Progettazione con la Produzione: Una Nuova Prospettiva su DFM/DFA

Guida Completa all'Analisi DFM

Un mio caro amico ha uno scherzo riguardante la pianificazione di un nuovo design di PCB per la produzione: spesso chiede "hai chiamato oggi il tuo fabbricante?" per sottolineare che dovresti coinvolgere il tuo partner di produzione più volte nel processo di progettazione. Questo è qualcosa che i progettisti spesso dimenticano, e può portare a grossi problemi in vista della produzione su larga scala. Il fatto è che la tua scheda dovrebbe passare attraverso più round di analisi DFM per garantire la fabbricabilità, sia in termini di fabbricazione che di assemblaggio.

Quindi, quando dovresti iniziare a sottoporre il tuo design all'analisi DFM? Un'altra domanda importante potrebbe essere: qual è il modo migliore per accelerare il processo di analisi DFM? C'è molto da controllare in qualsiasi scheda, e ispezionare completamente i design per la fabbricabilità può essere dispendioso in termini di tempo, specialmente nei layout complessi. Ecco cosa aspettarsi dall'analisi DFM e come far passare rapidamente il tuo design attraverso il processo.

Cosa Comprende l'Analisi DFM per i PCB?

In generale, l'analisi DFM si applica a tutto ciò che deve essere prodotto in serie. I prodotti fabbricati devono essere progettati per adattarsi al processo utilizzato per la produzione di massa, quindi è necessario ispezionare un progetto per assicurarsi che nulla nel design possa creare bassa resa, difetti o bassa durata. Oggi, il tuo fabbricante di PCB e l'assemblatore di PCB potrebbero trovarsi ai lati opposti del globo, ed è fondamentale garantire che tutti abbiano accesso a un unico archivio controllato di informazioni sul progetto per eseguire l'analisi DFM.

L'analisi DFM per i PCB implica il controllo se il design si conformerà ai processi del tuo produttore per la fabbricazione e l'assemblaggio. Qualsiasi progettista esperto dovrebbe sapere che l'elenco delle possibili scelte di design che possono compromettere la qualità è lungo. So che non ho ancora memorizzato ogni possibile problema di fabbricabilità che potrebbe nascondersi in un design, quindi spesso mi affido al mio fabbricante per ispezionare le mie schede quando sto per avviare una produzione.

Ispeziona Spesso il Tuo Design

Questo solleva un punto importante: quando dovresti eseguire alcuni controlli DFM sul tuo progetto? Se stai realizzando schede più semplici, probabilmente è sufficiente affidarsi al tuo fabbricante per eseguire un ultimo controllo DFM prima della produzione; ripetuti approfondimenti DFM occupano solo troppo tempo quando il tuo fabbricante può eseguirli rapidamente. Per qualcosa di più avanzato, come schede a elevato numero di strati con segnali misti, tolleranze strette e multipli standard di segnalazione, sono necessarie multiple analisi DFM per individuare potenziali problemi di qualità in anticipo.

Il modo migliore per prevenire cambiamenti di progetto non necessari prima della produzione è eseguire l'analisi DFM in diversi momenti:

• Quando si selezionano i componenti: Questo riguarda principalmente le dimensioni dei componenti passivi, in particolare 0201 e 01005. Se devi usare questi piccoli componenti, assicurati semplicemente che il tuo produttore possa gestirli.
• Durante la pianificazione dello spazio: A questo punto, stiamo ancora determinando alcuni aspetti di base della scheda come il possibile numero di strati, l'intervallo delle larghezze delle tracce, le dimensioni dei via, se dovremo passare a HDI, quali laminati PCB utilizzare, e quale Livello di Producibilità IPC sarà applicabile al progetto.
• Dopo il posizionamento dei componenti: Una volta posizionati i componenti, considera il processo di assemblaggio, in particolare per quanto riguarda la saldatura nelle schede SMD double-face. Pensa anche a come qualsiasi componente collegato a terra si salderà al suo piano di riferimento e se necessitano di alleggerimenti termici.
• Durante la pianificazione dello stackup: Ti sorprenderesti di quanti stackup debbano essere modificati prima che un design possa essere mandato in fabbricazione. Questo passaggio è semplice come chiedere al tuo fabbricante una tabella dello stackup verificata.
• Dopo aver generato i Gerber: Alcuni difetti sono più facili da vedere nei tuoi file Gerber, quindi è meglio esaminare i Gerber alla ricerca di cose come sovrapposizioni di forature e rapporti di aspetto delle vie.
• In collaborazione con il team MCAD: In alcuni casi, il posizionamento di connettori saldabili o altri elementi meccanici può creare spaziature eccessivamente strette.

Ci sono alcuni di questi punti che vale la pena approfondire poiché potrebbero non essere spesso discussi in altri articoli.

Distanze tra i componenti

Alcuni punti che si applicano ai connettori valgono anche per qualsiasi altro componente, ma c'è un altro aspetto riguardante le distanze di sicurezza che vale la pena verificare. Assicurati di aver previsto l'espansione durante l'assemblaggio, specialmente per i connettori con una guaina o base in plastica. Se due componenti sono troppo vicini e si espandono durante la saldatura, possono entrambi staccarsi dalla scheda durante l'assemblaggio.

Verificare le distanze di sicurezza nell'analisi DFM ci avrebbe aiutato a prevedere il distacco dei componenti durante una recente produzione.

Esaminando le Impronte

Ovviamente, dovresti impegnarti per assicurarti che le tue impronte siano verificate. Questo può essere fatto manualmente, o utilizzando solo componenti verificati direttamente dai produttori quando disponibili. Tuttavia, una volta che un'impronta è inserita nel layout, dovrai controllare le aperture della maschera di saldatura, la distanza dalle vie, la distanza da altri componenti, i rapporti di aspetto delle vie e altro ancora. Se non utilizzi un software con le giuste funzionalità di controllo delle regole, potresti lasciare un pad termico fluttuante, o potresti posizionare un foro di trapano troppo vicino a un giunto di saldatura. Puoi esaminare direttamente il layout del PCB, ma è perfettamente accettabile generare preliminarmente dei Gerber e confrontare i tuoi strati (vedi sotto).

Puoi individuare i componenti che necessitano di aperture nella maschera di saldatura e di gocce di lacrima dai file Gerber intermedi.

Verifica dello Stackup

Potrebbe sembrare semplicistico, ma supererai questa fase a pieni voti semplicemente chiedendo al tuo fabbricante uno stackup con il numero di strati e l'arrangiamento desiderato. Hanno già eseguito l'analisi DFM necessaria per garantire che specifici stack di strati possano passare attraverso il loro processo. Ti forniranno la larghezza della traccia, lo spazio tra le tracce (per coppie differenziali) e lo spessore dello strato che dovrai utilizzare con i materiali laminati desiderati. In alcuni casi, potresti sorprenderti nel scoprire che il materiale laminato desiderato non è disponibile e dovrai utilizzare un equivalente simile.

Se contatti il tuo fabbricante in anticipo, ti invieranno una tabella di stackup qualificata.

Per gli stackup a 4 strati, probabilmente riceverai lo stackup standard 8mil/40mil/8mil S/P/P/S che dà uno spessore totale di 62 mil. Stackup più complessi possono richiedere una tabella personalizzata, specialmente quando si ha una scheda che necessita di routing controllato dell'impedenza. Se ottieni le informazioni sullo stackup in anticipo, non correrai il rischio di applicare la traccia e lo spazio sbagliati necessari per l'impedenza controllata, tutto sarà già verificato.

Analisi DFM Prima della Fabbricazione

Una volta che hai terminato la tua scheda e l'hai inviata per la fabbricazione, il tuo produttore dovrebbe eseguire la propria analisi DFM utilizzando i tuoi file Gerber finalizzati. Nota che scrivo "dovrebbe" qui perché non tutti i produttori lo faranno; con alcuni produttori, carichi i tuoi Gerber e loro produrranno la scheda esattamente come appare nei tuoi file di fabbricazione senza fare domande. Per alcuni produttori, dovrai richiedere esplicitamente questo livello di servizio poiché diversi livelli di servizio saranno disponibili solo come un'opzione aggiuntiva.

Una volta che ricevi la tua analisi DFM dal tuo produttore, vedrai molti risultati nelle seguenti due aree: controlli delle distanze rispetto alle capacità di processo e controlli rispetto a specifici requisiti del settore.

Verifica delle Dimensioni delle Caratteristiche Rispetto alle Capacità di Processo

Quando inserisci i tuoi file di progettazione presso il tuo fabbricante e loro eseguono la loro analisi DFM, probabilmente vedrai molti risultati riguardanti i controlli delle distanze. Il fabbricante dovrebbe già controllare le aree elencate sopra, ma dovrà anche confrontare le dimensioni delle tue caratteristiche e le distanze rispetto alle loro capacità di processo. Anche se hai già attraversato questo processo con i Gerber preliminari come parte della quotazione, è meglio eseguire nuovamente questo controllo poiché potresti aver perso qualcosa.

Un esempio di rapporto di analisi DFM da uno dei miei fabbricatori ITAR preferiti è mostrato di seguito. In questa tabella, possiamo vedere dove si trovano lo spazio, le dimensioni degli anelli annulari e le distanze tra i fori metallizzati e il rame. Dall'ultima riga, si può vedere che la mia impostazione della distanza traccia-rame è troppo bassa, e i pad su alcune impronte hanno dimensioni degli anelli annulari piccole.

Esempio di rapporto di analisi DFM che mostra le distanze rispetto alle capacità di processo.

In questo esempio, abbiamo più errori lungo una particolare impronta, che si trova essere un pacchetto TO-92. In questo caso, la dimensione del foro nella libreria integrata era troppo grande, il che ha costretto l'anello annulare intorno al bordo ad essere troppo piccolo per mantenere le distanze. Dopo aver ridimensionato il foro, siamo stati in grado di fare spazio per un anello annulare di Classe 2 pur lasciando abbondante distanza per prevenire il ponticellamento.

Per un design grande e complesso con migliaia di reti, come fa il tuo fabbricante a controllare ogni possibile caratteristica nel tuo layout PCB? Esistono applicazioni che aiutano ad automatizzare questo processo e compileranno un rapporto con qualsiasi violazione del processo. Alcuni produttori hanno le loro applicazioni che useranno internamente, mentre altri ti daranno accesso a un programma scaricabile che puoi usare per controllare il tuo design prima della fabbricazione.

Revisione della Conformità alle Classi IPC

Un altro ambito dei requisiti di progettazione che può richiedere maggiore esperienza è la revisione della conformità alle Classi IPC. Un punto importante da indicare durante il processo di quotazione è il livello di qualificazione IPC che si sta cercando, se presente. Questo comporta il controllo di lacrime, dimensioni degli anelli annulari, diametri di trapano e pad rispetto al peso del rame, capacità di placcare vie e fori, e requisiti di spessore dielettrico, solo per citarne alcuni tra i principali requisiti di affidabilità. Il layout fisico verrà confrontato con le capacità del fabbricante per assicurare che il progetto risultante possa soddisfare i requisiti di qualificazione e prestazione definiti negli standard IPC, e saranno necessarie modifiche prima della fabbricazione.

Come Inviare Rapidamente i Dati di Progettazione al Tuo Fabbricante

Qual è il modo più veloce per mettere i file nelle mani del tuo produttore e come puoi assicurarti che comprendano pienamente le tue intenzioni di progettazione? Avrai bisogno del miglior set di strumenti di collaborazione cloud che tu possa trovare. Oggi giorno, con tutto che viene fatto digitalmente, i progettisti di PCB hanno bisogno di strumenti che li aiutino a collaborare su progetti complessi e a condividerli con i loro partner di produzione. Con la piattaforma Altium 365, è facile condividere rapidamente tutto, dalle release complete del progetto ai singoli file di progettazione con il tuo produttore, altri membri del team e clienti.

Altium 365 aiuta anche a semplificare l'analisi DFM con un set completo di funzionalità di documentazione, che includono:

• Strumenti di hosting e gestione di componenti e librerie
• Un sistema di controllo versione integrato basato su Git 
• Integrazione con strumenti di database interni o applicazioni di controllo versione esterne
• Funzionalità di accesso e gestione degli utenti

All'interno di Altium 365, c'è un modo estremamente conveniente per inviare la tua scheda al tuo fabbricante con la funzionalità Invia al Produttore. Una volta che un progetto è stato rilasciato nel tuo Workspace Altium 365, puoi andare nella pubblicazione del tuo progetto e cliccare sul pulsante "Invia al Produttore" in alto allo schermo, come mostrato di seguito. Il tuo produttore può quindi aprire il progetto in Altium Designer, oppure può scaricare i file del rilascio e sottoporre i tuoi file di fabbricazione a un'applicazione di analisi DFM.

Una volta che un progetto è stato rilasciato nel tuo Workspace Altium Designer, puoi dare accesso al tuo produttore.

Una volta che il tuo progetto è dal tuo fabbricante, possono commentare punti specifici del design, il che aiuterà a garantire che non ci sia confusione quando si legge un rapporto di analisi DFM. Questi commenti possono poi essere visualizzati online su Altium 365 tramite il tuo browser, o nel layout PCB quando apri il tuo progetto in Altium Designer. Nessun altro servizio basato su cloud ti aiuta a passare attraverso più round di analisi DFM come Altium 365.

Il modo più veloce per far passare il tuo design attraverso più round di analisi DFM monitorando i cambiamenti ai progetti durante il processo è utilizzare la piattaforma Altium 365™. Avrai tutti gli strumenti di cui hai bisogno per condividere, memorizzare e gestire tutti i tuoi dati di progettazione PCB in una piattaforma cloud sicura. Altium 365 è l'unica piattaforma di collaborazione cloud specificamente per la progettazione e la produzione di PCB, e tutte le funzionalità in Altium 365 si integrano con gli strumenti di progettazione di classe mondiale in Altium Designer®.

Prevenire i Principali Errori DFM nel Tuo Design PCB

Ogni scheda elettronica dovrebbe rispettare le linee guida DFM (design for manufacturability) per evitare potenziali errori di fabbricazione e assemblaggio. Questo si concentra anche sulla riduzione dei costi, il miglioramento della qualità e la produzione senza difetti. In questo articolo, spiegheremo alcuni degli errori DFM più comuni nelle PCB e varie tecniche per evitarli.

Prevenire i Principali Errori DFM nel Tuo Design PCB

L'analisi DFM consente ai produttori di esaminare il design della scheda da vari aspetti per modificare i suoi materiali, dimensioni e prestazioni nel modo più efficiente. Rileva immediatamente i problemi di design e li corregge ben prima della produzione. Un approccio passo dopo passo dell'analisi del design for manufacturability consiste nei seguenti attributi:

• Identificazione delle violazioni di design che influenzeranno il processo di fabbricazione. 
• Determinazione del processo di fabbricazione preciso in base alla geometria e alle esigenze dei materiali. 
• Ispezione del design della scheda e determinazione se le specifiche si allineeranno con il prodotto finito.
• Selezione dei materiali (in base a proprietà, resistenza fisica e texture) che dipendono dalle dimensioni della scheda.
• Assicurarsi che il design segua la conformità normativa per soddisfare gli standard di qualità e affidabilità.

Errori DFM Principali

I problemi di DFM comunemente riscontrati includono le schegge, la rottura dell'anello anulare, la trappola per acido, ecc. Diamo un'occhiata alle violazioni comuni e alla loro prevenzione.

Prevenzione delle Schegge

Le schegge sono piccole cuneiformi di resistenza a film secco che espongono il rame e creano cortocircuiti. Possono essere conduttive (rame) o non conduttive (resistenza di saldatura). Ci sono due motivi che portano alla formazione di schegge. Il primo caso si verifica quando una caratteristica lunga e sottile del rame o della maschera di saldatura viene incisa via. Le schegge che si staccano causano cortocircuiti durante la fabbricazione. Nel secondo caso, le schegge si formano tagliando una sezione di un design di scheda troppo da vicino o troppo in profondità. La funzionalità di una scheda circuitale può essere compromessa da questo.

Soluzione:

Implementare una larghezza minima di fotoresistenza per evitare questo difetto. Applicare la stessa distanza tra le reti (meno di 3 mil) o uno spazio vuoto che può essere rimosso o riempito. Un'adeguata analisi DFM è necessaria per identificare le possibili aree dove potrebbero formarsi schegge e risolvere eventuali problemi.

Istantanea CAM di schegge di rame

Istantanea CAM di schegge di maschera di saldatura

Schegge di rame

Selezione dei Componenti

La selezione dei componenti dovrebbe essere effettuata in base alla loro disponibilità, alle considerazioni sui tempi di consegna e al monitoraggio delle parti obsolete. Questo garantisce che i componenti siano disponibili ben prima dell'inizio della produzione.

Determinare le dimensioni dei componenti e dei pacchetti studiando attentamente il BOM. È possibile optare per componenti più grandi per resistori e condensatori quando c'è spazio sufficiente. Ad esempio, utilizzare un condensatore/resistore di dimensione 0603 o 0805 invece di un 0402/0201. La selezione è influenzata dalla tensione, corrente e frequenza. Quando possibile, scegliere pacchetti più piccoli; altrimenti, selezionare quelli più grandi. L'uso eccessivo di pacchetti di componenti piccoli può complicare l'assemblaggio della scheda elettronica, rendendo così più difficile la pulizia e la rielaborazione.

Componenti piccoli su una PCB

Punti di Test

Il DFM include punti di test per tutti i segnali importanti per verificare la connettività elettrica dopo la costruzione della scheda. Se esclusi, sarà difficile controllare il prodotto finale. Ecco alcuni suggerimenti per evitare possibili problemi di produzione:

• Per facilitare il test, posizionare tutti i punti di test sullo stesso lato della scheda.
• Mantenere una distanza minima di 0,100 pollici tra i punti di test per aumentare l'efficacia del test. 
• Designare l'area per componenti più alti.
• Distribuire tutti i punti di test uniformemente per un facile accesso con più sonde.
• Progetta il tuo layout tenendo a mente le tolleranze di fabbricazione.

Vie e Distanza Foro-Rame

La distanza foro-rame è la distanza dal bordo di un foro trapanato alla caratteristica in rame più vicina. Tuttavia, i progettisti di PCB considerano la distanza foro-rame dalla dimensione del foro finito (FHS) alla caratteristica in rame più vicina.

I progettisti dovrebbero sempre considerare il diametro trapanato (FHS + tolleranza di trapanazione) per determinare la distanza corretta. Il diametro di trapanazione può essere determinato dalla seguente equazione:

Dimensione del foro finito + tolleranza = diametro di trapanazione

Normalmente, la distanza dovrebbe essere di 5-8 mils ma dipende dal numero di strati. Gli strumenti di layout delle schede non hanno particolari controlli delle regole di progettazione (DRCs) per la distanza foro-rame. Tuttavia, se utilizzi uno spazio adeguato nel tuo design, puoi avere un margine di 8 mils. Questo è l'attributo più importante da considerare durante l'analisi DFM.

Clearance foro-rame

Nei anelli anulari, la tangenza o la rottura possono verificarsi quando la punta del trapano non raggiunge il punto desiderato e si sposta via nello stesso asse. Ciò causa interconnessioni marginali e influisce sulla affidabilità.

Rottura dell'anello anulare

Ecco alcuni consigli per evitare problemi di DFM che si verificano durante la foratura:

• Incorpora aree ad anello annulare ampie nel tuo design adattando dimensioni maggiori dei pad. Ciò garantisce una buona conducibilità e facilità di foratura delle vie al centro del pad.
• Verifica se i fori metallizzati hanno pad di rame su tutti i livelli di rame.
• Sierra Circuits raccomanda un minimo di 8 mils di distanza dal rame al foro.
• Mantieni un rapporto d'aspetto minimo per prevenire la disallineazione della foratura.
• Definisci il tipo di foro (PTH/NPTH) e il conteggio/dimensione del foro.
• Assicurati che le caratteristiche in rame e i fori rientrino nel profilo della scheda.
• Progetta un anello annulare maggiore o uguale alla dimensione minima dell'anello annulare (4 mils) che può essere prodotto dal fornitore/stabilimento di fabbricazione.
• Aggiungi lacrime per prevenire la rottura dell'anello annulare in design complessi e con anelli annulari più piccoli.

Il Numero di Fori Deve Corrispondere al Grafico dei Fori

È cruciale far corrispondere il numero di fori con il grafico dei fori. Un grafico dei fori è incluso nel disegno di fabbricazione. A volte il grafico dei fori non corrisponde al conteggio effettivo dei fori. In tal caso, sarà necessario modificare o rigenerare il grafico dei fori.

Esempio di grafico dei fori per PCB

Come semplice punto di progettazione, cerca di minimizzare il numero di diverse dimensioni di foratura utilizzate nel layout del PCB. È meglio scegliere una o due dimensioni di via che possono gestire la maggior parte dei passaggi tra i layer per i segnali, e possibilmente alcuni altri che verranno utilizzati per i fori di montaggio o i fori non metallizzati.

Margini di sicurezza

Ci sono tre tipi di margini di sicurezza da osservare nell'analisi DFM.

Margini dal bordo:

Molti progettisti dimenticano di fornire un adeguato margine di sicurezza tra il rame e il bordo del PCB. La vicinanza del rame al bordo può creare cortocircuiti tra i layer adiacenti se viene applicata corrente. Questo è il risultato del rame esposto intorno al perimetro della scheda. È possibile risolvere questo problema aggiungendo un margine di sicurezza al design. Controlla le seguenti approssimazioni:

• Per il layer esterno: 0.010”
• Per il layer interno: 0.015”

Spaziatura delle linee:

La spaziatura delle linee è la distanza minima tra due conduttori. Dipende dai materiali, dal peso del rame, dalle variazioni di temperatura e dalla tensione applicata. Dipende anche dalle capacità del produttore.

 

Margini di sicurezza per la maschera di saldatura:

• Mantenere il margine di sicurezza della maschera di saldatura maggiore rispetto ai pad di saldatura, eccetto nel caso di pad definiti dalla maschera di saldatura.
• Il modo migliore per prevenire i ponti di saldatura è estendere l'apertura della maschera sul pad di rame o fornire un sollievo del barilotto (distanza della maschera di saldatura = dimensione della trivellazione + 3 mils).

Distanza della maschera di saldatura

Trappole per Acido

Un altro errore di DFM da tenere d'occhio è la trappola per acido. Un design che incorpora angoli acuti attirerà concentrazioni di acido in quell'area. Questo può risultare in tracce sovra-incise e circuiti aperti.

 

Evitare di posizionare le tracce che arrivano ai pad con angoli acuti. Posizionare le tracce a 45° o 90° rispetto ai pad. Verificare che nessuno degli angoli delle tracce abbia creato trappole per acido dopo aver posizionato le tracce.

Controlli del Silkscreen

Il controllo del silkscreen coinvolge i diversi attributi che influenzeranno l'analisi DFM e preverranno possibili errori. Ecco alcune linee guida importanti:

Orientamento: Il silkscreen può posizionarsi sui pad, e questo dovrebbe essere controllato eseguendo un DRC. Il silkscreen potrebbe anche sovrapporsi a un foro via, anche se questo è accettabile se i vias sono coperti. Questo può accadere ruotando il testo e aggiustando i segni dei designatori di riferimento dei componenti. Tagliare i segni dei designatori di riferimento che passano sopra pad e vias per prevenire sovrapposizioni.

Assicurarsi che l'orientamento del silkscreen sia coerente

Larghezza della linea e altezza del testo: Raccomandiamo una larghezza minima della linea di 4 mils e un'altezza del testo di 25 mils per una facile leggibilità. Utilizzare sempre colori standard e forme più grandi per una buona rappresentazione. Tipicamente, la dimensione dovrebbe essere di 35 mils (altezza del testo) e 5 mils (larghezza della linea). Se la scheda non è densa e c'è spazio sufficiente per un testo grande utilizzare la seguente dimensione:

Nel caso le specifiche sopra indicate non funzionino per una scheda di media densità, utilizzare la seguente dimensione:

Quando la dimensione sopra indicata non funziona, fare riferimento a quanto segue: Per una scheda di media densità:

 

Metodo di stampa serigrafica: Il metodo specifico influenza molti parametri di progettazione come dimensioni, distanze di sicurezza, ecc., e elementi come pad, vie e tracce. Specificare questi secondo la stampa serigrafica manuale, l'imaging foto liquido e la stampa diretta della leggenda.overlapping.

Prioritizzazione delle marcature: Dare priorità alle marcature serigrafiche secondo la classificazione: requisiti normativi, identificazione del produttore, aiuti all'assemblaggio e aiuti al test.

Seguire le linee guida per la progettazione orientata alla fabbricabilità aiuta a riconoscere gli errori nelle fasi iniziali della progettazione. Fortunatamente, il motore DRC in Altium Designer può aiutarti a individuare questi problemi prima di procedere alla produzione. Dopo aver consultato il tuo produttore, puoi programmare i vincoli elencati sopra nelle regole di progettazione del tuo PCB per assicurarti di poter individuare e correggere rapidamente gli errori. Una volta che il tuo progetto è pronto per una revisione approfondita della progettazione e per la produzione, il tuo team può condividere e collaborare in tempo reale attraverso la piattaforma Altium 365™. I team di progettazione possono utilizzare Altium 365 per condividere dati di produzione e risultati dei test, e le modifiche al progetto possono essere condivise attraverso una piattaforma cloud sicura e in Altium Designer.

Linee guida DFA per un progetto PCB efficiente

Ogni PCB che vuole diventare un dispositivo reale dovrà essere assemblato con un alto rendimento. È necessaria una pianificazione strategica per garantire che la scheda possa essere assemblata correttamente al primo tentativo. La comprensione di alcune linee guida DFA di base può aiutare a garantire che il tuo progetto superi l'assemblaggio di produzione con difetti minimi e senza rilavorazioni.

DFA è un processo che si compone di tre fasi. Nella prima fase, si prende in considerazione il design del layout della scheda. Durante questa fase, si tengono in conto la distanza tra i componenti, la direzione della saldatura e la riduzione dei costi di assemblaggio. Nella fase successiva, i file Gerber o ODB++ vengono validati per le distanze e l'orientamento dei componenti, le impronte e i vari metodi di pulizia. Nell'ultima fase, vengono identificati i requisiti per la saldatura ad onda, la saldatura a riflusso e la saldatura manuale.

 

Obiettivi della DFA

Standardizzazione

Ogni progettista di schede avrà difficoltà a prevedere le sfide che potrebbero sorgere lavorando su un nuovo design di PCB. L'obiettivo principale della standardizzazione è minimizzare il livello di incertezza utilizzando parti e tecniche che hanno funzionato in precedenza. Di seguito sono riportati un paio di modi per garantire la massima standardizzazione nel tuo design:

• Validare attentamente la fonte di ogni componente per assicurare l'autenticità dei componenti. Le fonti non autorizzate aumentano il rischio di ritardi, disinformazione e parti contraffatte.
• Cerca di ridurre il numero di pacchetti di componenti unici per facilitare il processo di progettazione per l'assemblaggio e minimizzare potenziali errori. Ad esempio, se ci sono discrepanze tra footprint e schema di contatto, gli aggiustamenti necessari al layout saranno compiuti più rapidamente poiché il design avrà meno schemi di contatto unici.

Validazione dei Componenti

Ogni progettista di schede avrà difficoltà a prevedere le sfide che potrebbero sorgere lavorando su un nuovo design di PCB. L'obiettivo principale della standardizzazione è minimizzare il livello di incertezza utilizzando parti e tecniche che hanno funzionato in precedenza. Di seguito sono riportati un paio di modi per garantire la massima standardizzazione nel tuo design:

Uno degli obiettivi primari della DFA è validare i componenti che vanno sulla scheda. Segui le linee guida menzionate di seguito per aiutare il tuo produttore ad assemblare efficientemente la tua scheda:

 

Riduzione degli Errori di Assemblaggio

La DFA si concentra principalmente sull'eliminazione di potenziali errori di assemblaggio che possono verificarsi. Oltre ai punti discussi sopra, i punti sottostanti consentono ai produttori di fabbricare schede elettroniche con la funzionalità desiderata.

• Attieniti a dimensioni, spaziature e tolleranze per i fori trapanati che rientrano nelle capacità del tuo fabbricante. Questo garantisce anche la fabbricabilità del tuo design di PCB.
• Segui le tolleranze e le distanze di sicurezza che rientrano nelle capacità del tuo CM. 
• Segui le regole di distanza dal bordo della scheda.
• Assicurati che la forma della scheda permetta una panelizzazione ottimale.
• Incorpora i rilievi termici dove necessario.

Standard DFA

Come discusso nelle sezioni precedenti, conoscere gli standard DFA ti aiuta a progettare una scheda in modo efficiente ed economico. In questa sezione, ti guideremo attraverso alcune norme DFA critiche.

Orientamento dei Componenti con Indicazioni di Polarità

L'orientamento dei componenti è uno dei fattori più importanti da considerare durante la fase di preassemblaggio. Per un assemblaggio senza problemi, è essenziale seguire tecniche di orientamento chiare ed esplicite. Solo per fare un esempio, considera i diodi, che avranno una certa polarità definita. Assicurati che il simbolo schematico e la serigrafia abbiano un'indicazione di polarità appropriata che sarà visibile dopo il posizionamento. Questo renderà il processo di ispezione più semplice, e rende il test o il debug più facile.

 

Il simbolo può essere posizionato tra i due pin per i componenti through-hole, ma dovrebbe essere collocato accanto al dispositivo per i componenti surface-mount. Poiché questi simboli possono occupare molto spazio, una barra sopra il pad del catodo o una semplice indicazione di A (anodo) o K (catodo) sarebbe sufficiente per le schede HDI.

Raggruppa sempre componenti simili e cerca di posizionarli con la stessa orientazione se possibile. Questo facilita un processo di assemblaggio rapido. Ad esempio, tutti i QFP possono essere posizionati in fila con il pin 1 nello stesso angolo per ogni IC.

 

Requisiti di Spaziatura

La spaziatura tra i componenti influisce sui tempi richiesti dal processo di PCBA. In questa sezione, esamineremo gli standard di spaziatura raccomandati per garantire la qualità del processo di assemblaggio.

Spaziatura Parte-Bordo

La distanza dal bordo del componente è la distanza da un determinato componente sulla scheda al suo bordo. Questo fattore gioca un ruolo importante durante la depanelizzazione. Durante questo processo, i componenti vicino al bordo della scheda saranno sottoposti a stress che potrebbe influenzare le saldature. Raccomandiamo una distanza di 125 mil tra il bordo della scheda e l'SMD posizionato sul lato superiore della scheda di circuito, ma il tuo fabbricante potrebbe fornire tolleranze diverse nel loro processo.

A volte, i produttori aumentano ulteriormente la distanza tra componente e bordo della scheda sul lato inferiore della scheda. Questo riduce la possibilità di danni ai componenti SMT durante l'applicazione della pasta saldante.

Le tracce di rame possono anche essere posizionate più vicino al bordo della scheda. Ciò consente un gap della maschera di saldatura e previene l'invadenza del pad. Tracce, riempimento di rame e parti inserite manualmente devono essere distanziate almeno 10 mil dal bordo della scheda. I fori castellati sono un tipo di design che richiede la placcatura di rame al bordo della scheda. Per ottenere la placcatura di rame desiderata, tali progetti richiederanno spese aggiuntive e tempi di consegna maggiori.

 

Distanza tra componente e foro

La distanza tra i componenti influisce sui tempi richiesti dal processo di assemblaggio PCBA. In questa sezione, esamineremo gli standard di spaziatura raccomandati per garantire la qualità del processo di assemblaggio.

• Parte alla parete del foro: Questa viene misurata dal bordo effettivo del foro al bordo del pad
• . Questo è noto anche come distanza tra foratura e rame. La spaziatura minima richiesta è di circa 8 mils.
• Parte all'anello anulare: Questa viene misurata dal bordo dell'anello anulare del foro al bordo del pad. La spaziatura minima richiesta è di circa 7 mils.

Spaziatura parte-foro

Standard di assemblaggio IPC

Ecco alcuni degli altri standard di assemblaggio IPC a cui il tuo CM si atterrà durante l'assemblaggio delle schede.

• IPC-A-600: IPC-A-600, comunemente noto come IPC-600, specifica il livello di criteri di accettazione per ogni categoria di prodotto. Definisce i requisiti desiderabili, permessibili e non negoziabili delle schede. 
• IPC/WHMA-A-620C: Descrive lo standard per materiali, procedure, test e criteri di accettabilità per gli assemblaggi di cavi e cablaggi. 
• IPC-A-630: Definisce gli standard per gli involucri elettronici. Questo standard viene impiegato quando il vostro CM assembla ed effettua il processo di ispezione.

Difetti Comuni di Assemblaggio

Questa sezione dettaglia i difetti e i problemi che si verificano più frequentemente durante la PCBA. I produttori impiegano molti metodi di controllo qualità per evitare questi difetti, e alcuni di questi metodi sono menzionati nelle sottosezioni qui sotto. 

Tombstones

Un tombstone, noto anche come effetto Manhattan, si riferisce al caso in cui un componente SMD è parzialmente o completamente staccato dal suo pad di atterraggio. Questo è più comune nei piccoli passivi SMD (pacchetti 0603 o più piccoli) e si verifica a causa di squilibri di forza durante la saldatura di rifusione.

Modi per prevenire il tombstoning:

• Assicurare un'elevata precisione dei componenti e una alta temperatura di pre-riscaldamento.
• Evitare esposizioni ad alte temperature e umidità.
• Estendere la zona di pre-riscaldo per bilanciare la forza di bagnatura su entrambi i pad prima che la pasta raggiunga lo stato fuso.

 

Formazione di Ponti di Saldatura

La formazione di ponti di saldatura si verifica quando la saldatura viene applicata tra due conduttori che non dovrebbero essere elettricamente connessi. Questi collegamenti indesiderati sono noti come cortocircuiti.

Modi per prevenire la formazione di ponti di saldatura:

• Assicurare un'elevata precisione dei componenti e una alta temperatura di pre-riscaldamento.
• Evitare esposizioni ad alte temperature e umidità.
• Estendere la zona di pre-riscaldo per bilanciare la forza di bagnatura su entrambi i pad prima che la pasta raggiunga lo stato fuso.

 

Vuoti di Saldatura

Gli spazi vuoti o i fori all'interno della giunzione di saldatura sono noti come vuoti di saldatura. Un vuoto di saldatura si crea quando non c'è abbastanza saldatura disponibile per stabilire una connessione. Il vuoto di saldatura consiste tipicamente in aria. 

Modi per prevenire la formazione di vuoti di saldatura:

• Aumentare il canale di degasaggio, permettendo ai gas di sfuggire dalla scheda. 
• Cercare di utilizzare pasta di saldatura senza piombo.

 

Metodi di Ispezione

Una volta che la scheda circuitale è popolata, i produttori possono eseguire molteplici ispezioni e procedure di controllo qualità.

Ispezione ottica automatizzata (AOI)

L'ispezione ottica automatizzata (AOI) è un metodo efficiente e accurato per rilevare errori di assemblaggio delle PCB prima che le schede lascino lo stabilimento di produzione. Questo metodo utilizza telecamere ad alta risoluzione e software avanzato di elaborazione delle immagini per identificare errori di assemblaggio come componenti mancanti o mal posizionati, ponti di saldatura, palline di saldatura o tombstones.

 

Ispezione a raggi X

L'AXI (ispezione automatica a raggi X) è un approccio popolare per rilevare difetti nascosti negli IC e nei BGA. La fonte di scansione in questo sistema è un raggio X. Può essere utilizzato per identificare grandi vuoti e fratture. Questo approccio consente un accesso non distruttivo alle geometrie interne e alle composizioni strutturali. L'AXI cattura immagini allo stesso modo dell'AOI. L'unica differenza è che l'AOI effettua scansioni con una fonte luminosa, mentre l'AXI utilizza i raggi X.

Immagine di ispezione a raggi X 2D

Le linee guida DFA sono intese a garantire un'elevata resa e un minimo di lavorazioni aggiuntive dopo l'assemblaggio. Puoi implementare queste e molte altre linee guida DFA prima di procedere alla produzione utilizzando il motore DRC in Altium Designer. Dopo aver consultato il tuo produttore, puoi programmare i vincoli elencati sopra nelle regole di progettazione del tuo PCB per assicurarti di poter individuare e correggere rapidamente gli errori. Una volta che il tuo progetto è pronto per una revisione del design approfondita e per la produzione, il tuo team può condividere e collaborare in tempo reale attraverso la piattaforma Altium 365. I team di progettazione possono utilizzare Altium 365 per condividere dati di produzione e risultati dei test, e le modifiche al design possono essere condivise attraverso una piattaforma cloud sicura e in Altium Designer.

Comunicare ai produttori le esigenze relative allo stackup dei layer del PCB

Nel settore della progettazione dei PCB, comunicare le esigenze ai produttori e ai fornitori è una priorità assoluta. Il contesto delle nostre richieste è talvolta perso sia per non aver fornito le informazioni corrette, sia per non aver elencato abbastanza informazioni, sia per non aver fornito alcuna informazione. Sebbene il progettista di PCB esperto possa prendere provvedimenti per specificare tutto ciò che desidera vedere nel loro stackup di PCB, alla fine sarà il produttore a gestire quella decisione nel tentativo di bilanciare i materiali disponibili con le capacità di lavorazione e la resa.

I piani di impilamento descrivono ben più della semplice costruzione del PCB; all'interno del piano di impilamento sono definiti molti altri criteri di progettazione determinati dalle proprietà dei materiali del nucleo e dei materiali dielettrici. Per garantire che il tuo progetto sia compatibile con le capacità del tuo fabbricante, le scorte di materiali e i requisiti di impedenza, i progettisti devono assicurarsi che i requisiti del loro piano di impilamento siano chiaramente definiti. Se segui il mio consiglio quando crei inizialmente il progetto, e inizialmente chiedi al tuo fabbricante quali piani di impilamento hanno disponibili, allora sarai a posto. Se progetti intorno a quel piano di strati, allora lavorare con il tuo fabbricante sarà molto più facile.

Cosa succede se hai un progetto esistente e devi farlo produrre da qualche parte con set di materiali compatibili? Come puoi ridurre il rischio che la scheda che ricevi non soddisfi i tuoi requisiti? È quello che esamineremo in questo articolo. Se segui alcuni di questi consigli, starai progettando CON la produzione, non solo PER la produzione.

Assicurati che le Necessità del Piano di Impilamento dei Strati del PCB Siano Specificate

Come ho menzionato sopra, nella prima iterazione di un progetto, è tipicamente il caso che si possa ottenere un impilamento standard e utilizzarlo nel proprio design. Questo è il modo più veloce per progettare il proprio prototipo e metterlo in produzione. L'altra opzione è almeno progettare il proprio impilamento con materiali selezionati, e poi qualificarlo con la propria fabbrica di produzione. Ti diranno se possono o meno produrlo, e potrai decidere come procedere da lì (o ridisegnare l'impilamento, o inviarlo altrove).

Quando il design è già completato, la storia è un po' diversa. Quando si procede alla produzione del design, è necessario assicurarsi che il fabbricante del circuito stampato possa soddisfare molteplici specifiche, incluse:

• Caratteristiche dei layer - Questo include lo spessore dei layer, il peso del rame, il tipo di lamina di rame (trattata al rovescio, elettrodepositata, rame laminato, additivo, ecc.), e la costruzione/lo stile di tessitura del laminato.
• Requisiti dielettrici e di impedenza - Se hai una specifica di impedenza (sia per segnali che per alimentazione) che devi rispettare, allora devi specificare la costante dielettrica nei tuoi layer insieme agli spessori dei layer e al rame.
• Sostituzioni e tolleranze consentite - Questo è il punto in cui il tuo fabbricante può vedere cosa gli hai permesso di modificare per garantire che il design possa essere prodotto in modo affidabile ovunque.

Non parliamo spesso del Punto #3 e invece ci concentriamo sul DFM come parte dei Punti #1 e #2. Se riesci a tenere conto dei possibili cambiamenti necessari nel tuo stackup di strati PCB nel Punto #3, puoi eliminare il rischio di ricevere schede che non rispettano le tue specifiche.

Per assicurarti che le tue necessità di stackup PCB siano soddisfatte, hai a disposizione un documento importante che puoi utilizzare per specificare i requisiti della tua scheda elettronica: il tuo disegno di fabbricazione PCB. Vorrai utilizzare sia un disegno di stackup che le tue note di fabbricazione per comunicare al tuo produttore i requisiti dello stackup di strati PCB.

Inizia con un Disegno o una Tabella di Stackup di Strati PCB

All'interno del tuo disegno di fabbricazione, puoi specificare immediatamente la maggior parte dei requisiti per il tuo stackup con un disegno dello stackup dei layer. Questo è il modo più semplice per comunicare alla tua fabbrica di produzione i requisiti di base che desideri vedere nella tua scheda. L'esempio sottostante è un progetto per una scheda a 4 strati che potrebbe essere utilizzata per una PCB ad alta velocità, un modulo regolatore di potenza, una scheda microcontrollore o un'altra scheda generica.

Esempio di disegno dello stackup dei layer di una PCB in un disegno di fabbricazione. Questo è stato creato in Draftsman.

Esempio di disegno dello stackup dei layer di una PCB in un disegno di fabbricazione. Questo è stato creato in Draftsman. Da questo disegno, possiamo già vedere diverse specifiche importanti che la tua fabbrica di produzione dovrà soddisfare:

• Spessore e numero di layer
• Peso del rame su ogni strato 
• Set di materiali specifici (ITEQ IT-180BS/IT180C in questo caso)
• Estensione del file Gerber corrispondente a ogni strato

A volte, quando ricevo liste di requisiti dai clienti, questi punti vengono compilati in un documento di stackup. Quando invii i tuoi output di progettazione al tuo produttore, è accettabile includere un documento di stackup o un altro documento di requisiti come parte del pacchetto di file, ma queste informazioni dovrebbero essere riflesse anche in un disegno di fabbricazione. Il modo migliore per farlo è con un disegno di stackup come mostrato sopra.

Che dire delle proprietà di impedenza e dielettriche? Se stai progettando con un specifico set di materiali in mente, allora non hai bisogno di elencare esplicitamente queste proprietà, sebbene queste possano essere incluse nel tuo disegno di stackup dei layer del PCB. Per assicurarti che la tua fabbrica stia tenendo conto di queste tolleranze nel tuo design, dovrai specificare tolleranze accettabili su larghezze di traccia e spessori dei layer.

Tolleranze nel Tuo Stackup e Larghezze di Traccia

Per assicurarti di raggiungere un obiettivo di costante dielettrica, un obiettivo di proprietà termica/chimica, o un obiettivo di impedenza (assumendo che tu l'abbia specificato), ci sono tre modi per procedere nel tuo design:

• Prima di iniziare qualsiasi lavoro di progettazione, fai approvare il tuo stackup dalla tua casa di fabbricazione. Se lo approvano, assicurati che specificano una larghezza di traccia per il tuo valore di impedenza basato sui dati di impedenza controllata. Se progetti tenendo conto di questa larghezza di traccia e dello stack di strati, allora saprai che le specifiche che fornisci nel tuo disegno di fabbricazione produrranno il comportamento elettrico desiderato.
• Specifica la conformità al foglio slash IPC per qualsiasi materiale compatibile che verrà utilizzato nello stackup del PCB. Devi conoscere un foglio slash desiderato per una selezione iniziale del materiale. • Permetti al fabbricante di aggiustare le larghezze delle tracce secondo necessità per accomodare qualsiasi 
• Permetti al fabbricante di aggiustare le larghezze delle tracce secondo necessità per accomodare qualsiasi cambio di materiale utilizzato nello stackup del PCB. Non è necessario specificare un foglio slash o un nome di materiale specifico, anche se sei libero di farlo nelle tue note di fabbricazione. 

L'opzione #1 assicura che la tua scheda sarà precisa, ma solo presso i fabbricanti che offrono solo il tuo specifico set di materiali. Le opzioni #2 e #3 sono più generali e cercano di coprirti ovunque, ma potresti dover richiedere l'implementazione di test controllati sull'impedenza durante la fabbricazione.

L'implementazione dell'Opzione #2 è semplice nelle tue note di fabbricazione. L'immagine qui sotto mostra un esempio di nota di fabbricazione che indica chiaramente a quale foglio di specifica deve conformarsi il tuo set di materiali (nota 16.C, evidenziata in rosso). Nota che ciò può essere implementato anche se il controllo dell'impedenza non è necessario.

Questa nota di fabbricazione specifica la conformità al foglio di specifica in modo che il fabbricante possa sostituire solo con set di materiali compatibili.

All'interno dell'Opzione #3, la tua fabbrica potrebbe aver bisogno di aggiustare un po' queste specifiche. Dovrai specificare le tolleranze ammissibili sullo spessore del layer e sulla larghezza della traccia nelle tue note di fabbricazione. L'esempio qui sotto mostra come ciò può essere specificato come una tolleranza ammissibile per la fabbrica. Il riquadro rosso definisce l'obiettivo di impedenza nominale implementato nel design come inizialmente fornito alla fabbrica. Il riquadro blu specifica le tolleranze ammesse sulla larghezza della traccia e sullo spessore del layer

Queste due note di fabbricazione permettono al fabbricante di regolare la geometria della traccia o del layer in modo che un obiettivo di impedenza possa essere raggiunto entro la tolleranza specificata nella Nota 18.A.

Facendo ciò, si tiene conto del fatto che i materiali utilizzati da una fabbrica di produzione possono avere una costante dielettrica diversa da quella utilizzata nel proprio progetto. Poiché non saranno sempre in grado di raggiungere la costante dielettrica richiesta, dovranno adeguare la traccia per compensare qualsiasi differenza significativa che porti l'impedenza al di fuori delle specifiche definite nella Nota 18.A.

Quando sei pronto per compilare la documentazione per il tuo progetto PCB e inviare il pacchetto di file di produzione in fabbricazione, utilizza gli strumenti di disegno automatizzati nel pacchetto Draftsman incluso in Altium Designer®. Una volta che sei pronto per rilasciare i tuoi dati di fabbricazione al tuo produttore, puoi facilmente condividere e collaborare sui tuoi progetti attraverso la piattaforma Altium 365™. Tutto ciò di cui hai bisogno per progettare e produrre elettronica avanzata si trova in un unico pacchetto software.

Quale valore di espansione della maschera di saldatura dovresti utilizzare?

Lo strato della maschera di stop alla saldatura copre il PCB e fornisce un film protettivo sul rame negli strati superficiali. La maschera di saldatura deve essere ritirata dai pad di atterraggio sullo strato superficiale in modo da avere una superficie dove i componenti possono essere montati e saldati. Questa rimozione della maschera di saldatura da un pad sullo strato superiore dovrebbe estendersi per una certa distanza intorno al bordo del pad, creando pad NSMD o SMD per i tuoi componenti.

Quanto dovresti ritirare l'espansione della maschera di stop alla saldatura per prevenire un difetto di assemblaggio e garantire che ci sia abbastanza area per la saldatura? Si scopre che, con componenti sempre più piccoli e layout ad alta densità che diventano la norma, l'espansione della maschera di saldatura può creare piccole schegge di maschera di saldatura che rimarranno sulla superficie. A un certo punto, la scheggia minima consentita di maschera di saldatura e l'espansione richiesta della maschera di saldatura diventano regole di progettazione competitive; potresti non essere in grado di soddisfare entrambe le regole contemporaneamente.

Equilibrare l'Espansione della Maschera di Saldatura e le Schegge

Dimensione del Pad Perimetrale vs. Tolleranza di Fuoriregistrazione

Questa è la ragione principale per applicare un'espansione positiva della maschera di stop alla saldatura, che crea un pad non definito dalla maschera di saldatura (NSMD). La giustificazione per questo ha a che fare con il processo di incisione del rame; l'incisione del rame, essendo un processo chimico umido, ha in realtà una precisione maggiore rispetto all'applicazione della maschera di saldatura. Quindi, per garantire che l'intera area del pad sia sempre esposta, applichiamo un'espansione della maschera di saldatura sufficientemente grande intorno al pad.

La minore precisione del processo di applicazione della resistenza alla saldatura può creare una mancata registrazione, dove la maschera di stop alla saldatura non corrisponde perfettamente alla posizione in cui è definita nel layout del vostro PCB. Tuttavia, se l'espansione della maschera di saldatura è abbastanza grande, compenserà la mancata registrazione e il pad potrà comunque essere completamente visibile attraverso la maschera di saldatura. La raccomandazione più piccola sull'espansione della maschera di saldatura che ho visto è di 3 mil su tutti i lati del pad, che compenserà una mancata registrazione di circa 2 mil.

Questo pad ha una piccola quantità di mancata registrazione della maschera di stop alla saldatura.

E se i tuoi pad fossero già sufficientemente grandi? In tal caso, potresti giustificare l'adozione di un valore di espansione della maschera di saldatura più piccolo. In questo caso, se utilizzi una minore espansione con pad più grandi, sei comunque assicurato di avere un'area del pad esposta sufficientemente grande anche se c'è qualche disallineamento. In ogni caso, devi anche considerare la necessità di avere delle dighe di saldatura tra pad/vie vicini.

 

Dimensione Minima della Diga di Saldatura

La dimensione minima della lamina di resistenza alla saldatura limiterà l'apertura dell'espansione della maschera di stop alla saldatura che puoi applicare per un dato passo dei terminali. Se il passo dei terminali è abbastanza grande, allora puoi sempre applicare una grande espansione della maschera di saldatura senza preoccuparti di raggiungere un limite della diga di saldatura. Quando il passo dei terminali diventa piccolo, o quando i componenti sono posizionati molto vicini tra loro, potresti violare la dimensione minima della lamina della maschera di saldatura. In tal caso, devi decidere se preferisci compensare il disallineamento o assicurarti che ci sia sempre qualche diga di saldatura. Sui componenti a passo fine, preferisco quest'ultima.

Queste posizioni violeranno le limitazioni del fabbricante sulla dimensione minima della diga di saldatura. I difetti di assemblaggio potrebbero essere prevenuti applicando un po' di spazio extra tra i pad per componenti diversi.

Poiché la rete della maschera di stop alla saldatura deve essere spessa almeno circa 3 mil per aderire alla superficie di un substrato PCB, generalmente si può adattare una minima espansione della maschera di saldatura attorno a un pad quando il passo del pad è di 20 mil o superiore. Se stai guardando i lead interni (come le sfere interne su un footprint BGA), è appropriato usare pad SMD e posizionare piccole dighe tra i pad e le vie.

Si dovrebbe lasciare decidere alla casa di fabbricazione?

Se si imposta una regola di progettazione generale e si applica un'espansione di 0 mil o 1 mil in modo da poter soddisfare il proprio requisito di densità, il fabbricante potrebbe applicare un valore di espansione aggiuntivo. Se lo fanno, potrebbero non informarti a riguardo; dovresti aspettarti che una casa di fabbricazione possa applicare ciò per superare la mancata registrazione tra la stencil della maschera di stop alla saldatura e i pad sullo strato superficiale.

La mia preferenza è stata quella di impostare la maschera a 0 mil nella maggior parte dei progetti per due motivi:

• A meno che non stia lavorando su un layout di altissima densità, i footprint che stiamo usando per la maggior parte dei componenti avranno pad abbastanza grandi che la tipica quantità di mancata registrazione non ridurrà significativamente l'area di saldatura sul pad.
• So già che il fabbricante aumenterà l'espansione della maschera di saldatura perché lavoro con un numero limitato di case di fabbricazione; conosco il loro processo e avrò l'opportunità di controllare esattamente cosa vogliono modificare quando mi invieranno il loro rapporto DFM.

Il punto #2 dovrebbe illustrare il motivo per cui dovresti avere un insieme preferito di aziende di fabbricazione/assemblaggio con cui lavori, e dovresti comprendere il loro processo. La mia azienda ha diversi partner di produzione che usiamo esclusivamente per progetti di clienti a basso e medio volume. Sappiamo cosa si aspettano e il feedback che potremmo ricevere dopo una prima revisione DFM/DFA.

Se vuoi davvero comunicare le tue intenzioni al tuo fabbricante, rendi chiare le tue intenzioni nel tuo disegno di fabbricazione. Aggiungi una nota al tuo disegno di fabbricazione che indica che il fabbricante ha il permesso di modificare le aperture della resistenza di saldatura entro un certo intervallo (forse +/- 3 mils). L'altra opzione è mettere una tolleranza specificata sull'espansione della maschera di saldatura, e poi specificare una larghezza minima della lamina. Basta notare che potrebbero rimandare indietro la scheda se la tua tolleranza è troppo stretta, momento in cui potresti dover allentare il requisito di tolleranza.

La nota 10 in queste note di fabbricazione specifica quale livello di espansione della maschera di saldatura sono disposto a tollerare in questo progetto. In questo caso, ho specificato che preferisco che le aperture della maschera di saldatura corrispondano alla dimensione del pad.

Una volta determinata l'espansione minima della maschera di saldatura e lo sliver necessari per prevenire problemi di assemblaggio, puoi utilizzare gli strumenti CAD in Altium Designer® per definire i tuoi pattern di contatto e footprint. Tu e il tuo team sarete in grado di rimanere produttivi e collaborare efficacemente su progetti elettronici avanzati attraverso la piattaforma Altium 365™. Tutto ciò di cui hai bisogno per progettare e produrre elettronica avanzata si trova in un unico pacchetto software.

È stampato o un componente? Tutto sui punti di test PCB

I punti di test nella tua assemblaggio elettronico ti daranno una posizione per accedere ai componenti e prendere misurazioni importanti per verificare la funzionalità. Se non hai mai usato un punto di test o non sei sicuro di averne bisogno, continua a leggere per vedere quali opzioni hai per l'uso dei punti di test nel layout del tuo PCB.

Punti di test PCB come componenti ed elementi stampati

Molto semplicemente, i punti di test PCB possono essere posizionati intenzionalmente come elementi stampati in un progetto, come un pad nudo o una via con una connessione a una traccia interna o un piano. Questi possono poi essere accessibili con un dispositivo di test durante i test elettrici, come il test elettrico di base (continuità), il test in circuito, o un test con sonda volante senza fissaggio. Anche se non si posizionano intenzionalmente punti di test come pad o altri dispositivi nel layout del PCB, è comunque possibile definire specifici conduttori come punti di test.

Ogni progetto necessita di punti di test? Non necessariamente; per un prototipo, è meglio prendersi il tempo per eseguire test funzionali manualmente in modo da poter identificare più facilmente eventuali guasti. Sarai in grado di vedere e toccare le schede e gli strumenti con cui stai lavorando, quindi sarà molto più facile identificare problemi durante i test. Se stai scalando in qualsiasi modo e hai valutato attentamente le tue esigenze di test, allora è meglio posizionare punti di test per il test in circuito o funzionale con il tuo produttore, in questo modo possono automatizzare quei test funzionali di base sulla linea.

Per quanto riguarda cosa sono i punti di test, possono essere posizionati come componenti, pad, vie o altri elementi stampati sulla tua scheda. I punti di test possono anche essere contrassegnati per l'accesso durante la fabbricazione o l'assemblaggio nel tuo software di progettazione. Ora, vediamo alcune delle opzioni che hai per i punti di test nel layout del tuo PCB.

 

Punti di Test Pad e Vie

Una cosa che puoi fare è posizionare intenzionalmente un pad lungo un interconnettore o da qualche parte su un bus come punto di test. Potresti anche posizionarlo come una via in modo che gli strati interni possano essere facilmente accessibili. Questi potrebbero essere posizionati lungo una traccia (in serie) o fuori come un piccolo stub. Per segnali digitali a bassa velocità e analogici a bassa frequenza (anche se è controllata l'impedenza, questo non sarà un problema di integrità del segnale. Test più specializzati con segnali ad alta velocità/alta frequenza necessiteranno di una struttura di test specifica con impedenze controllate e abbinate in ogni porta; tieni presente questo prima di andare a posizionare punti di test su ogni interconnettore.

È comune posizionare un array di punti di test intorno a un grande processore in modo che le reti importanti (PWR, GND, configurazione, ecc.) possano essere accessibili durante i test.

Componenti per Punti di Test

Alcune aziende producono e vendono componenti per punti di test che possono essere montati direttamente sul vostro PCB. Di seguito è mostrato un esempio di Keystone. Questo componente sarà definito nel vostro schema come un componente a 2 terminali e posizionato nel layout proprio come qualsiasi altro componente passante. Sono disponibili anche componenti SMD.

Esempio di punto di test (Keystone 5001)

Questi componenti sono ottimi per attaccare una sonda per prendere misurazioni di una forma d'onda. Notate che questi hanno solo un punto di connessione. Se avete collegato questo punto di test in serie con l'interconnessione target, potete usare questo componente per misurare la forma d'onda di tensione sull'interconnessione target (ad esempio, con un oscilloscopio). A frequenze basse o moderate (sotto 1 GHz) e tempi di salita (sopra 10-20 ns), potete usare una connessione diretta con la vostra sonda per prendere la vostra misurazione, e non dovrete preoccuparvi dell'impedenza del punto di test o delle riflessioni finché la frequenza è abbastanza bassa. Questo rende questi componenti buoni per accedere a forme d'onda importanti come l'azionamento del motore, analogico a bassa frequenza, bus digitali più lenti (I2C o SPI, ad esempio), o GPIO sul vostro MCU durante i test funzionali.

Mix and Match

In generale, è possibile combinare diversi tipi di punti di prova a seconda delle proprie esigenze. Le migliori pratiche suggerirebbero di posizionare un componente di punto di prova o un dispositivo di test specifico sulla scheda se è necessario accedere a un interconnessione o a un'onda durante il test funzionale. Altrimenti, per i test in circuito, i test con sonde mobili o i test di continuità, si dovrebbero posizionare pad o vie per toccare punti specifici sulla scheda. I punti di prova che non sono posizionati come pad specifici o dispositivi sono normalmente definiti su vie specifiche, pad dei componenti, connessioni di alimentazione/GND o altri conduttori esposti sul PCB fabbricato.

I componenti dei punti di prova possono essere posizionati sulla stessa scheda dei punti di prova per la fabbricazione o l'assemblaggio.

Test più Specializzati

Quello che abbiamo mostrato qui è pensato per i test in circuito durante la fabbricazione/assemblaggio, così come per testare il PCB con una sonda per esaminare un'onda o un livello. Per qualcosa di più specializzato, come una misurazione dell'impedenza altamente accurata o una misurazione della risposta agli impulsi, semplici punti di test sul PCB con un semplice collegamento conduttore (fissato meccanicamente o saldato) potrebbero non fornire i risultati che ti aspetti. Sono necessari dispositivi di test più sofisticati per collegare l'accesso al punto di test del tuo PCB al tuo generatore di segnali o analizzatore. Un esempio è il design 2x-thru come specificato nello standard IEEE P370.

Spesso, quando si progetta un interconnettore specializzato per l'uso in un sistema ad alta frequenza o ad alta velocità, la strategia consiste nel costruire una scheda di test che ospiti l'interconnettore e i suoi connettori. Se specifichi un'impedenza controllata per il tuo fabbricante, essi non testeranno progetti di interconnessione specializzati (come una guida d'onda) poiché non avranno un coupon di test che ha il tuo specifico interconnettore. I tipi di linea di trasmissione standard vanno bene, ma qualcosa di più specializzato richiede che tu costruisca il coupon di test da solo, o che tu fornisca i file di progetto per il coupon di test alla tua casa di fabbricazione PCB affinché possano testarlo.

Per alcune misurazioni di PDN a bassa impedenza con impulsi brevi o scansioni di frequenza al di sotto dei 10 GHz circa, è possibile utilizzare semplicemente connessioni coassiali con sonde di prova che toccano i pad di punto di prova del vostro PCB per realizzare una connessione a bassa impedenza. Se state effettuando misurazioni nel dominio della frequenza per ottenere parametri di rete, fate attenzione alle fonti di errore legate alla vostra scelta di riferimento. Ne ho parlato altrove in relazione all'integrità dell'alimentazione, così come hanno fatto altri esperti che si specializzano in misurazioni degli S-parametri a bassa impedenza.

Quando avete bisogno di posizionare un punto di prova su PCB come un elemento stampato, una connessione di sonda o un dispositivo di prova specializzato, utilizzate il set completo di funzionalità di progettazione in Altium Designer®. Il completo set di strumenti di gestione dei punti di prova e l'utilità Draftsman possono aiutarvi a specificare i vostri punti di prova e i requisiti di prestazione per il vostro prodotto. Quando avete terminato il vostro progetto e volete rilasciare i file al vostro produttore, la piattaforma Altium 365™ rende facile collaborare e condividere i vostri progetti.

INFORMAZIONI SU ALTIUM

Altium LLC (ASX: ALU) è una multinazionale con sede a San Diego, California, che si concentra sui sistemi di progettazione elettronica per la progettazione di PCB in 3D e lo sviluppo di sistemi embedded. I prodotti Altium si trovano ovunque, dalle squadre di progettazione elettronica leader nel mondo alla comunità di progettazione elettronica di base.

Con una gamma unica di tecnologie, Altium aiuta le organizzazioni e le comunità di progettazione a innovare, collaborare e creare prodotti connessi rimanendo nei tempi e nei budget prestabiliti. I prodotti forniti includono Altium Designer®, Altium Vault®, CircuitStudio®, PCBWorks®, CircuitMaker®, Octopart®, Ciiva® e la gamma TASKING® di compilatori software embedded.

Fondata nel 1985, Altium ha uffici in tutto il mondo, con sedi negli Stati Uniti a San Diego, Boston e New York City, in Europa a Karlsruhe, Amersfoort, Kiev e Zug e nell'Asia-Pacifico a Shanghai, Tokyo e Sydney. Per maggiori informazioni, visita www.altium.com. Puoi anche seguire e interagire con Altium tramite Facebook, Twitter e YouTube.
 

Scarica PDF