Najważniejsze 6 problemów DFM w PCB, które wpływają na każdy projekt

Jako projektant PCB musisz zarządzać różnorodnymi wymaganiami i oczekiwaniami. Należy wziąć pod uwagę aspekty elektryczne, funkcjonalne i mechaniczne. Ponadto, układ PCB musi zostać wyprodukowany w odpowiednim czasie, z najlepszą możliwą jakością, przy jak najniższych kosztach. I przez wszystkie te wymagania, musisz również uwzględnić DFM (Design for Manufacturability). To duża część procesu projektowania PCB i jeden, który często może powodować problemy, jeśli nie zostanie wykonany prawidłowo. Spójrzmy na 3 problemy DFM w projektach PCB.

Nierówne połączenia padów SMD

Małe komponenty SMD, takie jak 0402, 0201 itp., muszą mieć jednolite połączenie, aby zapobiec efektowi "tombstoning" podczas lutowania reflow. To samo dotyczy padów BGA, aby zapewnić niezawodne lutowanie. Jest to po prostu kwestia umieszczenia odpowiedniego rozmiaru pada na śladzie komponentu. Powszechne komponenty mają zdefiniowane rozmiary padów (np. pady na układach scalonych zgodnie z normami IPC-7351), które powinny być umieszczone w twoich śladach

Twój producent nie zawsze będzie oglądał twoje pliki projektowe, aby to sprawdzić. Zamiast tego, prawdopodobnie będą oni oglądać twoje pliki Gerber oraz netlistę i mogą porównywać ślady z rozmiarami komponentów w twojej specyfikacji materiałowej. W zależności od poziomu usług inżynierii jednorazowej, które zamówisz, twój producent może nie zauważyć tej konkretnej rekomendacji, dopóki nie będzie za późno. Po fabrykacji, procedura testowa, aby zapewnić równomierne połączenie z padem, obejmuje inspekcję rentgenowską. Zanim wyślesz swój projekt do fabrykacji, powinieneś sprawdzić wszystkie zaprojektowane przez siebie ślady, aby upewnić się, że są one poprawne dla rozmiaru wyprowadzeń komponentu.

Niepoprawne otwarcie maski lutowniczej na padach SMD

Otwór w masce lutowniczej (nazywany również rozszerzeniem maski lutowniczej lub aperturą maski lutowniczej) to jeden ze sposobów, aby utrzymać lut na docelowym padzie podczas lutowania ręcznego lub falowego. Podczas lutowania na docelowym padzie tworzy się kula lutu, ale duża kula lutu może się zapadać i płynąć wokół pada przy wysokich temperaturach. Umieszczenie małego otworu w masce lutowniczej wokół pada utrzyma kulę lutu na miejscu podczas lutowania, nawet jeśli zdeponowana kula lutu jest nieco za duża. Podobna technika jest używana w rozprowadzeniu typu dog-bone dla BGA, gdzie mała ilość maski lutowniczej blokuje pad od via (nazywane tamą lutowniczą).

Ten problem zostaje rozwiązany podczas tworzenia śladów dla komponentów, które będą miały zdefiniowany otwór w masce lutowniczej wokół pada. Ogólnie otwór w masce lutowniczej będzie się rozciągał o ~4 do 5 mils poza krawędź pada. Jeśli apertura maski lutowniczej jest zbyt duża, nie zapobiegnie to przepływowi kuli lutu i tworzeniu mostków podczas lutowania falowego.

Otwarte Via w Padach SMD

Jest to powszechnie dzielona mądrość dotycząca projektowania płytek drukowanych, że należy unikać via-in-pad za wszelką cenę. Jeśli przelotka zostanie umieszczona zbyt blisko regionu lutowania, otwór może pozwolić cynie przesiąknąć na tył płytki obwodu. Jeśli via łączy bezpośrednio z dużą płaszczyzną w wewnętrznej warstwie, ciepło będzie rozpraszane w płaszczyźnie. Może to stworzyć zimne złącze lub spowodować tombstoning podczas lutowania falowego.

Via-in-pad ma swoje miejsce w projektowaniu PCB, szczególnie w projektach HDI z bardzo drobnym rozstawem BGA. W innych sytuacjach, gdy pożądane jest zminimalizowanie ścieżki do masy, użyj krótkiej ścieżki z maską lutowniczą lub zmetalizowanymi przelotkami. Aby zapobiec nadmiernemu rozpraszaniu ciepła do warstwy płaszczyzny podczas lutowania, umieść przelotkę z ulgą termiczną na połączeniu z płaszczyzną.

Do tej pory omówiliśmy 3 wspólne problemy z padami i przelotkami w DFM. Przeczytaj więcej o tych problemach DFM w tych artykułach:

• Unikaj typowych problemów z padami i przelotkami podczas ostatniej kontroli DFM
• Typowe wady procesu SMT, których należy unikać podczas lutowania

Pułapki kwasowe

Proces tworzenia obrazu miedzi na poszczególnej warstwie płytki drukowanej zależy od wielu czynników. Miedź jest usuwana z materiału laminowanego za pomocą roztworu trawiącego na bazie alkaliów, który reaguje z miedzią i powoli ją rozpuszcza. Elementy miedziane na PCB z ciasnymi zakrętami mogą powodować, że lepki roztwór trawiący zostaje uwięziony, co jest znane jako pułapka kwasowa, co prowadzi do nadmiernego trawienia pobliskiej miedzi. Prowadzi to do nadmiernej chropowatości miedzi w miejscu pułapki kwasowej.

Należy zauważyć, że problem pułapek kwasowych został częściowo rozwiązany poprzez użycie roztworów trawiących o niskiej lepkości. Jeśli planujesz trasowanie pod kątem 90 stopni lub innymi rozwartymi kątami, upewnij się, jakiego rodzaju środka trawiącego używa producent i czy powoduje on pułapki kwasowe.

Odstępy

Utrzymanie odpowiednich odstępów jest podstawowym aspektem projektowania PCB, ale Twoje narzędzia do trasowania pozwolą Ci zdefiniować prawie dowolny odstęp, jeśli nie ustawisz odpowiednich zasad projektowania. Ścieżki muszą być utrzymane w odpowiedniej odległości od padów, innych ścieżek i wylewek miedzi, aby umożliwić kompletny proces trawienia i zrobić miejsce na tolerancje produkcyjne.

Inny powód, dla którego należy utrzymywać odpowiednie odstępy, pojawia się w projektowaniu wysokiego napięcia. W przypadku Według norm IPC 2221, minimalny odstęp między ścieżką a jakimkolwiek innym przewodnikiem zależy od średniej różnicy potencjałów między tymi elementami przewodzącymi. Celem jest tutaj zapobieganie niezamierzonemu wyładowaniu elektrostatycznemu (ESD), przewodzeniu anodowemu filamentacji dla blisko rozmieszczonych przewodników oraz korozji elektrochemicznej.

Typowe naruszenia norm niezawodności

Istnieje długa lista norm IPC, które mają na celu zapewnienie niezawodności. Normy te obejmują wszystko, od rozmiarów pierścieni anulujących przez via po stosunki aspektów i wszystko pomiędzy. Niektóre typowe wymagania dotyczące niezawodności określone w normach IPC dotyczą:

• Łez na padach i via
• Rozmiarów pierścieni anulujących
• Rozmiarów via/mikrovia i stosunków aspektów
• Wzorców lądowania
• Szerokości ścieżki w stosunku do prądu i wzrostu temperatury

Producenci mogą sprawdzać twoje pliki Gerber lub pliki projektowe, jak również twoje wymagania testowe, aby określić, które normy mogłeś nieumyślnie naruszyć. Pamiętaj, że normy IPC są dobrowolne (z wyjątkiem branż ściśle regulowanych), ale nadal powinieneś projektować zgodnie z tymi normami, ponieważ udowodniły one, że stanowią one podstawę dla niezawodności PCB.

Wykrywanie problemów DFM za pomocą oprogramowania do projektowania PCB sterowanego regułami

Problemy DFM opisane powyżej stanowią tylko małą część potencjalnych problemów, które mogą pojawić się w układzie PCB. Zarządzając wymaganiami od producenta jako zasadami projektowania PCB, możesz zapewnić, że Twoja płyta zostanie stworzona poprawnie za pierwszym razem i będzie niezawodna. Środowisko projektowania oparte na zasadach w Altium Designer zostało stworzone, aby pomóc Ci przestrzegać ważnych zasad projektowania elektrycznego i wspólnych wymagań DFM.

Altium Designer na Altium 365 dostarcza niespotykany dotąd poziom integracji dla branży elektronicznej, dotychczas zarezerwowany dla świata rozwoju oprogramowania, umożliwiając projektantom pracę z domu i osiąganie niespotykanych poziomów efektywności.

Dopiero zaczynamy odkrywać, co jest możliwe do zrobienia z Altium Designer na Altium 365. Możesz sprawdzić stronę produktu dla bardziej szczegółowego opisu funkcji lub jednego z Webinarów na Żądanie.

Zobacz Altium Designer^® w akcji...

Potężne projektowanie PCB