Design Com Foco na Fabricação: Uma Nova Visão sobre DFM/DFA

Guia Completo para Análise de DFM

Um bom amigo meu tem uma piada sobre planejar um novo design de PCB para fabricação: ele costuma perguntar “você já ligou para o seu fabricante hoje?” para enfatizar que você deve se envolver com seu parceiro de fabricação várias vezes durante o processo de design. Isso é algo que os designers muitas vezes esquecem, e pode levar a grandes dores de cabeça antes da fabricação em grande escala. O fato é que sua placa deve passar por várias rodadas de análise de DFM para garantir a fabricabilidade, tanto em termos de fabricação quanto de montagem.

Então, quando você deve começar a submeter seu design à análise de DFM? Outra pergunta importante pode ser: qual é a melhor maneira de acelerar o processo de análise de DFM? Há muito o que verificar em qualquer placa, e inspecionar completamente os designs para fabricabilidade pode ser demorado, especialmente em layouts complexos. Aqui está o que esperar da análise de DFM e como fazer seu design passar pelo processo rapidamente.

O Que Entra na Análise de DFM para PCBs?

De forma ampla, a análise DFM aplica-se a tudo o que precisa ser fabricado em escala. Produtos fabricados precisam ser projetados para se adequarem ao processo usado para produção em alta volume, então um design precisa ser inspecionado para garantir que nada no projeto criará baixo rendimento, defeitos ou baixa durabilidade. Atualmente, seu fabricante de PCB e montador de PCB podem estar em lados opostos do globo, e é crítico garantir que todos tenham acesso a um único repositório controlado de informações do projeto para realizar a análise DFM.

A análise DFM para PCBs envolve verificar se o design estará de acordo com os processos de fabricação e montagem do seu fabricante. Qualquer designer experiente deve saber que a lista de possíveis escolhas de design que podem comprometer a qualidade é longa. Eu sei que ainda não memorizei todos os possíveis problemas de fabricabilidade que podem estar escondidos em um design, então eu frequentemente dependo do meu fabricante para inspecionar minhas placas quando estou prestes a iniciar uma produção.

Inspeccione Seu Design Frequentemente

Isso levanta um ponto importante: quando você deve realizar algumas verificações de DFM no seu projeto? Se você está fazendo placas mais simples, provavelmente está tudo bem confiar no seu fabricante para realizar uma verificação final de DFM antes da produção; verificações profundas repetidas de DFM apenas consomem tempo excessivo quando seu fabricante pode realizar isso rapidamente. Para algo mais avançado, como placas de sinal misto de alta contagem de camadas com tolerâncias apertadas e múltiplos padrões de sinalização, várias análises de DFM são necessárias para identificar problemas de qualidade potenciais antecipadamente.

A melhor maneira de prevenir mudanças desnecessárias no design antes da fabricação é realizar análises de DFM em vários momentos diferentes:

• Ao selecionar componentes: Isso se relaciona principalmente a tamanhos de componentes passivos, particularmente 0201 e 01005. Se você precisa usar esses pequenos componentes, apenas certifique-se de que seu fabricante pode lidar com eles.
• Durante o planejamento do layout: Neste ponto, ainda estamos determinando alguns aspectos básicos da placa, como a possível contagem de camadas, a gama de larguras de trilhas, tamanhos de vias, se precisaremos recorrer a HDI, quais laminados de PCB usar, e qual Nível de Produzibilidade IPC será aplicável ao design.
• Após a colocação dos componentes: Uma vez que você tenha colocado os componentes, considere o processo de montagem, particularmente no que diz respeito à soldagem em placas SMD de dupla face. Pense também em como quaisquer componentes aterrados serão soldados ao seu plano de referência e se eles precisam de alívios térmicos.
• Planejando o empilhamento: Você ficaria surpreso com quantos empilhamentos precisam ser modificados antes que um design possa ser colocado em fabricação. Isso é tão simples quanto pedir ao seu fabricante por uma tabela de empilhamento verificada.
• Após gerar os Gerbers: Alguns defeitos são mais fáceis de ver nos seus arquivos Gerber, então é melhor verificar seus Gerbers em busca de coisas como sobreposições de furos de broca e proporções de via.
• Em colaboração com a equipe de MCAD: Em alguns casos, a colocação de conectores soldáveis ou outros elementos mecânicos pode criar folgas excessivamente apertadas.

Existem alguns desses pontos que valem a pena elaborar, pois podem não ser frequentemente discutidos em outros artigos.

Distâncias entre Componentes

Alguns pontos que se aplicam a conectores também se aplicam a qualquer outro componente, mas há um outro ponto sobre folgas que vale a pena verificar. Certifique-se de ter permitido a expansão durante a montagem, especialmente em conectores com uma capa ou base de plástico. Se dois componentes estiverem muito próximos e eles se expandirem durante a soldagem, ambos podem se descolar da placa durante a montagem.

Verificar as folgas na análise DFM teria nos ajudado a antecipar o descolamento de componentes durante uma recente produção.

Olhando para as Pegadas

Obviamente, você deve se esforçar para garantir que suas pegadas estejam verificadas. Isso pode ser feito manualmente, ou apenas usando componentes verificados diretamente dos fabricantes quando disponíveis. No entanto, uma vez que uma pegada é inserida no layout, você precisará verificar as aberturas da máscara de solda, a folga para vias, a folga para outros componentes, as proporções de aspecto das vias e mais. Se você não estiver usando um software com os recursos certos de verificação de regras, você pode deixar um pad térmico flutuando, ou você pode colocar um furo de broca muito próximo a uma filé de solda. Você pode olhar diretamente para o layout da PCB, mas é perfeitamente aceitável gerar Gerbers preliminares e comparar suas camadas (veja abaixo).

Você pode identificar componentes que precisam de aberturas de máscara de solda e gotas de solda a partir de arquivos Gerber intermediários.

Verificação de Empilhamento

Pode parecer simplista, mas você passará por esta etapa com cores vibrantes se simplesmente pedir ao seu fabricante um empilhamento com a contagem de camadas e o arranjo de camadas desejados. Eles já realizaram a análise DFM necessária para garantir que empilhamentos de camadas específicos passarão pelo processo deles. Eles fornecerão a largura do traço, o espaçamento entre traços (para pares diferenciais) e a espessura da camada que você precisará usar com os materiais laminados desejados. Em alguns casos, você pode se surpreender ao descobrir que o material laminado desejado não está disponível e precisará usar um equivalente próximo.

Se você contatar seu fabricante cedo, eles enviarão uma tabela de empilhamento qualificada.

Para empilhamentos de 4 camadas, você provavelmente receberá o empilhamento padrão de 8mil/40mil/8mil S/P/P/S, resultando em uma espessura total de 62 mil. Empilhamentos mais complexos podem exigir uma tabela personalizada, especialmente quando você tem uma placa que precisa de roteamento com impedância controlada. Se você obter as informações de empilhamento cedo, não correrá o risco de aplicar a largura de traço e o espaçamento errados necessários para a impedância controlada, tudo já estará verificado.

Análise DFM Antes da Fabricação

Uma vez que você tenha terminado sua placa e a tenha enviado para fabricação, seu fabricante deve realizar sua própria análise DFM usando seus arquivos Gerber finalizados. Note que eu escrevo "deve" aqui porque nem todos os fabricantes farão isso; com alguns fabricantes, você faz o upload dos seus Gerbers e eles produzirão a placa exatamente como aparece nos seus arquivos de fabricação sem questionar. Para alguns fabricantes, você precisará solicitar explicitamente esse nível de serviço, pois diferentes níveis de serviço só estarão disponíveis como um adicional.

Uma vez que você receba sua análise DFM do seu fabricante, você verá muitos resultados nas seguintes duas áreas: verificações de folgas contra capacidades do processo e verificações contra requisitos específicos da indústria.

Verificando Tamanhos de Recursos Contra Capacidades do Processo

Quando você coloca seus arquivos de design com seu fabricante e eles realizam sua análise DFM, provavelmente você verá muitos resultados em torno de verificações de folgas. O fabricante já deve verificar as áreas listadas acima, mas eles também precisarão comparar os tamanhos de seus recursos e folgas contra suas capacidades de processo. Mesmo que você tenha passado por esse processo com Gerbers preliminares como parte da cotação, é melhor executar isso novamente, pois você pode ter perdido algo.

Um exemplo de relatório de análise DFM de um dos meus fabricantes ITAR preferidos é mostrado abaixo. Nesta tabela, podemos ver onde há espaçamento, tamanhos de anéis anulares e distâncias entre furos passantes e cobre. Na última linha, você pode ver que minha configuração de distância entre trilha e cobre está muito baixa, e os pads em algumas impressões têm tamanhos pequenos de anéis anulares.

Exemplo de relatório de análise DFM mostrando distâncias comparadas às capacidades do processo.

Neste exemplo, temos múltiplos erros ao longo de uma impressão específica, que por acaso é um pacote TO-92. Neste caso, o tamanho do furo na biblioteca integrada era muito grande, o que forçou o anel anular ao redor da borda a ser muito pequeno para manter as distâncias. Após redimensionar o furo, conseguimos espaço para um anel anular Classe 2 enquanto ainda deixávamos bastante distância para evitar curtos-circuitos.

Para um design grande e complexo com milhares de redes, como seu fabricante verifica cada possível característica no layout da sua PCB? Existem aplicações que ajudam a automatizar esse processo e compilarão um relatório com quaisquer violações de processo. Alguns fabricantes têm suas próprias aplicações que usarão internamente, enquanto outros lhe darão acesso a um programa para download que você pode usar para verificar seu design antes da fabricação.

Revisão de Conformidade com as Classes IPC

Outra área de requisitos de design que pode exigir mais experiência é a revisão da conformidade com as Classes IPC. Um ponto importante a indicar durante o processo de cotação é qual nível de qualificação IPC você está buscando, se houver. Isso envolve verificar teardrops, tamanhos de anéis anulares, diâmetros de furos e pads versus peso do cobre, capacidade de metalizar vias e furos, e requisitos de espessura dielétrica, apenas para citar alguns dos principais requisitos de confiabilidade. O layout físico será comparado com as capacidades do fabricante para garantir que o design resultante possa atender aos requisitos de qualificação e desempenho definidos nas normas IPC, e alterações precisarão ser feitas antes da fabricação.

Como Enviar os Dados de Seu Design para Seu Fabricante Rapidamente

Qual é a maneira mais rápida de colocar os arquivos nas mãos do seu fabricante e como você pode garantir que eles entendam completamente a intenção do seu design? Você precisará do melhor conjunto de ferramentas de colaboração em nuvem que puder encontrar. Hoje em dia, com tudo sendo feito digitalmente, os designers de PCB precisam de ferramentas que os ajudem a colaborar em projetos complexos e compartilhá-los com seus parceiros de fabricação. Com a plataforma Altium 365, é fácil compartilhar rapidamente tudo, desde lançamentos completos de projetos até arquivos de design individuais com seu fabricante, outros membros da equipe e clientes.

O Altium 365 também ajuda a otimizar a análise de DFM com um conjunto completo de recursos de documentação, incluindo:

• Ferramentas de hospedagem e gerenciamento de componentes e bibliotecas
• Um sistema integrado de controle de versão baseado em Git 
• Integração com ferramentas de banco de dados internas ou aplicações de controle de versão externas
• Recursos de acesso e gerenciamento de usuários

Dentro do Altium 365, existe uma maneira extremamente conveniente de enviar sua placa para o fabricante com o recurso Enviar para o Fabricante. Uma vez que um projeto é liberado no seu Espaço de Trabalho Altium 365, você pode entrar na liberação do seu projeto e clicar no botão “Enviar para o Fabricante” no topo da tela, conforme mostrado abaixo. Seu fabricante pode então abrir o projeto no Altium Designer, ou eles podem baixar os arquivos de liberação e colocar seus arquivos de fabricação através de uma aplicação de análise de DFM.

Uma vez que um projeto é liberado no seu Espaço de Trabalho Altium Designer, você pode dar acesso ao seu fabricante.

Uma vez que seu projeto esteja com o fabricante, ele pode comentar pontos específicos do design, o que ajudará a garantir que não haja confusão ao ler um relatório de análise DFM. Esses comentários podem então ser visualizados online no Altium 365 através do seu navegador, ou no layout da PCB quando você abrir seu projeto no Altium Designer. Nenhum outro serviço baseado na nuvem ajuda você a passar por múltiplas rodadas de análise DFM como o Altium 365.

A maneira mais rápida de levar seu design através de múltiplas rodadas de análise DFM enquanto rastreia mudanças nos projetos ao longo do processo é usar a plataforma Altium 365™. Você terá todas as ferramentas necessárias para compartilhar, armazenar e gerenciar todos os seus dados de design de PCB em uma plataforma segura na nuvem. Altium 365 é a única plataforma de colaboração na nuvem especificamente para design e fabricação de PCB, e todas as funcionalidades no Altium 365 integram-se com as ferramentas de design de classe mundial no Altium Designer®.

Prevenindo os Principais Erros de DFM no Seu Design de PCB

Toda placa de circuito deve obedecer às diretrizes de DFM (design para manufaturabilidade) para evitar potenciais erros de fabricação e montagem. Isso também se concentra na redução de custos, melhoria da qualidade e fabricação sem defeitos. Neste artigo, explicaremos alguns dos principais erros de DFM em PCBs e várias técnicas para evitá-los.

Prevenindo os Principais Erros de DFM no Seu Design de PCB

A análise de DFM permite que os fabricantes revisem o design da placa sob vários aspectos para modificar seus materiais, dimensões e desempenho da maneira mais eficiente. Ela detecta os problemas de design instantaneamente e os corrige bem antes da produção. Uma abordagem passo a passo da análise de design para manufaturabilidade consiste nos seguintes atributos:

• Identificação de violações de design que afetarão o processo de fabricação. 
• Determinação do processo de fabricação preciso de acordo com a geometria e necessidade de material. 
• Inspeção do design da placa e determinação se a especificação estará alinhada com o produto acabado.
• Seleção de materiais (conforme propriedades, resistência física e textura) que dependem das dimensões da placa.
• Garantir que o design siga a conformidade regulatória para cumprir os padrões de qualidade e confiabilidade.

Principais Erros de DFM

Os problemas comuns de DFM incluem lascas, quebra do anel anular, armadilha de ácido, etc. Vamos dar uma olhada nas violações comuns e suas prevenções.

Prevenção de Lascas

Lascas são pequenas cunhas de filme seco resistente que expõem o cobre e criam curtos-circuitos. Elas podem ser condutivas (cobre) ou não condutivas (resistência de solda). Há duas razões que levam à formação de lascas. O primeiro caso é quando uma característica longa e fina do cobre ou máscara de solda é corroída. Lascas que se soltam causam curtos durante a fabricação. No segundo caso, lascas se formam ao cortar uma seção do design da placa muito de perto ou profundamente. A funcionalidade de uma placa de circuito pode ser adversamente afetada por isso.

Solução:

Implemente uma largura mínima de fotoresistência para evitar esse defeito. Aplique o mesmo espaçamento de rede (menos de 3 mils) ou espaço de ar que pode ser removido ou preenchido. Uma análise de DFM adequada é necessária para identificar possíveis áreas onde lascas poderiam se formar e resolver problemas, se houver.

Instantâneo CAM de lascas de cobre

Instantâneo CAM de lascas de máscara de solda

Lascas de cobre

Seleção de Componentes

A seleção de componentes deve ser feita com base na sua disponibilidade, considerações sobre o tempo de entrega e monitoramento de peças obsoletas. Isso garante que os componentes estejam disponíveis bem antes do início da fabricação.

Determine os tamanhos dos componentes e pacotes estudando adequadamente a BOM. Você pode optar por componentes maiores para resistores e capacitores quando houver espaço suficiente. Por exemplo, use um capacitor/resistor de tamanho 0603 ou 0805 em vez de um 0402/0201. A seleção é influenciada pela tensão, corrente e frequência. Quando possível, escolha pacotes menores; caso contrário, selecione os maiores. O uso excessivo de pacotes de componentes pequenos pode complicar a montagem da placa de circuito, tornando a limpeza e o retrabalho mais difíceis.

Componentes pequenos em uma PCB

Pontos de Teste

O DFM inclui pontos de teste para todos os sinais importantes para verificar a conectividade elétrica após a construção da placa. Se excluídos, será difícil verificar o produto final. Aqui estão algumas dicas para evitar possíveis problemas de fabricação:

• Para facilitar o teste, coloque todos os pontos de teste no mesmo lado da placa.
• Mantenha uma distância mínima de 0,100 polegadas entre os pontos de teste para aumentar a eficácia do teste. 
• Designe a área para componentes mais altos.
• Distribua todos os pontos de teste uniformemente para fácil acesso com múltiplas sondas.
• Projete seu layout tendo em mente as tolerâncias de fabricação.

Vias e Distância de Perfuração ao Cobre

A distância de perfuração ao cobre é a distância da borda de um furo perfurado até o recurso de cobre mais próximo. Mas os projetistas de PCB consideram a distância de perfuração ao cobre do tamanho do furo acabado (FHS) até o recurso de cobre mais próximo.

Os projetistas devem sempre considerar o diâmetro perfurado (FHS + tolerância de perfuração) para determinar a distância correta. O diâmetro de perfuração pode ser determinado pela equação abaixo:

Tamanho do furo acabado + tolerância = diâmetro de perfuração

Normalmente, a distância deve ser de 5-8 mils, mas depende da contagem de camadas. As ferramentas de layout de placa não têm nenhuma verificação de regra de design (DRCs) específica para distância de perfuração ao cobre. No entanto, se você usar um espaçamento adequado no seu design, você pode ter um afastamento de 8 mils. Este é o atributo mais importante a considerar ao fazer análise de DFM.

Distância de perfuração ao cobre

Em anéis anulares, tangência ou ruptura pode ocorrer quando a broca não alcança o ponto desejado e se desloca no mesmo eixo. Isso causa interconexões marginais e afeta a confiabilidade.

Ruptura do anel anular

Aqui estão algumas dicas para evitar problemas de DFM que ocorrem durante a perfuração:

• Incorpore áreas de anel anular largas em seu design, adaptando tamanhos de pad maiores. Isso garante boa condutividade e facilidade de perfuração de vias no meio do pad.
• Verifique se as perfurações metalizadas possuem pads de cobre em todas as camadas de cobre.
• Sierra Circuits recomenda um mínimo de 8 mils de distância da perfuração ao cobre.
• Mantenha uma proporção de aspecto mínima para prevenir a má registro da perfuração.
• Defina o tipo de perfuração (PTH/NPTH) e a contagem/tamanho da perfuração.
• Certifique-se de que as características de cobre e as perfurações se encaixem dentro do perfil da placa.
• Desenhe um anel anular maior ou igual ao tamanho mínimo do anel anular (4 mils) que pode ser fabricado pelo fornecedor/casa de fabricação.
• Adicione lágrimas (teardrops) para prevenir a ruptura do anel anular em designs complexos e anéis anulares menores. 

O Número de Perfurações Deve Corresponder ao Gráfico de Perfuração

É crucial que o número de perfurações corresponda ao gráfico de perfuração. Um gráfico de perfuração está incluído no desenho de fabricação. Às vezes, o gráfico de perfuração não corresponde à contagem real de perfurações. Nesse caso, será necessário modificar ou regenerar o gráfico de perfuração.

Exemplo de gráfico de perfuração de PCB

Como um ponto de design simples, tente minimizar o número de diferentes tamanhos de brocas usados no layout da PCB. É melhor escolher um ou dois tamanhos de via que possam lidar com a maioria das transições de camadas para sinais, e possivelmente alguns outros que serão usados para furos de montagem ou furos não metalizados.

Distâncias de Segurança

Existem três tipos de distâncias de segurança a observar na análise DFM.

Distância da borda:

Muitos designers esquecem de fornecer uma distância de segurança adequada entre o cobre e a borda da PCB. A proximidade do cobre com a borda pode criar curtos entre camadas adjacentes se corrente for aplicada a elas. Isso é resultado do cobre exposto ao redor do perímetro da placa. É possível resolver esse problema adicionando uma distância de segurança ao design. Verifique as seguintes aproximações:

• Para camada externa: 0,010”
• Para camada interna: 0,015”

Espaçamento entre linhas:

O espaçamento entre linhas é a distância mínima entre dois condutores. Depende dos materiais, peso do cobre, variações de temperatura e tensão aplicada. Também depende das capacidades do fabricante.

 

Distâncias de Segurança da Máscara de Solda:

• Mantenha a distância de segurança da máscara de solda maior que os pads de solda, exceto no caso de pads definidos pela máscara de solda.
• A melhor maneira de prevenir pontes de solda é estender a abertura da máscara para o pad de cobre ou fornecer alívio de barril (folga da máscara de solda = tamanho da broca + 3 mils).

Folga da máscara de solda

Armadilhas de Ácido

Outro erro de DFM a ser observado é uma armadilha de ácido. Um design que incorpora ângulos agudos atrairá concentrações de ácido para essa área. Isso pode resultar em trilhas excessivamente corroídas e circuitos abertos.

 

Evite posicionar as trilhas que chegam aos pads em ângulos agudos. Posicione as trilhas a 45° ou 90° em relação aos pads. Verifique se nenhum dos ângulos das trilhas criou armadilhas de ácido após o roteamento das trilhas.

Verificações de Silkscreen

A verificação de silkscreen envolve os diferentes atributos que influenciarão a análise de DFM e evitarão possíveis erros. Aqui estão algumas diretrizes importantes:

Orientação: O silkscreen pode ficar sobre os pads, e isso deve ser verificado executando um DRC. O silkscreen também pode sobrepor um furo de via, embora isso seja aceitável se as vias estiverem cobertas. Isso pode acontecer ao rotacionar o texto e ajustar as marcas de designador de referência do componente. Apare as marcas de designador de referência que ultrapassam pads e vias para evitar sobreposição.

Certifique-se de que a orientação do seu silkscreen seja consistente

Largura de linha e altura do texto: Recomendamos uma largura de linha mínima de 4 mils e altura de texto de 25 mils para fácil leitura. Sempre use cores padrão e formas maiores para uma boa representação. Tipicamente, o tamanho deve ser de 35 mils (altura do texto) e 5 mils (largura da linha). Se a placa não for densa e houver espaço suficiente para texto grande, use o seguinte tamanho:

Caso as especificações acima não funcionem para uma placa de densidade média, use o seguinte tamanho:

Quando o tamanho acima não funcionar, consulte o seguinte: Para uma placa de densidade média:

 

Método de impressão de silkscreen: O método específico influencia muitos parâmetros de design, como tamanho, folgas, etc., e elementos como pads, vias e trilhas. Especifique estes de acordo com a impressão manual de silkscreen, imagem fotográfica líquida e impressão direta de legenda.sobreposição.

Priorizando marcações: Priorize a marcação de silkscreen conforme a classificação: requisitos regulatórios, identificação do fabricante, auxílios de montagem e auxílios de teste.

Seguir as diretrizes de design para fabricabilidade ajuda você a reconhecer erros nas fases iniciais do projeto. Felizmente, o motor de DRC no Altium Designer pode ajudá-lo a identificar esses problemas antes de prosseguir para a produção. Após consultar seu fabricante, você pode programar as restrições listadas acima nas regras de design da sua PCB para garantir que possa rapidamente identificar e corrigir erros. Uma vez que seu design esteja pronto para uma revisão de design detalhada e fabricação, sua equipe pode compartilhar e colaborar em tempo real através da plataforma Altium 365™. As equipes de design podem usar o Altium 365 para compartilhar dados de fabricação e resultados de testes, e as alterações de design podem ser compartilhadas através de uma plataforma de nuvem segura e no Altium Designer.

Diretrizes de DFA para um Design de PCB Eficiente

Todo PCB que deseja se tornar um dispositivo real precisará ser montado com alta taxa de sucesso. Um planejamento estratégico é necessário para garantir que a placa possa ser montada corretamente na primeira tentativa. Entender algumas diretrizes básicas de DFA pode ajudar a garantir que seu design passe pela montagem de fabricação com defeitos mínimos e sem necessidade de retrabalho.

DFA é um processo que consiste em três etapas. Na primeira etapa, o design do layout da placa é levado em consideração. Durante esta etapa, são considerados o espaçamento entre componentes, a direção da soldagem e a redução de custos para montagem. Na etapa subsequente, arquivos Gerber ou ODB++ são validados quanto a espaçamentos e orientação dos componentes, footprints e diversos métodos de limpeza. Na etapa final, são identificados os requisitos para soldagem por onda, soldagem por refusão e soldagem manual.

 

Objetivos do DFA

Padronização

Todo projetista de placas terá dificuldades em prever os desafios que podem surgir ao trabalhar em um novo design de PCB. O principal objetivo da padronização é minimizar o nível de incerteza, utilizando peças e técnicas que funcionaram anteriormente. Abaixo estão algumas maneiras de garantir a máxima padronização no seu design:

• Valide cuidadosamente a fonte de cada componente para garantir a autenticidade dos componentes. Fontes não autorizadas aumentam o risco de atrasos, desinformação e peças falsificadas.
• Tente reduzir o número de pacotes de componentes únicos para facilitar o processo de design para montagem e minimizar possíveis erros. Por exemplo, se houver discrepâncias entre o footprint e o padrão de terra, os ajustes de layout necessários serão realizados mais rapidamente, uma vez que o design terá menos padrões de terra únicos.

Validação de Componentes

Todo projetista de placas terá dificuldades em prever os desafios que podem surgir ao trabalhar em um novo design de PCB. O principal objetivo da padronização é minimizar o nível de incerteza, utilizando peças e técnicas que funcionaram anteriormente. Abaixo estão algumas maneiras de garantir a máxima padronização no seu design:

Um dos principais objetivos do DFA é validar os componentes que vão na placa. Siga as diretrizes mencionadas abaixo para ajudar seu fabricante a montar sua placa de forma eficiente:

 

Reduzindo Erros de Montagem

O DFA foca principalmente em eliminar possíveis erros de montagem que podem ocorrer. Além dos pontos discutidos acima, os pontos abaixo permitem que os fabricantes fabriquem placas de circuito com a funcionalidade desejada.

• Atenha-se ao tamanho, espaçamento e tolerâncias para furos perfurados que estejam dentro das capacidades do seu fabricante. Isso também garante a fabricabilidade do seu design de PCB.
• Siga as tolerâncias e distâncias de segurança que estão dentro das capacidades do seu CM. 
• Siga as regras de distância de segurança das bordas da placa.
• Garanta que o formato da placa permita uma otimização na panelização.
• Incorpore alívios térmicos onde necessário.

Padrões DFA

Como discutido nas seções anteriores, conhecer os padrões DFA ajuda você a projetar uma placa de forma eficiente e econômica. Nesta seção, vamos apresentar algumas normas críticas de DFA.

Orientação de Componentes com Marcações de Polaridade

A orientação dos componentes é um dos fatores mais importantes a serem considerados durante a etapa de pré-montagem. Para uma montagem sem problemas, é essencial seguir técnicas claras e explícitas de orientação. Apenas como um exemplo, considere os diodos, que terão uma polaridade definida. Certifique-se de que o símbolo esquemático e a serigrafia tenham uma marcação de polaridade adequada que será visível após o posicionamento. Isso tornará o processo de inspeção mais fácil, e isso torna o teste ou depuração mais fácil.

 

O símbolo pode ser posicionado entre os dois pinos para peças through-hole, mas deve ser colocado ao lado do dispositivo para peças de montagem superficial. Como esses símbolos podem ocupar muito espaço, uma barra acima do pad do cátodo ou uma simples indicação de A (ânodo) ou K (cátodo) seria suficiente para placas HDI.

Sempre agrupe componentes similares e tente posicioná-los com a mesma orientação, se possível. Isso facilita um processo de montagem rápido. Por exemplo, todos os QFPs podem ser colocados em fila com o pino 1 no mesmo canto para cada CI.

 

Requisitos de Espaçamento

O espaçamento entre os componentes afeta o prazo necessário para o processo de PCBA. Nesta seção, vamos dar uma olhada nos padrões de espaçamento recomendados para garantir a qualidade do processo de montagem.

Espaçamento da Peça até a Borda

Espaçamento entre componente e borda é a distância de um determinado componente na placa até sua borda. Esse fator desempenha um papel importante durante a despanelização. Durante esse processo, os componentes próximos à borda da placa serão submetidos a estresse que pode afetar as juntas de solda. Recomendamos uma folga de 125 mil entre a borda da placa e o SMD colocado no lado superior da placa de circuito, mas seu fabricante pode fornecer diferentes permissões em seu processo.

Às vezes, os fabricantes aumentam ainda mais o espaçamento entre o componente e a borda da placa no lado inferior da placa. Isso reduz a possibilidade de danos aos componentes SMT durante a aplicação da pasta de solda.

As trilhas de cobre também podem ser roteadas mais próximas à borda da placa. Isso permite uma lacuna na máscara de solda e evita a invasão do pad. Trilhas, preenchimento de cobre e peças inseridas manualmente devem ser espaçadas pelo menos 10 mils da borda da placa. Furos castelados são um tipo de design que requer revestimento de cobre na borda da placa. Para alcançar o revestimento de cobre desejado, tais designs exigirão despesas adicionais e mais tempo de execução.

 

Espaçamento entre Componente e Furo

O espaçamento entre os componentes afeta os requisitos de tempo do processo de montagem de placas de circuito impresso (PCBA). Nesta seção, vamos dar uma olhada nos padrões de espaçamento recomendados para garantir a qualidade do processo de montagem.

• Distância entre componente e parede do furo: Isso é medido da borda real do furo até a borda do pad 
• . Isso também é conhecido como distância de perfuração para cobre. O espaçamento mínimo necessário é de cerca de 8 mils.
• Distância entre componente e anel anular: Isso é medido da borda do anel anular do furo até a borda do pad. O espaçamento mínimo necessário é de cerca de 7 mils.

Distância entre componente e furo

Padrões de montagem IPC

Aqui estão alguns dos outros padrões de montagem IPC que seu CM seguirá ao montar placas.

• IPC-A-600: O IPC-A-600, comumente conhecido como IPC-600, especifica o nível de critérios de aceitação para cada categoria de produto. Ele define os requisitos desejáveis, permissíveis e inegociáveis das placas. 
• IPC/WHMA-A-620C: Descreve o padrão para materiais, procedimentos, testes e critérios de aceitabilidade para montagens de cabos e chicotes. 
• IPC-A-630: Define os padrões para invólucros eletrônicos. Este padrão é empregado quando seu CM monta e realiza o processo de inspeção.

Defeitos Comuns de Montagem

Esta seção detalha os defeitos e problemas que ocorrem mais frequentemente durante a PCBA. Os fabricantes empregam muitos métodos de controle de qualidade para evitar esses defeitos, e alguns desses métodos são mencionados nas subseções abaixo. 

Tombstones

Um tombstone, também conhecido como efeito Manhattan, refere-se ao caso em que um componente SMD é parcial ou totalmente descolado de seu pad de aterrissagem. Isso é mais comum em passivos SMD pequenos (pacotes 0603 ou menores) e ocorre devido a desequilíbrios de força durante a soldagem por refusão.

Maneiras de prevenir o tombstoning:

• Garantir alta precisão do componente e uma alta temperatura de pré-aquecimento.
• Evitar exposições a altas temperaturas e umidade.
• Estenda a zona de pré-aquecimento para equilibrar a força de molhagem em ambos os pads antes que a pasta atinja o estado líquido.

 

Curto-Circuito por Solda

O curto-circuito por solda ocorre quando a solda é aplicada entre dois condutores que não deveriam estar eletricamente conectados. Essas conexões indesejadas são referidas como curtos.

Formas de prevenir curtos-circuitos por solda:

• Garanta alta precisão dos componentes e uma alta temperatura de pré-aquecimento.
• Evite exposições a altas temperaturas e umidade.
• Estenda a zona de pré-aquecimento para equilibrar a força de molhagem em ambos os pads antes que a pasta atinja o estado líquido.

 

Vazios de Solda

Espaços vazios ou buracos dentro da junta de solda são conhecidos como vazios de solda. Um vazio de solda é criado quando não há solda suficiente disponível para estabelecer uma conexão. O vazio de solda tipicamente consiste em ar. 

Formas de prevenir vazios de solda:

• Aumente o canal de desgaseificação, permitindo que os gases escapem da placa. 
• Tente usar pasta de solda sem chumbo.

 

Métodos de Inspeção

Uma vez que a placa de circuito está populada, os fabricantes podem realizar múltiplas inspeções e procedimentos de controle de qualidade.

Inspeção Óptica Automatizada (AOI)

A inspeção ótica automatizada (AOI) é um método eficiente e preciso para detectar erros de montagem de PCBs antes que as placas deixem a instalação de produção. Este método utiliza câmeras de alta resolução e software avançado de processamento de imagens para identificar erros de montagem, como componentes faltantes ou mal posicionados, pontes de solda, esferas de solda ou tombstones.

 

Inspeção por Raios-X

A inspeção automática por raios-X (AXI) é uma abordagem popular para detectar defeitos ocultos em ICs e BGAs. A fonte de varredura neste sistema é um raio-X. Pode ser usada para identificar grandes vazios e fraturas. Esta abordagem permite o acesso não destrutivo a geometrias internas e composições estruturais. AXI captura imagens da mesma forma que a AOI. A única diferença é que a AOI faz varreduras com uma fonte de luz, enquanto a AXI faz varreduras com raios-X.

Imagem de inspeção por raios-X 2D

As diretrizes de DFA têm como objetivo garantir alta produtividade e mínimo retrabalho após a montagem. Você pode implementar estas e muitas outras diretrizes de DFA antes de ir para a produção usando o motor DRC no Altium Designer. Após consultar seu fabricante, você pode programar as restrições listadas acima nas regras de design do seu PCB para garantir que possa detectar e corrigir erros rapidamente. Uma vez que seu design esteja pronto para uma revisão de design completa e fabricação, sua equipe pode compartilhar e colaborar em tempo real através da plataforma Altium 365. Equipes de design podem usar o Altium 365 para compartilhar dados de fabricação e resultados de testes, e mudanças de design podem ser compartilhadas através de uma plataforma de nuvem segura e no Altium Designer.

Comunicando as Necessidades do Empilhamento de Camadas de PCB aos Fabricantes

Na área de design de PCB, comunicar as necessidades aos fabricantes e fornecedores é uma prioridade máxima. O contexto de nossos pedidos é às vezes perdido, seja por não fornecer a informação correta, não listar informação suficiente, ou não dar nenhuma informação. Embora o designer de PCB experiente possa tomar medidas para especificar tudo o que quer ver em seu empilhamento de PCB, eventualmente o fabricante lidará com essa decisão na tentativa de equilibrar os materiais disponíveis com as capacidades de processamento e produtividade.

Os empilhamentos descrevem mais do que a construção básica da PCB; incorporado ao empilhamento estão muitas outras considerações de design definidas pelas propriedades dos materiais do núcleo e dielétricos. Para garantir que seu design seja compatível com as capacidades do seu fabricante, estoques de materiais e requisitos de impedância, os designers precisam garantir que seus requisitos de empilhamento estejam claramente definidos. Se você seguir meu conselho ao criar o design inicialmente, e perguntar inicialmente ao seu fabricante quais empilhamentos eles têm disponíveis, então você estará em boa forma. Se você projetar em torno desse empilhamento de camadas, então trabalhar com seu fabricante será muito mais fácil.

O que fazer se você tem um design existente e precisa produzi-lo em qualquer lugar com conjuntos de materiais compatíveis? Como você pode reduzir o risco de que a placa que você recebe não atenda aos seus requisitos? É isso que vamos examinar neste artigo. Se você seguir algumas dessas dicas, estará projetando COM a fabricação, não apenas projetando PARA a fabricação.

Garanta que as Necessidades do Empilhamento de Camadas da PCB Sejam Especificadas

Como mencionei acima, na iteração inicial de um design, geralmente é possível obter um empilhamento padrão e usá-lo em seu projeto. Esta é a maneira mais rápida de ter seu protótipo projetado e colocado em produção. A outra opção é ao menos projetar seu próprio empilhamento com materiais que você selecionar e, então, qualificar isso com sua casa de fabricação. Eles lhe dirão se podem ou não produzi-lo, e você pode decidir como proceder a partir daí (ou redesenhar o empilhamento ou enviá-lo para outro lugar).

Quando o design já está finalizado, a história é um pouco diferente. Quando você vai produzir o design, precisa garantir que o fabricante da placa nua possa atender a várias especificações, incluindo:

• Características da camada - Isso inclui espessuras das camadas, peso do cobre, tipo de folha de cobre (tratado inversamente, eletrodepositado, cobre laminado, aditivo, etc.) e construção/estilo de tecido do laminado.
• Requisitos dielétricos e de impedância - Se você tem uma especificação de impedância (tanto para sinais quanto para energia) que precisa atingir, então você precisa especificar a constante dielétrica em suas camadas junto com as espessuras das camadas e cobre.
• Substituições e tolerâncias permitidas - Aqui é onde seu fabricante pode ver o que você lhes deu permissão para modificar a fim de garantir que o design possa ser produzido de forma confiável em qualquer lugar.

Não falamos frequentemente sobre o Ponto #3 e, em vez disso, focamos no DFM como parte dos Pontos #1 e #2. Se você puder considerar possíveis mudanças necessárias na pilha de camadas da sua PCB no Ponto #3, você pode eliminar o risco de receber placas que não atendem às suas especificações.

Para garantir que suas necessidades de pilha de camadas da PCB sejam atendidas, você tem um documento importante que pode usar para especificar os requisitos da sua placa de circuito: seu desenho de fabricação da PCB. Você vai querer usar tanto um desenho de pilha quanto suas notas de fabricação para comunicar os requisitos da pilha de camadas da sua PCB ao seu fabricante.

Comece com um Desenho ou Tabela de Pilha de Camadas da PCB

Dentro do seu desenho de fabricação, você pode especificar imediatamente a maioria dos requisitos para o seu empilhamento com um desenho de empilhamento de camadas. Esta é a maneira mais simples de fornecer à sua fábrica os requisitos básicos que você deseja ver em sua placa. O exemplo abaixo é um projeto para uma placa de 4 camadas que poderia ser usada para uma PCB de alta velocidade, módulo regulador de potência, placa de microcontrolador ou outra placa de propósito geral.

Exemplo de desenho de empilhamento de camadas de PCB em um desenho de fabricação. Isso foi criado no Draftsman.

Exemplo de desenho de empilhamento de camadas de PCB em um desenho de fabricação. Isso foi criado no Draftsman. A partir deste desenho, já podemos ver várias especificações importantes que sua fábrica precisará atender:

• Espessura e contagem de camadas
• Peso do cobre em cada camada 
• Conjunto de materiais específicos (ITEQ IT-180BS/IT180C neste caso)
• Extensão de arquivo Gerber correspondente a cada camada

Às vezes, quando recebo listas de requisitos de clientes, esses pontos serão compilados em um documento de empilhamento. Ao enviar seus resultados de design para o seu fabricante, é aceitável incluir um documento de empilhamento ou outro documento de requisitos como parte do pacote de arquivos, mas essa informação também deve ser refletida em um desenho de fabricação. A melhor maneira de fazer isso é com um desenho de empilhamento, como mostrado acima.

E sobre as propriedades de impedância e dielétricas? Se você está projetando com um conjunto específico de materiais em mente, então você não precisa listar esses explicitamente, embora eles possam ser incluídos no seu desenho de empilhamento de camadas de PCB. Para garantir que sua casa de fabricação esteja contabilizando essas tolerâncias no seu design, você terá que especificar tolerâncias aceitáveis em larguras de trilhas e espessuras de camadas.

Tolerâncias no Seu Empilhamento e Larguras de Trilhas

Para garantir que você atinja um alvo de constante dielétrica, alvo de propriedade térmica/química, ou um alvo de impedância (assumindo que você especificou isso), existem três maneiras de proceder no seu design:

• Antes de iniciar qualquer trabalho de design, obtenha a aprovação do seu empilhamento pela casa de fabricação. Se eles aprovarem, certifique-se de que eles especifiquem uma largura de trilha para o seu valor de impedância baseado em dados de impedância controlada. Se você projetar em torno desta largura de trilha e empilhamento de camadas, então você saberá que as especificações que você fornecer no seu desenho de fabricação produzirão o comportamento elétrico desejado.
• Especifique a conformidade com a ficha técnica IPC para quaisquer materiais compatíveis que serão usados no empilhamento da PCB. Você precisa saber uma ficha técnica desejada para uma seleção inicial de material. • Permita que o fabricante ajuste as larguras das trilhas conforme necessário para acomodar qualquer troca de material usada no empilhamento da PCB. Você não precisa especificar uma ficha técnica específica ou nome de material, embora você esteja livre para fazer isso em suas notas de fabricação. 

A opção #1 garante que sua placa será precisa, mas apenas em fabricantes que oferecem apenas o seu conjunto específico de materiais. As opções #2 e #3 são mais gerais, e elas tentam cobrir você em todos os lugares, mas você pode ter que solicitar testes controlados de impedância implementados durante a fabricação.

A implementação da Opção #2 é simples nas suas notas de fabricação. A imagem abaixo mostra um exemplo de nota de fabricação que declara claramente a qual folha de especificações o seu conjunto de materiais deve conformar-se (nota 16.C, destacada em vermelho). Note que isso pode ser implementado mesmo que o controle de impedância não seja necessário.

Esta nota de fabricação especifica a conformidade com a folha de especificações para que o fabricante só troque por conjuntos de materiais compatíveis.

Dentro da Opção #3, sua casa de fabricação pode precisar ajustar essas especificações um pouco. Você precisará especificar tolerâncias permitidas na espessura da camada e na largura do traço nas suas notas de fabricação. O exemplo abaixo mostra como isso pode ser especificado como uma tolerância permitida para a casa de fabricação. A caixa vermelha define o alvo de impedância nominal implementado no design conforme é inicialmente fornecido à casa de fabricação. A caixa azul especifica as tolerâncias permitidas na largura do traço e na espessura da camada

Estas duas notas de fabricação permitem que o fabricante ajuste a geometria do traço ou da camada de modo que um alvo de impedância possa ser atingido dentro da tolerância especificada na Nota 18.A.

Ao fazer isso, você está levando em conta o fato de que os materiais usados por uma casa de fabricação podem ter uma constante dielétrica diferente daquela que você usou em seu design. Como eles nem sempre conseguirão atingir a constante dielétrica necessária, terão que ajustar o traço para compensar qualquer diferença significativa que leve a impedância para fora da especificação definida na Nota 18.A.

Quando estiver pronto para compilar a documentação do seu design de PCB e enviar seu pacote de arquivos de fabricação para produção, use as ferramentas de desenho automatizadas no pacote Draftsman incluído no Altium Designer®. Uma vez que você esteja pronto para liberar seus dados de fabricação para o seu fabricante, você pode facilmente compartilhar e colaborar em seus designs através da plataforma Altium 365™. Tudo o que você precisa para projetar e produzir eletrônicos avançados pode ser encontrado em um único pacote de software.

Qual Valor de Expansão da Máscara de Solda Você Deve Usar?

A camada de máscara de solda finaliza a PCB e fornece um filme protetor sobre o cobre nas camadas superficiais. A máscara de solda precisa ser recuada dos pads de aterrissagem na camada superficial para que você tenha uma superfície onde os componentes possam ser montados e soldados. A remoção da máscara de solda de um pad na camada superior deve se estender por uma certa distância ao redor da borda do pad, criando pads NSMD ou SMD para seus componentes.

Até que ponto você deve recuar a expansão da máscara de solda para evitar um defeito de montagem e garantir que haja área suficiente para soldagem? Como se verifica, com componentes cada vez menores e layouts de maior densidade sendo a norma, a expansão da máscara de solda pode criar pequenas lascas de máscara de solda que ficarão remanescentes na camada superficial. Em algum momento, a lasca mínima permitida de máscara de solda e a expansão necessária da máscara de solda tornam-se regras de design competitivas; você pode não ser capaz de satisfazer ambas as regras simultaneamente.

Equilibrando Expansão da Máscara de Solda e Lascas

Tamanho do Pad Perimetral vs. Tolerância de Desalinhamento

Esta é a principal razão para aplicar uma expansão positiva da máscara de parada de solda, o que cria um pad definido não pela máscara de solda (NSMD). A justificativa para isso tem a ver com o processo de corrosão do cobre; sendo a corrosão do cobre um processo químico úmido, na verdade, tem maior precisão do que a aplicação da máscara de solda. Assim, para garantir que a área inteira do pad esteja sempre exposta, aplicamos uma expansão da máscara de solda suficientemente grande ao redor do pad.

A menor precisão do processo de aplicação da resistência de solda pode criar um desalinhamento, onde a máscara de parada de solda não combina perfeitamente com o local onde é definida no layout da sua PCB. No entanto, se a expansão da máscara de solda for grande o suficiente, ela compensará o desalinhamento e o pad ainda poderá ser totalmente visível através da máscara de solda. A menor recomendação de expansão da máscara de solda que eu vi é de 3 mils em todos os lados do pad, o que compensará um desalinhamento de aproximadamente 2 mils.

Este pad tem uma pequena quantidade de desalinhamento da máscara de parada de solda.

E se seus pads já forem suficientemente grandes? Nesse caso, você poderia justificar a escolha de um valor de expansão da máscara de solda menor. Neste caso, se você usar uma expansão menor com pads maiores, ainda terá garantia de ter uma área de pad exposta suficientemente grande, mesmo que haja algum desalinhamento. De qualquer forma, você também precisa considerar a necessidade de barragens de solda entre pads/vias próximos.

 

Tamanho Mínimo da Barragem de Solda

O tamanho mínimo da lasca de resistência à solda limitará a abertura de expansão da máscara de parada de solda que você pode aplicar para um determinado passo de pinos. Se o passo dos pinos for grande o suficiente, então você sempre pode aplicar uma grande expansão da máscara de solda sem se preocupar em atingir um limite de barragem de solda. Quando o passo dos pinos fica pequeno, ou quando os componentes ficam embalados muito próximos uns dos outros, você pode violar o tamanho mínimo da lasca da máscara de solda. Nesse caso, você precisa decidir se prefere compensar o desalinhamento ou garantir que sempre haja alguma barragem de solda. Em componentes de passo fino, eu prefiro a última opção.

Esses locais violarão as limitações do fabricante sobre o tamanho mínimo da barragem de solda. Defeitos de montagem poderiam ser prevenidos aplicando um pouco mais de espaço entre os pads para diferentes componentes.

Porque a teia da máscara de parada de solda precisa ter pelo menos aproximadamente 3 mils para aderir à superfície de um substrato de PCB, você geralmente pode ajustar uma mínima expansão da máscara de solda ao redor de um pad quando o espaçamento do pad é de 20 mils ou mais. Se você está olhando para leads internos (como bolas internas em uma pegada de BGA), é apropriado usar pads SMD e colocar pequenas barragens entre pads e vias.

Deve Deixar Sua Casa de Fabricação Decidir?

Se você simplesmente definir uma regra de design geral e aplicar uma expansão de 0 mil ou 1 mil para que possa atender ao seu requisito de densidade, seu fabricante pode aplicar um valor de expansão adicional. Se eles fizerem isso, podem não te informar sobre isso; você deve esperar que uma casa de fabricação possa aplicar isso para superar o desalinhamento entre o estêncil da máscara de parada de solda e os pads na camada superficial.

Minha preferência tem sido definir a máscara para 0 mil na maioria dos projetos por dois motivos:

• A menos que eu esteja lidando com um layout de alta densidade, as pegadas que estamos usando para a maioria dos componentes terão pads grandes o suficiente para que a quantidade típica de desalinhamento não reduza significativamente a área de soldagem no pad.
• Já sei que o fabricante vai aumentar a expansão da máscara de solda porque trabalho com um número limitado de casas de fabricação; conheço o processo deles e terei a chance de verificar exatamente o que eles querem modificar quando me enviarem o relatório DFM.

O ponto #2 deve ilustrar a razão pela qual você deve ter um conjunto preferencial de empresas de fabricação/montagem com as quais trabalha, e você deve entender o processo delas. Minha empresa tem vários parceiros de fabricação que usamos exclusivamente para projetos de clientes de baixo e médio volume. Sabemos o que eles esperam e o feedback que podemos receber após uma revisão inicial de DFM/DFA.

Se você realmente quer comunicar suas intenções ao seu fabricante, deixe suas intenções claras no seu desenho de fabricação. Adicione uma nota ao seu desenho de fabricação que afirma que o fabricante tem permissão para modificar as aberturas de resistência de solda dentro de um determinado intervalo (talvez +/- 3 mils). A outra opção é colocar uma tolerância especificada na sua expansão de máscara de solda e, em seguida, especificar uma largura mínima de filete. Apenas note que eles podem devolver a placa para você se a sua tolerância for muito apertada, momento em que você pode precisar relaxar o requisito de tolerância.

A nota 10 nestas notas de fabricação especifica qual nível de expansão da máscara de solda estou disposto a tolerar neste design. Neste caso, especifiquei que prefiro que as aberturas da máscara de solda correspondam ao tamanho do pad.

Uma vez que você determinou a mínima expansão da máscara de solda e a menor quantidade que precisa para evitar problemas de montagem, você pode usar as ferramentas CAD em Altium Designer® para definir seus padrões de terra e footprints. Você e sua equipe poderão permanecer produtivos e colaborar de forma eficiente em designs eletrônicos avançados através da plataforma Altium 365™. Tudo o que você precisa para projetar e produzir eletrônicos avançados pode ser encontrado em um único pacote de software.

É Impresso ou um Componente? Tudo Sobre Pontos de Teste em PCB

Os pontos de teste na sua montagem eletrônica fornecerão um local para acessar componentes e realizar medições importantes para verificar a funcionalidade. Se você nunca usou um ponto de teste ou não tem certeza se precisa de pontos de teste, continue lendo para ver quais opções você tem para o uso de pontos de teste no layout da sua PCB.

Pontos de Teste em PCB como Componentes e Elementos Impressos

Muito simplesmente, pontos de teste em PCB podem ser intencionalmente colocados como elementos impressos em um design, como um pad nu ou uma via com uma conexão a uma trilha/plano internos. Eles podem então ser acessados com um dispositivo de teste durante o teste elétrico, como teste elétrico básico (continuidade), teste em circuito, ou um teste de sonda voadora sem fixação. Mesmo que você não coloque intencionalmente pontos de teste como pads ou outros dispositivos no layout do seu PCB, você ainda pode definir condutores específicos como pontos de teste.

Todo design precisa de pontos de teste? Não necessariamente; para um protótipo, é melhor dedicar tempo para fazer testes funcionais manualmente para que você possa identificar falhas mais facilmente. Você poderá ver e tocar nas placas e instrumentos com os quais está trabalhando, então será muito mais fácil identificar problemas durante os testes. Se você estiver escalando de alguma forma e tiver avaliado minuciosamente seus requisitos de teste, então é melhor colocar pontos de teste para teste em circuito ou funcional com seu fabricante, desta forma eles podem automatizar esses testes funcionais básicos na linha.

No que diz respeito ao que são pontos de teste, eles podem ser colocados como componentes, pads, vias ou outros elementos impressos em sua placa. Os pontos de teste também podem ser marcados para acesso durante a fabricação ou montagem no seu software de design. Agora, vamos olhar algumas das opções que você tem para pontos de teste no layout da sua PCB.

 

Pads e Vias de Pontos de Teste

Uma coisa que você pode fazer é intencionalmente colocar um pad ao longo de um interconector ou em algum lugar em um barramento como um ponto de teste. Você também pode colocar isso como uma via para que as camadas internas possam ser facilmente acessadas. Estes podem ser colocados ao longo de um traço (em série) ou à parte como um pequeno ramal. Para sinais digitais de baixa velocidade e analógicos de baixa frequência (mesmo que seja controlado por impedância, isso não será um problema de integridade de sinal. Testes mais especializados com sinais de alta velocidade/alta frequência precisarão de uma estrutura de teste específica com impedâncias controladas e combinadas em cada porta; tenha isso em mente antes de sair colocando pontos de teste em todos os interconectores.

É comum colocar um arranjo de pontos de teste ao redor de um grande processador para que redes importantes (PWR, GND, configuração, etc.) possam ser acessadas durante os testes.

Componentes de Pontos de Teste

Algumas empresas fabricam e vendem componentes de ponto de teste que podem ser montados diretamente na sua PCB. Um exemplo da Keystone é mostrado abaixo. Este componente será definido no seu esquemático como um componente de 2 terminais e colocado no layout como qualquer outro componente through-hole. Componentes SMD também estão disponíveis.

Exemplo de ponto de teste (Keystone 5001)

Esses componentes são ótimos para anexar uma sonda para fazer medições de uma forma de onda. Note que estes têm apenas um ponto de conexão. Se você conectou este ponto de teste em série com a interconexão alvo, você pode usar este componente para medir a forma de onda de tensão na interconexão alvo (ou seja, com um osciloscópio). Em frequências baixas a moderadas (abaixo de 1 GHz) e tempos de subida (acima de 10-20 ns), você pode usar uma conexão direta com sua sonda para fazer sua medição, e não terá que se preocupar com a impedância do ponto de teste ou reflexões, contanto que a frequência seja baixa o suficiente. Isso torna esses componentes bons para acessar formas de onda importantes como acionamento de motor, analógico de baixa frequência, barramentos digitais mais lentos (I2C ou SPI, por exemplo), ou GPIOs no seu MCU durante testes funcionais.

Misture e Combine

Em geral, você pode combinar diferentes tipos de pontos de teste conforme suas necessidades. As melhores práticas indicariam a colocação de um componente de ponto de teste ou um dispositivo de teste específico na placa se você precisar acessar uma interconexão ou forma de onda durante o teste funcional. Caso contrário, para testes em circuito, testes com sonda voadora ou testes de continuidade, você deve colocar pads ou vias para tocar pontos específicos em sua placa. Pontos de teste que não são colocados como pads específicos ou dispositivos são normalmente definidos em vias específicas, pads de componentes, conexões de energia/GND ou outros condutores expostos na PCB fabricada.

Componentes de ponto de teste podem ser colocados na mesma placa que pontos de teste para fabricação ou montagem.

Mais Testes Especializados

O que mostramos aqui é destinado para testes em circuito durante a fabricação/montagem, bem como testar a PCB com uma sonda para observar uma forma de onda ou nível. Para algo mais especializado, como uma medição de impedância altamente precisa ou medição de resposta de impulso, simples pontos de teste na PCB com uma conexão de condutor simples (fixada mecanicamente ou soldada) podem não fornecer os resultados que você espera. São necessários dispositivos de teste mais sofisticados para conectar o acesso ao ponto de teste da sua PCB ao seu gerador de sinal ou analisador. Um exemplo é o design 2x-thru conforme especificado na norma IEEE P370.

Muitas vezes, quando um interconector especializado está sendo projetado para uso em um sistema de alta frequência ou alta velocidade, a estratégia é construir uma placa de teste que mantenha o interconector e seus conectores. Se você especificar impedância controlada para o seu fabricante, eles não testarão designs de interconectores especializados (como um guia de ondas) pois não terão um cupom de teste que tenha seu interconector específico. Tipos de linhas de transmissão padrão estão bem, mas algo mais especializado requer que você construa o cupom de teste por conta própria, ou que você forneça os arquivos de design para o cupom de teste à sua casa de fabricação de PCB para que eles possam testá-lo.

Para algumas medições de PDN de baixa impedância com impulsos curtos ou varreduras de frequência abaixo de cerca de 10 GHz, você pode simplesmente usar conexões coaxiais com sondas de teste que tocam os pads de ponto de teste do seu PCB para fazer uma conexão de baixa impedância. Se você está fazendo medições no domínio da frequência para obter parâmetros de rede, esteja atento às fontes de erro relacionadas à sua seleção de referência. Eu já abordei isso em outro lugar em relação à integridade de energia, assim como outros especialistas que se concentram em medições de parâmetros S de baixa impedância.

Quando você precisa colocar um ponto de teste em PCB como um elemento impresso, conexão de sonda ou um dispositivo de teste especializado, use o conjunto completo de recursos de design no Altium Designer®. O conjunto completo de ferramentas de gerenciamento de pontos de teste e a utilidade Draftsman podem ajudá-lo a especificar seu ponto de teste e os requisitos de desempenho para o seu produto. Quando você terminar seu design e quiser liberar arquivos para o seu fabricante, a plataforma Altium 365™ facilita a colaboração e o compartilhamento de seus projetos.

SOBRE A ALTIUM

A Altium LLC (ASX: ALU) é uma corporação de software multinacional com sede em San Diego, Califórnia, que se concentra em sistemas de design eletrônico para design de PCB em 3D e desenvolvimento de sistemas embarcados. Os produtos da Altium são encontrados desde equipes de design eletrônico líderes mundiais até a comunidade de design eletrônico de base.

Com uma gama única de tecnologias, a Altium ajuda organizações e comunidades de design a inovar, colaborar e criar produtos conectados, mantendo-se dentro do prazo e do orçamento. Os produtos fornecidos incluem Altium Designer®, Altium Vault®, CircuitStudio®, PCBWorks®, CircuitMaker®, Octopart®, Ciiva® e a gama TASKING® de compiladores de software embarcado.

Fundada em 1985, a Altium possui escritórios em todo o mundo, com localizações nos EUA em San Diego, Boston e Nova York, localizações na Europa em Karlsruhe, Amersfoort, Kiev e Zug e localizações na Ásia-Pacífico em Xangai, Tóquio e Sydney. Para mais informações, visite www.altium.com. Você também pode seguir e interagir com a Altium através do Facebook, Twitter e YouTube.
 

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