Prevenire gli Errori Principali di DFM nel Tuo Design PCB

 

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

Uno sguardo al Design per la Produzione (DFM) delle PCB

L'analisi DFM permette ai produttori di esaminare il design della scheda sotto 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 all'analisi del design for manufacturability comprende i seguenti attributi:

1. Identificazione delle violazioni di design che influenzeranno il processo di produzione.
2. Determinazione del processo di produzione preciso in base alla geometria e alle esigenze dei materiali.
3. Ispezione del design della scheda e determinazione se le specifiche si allineeranno con il prodotto finito.
4. Selezione dei materiali (in base a proprietà, resistenza fisica e texture) che dipendono dalle dimensioni della scheda.
5. 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 schegge, interruzioni dell'anello anulare, trappole 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 spazio d'aria 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.

 

Selezione dei Componenti

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

Determina le dimensioni dei componenti e dei pacchetti studiando attentamente il BOM. Puoi optare per componenti più grandi per resistori e condensatori quando lo spazio disponibile è sufficiente. Ad esempio, usa un condensatore/resistore di dimensione 0603 o 0805 invece di un 0402/0201. La selezione è influenzata da tensione, corrente e frequenza. Quando possibile, scegli pacchetti più piccoli; altrimenti, seleziona quelli più grandi. L'uso eccessivo di pacchetti di componenti piccoli può complicare l'assemblaggio della scheda elettronica, rendendo così la pulizia e la rielaborazione più difficili.

 

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, posiziona tutti i punti di test sullo stesso lato della scheda.
• Mantieni una distanza minima di 0,100 pollici tra i punti di test per aumentare l'efficacia del test. 
• Designa l'area per i componenti più alti.
• Distribuisci tutti i punti di test in modo uniforme per un facile accesso con più sonde.
• Progetta il tuo layout tenendo in mente le tolleranze di produzione.

Vie e Foratura-su-Rame

La distanza foro-rame è la distanza dal bordo di un foro forato 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 forato (FHS + tolleranza di foratura) per determinare la distanza corretta. Il diametro di foratura può essere determinato dalla seguente equazione:

Dimensione del foro finito + tolleranza = diametro di foratura

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 si utilizza un adeguato spazio nel proprio progetto, si può avere una distanza di sicurezza di 8 mils. Questo è l'attributo più importante da considerare durante l'analisi DFM.

 

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.

 

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

• Incorpora aree con anelli annulari larghi 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 strati di rame.
• Sierra Circuits raccomanda un minimo di 8 mils di distanza tra foro e rame.
• 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 fondamentale che il numero di fori corrisponda al 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.

 

Come semplice punto di progettazione, cerca di minimizzare il numero di diversi diametri di foratura utilizzati 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, eventualmente, alcuni altri che verranno utilizzati per i fori di montaggio o i fori non metallizzati.

Distanze di sicurezza

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

Distanza dal bordo:

Molti progettisti dimenticano di fornire una distanza di sicurezza adeguata 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 una distanza di sicurezza al design. Controlla le seguenti approssimazioni:

• Per il layer esterno: 0,010”
• Per il layer interno: 0,015”

Distanza tra le linee:

La distanza tra le 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.

 

Distanze di sicurezza per la maschera di saldatura:

• Mantenere la distanza 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 ponticelli di saldatura è estendere l'apertura della maschera sul pad di rame o fornire un sollievo a barilotto (distanza della maschera di saldatura = dimensione del foro + 3 mils).

 

Mancanza della Maschera di Saldatura

A volte, la maschera di saldatura può essere parzialmente o completamente assente tra i pad. Questo espone eccesso di rame, portando a ponticelli di saldatura e cortocircuiti che compromettono le prestazioni della scheda. Questo accade quando la maschera di saldatura non è definita o quando le impostazioni di una scheda più grande vengono applicate a una scheda più piccola, portando a fori dei pad grandi.

 

Segui questi consigli di progettazione per le maschere di saldatura:

La dimensione relativa della maschera di saldatura dovrebbe essere 4 mils più grande della dimensione della caratteristica.
Mantieni la larghezza/ponte della maschera di saldatura ad un minimo di 4 mils.
Mantieni lo spazio tra il bordo della caratteristica di rame e il bordo della saldatura a 2 mils.

Trappole Acide

Un altro errore di DFM da tenere d'occhio è la trappola acida. Una trappola acida è sostanzialmente qualsiasi progetto che incorpora angoli acuti che attireranno concentrazioni di acido in quell'area. Questo può risultare in tracce troppo incise e circuiti aperti come sottoprodotto delle trappole acide.

 

Evita di posizionare le piste che arrivano ai pad con angoli acuti. Posiziona le piste a 45° o 90° rispetto ai pad. Verifica che nessuno degli angoli delle piste abbia creato trappole per acido dopo aver tracciato le piste.

Controlli sul 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 verificato eseguendo un DRC. Il silkscreen potrebbe anche sovrapporsi a un foro via, anche se ciò è accettabile se i via sono coperti. Questo può accadere ruotando il testo e aggiustando i marcatori di designazione dei componenti. Taglia i marcatori di designazione che passano sopra i pad e i via per prevenire sovrapposizioni.

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. Usa 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 testo grande usa la seguente dimensione:

Nel caso in cui le specifiche sopra indicate non siano adatte per una scheda di media densità, utilizzare le seguenti dimensioni:

Altezza	Larghezza	Traccia
35 mils	25 mils	5 mils

Quando le dimensioni sopra indicate non sono adatte, fare riferimento a quanto segue: Per una scheda di media densità:

Altezza	Larghezza	Traccia
25 mils	22 mils	5 mils

Metodo di stampa serigrafica: Il metodo specifico influenza molti parametri di progettazione come le dimensioni, le 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 legenda.

Priorità 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 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.

Abbiamo appena sfiorato la superficie di ciò che è possibile con Altium Designer su Altium 365. Inizia oggi la tua prova gratuita di Altium Designer + Altium 365. E assicurati di visitare il sito web di Sierra Circuits per saperne di più sui processi di produzione e assemblaggio.