Il miglior sistema di regole per la progettazione PCB mantiene la tua scheda priva di errori

Il software ECAD mantiene i progettisti disciplinati imponendo regole e vincoli di progettazione PCB negli strumenti di design e layout. È responsabilità del progettista PCB creare le regole di progettazione per ogni nuovo progetto, con l’obiettivo finale di garantirne funzionalità e producibilità. Nel tempo, i principali fornitori di software ECAD hanno sviluppato due formati per definire le regole di progettazione PCB: un sistema di inserimento basato su categorie e un sistema basato su matrici per definire i vincoli.

Entrambi i formati sono accettabili e possono produrre esattamente gli stessi risultati; la scelta tra definizioni delle regole di progettazione basate su categorie o su vincoli dipende in ultima analisi dalle preferenze personali. Qualunque sia il meccanismo scelto, è importante selezionare un pacchetto software di progettazione PCB che offra la flessibilità necessaria per controllare completamente le definizioni delle proprie regole di progettazione PCB.

Da dove provengono le regole di progettazione PCB?

Quali sono i fattori che guidano le regole di progettazione PCB e perché sono importanti? Le regole di progettazione PCB vengono definite sulla base di alcuni possibili requisiti:

• Vincoli di producibilità
• Vincoli di assemblaggio
• Requisiti di integrità del segnale
• Requisiti EMI/EMC
• Definiti come elemento abilitante per la progettazione RF

Questa è solo una panoramica di alcune delle aree da cui nascono le regole di progettazione. Si noti che le regole di progettazione PCB non si basano sulla semplice funzionalità elettrica. Al contrario, la maggior parte delle regole e dei vincoli di progettazione PCB viene definita in base ai requisiti di produzione. Se una scheda non può essere prodotta, non ha senso progettarla; per questo motivo, le regole di design for manufacturing (DFM) sono tra le regole di progettazione PCB più fondamentali nei contenuti tecnici del settore.

Regole di progettazione PCB rispetto ai vincoli

Alcuni software di progettazione PCB usano il termine "regole", mentre altri usano il termine "vincoli". In realtà, c’è pochissima differenza tra una regola di progettazione e un vincolo di progettazione; la differenza sta semplicemente nel vocabolario scelto dai diversi fornitori di software. I due termini vengono usati in particolare in riferimento all’interfaccia utente per creare regole di progettazione PCB nel software ECAD.

Tenendo presente questo, i fornitori di software di progettazione PCB tendono a distinguere tra regola e vincolo nel modo seguente:

• Una regola di progettazione è tipicamente definita all’interno di un sistema basato su categorie, in cui le singole regole sono organizzate in categorie gerarchiche (come Routing, Manufacturing, Electrical e Placement). Ogni regola viene configurata con definizioni di ambito che determinano a quali oggetti o net la regola si applica, e i valori vengono inseriti tramite finestre di configurazione dedicate. Le regole possono essere prioritizzate, in modo che quelle più specifiche prevalgano sulle impostazioni generali predefinite.
• Un vincolo di progettazione è tipicamente definito all’interno di un sistema basato su matrici o tabelle, in cui i valori vengono inseriti direttamente nelle celle all’intersezione tra classi di net, layer o tipi di oggetti. Questo approccio presenta tutti i valori dei vincoli in un’unica vista simile a un foglio di calcolo, rendendo semplice confrontare i valori tra più net o classi contemporaneamente.

In pratica, entrambi gli approcci applicano gli stessi controlli geometrici ed elettrici durante la verifica delle regole di progettazione (DRC). La distinzione riguarda esclusivamente la preferenza di flusso di lavoro: le regole basate su categorie offrono ambiti di applicazione granulari e logiche di priorità, mentre i vincoli basati su matrici consentono un rapido confronto visivo e modifiche in blocco all’interno del progetto.

Altium Designer è unico in quanto è l’unica piattaforma software di progettazione PCB che consente agli utenti di specificare completamente i propri requisiti di progettazione e produzione sia come regole di progettazione sia come vincoli di progettazione. Il metodo principale utilizza il PCB Rules and Constraints Editor basato su categorie, in cui tutte le categorie di regole di progettazione supportate sono elencate gerarchicamente. Ogni regola viene configurata singolarmente con una definizione di ambito che determina a quali oggetti, net o classi di net la regola si applica.

PCB Rules and Constraints Editor in Altium Designer

Altium Designer fornisce anche un constraint manager che utilizza un approccio basato su matrice per specificare i requisiti di progettazione. Questa interfaccia presenta tutti i vincoli di progettazione in un formato tabellare simile a un foglio di calcolo, immediatamente familiare agli utenti di altre piattaforme software ECAD, incluse piattaforme legacy come Cadence Allegro e Mentor Graphics. La vista a matrice consente ai progettisti di vedere simultaneamente tutti i valori dei vincoli, confrontare a colpo d’occhio le impostazioni tra classi di net ed effettuare modifiche in blocco senza dover navigare tra singole finestre di regole.

Constraint Manager in Altium Designer

Con entrambi gli approcci, i progettisti ottengono il pieno controllo sulle specifiche del loro progetto, contribuendo così a prevenire molti dei problemi più semplici che possono portare a difetti in produzione. Per accedere alle principali regole di progettazione in entrambi gli approcci, la tabella seguente fornisce istruzioni di riferimento utili e dettagli di accesso. Segui queste istruzioni oppure consulta la documentazione Altium per saperne di più.

Tipi e categorie di regole di progettazione PCB

Le principali regole di progettazione per qualsiasi nuovo progetto possono essere determinate sulla base delle specifiche di prodotto e delle capacità del produttore del circuito stampato. Alcuni valori delle regole di progettazione potrebbero dover essere calcolati manualmente, in base a diversi possibili fattori:

• Raccomandazioni o obiettivi prestazionali presenti in determinati standard di settore
• Direttamente dalle dichiarazioni di capacità del fabbricante PCB
• Vincoli meccanici, ad esempio derivanti dall’involucro del dispositivo
• Vincoli di integrità del segnale, come impedenza o spaziatura tra tracce
• Requisiti di integrità di potenza, ad esempio derivanti dai calcoli della dimensione minima delle piste di rame

I valori semplici delle regole di progettazione possono essere inseriti numericamente, soprattutto nel caso di un approccio di gestione dei vincoli con matrice numerica. I più comuni sono i valori di distanza tra elementi di rame, componenti, elementi meccanici, fori, asole e il bordo del PCB.

La tabella seguente offre un riepilogo delle regole di progettazione PCB più comuni che si applicano a quasi tutti i progetti. Queste regole coprono più categorie (routing, producibilità, ecc.) e costituiscono una checklist utile per la definizione delle regole in un nuovo progetto.

Verifiche delle regole di progettazione PCB (DRC)

Le verifiche delle regole di progettazione PCB vengono eseguite automaticamente (online) e in gruppi (batch) per garantire che le caratteristiche di un PCB rispettino le regole e i vincoli di progettazione. I controlli online segnalano gli errori mentre si crea il layout del PCB, mentre i controlli batch vengono eseguiti rispetto a tutte le regole di progettazione pertinenti nel PCB.

Una volta segnalate le violazioni, il progettista dovrà dare priorità ad alcune di esse per la correzione, con conseguenti modifiche al layout del PCB. L’obiettivo di qualsiasi progetto è arrivare a zero violazioni DRC, e questo spesso richiede un certo numero di modifiche al layout del PCB dopo l’esecuzione del DRC iniziale.

Il processo di riduzione delle violazioni DRC a zero comporta l’aggiornamento accurato del layout del PCB per eliminare tali errori, spesso apportando numerose piccole modifiche al progetto fino alla loro risoluzione. Nella maggior parte dei casi, questi errori comportano lievi cambiamenti di posizione di vari oggetti nel layout del PCB, oppure un re-routing di alcune tracce o aggiornamenti al disegno dei poligoni. Al termine di questo processo, il progettista ottiene un layout PCB completamente pulito e allineato ai vincoli definiti all’inizio del progetto.

Zero DRC significa zero difetti?

La risposta a questa domanda è decisamente “no”.

Questo perché esistono molte cause di difetto che vanno oltre il controllo del progettista o che non sono influenzate dal layout del PCB. Ad esempio, la progettazione e il processo dello stackup possono influire sui difetti di fabbricazione in determinati progetti, nonostante il layout del PCB non contenga alcun DRC. Garantire che un progetto sia privo di difetti va ben oltre il layout del PCB e richiede una comprensione olistica della progettazione PCB, dallo stackup fino alla definizione dei disegni master per la produzione.

Per saperne di più su alcune cause comuni di difetti che vanno oltre il layout del PCB, guarda il video qui sotto. Verifica se riesci a individuare quali di questi problemi possono essere influenzati dalle scelte effettuate nel layout del PCB e dalla definizione di regole/vincoli di progettazione nel tuo software ECAD.

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Domande frequenti

Da dove provengono le regole di progettazione PCB in un nuovo progetto PCB?

Le regole di progettazione PCB derivano dai limiti di fabbricazione, dai requisiti di assemblaggio, dagli obiettivi SI/PI, dalle esigenze EMI/EMC, dai vincoli RF e dai requisiti meccanici. Molte regole di base, come larghezza delle tracce, spaziatura, dimensione dei fori, anello anulare ed espansione della solder mask, derivano direttamente dalle capacità del produttore.

Qual è la differenza tra regole di progettazione PCB e vincoli di progettazione PCB?

La differenza riguarda soprattutto il flusso di lavoro. Le regole vengono solitamente configurate in editor basati su categorie, mentre i vincoli vengono generalmente inseriti in tabelle o matrici. Entrambi possono applicare gli stessi requisiti di layout durante il DRC.

Le regole di progettazione basate su categorie sono migliori dei vincoli basati su matrici?

No. Le regole basate su categorie sono migliori per una definizione dettagliata dell’ambito e delle priorità, mentre i vincoli basati su matrici sono migliori per il confronto e la modifica in blocco. La scelta migliore dipende dal progetto e dal flusso di lavoro del progettista.

Cosa verifica effettivamente un controllo delle regole di progettazione PCB?

Il DRC verifica se il layout rispetta le regole e i vincoli definiti. Può segnalare violazioni relative a spaziatura, larghezza, dimensione dei fori, anello anulare, solder mask, distanza tra componenti e instradamento ad alta velocità.

Il superamento del DRC significa che un PCB avrà zero difetti di produzione?

No. Superare il DRC significa solo che il layout rispetta le regole definite. I difetti possono comunque derivare da scelte relative allo stackup, variazioni di fabbricazione, documentazione debole, problemi di assemblaggio o valori delle regole errati.