Projektowanie z uwzględnieniem produkcji: Nowe spojrzenie na DFM/DFA

Kompletny przewodnik po analizie DFM

Jeden z moich dobrych znajomych ma żart dotyczący planowania nowego projektu PCB pod kątem produkcji: często pyta „czy dzwoniłeś już do swojego producenta dzisiaj?”, aby podkreślić, że należy wielokrotnie angażować swojego partnera produkcyjnego w proces projektowania. Jest to coś, o czym projektanci często zapominają, co może prowadzić do poważnych problemów przed rozpoczęciem produkcji na dużą skalę. Faktem jest, że twoja płyta powinna przejść przez wiele rund analizy DFM, aby zapewnić możliwość produkcji, zarówno pod względem fabrykacji, jak i montażu.

Więc kiedy należy zacząć poddawać swój projekt analizie DFM? Innym ważnym pytaniem może być: jaki jest najlepszy sposób, aby przyspieszyć proces analizy DFM? W każdej płycie jest wiele do sprawdzenia, a pełna inspekcja projektów pod kątem możliwości produkcji może być czasochłonna, szczególnie w skomplikowanych układach. Oto czego można się spodziewać w analizie DFM i jak szybko przeprowadzić swój projekt przez ten proces.

Co wchodzi w skład analizy DFM dla PCB?

Ogólnie rzecz biorąc, analiza DFM dotyczy wszystkiego, co ma być produkowane na dużą skalę. Produkty wytwarzane muszą być zaprojektowane tak, aby pasowały do procesu używanego do produkcji wysokonakładowej, więc projekt musi zostać sprawdzony, aby upewnić się, że nic w projekcie nie spowoduje niskiej wydajności, wad lub krótkiej żywotności. W dzisiejszych czasach producent PCB i montażysta PCB mogą znajdować się po przeciwnych stronach globu, i kluczowe jest, aby zapewnić im wszystkim dostęp do jednego, kontrolowanego magazynu informacji o projekcie, aby przeprowadzić analizę DFM.

Analiza DFM dla PCB polega na sprawdzeniu, czy projekt będzie zgodny z procesami produkcji i montażu stosowanymi przez twojego producenta. Każdy doświadczony projektant powinien wiedzieć, że lista możliwych wyborów projektowych, które mogą obniżyć jakość, jest długa. Wiem, że ja nadal nie zapamiętałem każdego możliwego problemu z produkowalnością, który może czaić się w projekcie, więc często polegam na moim producencie, aby sprawdził moje płytki, gdy zamierzam złożyć zamówienie na produkcję.

Sprawdzaj swój projekt często

To porusza ważny punkt: kiedy należy przeprowadzić analizę DFM (Design for Manufacturability - Projektowanie pod kątem produkowalności) swojego projektu? Jeśli pracujesz nad prostszymi płytkami, prawdopodobnie wystarczy polegać na tym, że producent przeprowadzi ostateczną kontrolę DFM przed produkcją; powtarzające się dogłębne analizy DFM po prostu zajmują zbyt dużo czasu, gdy twój producent może wykonać to szybko. Dla czegoś bardziej zaawansowanego, jak płytki mieszane sygnałowe o wysokiej liczbie warstw z ciasnymi odstępami i wieloma standardami sygnalizacji, konieczne są wielokrotne analizy DFM, aby wcześnie wykryć potencjalne problemy z jakością.

Najlepszym sposobem na uniknięcie niepotrzebnych zmian projektowych przed produkcją jest przeprowadzenie analizy DFM w kilku różnych momentach:

• Przy wyborze komponentów: Dotyczy to głównie rozmiarów komponentów pasywnych, szczególnie 0201 i 01005. Jeśli musisz użyć tych małych komponentów, po prostu upewnij się, że twój producent może sobie z nimi poradzić.
• Podczas planowania rozmieszczenia: W tym momencie wciąż określamy niektóre podstawowe aspekty płytki, takie jak możliwa liczba warstw, zakres szerokości ścieżek, rozmiary via, czy będziemy musieli przejść na HDI, które laminaty PCB użyć, oraz który poziom produkowalności IPC będzie odpowiedni dla projektu.
• Po umieszczeniu komponentów: Po umieszczeniu komponentów należy zastanowić się nad procesem montażu, szczególnie w kontekście lutowania na dwustronnych płytach SMD. Pomyśl również, jak komponenty uziemione będą lutowane do ich płaszczyzny odniesienia i czy potrzebują ulg termicznych.
• Planując układ warstw: Zdziwiłbyś się, ile układów warstw wymaga modyfikacji, zanim projekt może zostać przekazany do produkcji. To tak proste, jak zapytanie producenta o zweryfikowaną tabelę układów warstw.
• Po wygenerowaniu plików Gerber: Niektóre defekty są łatwiejsze do zauważenia w plikach Gerber, dlatego najlepiej jest przeskanować pliki Gerber pod kątem takich problemów jak nakładające się otwory wiertnicze i stosunki wymiarów przelotek.
• Współpracując z zespołem MCAD: W niektórych przypadkach umieszczenie lutowalnych złączy lub innych elementów mechanicznych może stworzyć zbyt ciasne odstępy.

Istnieje kilka tych punktów, które warto omówić bardziej szczegółowo, ponieważ mogą być rzadko dyskutowane w innych artykułach.

Odstępy między komponentami

Niektóre kwestie dotyczące złączy będą miały zastosowanie do każdego innego komponentu, ale jest jeszcze jeden aspekt związany z odstępami, który warto sprawdzić. Upewnij się, że uwzględniłeś możliwość rozszerzenia podczas montażu, szczególnie w przypadku złączy z plastikową osłoną lub podstawą. Jeśli dwa komponenty są zbyt blisko siebie i rozszerzają się podczas lutowania, mogą oba oderwać się od płytki podczas montażu.

Sprawdzenie odstępów w analizie DFM pomogłoby nam przewidzieć oderwanie komponentów podczas niedawnego cyklu fabrykacji.

Przyglądanie się śladom

Oczywiście, powinieneś dokładać starań, aby upewnić się, że twoje ślady są zweryfikowane. Można to zrobić ręcznie, lub tylko korzystając z weryfikowanych komponentów bezpośrednio od producentów, gdy są dostępne. Jednak, gdy ślad trafi do układu, musisz sprawdzić otwory w masce lutowniczej, odstępy do przelotek, odstępy do innych komponentów, proporcje przelotek i więcej. Jeśli nie używasz oprogramowania z odpowiednimi funkcjami sprawdzania reguł, możesz zostawić termiczny pad unoszący się, lub możesz umieścić otwór wiertniczy zbyt blisko filletu lutowniczego. Możesz przyjrzeć się bezpośrednio układowi PCB, ale całkowicie w porządku jest wygenerowanie wstępnych plików Gerbera i porównanie swoich warstw (patrz poniżej).

Możesz zauważyć komponenty, które wymagają otworów w masce lutowniczej i łezek z tymczasowych plików Gerbera.

TRANSLATE: Kontrola układu warstw

To może brzmieć prosto, ale z łatwością przejdziesz ten etap, jeśli po prostu poprosisz swojego producenta o układ warstw z pożądaną liczbą warstw i ich rozmieszczeniem. Oni już wykonali analizę DFM, potrzebną do zapewnienia, że określone układy warstw przejdą przez ich proces. Podadzą ci szerokość ścieżki, odstępy między ścieżkami (dla par różnicowych) oraz grubość warstw, które będziesz musiał użyć z wybranymi materiałami laminatów. W niektórych przypadkach możesz być zaskoczony, że pożądany materiał laminatu jest niedostępny i będziesz musiał użyć bliskiego odpowiednika.

Jeśli skontaktujesz się ze swoim producentem wcześnie, wyślą ci kwalifikowaną tabelę układu warstw.

Dla układów 4-warstwowych prawdopodobnie otrzymasz standardowy układ 8mil/40mil/8mil S/P/P/S dający łączną grubość 62 mil. Bardziej złożone układy mogą wymagać niestandardowej tabeli, szczególnie gdy masz płytkę, która wymaga trasowania z kontrolowaną impedancją. Jeśli uzyskasz informacje o układzie warstw wcześnie, nie zaryzykujesz zastosowania niewłaściwej szerokości ścieżki i odstępów potrzebnych do kontrolowanej impedancji, wszystko będzie już zweryfikowane.

Analiza DFM przed fabrykacją

Po zakończeniu projektowania płytki i wysłaniu jej do produkcji, producent powinien przeprowadzić własną analizę DFM (Design for Manufacturability) na podstawie ostatecznych plików Gerber. Zauważ, że używam tutaj słowa "powinien", ponieważ nie wszyscy producenci to robią; u niektórych producentów, po prostu przesyłasz swoje pliki Gerber, a oni produkują płytę dokładnie tak, jak wygląda w twoich plikach fabrycznych, bez zadawania pytań. U niektórych producentów musisz wyraźnie poprosić o ten poziom usługi, ponieważ różne poziomy usług będą dostępne tylko jako dodatek.

Po otrzymaniu analizy DFM od producenta, zobaczysz wiele wyników w następujących dwóch obszarach: sprawdzenie odstępów w stosunku do możliwości procesowych oraz sprawdzenie zgodności z specyficznymi wymaganiami branżowymi.

Sprawdzanie rozmiarów elementów względem możliwości procesowych

Gdy przekażesz swoje pliki projektowe producentowi, a ten przeprowadzi analizę DFM, prawdopodobnie zobaczysz wiele wyników dotyczących sprawdzenia odstępów. Producent powinien już sprawdzić wymienione powyżej obszary, ale będzie musiał również porównać rozmiary i odstępy twoich elementów z ich możliwościami procesowymi. Nawet jeśli przeszłeś przez ten proces z wstępnymi plikami Gerber jako część wyceny, najlepiej jest po prostu przeprowadzić to ponownie, ponieważ mogłeś coś przeoczyć.

Przykładowy raport analizy DFM od jednego z moich preferowanych producentów ITAR jest pokazany poniżej. W tej tabeli możemy zobaczyć, gdzie występują odstępy, rozmiary pierścieni anulujących oraz odległości między otworami metalizowanymi a miedzią. Z dolnego wiersza widać, że moje ustawienie odległości ścieżki od miedzi jest zbyt niskie, a pady na niektórych obrysach mają małe rozmiary pierścieni anulujących.

Przykładowy raport analizy DFM pokazujący odległości w porównaniu do możliwości procesowych.

W tym przykładzie mamy wiele błędów wzdłuż konkretnego obrysu, który akurat jest pakietem TO-92. W tym przypadku rozmiar otworu w wbudowanej bibliotece był zbyt duży, co zmusiło do zmniejszenia pierścienia anulującego wokół krawędzi, aby zachować odległości. Po zmniejszeniu otworu udało się uzyskać miejsce na pierścień anulujący klasy 2, jednocześnie pozostawiając wystarczającą odległość, aby zapobiec zwarciam.

Dla dużego, skomplikowanego projektu z tysiącami sieci, jak producent sprawdza każdą możliwą cechę w układzie PCB? Istnieją aplikacje, które pomagają automatyzować ten proces i będą kompilować raport z wszelkimi naruszeniami procesu. Niektórzy producenci mają własne aplikacje, których używają wewnętrznie, podczas gdy inni udostępnią ci dostęp do programu do pobrania, którego możesz użyć, aby sprawdzić swój projekt przed produkcją.

Przegląd Zgodności z Klasami IPC

Kolejnym obszarem wymagań projektowych, który może wymagać większego doświadczenia, jest przegląd zgodności z klasami IPC. Ważnym punktem do wskazania podczas procesu wyceny jest, na który poziom kwalifikacji IPC się ubiegasz, jeśli w ogóle. Obejmuje to sprawdzanie łezek, rozmiarów pierścieni anulujących, średnic wierceń i padów w stosunku do masy miedzi, zdolności do pokrywania przelotek i otworów oraz wymagań dotyczących grubości dielektryka, tylko po to, aby wymienić kilka głównych wymagań niezawodnościowych. Układ fizyczny zostanie porównany z możliwościami producenta, aby zapewnić, że wynikowy projekt może spełnić wymagania kwalifikacyjne i wydajnościowe określone w standardach IPC, i zmiany będą musiały zostać dokonane przed fabrykacją.

Jak Szybko Przekazać Dane Projektowe Twojemu Producentowi

Jaki jest najszybszy sposób, aby pliki trafiły w ręce twojego producenta, i jak możesz upewnić się, że w pełni rozumieją zamierzenia twojego projektu? Potrzebujesz najlepszego zestawu narzędzi do współpracy w chmurze, jakie możesz znaleźć. W dzisiejszych czasach, gdy wszystko odbywa się cyfrowo, projektanci PCB potrzebują narzędzi, które pomogą im współpracować nad skomplikowanymi projektami i dzielić się nimi ze swoimi partnerami produkcyjnymi. Dzięki platformie Altium 365, łatwo i szybko można udostępnić wszystko, od pełnych wersji projektów po pojedyncze pliki projektowe, producentowi, innym członkom zespołu i klientom.

Altium 365 pomaga również usprawnić analizę DFM dzięki kompletnemu zestawowi funkcji dokumentacji, w tym:

• Narzędzia do hostingu i zarządzania komponentami oraz bibliotekami
• Zintegrowany system kontroli wersji oparty na Git 
• Integracja z wewnętrznymi narzędziami baz danych lub zewnętrznymi aplikacjami kontroli wersji
• Funkcje dostępu i zarządzania użytkownikami

W Altium 365 istnieje niezwykle wygodny sposób, aby przekazać swoją płytę do producenta za pomocą funkcji „Wyślij do producenta”. Gdy projekt zostanie opublikowany w Twojej przestrzeni roboczej Altium 365, możesz przejść do wydania projektu i kliknąć przycisk „Wyślij do producenta” na górze ekranu, jak pokazano poniżej. Twój producent może następnie otworzyć projekt w Altium Designer, lub może pobrać pliki wydania i przeprowadzić analizę DFM na plikach produkcyjnych za pomocą aplikacji do analizy DFM.

Po opublikowaniu projektu w Twojej przestrzeni roboczej Altium Designer, możesz udzielić dostępu swojemu producentowi.

Gdy Twój projekt trafi do producenta, może on skomentować konkretne punkty projektu, co pomoże upewnić się, że nie ma żadnych niejasności podczas czytania raportu z analizy DFM. Te komentarze można następnie przeglądać online w Altium 365 przez przeglądarkę lub w układzie PCB, gdy otworzysz swój projekt w Altium Designer. Żadna inna usługa oparta na chmurze nie pomaga przejść przez wiele rund analizy DFM jak Altium 365.

Najszybszym sposobem na przeprowadzenie projektu przez wiele rund analizy DFM, jednocześnie śledząc zmiany w projektach w całym procesie, jest użycie platformy Altium 365™. Będziesz miał do dyspozycji wszystkie narzędzia potrzebne do udostępniania, przechowywania i zarządzania wszystkimi danymi projektowymi PCB w bezpiecznej platformie chmurowej. Altium 365 to jedyna platforma współpracy w chmurze stworzona specjalnie dla projektowania i produkcji PCB, a wszystkie funkcje w Altium 365 są zintegrowane z najlepszymi na świecie narzędziami projektowymi w Altium Designer®.

Zapobieganie najczęstszym błędom DFM w projektowaniu PCB

Każda płyta obwodu powinna przestrzegać wytycznych DFM (design for manufacturability - projektowanie z myślą o produkcji), aby uniknąć potencjalnych błędów produkcyjnych i montażowych. Koncentruje się to również na redukcji kosztów, poprawie jakości i produkcji bez defektów. W tym artykule wyjaśnimy niektóre z głównych błędów DFM w PCB oraz różne techniki ich unikania.

Zapobieganie głównym błędom DFM w projektowaniu PCB

Analiza DFM pozwala producentom na przegląd projektu płyty z różnych aspektów, aby najefektywniej zmodyfikować jej materiały, wymiary i wydajność. Wykrywa problemy projektowe natychmiast i koryguje je na długo przed produkcją. Krok po kroku podejście do analizy projektowania z myślą o produkcji składa się z następujących atrybutów:

• Identyfikacja naruszeń projektu, które wpłyną na proces produkcyjny. 
• Określenie precyzyjnego procesu produkcyjnego zgodnie z wymaganiami geometrycznymi i materiałowymi. 
• Inspekcja projektu płyty i określenie, czy specyfikacja będzie zgodna z gotowym produktem.
• Wybór materiałów (zgodnie z właściwościami, wytrzymałością fizyczną i teksturą), które zależą od wymiarów płyty.
• Upewnienie się, że projekt przestrzega zgodności regulacyjnej, aby spełnić standardy jakości i niezawodności.

Główne błędy DFM

Do często spotykanych problemów DFM należą skrawki, przerwanie pierścienia okólnego, pułapka kwasowa itp. Przyjrzyjmy się typowym naruszeniom i ich zapobieganiu.

Zapobieganie skrawkom

Skrawki to małe kliny suchej folii rezystowej, które odsłaniają miedź i tworzą zwarcia. Mogą być przewodzące (miedź) lub nieprzewodzące (lakier lutowniczy). Istnieją dwa powody, które prowadzą do powstawania skrawków. Pierwszy przypadek ma miejsce, gdy długa, cienka cecha miedzi lub maski lutowniczej jest trawiona. Skrawki, które odłączają się, powodują zwarcia podczas produkcji. W drugim przypadku skrawki powstają przez zbyt bliskie lub zbyt głębokie cięcie sekcji projektu płytki. Funkcjonalność płytki drukowanej może być przez to negatywnie wpływana.

Rozwiązanie:

Wprowadź minimalną szerokość fotoresystu, aby uniknąć tej wady. Zastosuj takie samo odstęp między sieciami (mniej niż 3 mil) lub szczelinę powietrzną, która może być usunięta lub wypełniona. Należyte analizy DFM są konieczne, aby zidentyfikować możliwe obszary, gdzie mogą powstać skrawki i rozwiązać ewentualne problemy.

Zrzut ekranu CAM skrawków miedzi

Zrzut ekranu CAM skrawków maski lutowniczej

Skrawki miedzi

Wybór komponentów

Wybór komponentów powinien być dokonywany na podstawie ich dostępności, rozważań dotyczących czasu realizacji oraz monitorowania części przestarzałych. Zapewnia to dostępność komponentów na długo przed rozpoczęciem produkcji.

Określ rozmiary komponentów i obudów, dokładnie analizując BOM. Możesz wybrać większe komponenty dla rezystorów i kondensatorów, gdy dostępna jest wystarczająca przestrzeń. Na przykład, użyj kondensatora/rezystora o rozmiarze 0603 lub 0805 zamiast 0402/0201. Wybór jest uzależniony od napięcia, prądu i częstotliwości. Gdy to możliwe, wybieraj mniejsze obudowy; w przeciwnym razie, wybierz większe. Nadużywanie małych obudów komponentów może komplikować montaż płytek obwodów, co utrudnia czyszczenie i przerabianie.

Małe komponenty na PCB

Punkty testowe

DFM obejmuje punkty testowe dla wszystkich ważnych sygnałów, aby sprawdzić elektryczną łączność po zbudowaniu płytki. Jeśli zostaną pominięte, trudno będzie sprawdzić finalny produkt. Oto kilka wskazówek, aby uniknąć możliwych problemów produkcyjnych:

• Dla ułatwienia testowania umieść wszystkie punkty testowe po tej samej stronie płytki.
• Zachowaj minimalną odległość 0,100 cala między punktami testowymi, aby zwiększyć skuteczność testów. 
• Wyznacz obszar dla wyższych komponentów.
• Rozmieść wszystkie punkty testowe równomiernie, aby łatwo uzyskać dostęp wieloma sondami.
• Projektuj układ, mając na uwadze tolerancje produkcyjne.

Przewierty i odległość wiercenia do miedzi

Odległość wiercenia do miedzi to odstęp od krawędzi wywierconego otworu do najbliższego elementu miedzianego. Jednak projektanci PCB biorą pod uwagę odległość wiercenia do miedzi od zakończonego rozmiaru otworu (FHS) do najbliższego elementu miedzianego.

Projektanci powinni zawsze uwzględniać średnicę wiercenia (FHS + tolerancja wiercenia) aby określić poprawną odległość. Średnicę wiercenia można określić z poniższego równania:

Zakończony rozmiar otworu + tolerancja = średnica wiercenia

Zazwyczaj odległość powinna wynosić 5-8 mils, ale zależy to od liczby warstw. Narzędzia do układania płytek nie mają żadnych szczególnych kontroli zasad projektowania (DRCs) dla odległości wiercenia do miedzi. Jednakże, jeśli użyjesz odpowiedniego rozstawienia w swoim projekcie, możesz uzyskać prześwit 8 mils. Jest to najważniejszy atrybut do rozważenia podczas analizy DFM.

Prześwit wiercenia do miedzi

W pierścieniach okólnych, styczność lub wyłamanie może wystąpić, gdy wiertło nie trafi w pożądane miejsce i przesunie się w tej samej osi. Powoduje to marginalne połączenia i wpływa na niezawodność.

Wyłamanie pierścienia okólnego

Oto kilka wskazówek, jak unikać problemów z DFM, które pojawiają się podczas wiercenia:

• Włącz do swojego projektu obszary z szerokimi pierścieniami anulującymi, dostosowując większe rozmiary padów. Zapewnia to dobrą przewodność i łatwość wiercenia via w środku pada.
• Sprawdź, czy wiercone otwory mają pady miedziane na wszystkich warstwach miedzi.
• Sierra Circuits zaleca minimalną odległość 8 milów od wiercenia do miedzi.
• Utrzymuj minimalny stosunek wymiarów, aby zapobiec nieprawidłowemu zarejestrowaniu wiercenia.
• Zdefiniuj typ wiercenia (PTH/NPTH) oraz liczbę i rozmiar wierceń.
• Upewnij się, że elementy miedziane i wiercenia mieszczą się w profilu płytki.
• Zaprojektuj pierścień anulujący większy lub równy minimalnemu rozmiarowi pierścienia anulującego (4 mile), który może być wyprodukowany przez dostawcę/fabrykę.
• Dodaj łzy, aby zapobiec pękaniu pierścienia anulującego w skomplikowanych projektach i mniejszych pierścieniach anulujących. 

Liczba wierceń powinna odpowiadać wykresowi wierceń

Ważne jest, aby liczba wierceń odpowiadała wykresowi wierceń. Wykres wierceń jest dołączony do rysunku fabrycznego. Czasami wykres wierceń nie zgadza się z faktyczną liczbą wierceń. W takim przypadku konieczne będzie zmodyfikowanie lub wygenerowanie nowego wykresu wierceń.

Przykładowy wykres wierceń PCB

Jako prosty punkt projektowy, staraj się zminimalizować liczbę różnych rozmiarów wiertła używanych w układzie PCB. Najlepiej jest wybrać jeden lub dwa rozmiary via, które mogą obsłużyć większość przejść między warstwami dla sygnałów, i ewentualnie kilka innych, które będą używane do otworów montażowych lub otworów nieplaterowanych.

Odstępy

Istnieją trzy typy odstępów, na które należy zwrócić uwagę w analizie DFM.

Odstęp od krawędzi:

Wielu projektantów zapomina zapewnić odpowiedni odstęp między miedzią a krawędzią PCB. Bliskość miedzi do krawędzi może tworzyć zwarcia między sąsiednimi warstwami, jeśli zostanie do nich przyłożony prąd. Jest to wynik wystawienia miedzi wokół obwodu płyty. Problem ten można rozwiązać, dodając odstęp do projektu. Sprawdź następujące przybliżenia:

• Dla warstwy zewnętrznej: 0,010”
• Dla warstwy wewnętrznej: 0,015”

Odstępy między liniami:

Odstępy między liniami to minimalna odległość między dwoma przewodnikami. Zależy to od materiałów, masy miedzi, zmian temperatury i stosowanego napięcia. Zależy to również od możliwości producenta.

 

Odstępy maski lutowniczej:

• Zachowaj odstępy maski lutowniczej większe niż pady lutownicze, z wyjątkiem padów zdefiniowanych przez maskę lutowniczą.
• Najlepszym sposobem na zapobieganie mostkom lutowniczym jest przedłużenie otworu maski na pad miedziany lub zapewnienie ulgi dla beczki (odstęp maski lutowniczej = średnica wiercenia + 3 mils).

Odstęp maski lutowniczej

Pułapki kwasowe

Kolejnym błędem DFM, na który należy uważać, jest pułapka kwasowa. Projekt, który zawiera ostre kąty, przyciągnie do tego obszaru stężenia kwasu. Może to skutkować nadmiernym wytrawieniem ścieżek i przerwami w obwodach.

 

Unikaj prowadzenia ścieżek do padów pod ostrymi kątami. Umieszczaj ścieżki pod kątem 45° lub 90° względem padów. Sprawdź, czy żaden z kątów ścieżek nie stworzył pułapek kwasowych po trasowaniu ścieżek.

Kontrola sitodruku

Kontrola sitodruku obejmuje różne atrybuty, które będą miały wpływ na analizę DFM i zapobiegną możliwym błędom. Oto kilka ważnych wytycznych:

Orientacja: Sitodruk może znajdować się na padach, co należy sprawdzić, uruchamiając DRC. Sitodruk może również nakładać się na otwór via, chociaż jest to akceptowalne, jeśli via są zatentowane. Może się to zdarzyć podczas obracania tekstu i dostosowywania oznaczeń referencyjnych komponentów. Przytnij oznaczenia referencyjne, które nakładają się na pady i via, aby zapobiec nakładaniu się.

Upewnij się, że orientacja twojego sitodruku jest spójna

Szerokość linii i wysokość tekstu: Zalecamy minimalną szerokość linii na poziomie 4 mils i wysokość tekstu 25 mils dla łatwej czytelności. Zawsze używaj standardowych kolorów i większych kształtów dla dobrej reprezentacji. Zazwyczaj rozmiar powinien wynosić 35 mils (wysokość tekstu) i 5 mils (szerokość linii). Jeśli płyta nie jest gęsta i jest wystarczająco dużo miejsca na duży tekst, użyj następującego rozmiaru:

W przypadku, gdy powyższe specyfikacje nie działają dla płyty o średniej gęstości, użyj następującego rozmiaru:

Gdy powyższy rozmiar nie działa, odnieś się do następującego: Dla płyty o średniej gęstości:

 

Metoda druku sitowego: Specyficzna metoda wpływa na wiele parametrów projektowych, takich jak rozmiar, odstępy itp., oraz elementy takie jak pady, via i ścieżki. Określ te zgodnie z ręcznym drukiem sitowym, obrazowaniem foto ciekłym i bezpośrednim drukiem legendy.overlapping.

Priorytetyzacja oznaczeń: Priorytetyzuj oznaczenia sitodruku zgodnie z klasyfikacją: wymagania regulacyjne, identyfikacja producenta, pomoc przy montażu i pomoc przy testowaniu.

Przestrzeganie wytycznych projektowania z myślą o produkcji pomaga rozpoznać błędy na wczesnym etapie projektowania. Na szczęście silnik DRC w Altium Designer® może pomóc Ci wyłapać te problemy, zanim przejdziesz do produkcji. Po konsultacji z producentem możesz zaprogramować wymienione powyżej ograniczenia w zasadach projektowania PCB, aby szybko wykrywać i korygować błędy. Gdy Twój projekt będzie gotowy na dokładną recenzję projektu i produkcję, Twój zespół może dzielić się nim i współpracować w czasie rzeczywistym za pośrednictwem platformy Altium 365™. Zespoły projektowe mogą używać Altium 365 do dzielenia się danymi produkcyjnymi i wynikami testów, a zmiany w projektach mogą być udostępniane przez bezpieczną platformę w chmurze oraz w Altium Designer.

Wytyczne DFA dla efektywnego projektowania PCB

Każda płytka PCB, która ma stać się rzeczywistym urządzeniem, musi zostać zmontowana z wysoką wydajnością. Pewne strategiczne planowanie jest potrzebne, aby zapewnić, że płyta może zostać poprawnie zmontowana za pierwszym razem. Zrozumienie podstawowych wytycznych DFA może pomóc zapewnić, że Twój projekt przejdzie przez montaż produkcyjny z minimalną liczbą wad i bez potrzeby poprawek.

DFA to proces składający się z trzech etapów. Na pierwszym etapie brane jest pod uwagę projektowanie układu płytki. Podczas tego etapu uwzględniane są odległości między komponentami, kierunek lutowania oraz redukcja kosztów montażu. W kolejnym etapie pliki Gerber lub ODB++ są weryfikowane pod kątem odległości i orientacji komponentów, obrysów oraz różnych metod czyszczenia. W ostatnim etapie identyfikowane są wymagania dotyczące lutowania falowego, lutowania reflow i lutowania ręcznego.

 

Cele DFA

Standaryzacja

Każdy projektant płytek będzie miał trudności z przewidzeniem wyzwań, które mogą pojawić się podczas pracy nad nowym projektem PCB. Głównym celem standaryzacji jest minimalizacja poziomu niepewności poprzez używanie części i technik, które wcześniej się sprawdziły. Poniżej znajduje się kilka sposobów, aby zapewnić maksymalną standaryzację w projekcie:

• Starannie weryfikuj źródło każdego komponentu, aby zapewnić autentyczność komponentów. Nieautoryzowane źródła zwiększają ryzyko opóźnień, dezinformacji i części podrabianych.
• Staraj się ograniczyć liczbę unikalnych obudów komponentów, aby ułatwić proces projektowania pod kątem montażu i zminimalizować potencjalne błędy. Na przykład, jeśli występują jakiekolwiek rozbieżności między obrysem a wzorcem lądowania, niezbędne dostosowania układu zostaną wykonane szybciej, ponieważ projekt będzie zawierał mniej unikalnych wzorców lądowania.

Weryfikacja komponentów

Każdy projektant płytek będzie miał trudności z przewidywaniem wyzwań, które mogą pojawić się podczas pracy nad nowym projektem PCB. Głównym celem standaryzacji jest zminimalizowanie poziomu niepewności poprzez używanie części i technik, które wcześniej się sprawdziły. Poniżej znajduje się kilka sposobów na zapewnienie maksymalnej standaryzacji w projekcie:

Jednym z głównych celów DFA jest weryfikacja komponentów, które mają zostać zamontowane na płytce. Postępuj zgodnie z poniższymi wytycznymi, aby pomóc producentowi efektywnie zmontować twoją płytę:

 

Zmniejszanie błędów montażu

DFA głównie skupia się na eliminowaniu potencjalnych błędów montażu, które mogą wystąpić. Oprócz omówionych powyżej punktów, poniższe wskazówki umożliwiają producentom wytwarzanie płytek obwodów z pożądaną funkcjonalnością.

• Przestrzegaj rozmiarów, odstępów i tolerancji dla wierconych otworów, które mieszczą się w możliwościach twojego producenta. Zapewnia to również wykonalność produkcji twojego projektu PCB.
• Przestrzegaj odstępów i tolerancji, które są w zasięgu możliwości Twojego CM. 
• Przestrzegaj zasad dotyczących odstępu od krawędzi płytki.
• Upewnij się, że kształt płytki umożliwia optymalną panelizację.
• Wprowadź ulgi termiczne tam, gdzie są potrzebne.

Standardy DFA

Jak omówiono w poprzednich sekcjach, znajomość standardów DFA pomaga zaprojektować płytę w sposób efektywny i ekonomiczny. W tej sekcji przedstawimy kilka kluczowych norm DFA.

Orientacja komponentów z oznaczeniami polarności

Orientacja komponentów to jeden z najważniejszych czynników, które należy wziąć pod uwagę na etapie przedmontażowym. Dla bezproblemowego montażu, istotne jest stosowanie jasnych i wyraźnych technik orientacji. Jako przykład weźmy diody, które będą miały określoną polarność. Upewnij się, że symbol schematyczny i nadruk na płytce mają właściwe oznaczenie polarności, które będzie widoczne po umieszczeniu. Ułatwi to proces inspekcji iułatwi testowanie lub debugowanie.

 

Symbol można umieścić między dwoma pinami dla elementów przewlekanych, ale powinien być umieszczony obok urządzenia dla części montowanych powierzchniowo. Ponieważ te symbole mogą zajmować dużo miejsca, wystarczy pasek nad padem katody lub prosta wskazówka A (anoda) lub K (katoda) dla płyt HDI.

Zawsze grupuj podobne komponenty i staraj się umieszczać je w tej samej orientacji, jeśli to możliwe. Ułatwia to szybki proces montażu. Na przykład, wszystkie QFP można umieścić w rzędzie z pinem 1 w tym samym rogu dla każdego układu scalonego.

 

Wymagania odstępów

Odstępy między komponentami wpływają na wymagania czasowe procesu PCBA. W tej sekcji przyjrzymy się zalecanym standardom odstępów, aby zapewnić jakość procesu montażu.

Odstęp części od krawędzi

Odległość od części do krawędzi to dystans od danego komponentu na płytce do jej krawędzi. Ten czynnik odgrywa ważną rolę podczas depanelizacji. W trakcie tego procesu, komponenty znajdujące się blisko krawędzi płytki będą poddane stresowi, który może wpłynąć na połączenia lutownicze. Rekomendujemy 125 mil odstępu między krawędzią płytki a elementami SMD umieszczonymi na górnej stronie płytki drukowanej, ale Twój producent może zaproponować inne dopuszczalne odległości w swoim procesie.

Czasami producenci zwiększają odległość komponentów od krawędzi płytki po dolnej stronie. To zmniejsza możliwość uszkodzenia komponentów SMT podczas nakładania pasty lutowniczej.

Ścieżki miedziane mogą być również prowadzone bliżej krawędzi płytki. Pozwala to na zachowanie przerwy w masce lutowniczej i zapobiega naruszeniu padów. Ścieżki, pola miedziane i ręcznie wkładane części muszą być umieszczone co najmniej 10 mil od krawędzi płytki. Otwory zamknięte są typem projektu, który wymaga powlekania miedzią na krawędzi płytki. Aby osiągnąć pożądane powlekanie miedzią, takie projekty będą wymagały dodatkowych kosztów i czasu realizacji.

 

Odległość części do otworu

Odległość między komponentami wpływa na wymagania czasowe procesu montażu PCBA. W tej sekcji przyjrzymy się zalecanym standardom odstępów, aby zapewnić jakość procesu montażu.

• Odległość części do ścianki otworu: Jest to mierzone od faktycznej krawędzi otworu do krawędzi pady 
• . Jest to również znane jako odległość wiercenia do miedzi. Minimalny wymagany odstęp wynosi około 8 mils.
• Odległość części do pierścienia anulującego: Jest to mierzone od krawędzi pierścienia anulującego otworu do krawędzi pady. Minimalny wymagany odstęp wynosi około 7 mils.

Odległość części do otworu

Standardy montażu IPC

Oto niektóre z innych standardów montażu IPC, których będzie przestrzegać Twój CM podczas montażu płyt.

• IPC-A-600: IPC-A-600, znany również jako IPC-600, określa poziom kryteriów akceptacji dla każdej kategorii produktów. Definiuje pożądane, dopuszczalne i niepodlegające negocjacji wymagania dotyczące płyt. 
• IPC/WHMA-A-620C: Opisuje standard dotyczący materiałów, procedur, testów i kryteriów akceptacji dla zespołów kabli i wiązek. 
• IPC-A-630: Określa standardy dla obudów elektronicznych. Ten standard jest stosowany, gdy Twój CM montuje i przeprowadza proces inspekcji.

Typowe wady montażu

Ta sekcja szczegółowo opisuje wady i problemy, które najczęściej występują podczas montażu PCB. Producenci stosują wiele metod kontroli jakości, aby uniknąć tych wad, a niektóre z tych metod są wymienione w poniższych podsekcjach. 

Kamienie nagrobne

Kamień nagrobny, znany również jako efekt Manhattanu, odnosi się do przypadku, gdy komponent SMD jest częściowo lub całkowicie oderwany od swojej podstawki. Jest to najczęstsze w przypadku małych pasywnych komponentów SMD (pakiety 0603 lub mniejsze) i występuje z powodu nierównowagi sił podczas lutowania reflow.

Sposoby zapobiegania kamieniom nagrobnym:

• Zapewnij wysoką dokładność komponentów i wysoką temperaturę wstępnego nagrzewania.
• Unikaj ekspozycji na wysokie temperatury i wilgotność.
• Rozszerz strefę nasycania, aby zrównoważyć siłę zwilżania na obu padach, zanim pasta osiągnie stan stopiony.

 

Zwarcia Lutownicze

Zwarcia lutownicze występują, gdy lut jest stosowany między dwoma przewodnikami, które nie powinny być elektrycznie połączone. Te niepożądane połączenia określa się jako zwarcia.

Sposoby zapobiegania zwarcia lutowniczego:

• Zapewnij wysoką dokładność komponentów i wysoką temperaturę wstępnego nagrzewania.
• Unikaj ekspozycji na wysokie temperatury i wilgotność.
• Rozszerz strefę nasycania, aby zrównoważyć siłę zwilżania na obu padach, zanim pasta osiągnie stan stopiony.

 

Pustki w Lutach

Puste przestrzenie lub dziury wewnątrz złącza lutowniczego znane są jako pustki w lutach. Pustka w lutowaniu powstaje, gdy nie ma wystarczającej ilości lutowia, aby nawiązać połączenie. Pustka w lutowaniu zwykle zawiera powietrze. 

Sposoby zapobiegania pustkom w lutowaniu:

• Zwiększ kanał odprowadzania gazów, pozwalając gazom uciekać z płytki. 
• Postaraj się używać pasty lutowniczej bez ołowiu.

 

Metody Inspekcji

Po zamontowaniu płytki obwodu, producenci mogą przeprowadzać wiele inspekcji i procedur kontroli jakości.

Automatyczna inspekcja optyczna (AOI)

Automatyczna inspekcja optyczna (AOI) to efektywna i dokładna metoda wykrywania błędów montażu PCB przed opuszczeniem zakładu produkcyjnego. Metoda ta wykorzystuje kamery o wysokiej rozdzielczości oraz zaawansowane oprogramowanie do przetwarzania obrazów w celu identyfikacji błędów montażowych, takich jak brakujące lub nieprawidłowo umieszczone komponenty, mostki lutownicze, kule lutownicze czy kamienie nagrobne.

 

Inspekcja rentgenowska

AXI (automatyczna inspekcja rentgenowska) to popularne podejście do wykrywania ukrytych defektów w układach scalonych i BGA. Źródłem skanowania w tym systemie jest rentgen. Można go użyć do identyfikacji dużych pustek i pęknięć. To podejście umożliwia nieniszczący dostęp do wewnętrznych geometrii i struktur. AXI rejestruje obrazy w ten sam sposób co AOI. Jedyna różnica polega na tym, że AOI skanuje przy użyciu źródła światła, podczas gdy AXI skanuje przy użyciu rentgena.

Obraz inspekcji rentgenowskiej 2D

Wytyczne DFA mają na celu zapewnienie wysokiej wydajności i minimalnej ilości poprawek po montażu. Możesz zaimplementować te i wiele innych wytycznych DFA przed rozpoczęciem produkcji, używając silnika DRC w Altium Designer®. Po konsultacji z producentem możesz zaprogramować wymienione powyżej ograniczenia w zasadach projektowania PCB, aby szybko wykrywać i korygować błędy. Gdy projekt będzie gotowy do szczegółowego przeglądu projektu i produkcji, Twój zespół może dzielić się nim i współpracować w czasie rzeczywistym za pośrednictwem platformy Altium 365™. Zespoły projektowe mogą używać Altium 365 do udostępniania danych produkcyjnych i wyników testów, a zmiany w projekcie mogą być udostępniane przez bezpieczną platformę w chmurze oraz w Altium Designer.

Komunikowanie potrzeb dotyczących układu warstw PCB z producentami

W branży projektowania PCB komunikowanie potrzeb producentom i dostawcom jest priorytetem. Kontekst naszych próśb czasami ginie, albo przez niepodanie właściwych informacji, nie wymienienie wystarczającej ilości informacji, lub niepodanie żadnych informacji. Chociaż doświadczony projektant PCB może podjąć kroki, aby określić wszystko, co chce zobaczyć w swoim układzie warstw PCB, ostatecznie producent podejmie decyzję w wysiłku zrównoważenia dostępnych materiałów z możliwościami przetwarzania i wydajnością.

Układy warstw opisują więcej niż tylko podstawową konstrukcję PCB; wbudowane w układ warstw są również inne rozważania projektowe określone przez właściwości materiałowe rdzenia i materiałów dielektrycznych. Aby zapewnić zgodność projektu z możliwościami producenta, zapasami materiałów i wymaganiami dotyczącymi impedancji, projektanci muszą upewnić się, że ich wymagania dotyczące układu warstw są jasno określone. Jeśli będziesz stosować się do moich rad podczas początkowego tworzenia projektu i zapytasz swojego producenta, jakie układy warstw mają dostępne, to będziesz na dobrej drodze. Jeśli zaprojektujesz w oparciu o ten układ warstw, współpraca z producentem będzie znacznie łatwiejsza.

Co jeśli masz już gotowy projekt i musisz go wyprodukować gdziekolwiek z kompatybilnymi zestawami materiałów? Jak możesz zmniejszyć ryzyko, że otrzymana płyta nie spełni twoich wymagań? Na to właśnie spojrzymy w tym artykule. Jeśli zastosujesz się do niektórych z tych wskazówek, będziesz projektować Z myślą o produkcji, a nie tylko projektować DO produkcji.

Upewnij się, że potrzeby dotyczące układu warstw PCB są określone

Jak wspomniałem powyżej, na początkowym etapie projektowania zazwyczaj można uzyskać standardowy układ warstw i użyć go w swoim projekcie. Jest to najszybszy sposób, aby zaprojektować prototyp i wprowadzić go do produkcji. Inną opcją jest przynajmniej zaprojektowanie własnego układu warstw z wybranymi materiałami, a następnie zatwierdzenie tego przez producenta. Powiedzą Ci, czy mogą to wyprodukować, i możesz zdecydować, jak postąpić dalej (albo przeprojektować układ warstw, albo wysłać go gdzie indziej).

Kiedy projekt jest już zakończony, sprawa wygląda nieco inaczej. Gdy przechodzisz do produkcji projektu, musisz upewnić się, że producent pustych płyt może spełnić wiele specyfikacji, w tym:

• Cechy warstw - Obejmuje to grubości warstw, wagę miedzi, typ folii miedzianej (odwrócona obróbka, elektrolityczna, walcowana miedź, dodatkowa itp.) oraz konstrukcję laminatu/styl tkaniny.
• Wymagania dielektryczne i impedancyjne - Jeśli masz specyfikację impedancji (zarówno dla sygnałów, jak i zasilania), musisz określić stałą dielektryczną w swoich warstwach wraz z grubościami warstw i miedzią.
• Dozwolone zamienniki i tolerancje - Tutaj producent może zobaczyć, na jakie modyfikacje mu pozwoliłeś, aby zapewnić, że projekt może być niezawodnie produkowany wszędzie.

Nieczęsto mówimy o punkcie nr 3, zamiast tego skupiamy się na DFM jako części punktów nr 1 i nr 2. Jeśli możesz uwzględnić możliwe zmiany potrzebne w układzie warstw PCB w punkcie nr 3, możesz wyeliminować ryzyko otrzymania płyt, które nie spełniają twoich specyfikacji.

Aby upewnić się, że twoje potrzeby dotyczące układu warstw PCB są spełnione, masz ważny dokument, którego możesz użyć do określenia wymagań dotyczących twojej płytki drukowanej: rysunek wykonawczy PCB. Będziesz chciał użyć zarówno rysunku układu warstw, jak i twoich notatek wykonawczych, aby przekazać wymagania dotyczące układu warstw PCB twojemu producentowi.

Zacznij od rysunku lub tabeli układu warstw PCB

Wewnątrz twojego rysunku wykonawczego, możesz od razu określić większość wymagań dotyczących twojego układu warstw za pomocą rysunku układu warstw. Jest to najprostszy sposób, aby przekazać twojej fabryce podstawowe wymagania, jakie chcesz zobaczyć na swojej płytce. Poniższy przykład przedstawia projekt płytki 4-warstwowej, która może być używana dla szybkiego PCB, modułu regulatora mocy, płytki mikrokontrolera lub innej płytki ogólnego przeznaczenia.

Przykładowy rysunek układu warstw PCB w rysunku wykonawczym. Został stworzony w Draftsman.

Przykładowy rysunek układu warstw PCB w rysunku wykonawczym. Został stworzony w Draftsman. Z tego rysunku możemy już zobaczyć kilka ważnych specyfikacji, które twoja fabryka będzie musiała spełnić:

• Grubość i liczba warstw
• Masa miedzi na każdej warstwie 
• Specyficzny zestaw materiałów (w tym przypadku ITEQ IT-180BS/IT180C)
• Rozszerzenie pliku Gerber odpowiadające każdej warstwie

Czasami, gdy otrzymuję listy wymagań od klientów, te punkty zostają skompilowane w dokument stackup. Przy składaniu wyników projektu producentowi, można dołączyć dokument stackup lub inny dokument z wymaganiami jako część pakietu plików, ale te informacje powinny być również odzwierciedlone na rysunku produkcyjnym. Najlepszym sposobem na to jest użycie rysunku stackup, jak pokazano powyżej.

Co z impedancją i właściwościami dielektrycznymi? Jeśli projektujesz z myślą o konkretnym zestawie materiałów, wówczas nie musisz wymieniać ich wprost, chociaż mogą być one uwzględnione w rysunku warstw PCB. Aby upewnić się, że zakład produkcyjny uwzględnia te tolerancje w twoim projekcie, musisz określić akceptowalne tolerancje na szerokości ścieżek i grubości warstw.

Tolerancje w Twoim Stackup i Szerokościach Ścieżek

Aby osiągnąć cel dotyczący stałej dielektrycznej, celu termiczno-chemicznego lub celu impedancji (zakładając, że zostało to określone), istnieją trzy sposoby postępowania w twoim projekcie:

• Przed przystąpieniem do jakiejkolwiek pracy projektowej, uzyskaj zatwierdzenie układu warstw od swojego zakładu produkcyjnego. Jeśli go zatwierdzą, upewnij się, że określą szerokość ścieżki dla Twojej wartości impedancji na podstawie danych o kontrolowanej impedancji. Jeśli zaprojektujesz w oparciu o tę szerokość ścieżki i układ warstw, będziesz wiedzieć, że specyfikacje, które podajesz na rysunku produkcyjnym, wyprodukują pożądane zachowanie elektryczne.
• Określ zgodność z IPC slash sheet dla wszelkich kompatybilnych materiałów, które będą używane w układzie warstw PCB. Musisz znać pożądany slash sheet dla wstępnego wyboru materiału. • Pozwól producentowi dostosować szerokości ścieżek w razie potrzeby, aby dostosować się do każdej wymiany materiału użytej w układzie warstw PCB. Nie musisz określać konkretnego slash sheetu ani nazwy materiału, chociaż możesz to zrobić w swoich notatkach produkcyjnych. 

Opcja #1 zapewnia, że twoja płyta będzie dokładna, ale tylko u producentów oferujących wyłącznie twój konkretny zestaw materiałów. Opcje #2 i #3 są bardziej ogólne i próbują zapewnić cię wszędzie, ale możesz musieć zażądać wdrożenia testowania kontrolowanej impedancji podczas produkcji.

Implementacja Opcji #2 jest prosta w Twoich notatkach fabrykacyjnych. Poniższy obrazek pokazuje przykładową notatkę fabrykacyjną, która jasno określa, z którym arkuszem slash materiał musi być zgodny (notatka 16.C, zaznaczona na czerwono). Zauważ, że może to być zaimplementowane nawet jeśli kontrola impedancji nie jest potrzebna.

Ta notatka fabrykacyjna określa zgodność z arkuszem slash, aby producent mógł wymieniać tylko na zgodne zestawy materiałów.

W ramach Opcji #3, Twój zakład produkcyjny może potrzebować nieco dostosować te specyfikacje. Będziesz musiał określić dopuszczalne tolerancje na grubość warstw i szerokość ścieżek w swoich notatkach fabrykacyjnych. Poniższy przykład pokazuje, jak można to określić jako dopuszczalną tolerancję dla zakładu produkcyjnego. Czerwone pole określa nominalny cel impedancji zaimplementowany w projekcie, jak początkowo dostarczono go do zakładu produkcyjnego. Niebieskie pole określa dopuszczalne tolerancje na szerokość ścieżki i grubość warstwy

Te dwie notatki fabrykacyjne pozwalają producentowi dostosować geometrię ścieżki lub warstwy tak, aby można było osiągnąć cel impedancji w ramach tolerancji określonej w Notatce 18.A.

Robiąc to, uwzględniasz fakt, że materiały używane przez zakład produkcyjny mogą mieć inną stałą dielektryczną niż te, które użyłeś w swoim projekcie. Ponieważ nie zawsze będą w stanie osiągnąć wymaganą stałą dielektryczną, będą musieli dostosować ścieżkę, aby skompensować wszelkie znaczące różnice, które powodują, że impedancja wykracza poza specyfikację określoną w Uwadze 18.A.

Kiedy będziesz gotowy, aby skompilować dokumentację dla swojego projektu PCB i wysłać pakiet plików produkcyjnych do produkcji, użyj automatycznych narzędzi rysunkowych w pakiecie Draftsman zawartym w Altium Designer®. Gdy będziesz gotowy, aby udostępnić dane produkcyjne swojemu producentowi, możesz łatwo współdzielić i współpracować nad swoimi projektami za pośrednictwem platformy Altium 365™. Wszystko, czego potrzebujesz do projektowania i produkcji zaawansowanej elektroniki, można znaleźć w jednym pakiecie oprogramowania.

Jaką wartość ekspansji maski lutowniczej należy użyć?

Warstwa maski lutowniczej zamyka PCB i zapewnia ochronną folię na miedzi na warstwach powierzchniowych. Maskę lutowniczą należy cofnąć z miejsc lądowania na warstwie powierzchniowej, aby uzyskać powierzchnię, na której można montować i lutować komponenty. Usunięcie maski lutowniczej z pada na górnej warstwie powinno sięgać pewnego dystansu wokół krawędzi pada, tworząc pady NSMD lub SMD dla twoich komponentów.

Jak daleko należy cofnąć ekspansję maski lutowniczej, aby zapobiec wadzie montażowej i zapewnić wystarczającą powierzchnię do lutowania? Okazuje się, że przy coraz mniejszych komponentach i coraz gęstszych układach, ekspansja maski lutowniczej może tworzyć małe strzępki maski lutowniczej, które zostaną na warstwie powierzchniowej. W pewnym momencie, minimalna dopuszczalna wielkość strzępka maski lutowniczej i wymagana ekspansja maski lutowniczej stają się konkurencyjnymi zasadami projektowania; może się okazać, że nie będziesz w stanie spełnić obu zasad jednocześnie.

Zrównoważenie ekspansji maski lutowniczej i strzępków 

Rozmiar pada obwodu vs. Tolerancja niezgodności rejestracji

To jest główny powód stosowania dodatniego rozszerzenia maski lutowniczej, co tworzy pad nieokreślony przez maskę lutowniczą (NSMD). Uzasadnienie tego ma związek z procesem trawienia miedzi; trawienie miedzi, będące mokrym procesem chemicznym, charakteryzuje się większą precyzją niż aplikacja maski lutowniczej. Dlatego, aby zapewnić, że cały obszar pada jest zawsze odsłonięty, stosujemy wystarczająco duże rozszerzenie maski lutowniczej wokół pada.

Niższa precyzja procesu aplikacji maski lutowniczej może prowadzić do niezgodności rejestracji, gdzie maska lutownicza nie pokrywa się idealnie z miejscem, w którym jest zdefiniowana w układzie PCB. Jednakże, jeśli rozszerzenie maski lutowniczej jest wystarczająco duże, może to skompensować niezgodność rejestracji i pad może być nadal w pełni widoczny przez maskę lutowniczą. Najmniejsza rekomendacja dotycząca rozszerzenia maski lutowniczej, jaką widziałem, to 3 mils ze wszystkich stron pada, co będzie kompensować niezgodność rejestracji około 2 mils.

Ten pad ma małą ilość niezgodności rejestracji maski lutowniczej.

Co jeśli twoje pady są już wystarczająco duże? W takim przypadku można uzasadnić wybór mniejszej wartości rozszerzenia maski lutowniczej. W tej sytuacji, jeśli użyjesz mniejszego rozszerzenia przy większych padach, nadal masz pewność, że obszar wystawionego pada będzie wystarczająco duży, nawet jeśli wystąpi pewne przesunięcie rejestracji. W każdym przypadku musisz również rozważyć potrzebę stosowania tam lutowniczych między pobliskimi padami/vias.

 

Minimalny rozmiar tamy lutowniczej

Minimalny rozmiar szczeliny maski lutowniczej ograniczy otwarcie ekspansji maski zatrzymującej lut, które możesz zastosować dla danego rozstawu wyprowadzeń. Jeśli rozstaw wyprowadzeń jest wystarczająco duży, zawsze możesz zastosować duże rozszerzenie maski lutowniczej, nie martwiąc się o osiągnięcie limitu tamy lutowniczej. Gdy rozstaw wyprowadzeń staje się mały lub gdy komponenty są umieszczane blisko siebie, możesz naruszyć minimalny rozmiar szczeliny maski lutowniczej. W takim przypadku musisz zdecydować, czy wolisz kompensować przesunięcie rejestracji, czy zapewnić, że zawsze istnieje jakaś tama lutownicza. W przypadku komponentów o drobnym rozstawie wyprowadzeń wolę to drugie.

Te lokalizacje naruszą ograniczenia producenta tkanin dotyczące minimalnego rozmiaru tamy lutowniczej. Defekty montażowe mogłyby zostać zapobiegane przez zastosowanie dodatkowego odstępu między padami dla różnych komponentów.

Ponieważ sieć maski lutowniczej musi mieć grubość co najmniej około 3 milów, aby przylegać do powierzchni podłoża PCB, zazwyczaj można dopasować minimalne rozszerzenie maski lutowniczej wokół pada, gdy odstęp między padami wynosi 20 milów lub więcej. Jeśli rozważasz wewnętrzne połączenia (takie jak wewnętrzne kule na stopce BGA), odpowiednie jest użycie padów SMD i umieszczenie małych zapór między padami a przelotkami.

Czy powinieneś pozwolić swojej fabryce decydować?

Jeśli ustawisz ogólną zasadę projektowania i zastosujesz rozszerzenie 0 mil lub 1 mil, aby osiągnąć wymaganą gęstość, twój producent może zastosować dodatkową wartość rozszerzenia. Jeśli to zrobią, mogą Ci o tym nie powiedzieć; powinieneś się spodziewać, że fabryka może zastosować to rozwiązanie, aby pokonać niezgodność rejestracji między szablonem maski lutowniczej a padami na warstwie powierzchniowej.

Moim preferencją było ustawienie maski na 0 mil w większości projektów z dwóch powodów:

• Jeśli nie mam do czynienia z układem o bardzo wysokiej gęstości, ślady, których używamy dla większości komponentów, będą miały wystarczająco duże pady, że typowa niezgodność rejestracji nie zmniejszy znacząco obszaru lutowania na padzie.
• Już wiem, że producent zwiększy rozprzestrzenianie się maski lutowniczej, ponieważ współpracuję z ograniczoną liczbą zakładów produkcyjnych; znam ich proces i będę miał okazję sprawdzić dokładnie, co chcą zmodyfikować, gdy wyślą mi ich raport DFM.

Punkt nr 2 powinien zilustrować, dlaczego powinieneś mieć preferowany zestaw firm produkcyjno-montażowych, z którymi współpracujesz, i powinieneś rozumieć ich proces. Moja firma ma kilku partnerów produkcyjnych, z którymi współpracujemy wyłącznie przy projektach klientów o niskim i średnim wolumenie. Wiemy, czego oczekują i jakie uwagi możemy otrzymać po wstępnej recenzji DFM/DFA.

Jeśli naprawdę chcesz przekazać swoje intencje producentowi, wyraź je jasno na swoim rysunku produkcyjnym. Dodaj notatkę do swojego rysunku produkcyjnego, która stwierdza, że producent ma pozwolenie na modyfikację otworów w masce lutowniczej w określonym zakresie (może +/- 3 mils). Inną opcją jest określenie tolerancji dla rozprzestrzeniania się maski lutowniczej, a następnie określenie minimalnej szerokości szczeliny. Zauważ jednak, że mogą odesłać płytę do Ciebie, jeśli Twoja tolerancja będzie zbyt ścisła, w którym to przypadku możesz potrzebować złagodzić wymagania dotyczące tolerancji.

Uwaga 10 w tych notatkach produkcyjnych określa, jakie poziomy rozszerzenia maski lutowniczej jestem gotów zaakceptować w tej konstrukcji. W tym przypadku określiłem, że preferuję, aby otwory maski lutowniczej odpowiadały rozmiarowi padów.

Po określeniu minimalnego rozszerzenia maski lutowniczej i najmniejszej dopuszczalnej szerokości, które są potrzebne do uniknięcia problemów z montażem, możesz użyć narzędzi CAD w Altium Designer®, aby zdefiniować swoje wzory lądowania i obrysy elementów. Ty i Twój zespół będziecie mogli pozostać produktywni i efektywnie współpracować nad zaawansowanymi projektami elektroniki za pośrednictwem platformy Altium 365™. Wszystko, czego potrzebujesz do projektowania i produkcji zaawansowanej elektroniki, można znaleźć w jednym pakiecie oprogramowania.

Czy to jest wydrukowane, czy komponent? Wszystko o punktach testowych PCB

Punkty testowe w Twoim montażu elektronicznym dadzą Ci miejsce do dostępu do komponentów i wykonania ważnych pomiarów w celu weryfikacji funkcjonalności. Jeśli nigdy nie używałeś punktu testowego lub nie jesteś pewien, czy potrzebujesz punktów testowych, czytaj dalej, aby zobaczyć, jakie opcje masz do wykorzystania punktów testowych w układzie PCB.

Punkty testowe PCB jako komponenty i elementy drukowane

Bardzo prosto rzecz ujmując, punkty testowe PCB mogą być celowo umieszczane jako elementy drukowane w projekcie, takie jak goła płytka lub przelotka z połączeniem do wewnętrznej ścieżki/płaszczyzny. Następnie można uzyskać do nich dostęp za pomocą urządzenia testowego podczas testowania elektrycznego, takiego jak podstawowe testy elektryczne (ciągłości), testowanie w obwodzie lub test sondą latającą bez użycia oprzyrządowania. Nawet jeśli nie umieścisz celowo punktów testowych jako pady lub inne oprzyrządowanie w układzie PCB, nadal możesz określić konkretne przewodniki jako punkty testowe.

Czy każdy projekt potrzebuje punktów testowych? Niekoniecznie; dla prototypu lepiej jest poświęcić czas na ręczne testowanie funkcjonalne, aby łatwiej zidentyfikować wszelkie awarie. Będziesz mógł zobaczyć i dotknąć płyt i przyrządów, z którymi pracujesz, więc będzie znacznie łatwiej zidentyfikować problemy podczas testowania. Jeśli skalujesz produkcję w jakikolwiek sposób i dokładnie oceniłeś swoje wymagania testowe, wtedy najlepiej jest umieścić punkty testowe do testowania w obwodzie lub testowania funkcjonalnego u producenta, dzięki czemu mogą oni automatyzować te podstawowe testy funkcjonalne na linii produkcyjnej.

Jeśli chodzi o to, czym są punkty testowe, mogą być one umieszczane jako komponenty, pady, przelotki lub inne drukowane elementy na twojej płytce. Punkty testowe mogą być również oznaczone do dostępu podczas produkcji lub montażu w oprogramowaniu do projektowania. Teraz przyjrzyjmy się niektórym opcjom, które masz do dyspozycji w zakresie punktów testowych na układzie PCB.

 

Test Point Pady i Przelotki

Jedną z rzeczy, którą możesz zrobić, to celowo umieścić pad wzdłuż połączenia lub gdzieś na magistrali jako punkt testowy. Możesz również umieścić to jako przelotkę, aby łatwo uzyskać dostęp do wewnętrznych warstw. Mogą być one umieszczone wzdłuż ścieżki (w szereg) lub na boku jako mały odgałęzienie. Dla sygnałów cyfrowych o niskiej prędkości i analogowych o niskiej częstotliwości (nawet jeśli są kontrolowane impedancją, nie będzie to problemem z integralnością sygnału. Bardziej specjalistyczne testy z sygnałami o wysokiej prędkości/wysokiej częstotliwości będą wymagały specyficznego układu testowego z kontrolowanymi i dopasowanymi impedancjami na każdym porcie; pamiętaj o tym, zanim zaczniesz umieszczać punkty testowe na każdym połączeniu.

Typowe jest umieszczanie tablicy punktów testowych wokół dużego procesora, aby można było uzyskać dostęp do ważnych sieci (PWR, GND, konfiguracja itp.) podczas testowania.

Składniki Punktu Testowego

Niektóre firmy produkują i sprzedają komponenty punktów testowych, które można montować bezpośrednio na płytce PCB. Przykładem od firmy Keystone jest pokazany poniżej. Ten komponent będzie zdefiniowany w schemacie jako komponent dwuzaciskowy i umieszczony w układzie tak jak każdy inny komponent przewlekany. Dostępne są również komponenty SMD.

Przykładowy punkt testowy (Keystone 5001)

Te komponenty są świetne do podłączania sondy w celu pomiaru przebiegu. Należy zauważyć, że mają one tylko jeden punkt połączenia. Jeśli połączyłeś ten punkt testowy szeregowo z docelowym połączeniem, możesz użyć tego komponentu do pomiaru przebiegu napięcia na docelowym połączeniu (np. za pomocą oscyloskopu). Przy niskich do umiarkowanych częstotliwościach (poniżej 1 GHz) i czasach narastania (powyżej 10-20 ns) możesz użyć bezpośredniego połączenia z sondą do wykonania pomiaru i nie musisz martwić się o impedancję punktu testowego czy odbicia, o ile częstotliwość jest wystarczająco niska. To sprawia, że te komponenty są dobre do dostępu do ważnych przebiegów, takich jak napęd silnika, analog niskiej częstotliwości, wolniejsze magistrale cyfrowe (na przykład I2C lub SPI) lub GPIO na twoim MCU podczas testowania funkcjonalnego.

Miksuj i łącz

Ogólnie rzecz biorąc, możesz mieszać i dopasowywać różne rodzaje punktów testowych w zależności od swoich potrzeb. Najlepsze praktyki dyktowałyby umieszczenie komponentu punktu testowego lub specyficznego oprzyrządowania testowego na płytce, jeśli potrzebujesz dostępu do połączenia międzykomponentowego lub przebiegu czasowego podczas testowania funkcjonalnego. W przeciwnym razie, dla testowania w obwodzie, testów sond latających lub testowania ciągłości, powinieneś umieścić pady lub przelotki, aby dotknąć określonych punktów na płytce. Punkty testowe, które nie są umieszczone jako specyficzne pady lub oprzyrządowania, są zazwyczaj definiowane na określonych przelotkach, padach komponentów, połączeniach zasilania/GND lub innych odsłoniętych przewodnikach na wyprodukowanej płytce PCB.

Komponenty punktów testowych mogą być umieszczone na tej samej płytce co punkty testowe do fabrykacji lub montażu.

Bardziej Specjalistyczne Testowanie

To, co tutaj pokazaliśmy, jest przeznaczone do testowania w obwodzie podczas produkcji/montażu, jak również do testowania PCB za pomocą sondy w celu sprawdzenia przebiegu lub poziomu. W przypadku czegoś bardziej wyspecjalizowanego, jak bardzo dokładny pomiar impedancji czy pomiar odpowiedzi impulsowej, proste punkty testowe PCB z prostym połączeniem przewodzącym (zarówno mechanicznie zamocowanym, jak i przylutowanym) mogą nie dać oczekiwanych wyników. Do połączenia punktu testowego PCB z generatorem sygnału lub analizatorem potrzebne są bardziej zaawansowane oprzyrządowania testowe. Jednym z przykładów jest projekt 2x-thru, jak określono w standardzie IEEE P370.

Często, gdy projektowany jest specjalistyczny interfejs do użytku w systemie o wysokiej częstotliwości lub szybkości, strategia polega na zbudowaniu płytki testowej, która utrzymuje interfejs i jego złącza. Jeśli określisz kontrolowaną impedancję dla swojego producenta, nie będą oni testować specjalistycznych projektów interfejsów (takich jak falowód), ponieważ nie będą mieli kuponu testowego, który ma Twój specyficzny interfejs. Standardowe typy linii transmisyjnych są w porządku, ale coś bardziej specjalistycznego wymaga, abyś sam zbudował kupon testowy, lub dostarczył pliki projektowe kuponu testowego do Twojego zakładu produkcyjnego PCB, aby mogli go przetestować.

Dla niektórych pomiarów PDN o niskiej impedancji z krótkimi impulsami lub skanowaniem częstotliwości poniżej około 10 GHz, można po prostu użyć połączeń koaksjalnych z sondami testowymi, które dotykają padów punktu testowego na PCB, aby uzyskać połączenie o niskiej impedancji. Jeśli wykonujesz pomiary w dziedzinie częstotliwości, aby uzyskać parametry sieci, bądź świadomy źródeł błędów związanych z wyborem odniesienia. Omówiłem to gdzie indziej w odniesieniu do integralności zasilania, podobnie jak inni eksperci specjalizujący się w pomiarach parametrów S o niskiej impedancji.

Gdy potrzebujesz umieścić punkt testowy PCB jako element drukowany, połączenie sondy lub specjalistyczną oprawkę testową, użyj kompletnego zestawu funkcji projektowych w Altium Designer®. Kompletny zestaw narzędzi do zarządzania punktami testowymi oraz narzędzie Draftsman mogą pomóc Ci określić wymagania dotyczące punktu testowego i wydajności Twojego produktu. Gdy zakończysz projektowanie i będziesz chciał przekazać pliki do producenta, platforma Altium 365™ ułatwia współpracę i udostępnianie projektów.

O ALTIUM

Altium LLC (ASX: ALU) to międzynarodowa korporacja oprogramowania z siedzibą w San Diego w Kalifornii, która skupia się na systemach projektowania elektroniki dla projektowania PCB 3D oraz rozwoju systemów wbudowanych. Produkty Altium znajdują się wszędzie - od wiodących na świecie zespołów projektujących elektronikę po podstawową społeczność projektantów elektroniki.

Dzięki unikalnemu zakresowi technologii Altium pomaga organizacjom i społecznościom projektowym w innowacjach, współpracy i tworzeniu połączonych produktów, pozostając jednocześnie w ramach terminów i budżetu. Dostarczane produkty to Altium Designer®, Altium Vault®, CircuitStudio®, PCBWorks®, CircuitMaker®, Octopart®, Ciiva® oraz TASKING® - seria kompilatorów oprogramowania wbudowanego.

Założone w 1985 roku, Altium posiada biura na całym świecie, z lokalizacjami w USA w San Diego, Bostonie i Nowym Jorku, lokalizacjami w Europie w Karlsruhe, Amersfoort, Kijowie i Zug oraz lokalizacjami w regionie Azji i Pacyfiku w Szanghaju, Tokio i Sydney. Aby uzyskać więcej informacji, odwiedź www.altium.com. Możesz również śledzić i angażować się z Altium za pośrednictwem Facebooka, Twittera i YouTube.
 

Pobierz PDF