Les 6 principaux problèmes de DFM dans les PCB qui affectent chaque conception

En tant que concepteur de PCB, vous devez gérer une variété de différentes exigences et attentes. Il y a des aspects électriques, fonctionnels et mécaniques à considérer. De plus, la mise en page du PCB doit être produite en temps voulu, avec la meilleure qualité possible, au coût le plus bas possible. Et à travers toutes ces exigences, vous devez également prendre en compte le DFM (Design for Manufacturability). C’est une grande partie du processus de conception de PCB et qui peut souvent causer des problèmes si elle n'est pas bien réalisée. Examinons les 3 problèmes de DFM dans les conceptions de PCB.

Connexions de Pad SMD Inégales

Les petits composants CMS, tels que 0402, 0201, etc., doivent avoir une connexion uniforme pour aider à prévenir le soulèvement pendant le soudage par refusion. Il en va de même pour les pastilles BGA afin d'assurer un soudage fiable. Il s'agit simplement de placer la taille de pastille correcte sur l'empreinte de votre composant. Les composants courants ont des tailles de pastilles définies (par exemple, les pastilles sur les CI selon les normes IPC-7351) qui devraient être placées dans vos empreintes.

Votre fabricant ne regardera pas toujours vos fichiers de conception pour inspecter cela. Au lieu de cela, il regardera probablement vos fichiers Gerber et votre nomenclature, et il pourrait comparer les empreintes aux tailles des composants dans votre liste de matériaux. Selon le niveau de services d'ingénierie non récurrents que vous demandez, votre fabricant peut ne pas remarquer cette recommandation particulière avant qu'il ne soit trop tard. Après la fabrication, la procédure de test pour assurer une connexion uniforme à la pastille implique une inspection aux rayons X. Avant d'envoyer votre conception pour fabrication, vous devriez vérifier toutes les empreintes que vous concevez pour vous assurer qu'elles sont correctes pour la taille des pattes du composant.

Ouverture incorrecte du masque de soudure sur les pastilles CMS

Ouverture de masque de soudure (également appelée expansion de masque de soudure ou ouverture de masque de soudure) est une manière de garder la soudure piégée sur le pad cible pendant la soudure manuelle ou par vague. Lors de la soudure, une boule de soudure se forme sur le pad cible, mais une grande boule de soudure peut s'effondrer et couler autour du pad à haute température. Placer une petite ouverture de masque de soudure autour du pad maintiendra la boule de soudure en place pendant la soudure, même si la boule de soudure déposée est légèrement grande. Une technique similaire est utilisée dans le fanout en forme d'os de chien pour un BGA, où une petite quantité de masque de soudure bloque le pad du via (appelé un barrage de soudure).

Ce problème est résolu lorsque vous créez des empreintes pour vos composants, qui auront une ouverture de masque de soudure définie autour du pad. Généralement, une ouverture de masque de soudure s'étendra d'environ 4 à 5 mils au-delà du bord du pad. Si l'ouverture de masque de soudure est trop grande, elle ne préviendra pas l'écoulement de la boule de soudure et le pontage pendant la soudure par vague.

Vias Ouverts dans les Pads SMD

Il est communément admis dans la conception de cartes de circuits imprimés qu'il faut éviter à tout prix le via-dans-pad. Si un via traversant est placé trop près de la région de soudure sur un pad, le trou pourrait permettre à la soudure de s'infiltrer jusqu'à l'arrière de la carte de circuit. Si le via se connecte directement à une grande plane dans une couche interne, la chaleur se dissipera dans la plane. Cela pourrait créer un joint froid ou provoquer un tombstoning pendant la soudure à la vague.

Le via-dans-pad a toutefois sa place dans la conception de PCB, particulièrement dans les conceptions HDI avec des BGAs à pas très fin. Dans d'autres situations, où un chemin minimisé vers la masse est recherché, utilisez une courte trace avec un masque de soudure ou des vias métallisés. Pour éviter une dissipation de chaleur excessive dans une couche de plane pendant la soudure, placez un via de soulagement thermique sur la connexion à la plane.

Jusqu'à présent, nous avons discuté de 3 problèmes courants de pad et via en DFM. Lisez plus sur ces problèmes de DFM dans ces articles :

• Évitez les problèmes courants de pad et via dans votre vérification DFM de dernière minute
• Défauts de processus SMT courants à éviter pendant la soudure

Pièges à acide

Le processus de création d'une image en cuivre sur une couche individuelle de carte de circuit imprimé dépend de nombreux facteurs. Le cuivre est retiré d'un matériau stratifié à l'aide d'une solution d'agent de gravure alcalin, qui réagit essentiellement avec le cuivre et le dissout lentement. Les caractéristiques de cuivre dans votre PCB avec des coins serrés peuvent permettre à un agent de gravure visqueux de se piéger, connu sous le nom de piège à acide, qui sur-grave le cuivre à proximité. Cela conduit à une rugosité excessive du cuivre à l'emplacement du piège à acide.

Notez que ce problème de pièges à acide a été quelque peu résolu grâce à l'utilisation de solutions de gravure à faible viscosité. Si vous prévoyez de router à des angles de 90 degrés ou d'autres angles obtus, assurez-vous de vérifier quel type d'agent de gravure le fabricant utilise et s'il provoque des pièges à acide.

Dégagements

Maintenir des dégagements appropriés est un aspect fondamental de la conception de PCB, mais vos outils de routage vous permettront de définir à peu près n'importe quel dégagement si vous ne définissez pas les règles de conception correctes. Les pistes doivent être espacées des pastilles, d'autres pistes et de la masse pour permettre une gravure complète et pour laisser de la place aux tolérances de fabrication.

L'autre raison de maintenir des dégagements appropriés survient dans la conception haute tension. Sous le Selon les normes IPC 2221, l'espacement minimum entre une piste et tout autre conducteur dépend de la différence de potentiel moyenne entre ces éléments conducteurs. L'objectif ici est d'éviter les décharges électrostatiques involontaires, la filamentation anodique conductrice pour les conducteurs rapprochés, et la corrosion électrochimique.

Violations courantes des normes de fiabilité

Il existe une longue liste de normes IPC destinées à assurer la fiabilité. Ces normes couvrent tout, des tailles d'anneaux annulaires de via aux rapports d'aspect, et tout ce qui se trouve entre les deux. Certains exigences de fiabilité courantes décrites dans les normes IPC concernent :

• Les larmes sur les pads et les vias
• Les tailles d'anneaux annulaires
• Les tailles de via/microvia et les rapports d'aspect
• Les motifs de connexion
• La largeur de piste vs. le courant et la montée en température

Les fabricants peuvent examiner vos fichiers Gerber ou de conception, ainsi que vos exigences de test, pour déterminer quelles normes vous avez pu violer involontairement. Rappelez-vous que les normes IPC sont volontaires (sauf dans les industries hautement réglementées), mais vous devriez tout de même concevoir selon ces normes car elles ont prouvé qu'elles constituent une base pour la fiabilité des PCB.

Identifier les problèmes de DFM avec un logiciel de conception de PCB basé sur des règles

Les problèmes de DFM décrits ci-dessus représentent une petite liste des incidents potentiels qui peuvent survenir dans la mise en page de votre PCB. En gérant les exigences de votre fabricant comme des règles de conception de PCB, vous pouvez vous assurer que votre carte sera créée correctement dès la première fois et sera fiable. L'environnement de conception piloté par les règles dans Altium Designer a été créé pour vous aider à respecter les règles de conception électrique importantes et les exigences DFM courantes.

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