois, le masque de soudure peut être partiellement ou entièrement absent entre les pastilles. Cela expose un excès de cuivre, conduisant à des ponts de soudure et des courts-circuits qui compromettent la performance de la carte. Cela se produit lorsque le masque de soudure n'est pas défini ou lorsque les paramètres d'une carte plus grande sont appliqués à une carte plus petite, conduisant à de grands trous de pastilles.

 

Suivez ces conseils de conception pour les masques de soudure :

La taille relative du masque de soudure devrait être de 4 mils plus grande que la taille de la caractéristique.
Gardez la largeur/le pont du masque de soudure à un minimum de 4 mils.
Maintenez l'espace entre le bord de la caractéristique en cuivre et le bord de la soudure à 2 mils.

Pièges à Acide

Une autre erreur de DFM à surveiller est le piège à acide. Un piège à acide est essentiellement n'importe quelle conception qui incorpore des angles aigus qui attireront des concentrations d'acide dans cette zone. Cela peut entraîner des traces sur-attaquées et des circuits ouverts comme sous-produit des pièges à acide.

 

Évitez de placer les pistes arrivant aux pastilles sous des angles aigus. Positionnez 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 Typon

La vérification du typon implique les différents attributs qui influenceront l'analyse de la Fabrication, Conception et Montage (DFM) et préviendra les erreurs possibles. Voici quelques directives importantes :

Orientation : Le typon peut se situer sur les pastilles, et cela devrait être vérifié en exécutant un DRC. Le typon pourrait également chevaucher un trou de via, bien que cela soit acceptable si les vias sont tentés. Cela peut arriver lors de la rotation du texte et de l'ajustement des 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.

Largeur de ligne et hauteur de texte : Nous recommandons une largeur de ligne minimale de 4 mils et une hauteur de texte de 25 mils pour une lisibilité facile. 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 conviennent pas pour une carte de densité moyenne, utilisez la taille suivante :

Hauteur	Largeur	Trace
35 mils	25 mils	5 mils

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

Hauteur	Largeur	Trace
25 mils	22 mils	5 mils

Méthode d'impression de 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 traces. Spécifiez ces éléments selon l'impression manuelle de sérigraphie, l'imagerie photo liquide et l'impression de légende directe.

Priorisation des marquages : Priorisez le marquage en 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 mentionnées ci-dessus dans les règles de conception de votre PCB pour vous assurer de pouvoir rapidement détecter et corriger les erreurs. Une fois votre conception prête pour une révision 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.

Nous n'avons fait qu'effleurer la surface de ce qui est possible avec Altium Designer sur Altium 365. Commencez votre essai gratuit d'Altium Designer + Altium 365 dès aujourd'hui. Et assurez-vous de visiter le site web de Sierra Circuits pour en savoir plus sur les processus de fabrication et d'assemblage.