Zapobieganie najczęstszym błędom DFM w projekcie PCB

 

Każda płyta obwodu powinna przestrzegać wytycznych DFM (design for manufacturability - projektowanie z myślą o produkcji), aby uniknąć potencjalnych błędów w produkcji i montażu. Skupia 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, aby ich unikać.

Przegląd projektowania PCB z myślą o produkcji (DFM)

Analiza DFM pozwala producentom przeglądać projekt płyty z różnych aspektów, aby najefektywniej modyfikować 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:

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

Najczęstsze błędy DFM

Często spotykane problemy DFM obejmują skrawki, przerwy w pierścieniach okólnych, pułapki kwasowe itp. Przyjrzyjmy się typowym naruszeniom i sposobom ich zapobiegania.

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:
Zastosuj minimalną szerokość fotoresistu, aby uniknąć tej wady. Zastosuj takie samo odstępy między sieciami (mniej niż 3 mil) lub szczelinę powietrzną, która może być usunięta lub wypełniona. Należyte analizy DFM są konieczne do zidentyfikowania możliwych obszarów, gdzie mogą powstać skrawki i rozwiązania problemów, jeśli takie występują.

 

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 zdecydować się na 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 skomplikować montaż płyty obwodowej, co sprawia, że czyszczenie i poprawki stają się trudniejsze.

 

Punkty Testowe

DFM obejmuje punkty testowe dla wszystkich ważnych sygnałów, aby sprawdzić elektryczną łączność po zbudowaniu płyty. Jeśli zostaną pominięte, sprawdzenie finalnego produktu będzie trudne. Oto kilka wskazówek, aby uniknąć możliwych problemów produkcyjnych:

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

Przewierty i Odległość Odwiertu do Miedzi

Odległość od wiercenia do miedzi to odległość od krawędzi wywierconego otworu do najbliższego elementu miedzianego. Jednak projektanci PCB biorą pod uwagę odległość od wiercenia do miedzi od gotowego 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:

Gotowy 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 od 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.

 

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.

 

Oto kilka wskazówek, jak unikać problemów DFM, które występują podczas wiercenia:

• Włącz do swojego projektu obszary z szerokimi pierścieniami anulującymi, dostosowując większe rozmiary padów. Zapewnia to dobrą przewodność i łatwość wiercenia przelotek w środku pada.
• Sprawdź, czy wiercenia pokryte są padami miedzianymi 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

Dołączenie liczby wierceń do wykresu wierceń jest kluczowe. Wykres wierceń jest dołączony do rysunku fabrycznego. Czasami wykres wierceń nie zgadza się z faktyczną liczbą wierceń. W takim przypadku konieczna będzie modyfikacja lub ponowne wygenerowanie wykresu wierceń.

 

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 międzywarstwowych 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 na obwodzie płyty. Można rozwiązać ten problem, dodając odstęp do projektu. Sprawdź następujące przybliżenia:

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

Odstępy między liniami:

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

 

Odstępy maski lutowniczej:

• Zachowaj odstępy maski lutowniczej większe niż pady lutownicze, z wyjątkiem przypadków, gdy pady określa maska lutownicza.
• 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).

 

Brakująca maska lutownicza

Czasami maska lutownicza może być częściowo lub całkowicie nieobecna między padami. Powoduje to ekspozycję nadmiaru miedzi, prowadząc do mostków lutowniczych i zwarcia, które kompromitują wydajność płytki. Dzieje się tak, gdy maska lutownicza nie jest zdefiniowana lub gdy ustawienia z większej płytki są stosowane do mniejszej, co prowadzi do dużych otworów padów.

 

Przestrzegaj tych wskazówek projektowych dla masek lutowniczych:

Względny rozmiar maski lutowniczej powinien być o 4 mils większy niż rozmiar cechy.
Utrzymuj szerokość/mostek maski lutowniczej na minimalnym poziomie 4 mils.
Zachowaj odstęp między krawędzią cechy miedzianej a krawędzią lutu na poziomie 2 mils.

Pułapki kwasowe

Kolejnym błędem DFM, na który warto zwrócić uwagę, jest pułapka kwasowa. Pułapka kwasowa to w zasadzie każdy projekt, który zawiera ostre kąty, które przyciągają do tego obszaru stężenia kwasu. Może to skutkować nadmiernie wytrawionymi ścieżkami i obwodami otwartymi jako produkt uboczny pułapek kwasowych.

 

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

Kontrole 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, wykonując DRC. Sitodruk może również nachodzić 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 nachodzą na pady i via, aby zapobiec nakładaniu się.

Szerokość linii i wysokość tekstu: Zalecamy minimalną szerokość linii 4 mils i wysokość tekstu 25 mils dla łatwej czytelności. Zawsze używaj standardowych kolorów i większych kształtów dla dobrej reprezentacji. Zwykle 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:

Jeśli powyższe specyfikacje nie są odpowiednie dla płytki o średniej gęstości, użyj następujących wymiarów:

Wysokość	Szerokość	Ścieżka
35 mils	25 mils	5 mils

Gdy powyższy rozmiar nie jest odpowiedni, należy odnieść się do poniższych danych: Dla płytki o średniej gęstości:

Wysokość	Szerokość	Ścieżka
25 mils	22 mils	5 mils

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

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 pozwala 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 do zasad 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 udostępniania danych produkcyjnych i wyników testów, a zmiany w projektach mogą być udostępniane przez bezpieczną platformę w chmurze oraz w Altium Designer.

Dopiero zaczynamy odkrywać możliwości, jakie oferuje Altium Designer na Altium 365. Zacznij swoją darmową wersję próbną Altium Designer + Altium 365 już dziś. I koniecznie odwiedź stronę internetową Sierra Circuits, aby dowiedzieć się więcej o procesach produkcyjnych i montażowych.