Placas Perfeitas Todas as Vezes (Com Modelos de PCB Gratuitos)

O Altium Concord Pro™ como um produto e marca autônoma foi descontinuado, e as capacidades agora estão disponíveis como parte das nossas soluções empresariais Altium. Saiba mais aqui.

Memórias Desvanecem, mas uma Boa Documentação é Eterna

Em um artigo anterior, examinamos como criar modelos de layout perfeitos para seus esquemas. Em particular, como elaborar o bloco de título e como estilizar os componentes.

Minha obsessão em criar circuitos bonitos muitas vezes atinge um grau não saudável. Frequentemente me vejo voltando para casa às 21h, exausto por ter me obcecado com a formatação dos meus esquemas por cinco horas, saindo do escritório com olheiras maiores que a lua cheia acima da minha cabeça.

Criar esquemas claros, concisos e legíveis é imperativo se você quer que os circuitos em que está trabalhando sejam úteis muito tempo depois de todos terem esquecido como eles funcionam. Esquemas legíveis também são necessários para uma colaboração eficiente. Nenhuma das maravilhosas funcionalidades do Altium Concord Pro® pode salvá-lo de um circuito mal desenhado.

Desenhos de produção, no entanto, são outra questão inteiramente.

Enquanto engenheiros de design treinados geralmente leem esquemáticos, seus desenhos de produção poderiam potencialmente ser lidos por técnicos e trabalhadores com treinamento mínimo.

Introduzido há alguns anos, o Draftsman®, embutido no Altium Designer®, mudou radicalmente meu fluxo de trabalho para melhor.

Antes da chegada do Draftsman, era frequentemente necessário incluir um modelo de design desenhado à mão com seu projeto de PCB e incorporar todas as tabelas de furação, notas e documentação em camadas separadas.

Os documentos resultantes eram difíceis de imprimir, impraticáveis de abrir, pois ainda exigiam visualizadores de Gerber, e complicados de editar.

A pior parte da vida antes do Draftsman? Sempre que alguém precisava de alguma documentação, o engenheiro de PCB tinha que criá-la do zero, verificar manualmente contra o PCB, imprimir para arquivo (PDF) e anotá-la com software externo.

Era tudo um pouco como tentar pregar pregos com uma pá.

Documentação terrível, nunca mais!

Seus documentos do Draftsman devem ser claros e padronizados. Aqui está como você pode alcançar isso.

Desenhe-me Como Uma de Suas Pranchas Francesas, Jack

Então, que tipo de documentos você deve criar com o Draftsman? Para começar, vamos dar uma olhada no que podemos desenhar com ele.

Aqui estão os objetos atualmente suportados pelo Draftsman:

• Objetos gráficos
  • Subseção de Segundo
  • Outra Subseção
  • Linha
  • Retângulo
  • Círculo
  • Arco (pelo centro ou 3 pontos)
  • Região
  • Texto
  • Gráfico
• Visões
  • Visão de Montagem da Placa
  • Visão de Fabricação da Placa
  • Visão de Seção da Placa
  • Visão Detalhada da Placa
  • Visão do Componente
  • Visão do Desenho de Furação
  • Visão Isométrica da Placa
  • Visão da Região da Placa
  • Visão Realista da Placa
• Tabelas
  • Tabela Genérica
  • Tabela de Furação
  • Tabela de Linha de Transmissão
  • Lista de Materiais
  • Legenda da Pilha de Camadas
• Dimensão
  • Linear
  • Radial
  • Diametral
  • Angular
  • Ordinal
  • Escala
• Anotações:
  • Chamada
  • Acabamento Superficial
  • Característica de Datum
  • Quadro de Controle de Características
  • Marca de Centro
  • Nota

Como você pode ver, o Draftsman possui inúmeras funcionalidades para documentar qualquer projeto de PCB. A maioria delas está dividida entre saídas de fabricação das placas de PCB nuas, saídas de montagem, anotações genéricas, tabelas e objetos gráficos.

Ao longo dos anos, descobri que a melhor abordagem para a documentação de PCBs envolve três documentos diferentes. Os dois primeiros são obrigatórios, mas o último é opcional:

• PCB_Fabricação
• PCB_Montagem
• PCB_Mecânico

A documentação mecânica muitas vezes se faz necessária se você precisa interagir com engenheiros mecânicos. Você pode detalhar o tamanho e a posição dos furos, quanto a placa pode flexionar sob estresse e as tolerâncias dimensionais de componentes volumosos como indutores de potência ou capacitores eletrolíticos.

As funcionalidades de Colaboração MCAD do Concord Pro hospedado podem reduzir consideravelmente a necessidade de engenheiros eletrônicos desenharem documentação mecânica.

Desenhos de Fabricação

Uma Tabela Verdade Sem Álgebra Booleana

Suponha que você está começando em eletrônica ou lidando com designs que são relativamente simples de fabricar. Nesse caso, provavelmente você não precisará de muito mais do que os Gerbers e um BOM para ter sua placa fabricada corretamente.

Por padrão, a maioria dos fabricantes de baixo volume oferecerá um processo padrão com resolução de 8 mils, espaçamento de 8 mils, furos de 0,3mm, uma espessura de placa padrão de 1,6mm com cobre de 32 micrômetros, uma TG (Temperatura de Transição Vítrea) entre 130 e 140 graus Celsius, máscara de solda verde com serigrafia branca e um acabamento HASL (Nivelamento de Solda a Quente).

Contudo, essas especificações não são uma solução única para todos, e em muitos casos, suas necessidades podem excedê-las. Considere o seguinte:

• Placas industriais frequentemente requerem PCBs com uma alta temperatura de transição vítrea para evitar flexão excessiva ao longo da faixa de temperatura.
• Designs de alta densidade requerem precisão dimensional acima do que as linhas de produção padrão oferecem e recursos como vias cegas.
• Cobre espesso (acima de 32 micrômetros) pode ser necessário para designs de alta corrente.
• Impedância controlada pode ser necessária para designs de alta velocidade.
• Placas de alta confiabilidade frequentemente implicam a necessidade de um substrato de alta qualidade de marcas como Rogers, Omega ou 3M.
• Você pode querer especificar a espessura do revestimento de cobre dentro de suas vias para reduzir sua resistência parasitária.
• Você tem requisitos mecânicos particulares como fresagem no eixo Z, furos rebaixados ou furos com escareado.
• Você deseja opções adicionais como placação de borda, furos press-fit, via-em-pad, furos castelados, ou máscara de carbono.

Em cada projeto, eu incluo uma tabela útil nos meus documentos de fabricação de PCB do Draftsman. Meu EMS verifica-a, e mais de uma vez, eles encontraram erros no meu processo de pedido. No mês passado, esqueci de especificar que minhas placas deveriam ser finalizadas com HASL sem chumbo em vez de HASL com solda chumbada.

Se o meu EMS não tivesse detectado o erro ao verificar meu documento do Draftsman, eu provavelmente teria acabado com um produto não conforme com a RoHS, e meu cliente teria rejeitado o lote, levando a perdas consideráveis.

Nem Tudo que Brilha é Cobre

Designs de alta velocidade e alta corrente exigem cuidado particular na escolha do empilhamento de camadas. Dois dos erros mais comuns de iniciantes em designs de alta velocidade são não atualizar o empilhamento de camadas dentro do Altium corretamente e fabricar a PCB com um empilhamento de camadas diferente do projetado. No meu caso, aqui está o empilhamento de camadas para a oferta "Estou sem dinheiro para pagar por placas de alta confiabilidade" da minha EMS favorita:

E aqui está, inserido no Gerenciador de Pilhas de Camadas do Altium Designer, sob o Editor de PCB.

E finalmente, no nosso editor de desenhos Draftsman:

A pilha no documento Draftsman é sincronizada automaticamente a partir do seu projeto de PCB, permitindo que sua casa de EMS identifique qualquer erro por você.

Um Conjunto de Instruções Vale Mais que Mil Palavras

Ao longo dos anos, eu ajustei e refinei um conjunto consistente de instruções de fabricação. O dinheiro sempre é limitado, e assim, a maioria dos meus eletrônicos são fabricados em Shenzhen. Existe um conjunto comum de problemas que você provavelmente encontrará ao trabalhar com fabricantes asiáticos. Isso geralmente decorre de uma diferença nas práticas comerciais culturais, expectativas e barreiras linguísticas.

Um dos problemas mais comuns é a especificação conflitante entre diferentes documentos, como Gerbers, e-mails, impressão para arquivo (PDF) e outros tipos de documentação. Neste caso, é fundamental ter uma única fonte da verdade.

As seguintes diretrizes, adicionadas às especificações de fabricação, me ajudaram a evitar inúmeros problemas ao longo dos anos:

• "Todas as especificações referenciadas são da revisão especificada no bloco de título."
• "O fornecedor não deve modificar o design ou o empilhamento aprovado sem permissão por escrito."
  • Alguns fabricantes farão o que for mais barato e assumirão que é isso que você deseja, mas mais barato raramente é melhor. Uma mudança nas especificações pode alterar o desempenho e a confiabilidade do seu produto.
• "Todos os materiais devem ser compatíveis com RoHS, e o produto final deve ser aceitável para uso em montagem RoHS."
  • Seu EMS será responsável por adquirir a maioria dos componentes e pela fabricação e montagem da PCB. Como tal, eles estão em uma posição privilegiada para garantir que o produto seja compatível com RoHS.
• "Folha de cobre: consulte a legenda da pilha de camadas para detalhes da espessura do Cu. Todas as espessuras de Cu são acabadas e incluem a folha base mais a galvanização de Cu nas camadas galvanizadas."
  • A importância de uma única fonte de verdade é um tema recorrente neste artigo. A espessura do cobre indicada na pilha de camadas pode conflitar com o que foi selecionado durante o procedimento de pedido. A pilha de camadas deve ser assumida como uma resposta precisa.
• "Teste elétrico: todos os circuitos impressos devem ser 100% testados eletricamente para detecção de circuitos abertos/curtos usando a net-list fornecida. Placas impressas rejeitadas devem ser claramente marcadas com tinta permanente não condutiva."
  • Para surpresa de ninguém, os adesivos vermelhos "rejeitados" usados por alguns fabricantes podem se soltar ou desaparecer misteriosamente, principalmente à medida que as férias se aproximam.
• "Marcações: a marcação do fornecedor e os códigos de data/lote devem ser localizados na placa na área reservada conforme especificado na camada Gerber ‘pcbm_notes’ pelo texto ‘colocar marcações aqui.’”
• “Marcações: o lado em que colocar as marcações fica a critério do fornecedor, a menos que seja indicado de outra forma na camada ‘pcbm_notes.’”
• “O fornecedor deve verificar a camada pcbm_notes antes de pedir esclarecimentos.”
  • Eu sempre adiciono minhas notas em três camadas separadas: uma para a fabricação de PCB, uma para a montagem de PCB e uma para minhas notas pessoais. Com essa simples nota, economizo aproximadamente dois e-mails em cada pedido. Com fusos horários diferentes, dois e-mails muitas vezes significam receber a PCB dois dias depois do usual.
• “Fabricar vias tampadas/fechadas conforme especificado no arquivo Gerber.”
  • A maioria dos fabricantes já faz isso, mas nunca é má ideia ser excessivamente específico.

Sempre coloco estas notas na primeira página da documentação de fabricação:

Desenhos de Montagem

Usar o Draftsman para fabricação de placa nua é bom, mas os desenhos de montagem são onde o software realmente se destaca.

Os usuários do Altium Designer criaram inúmeros scripts ao longo dos anos para automatizar algumas das tarefas mais tediosas, mas nenhum deles se compara às funcionalidades do Draftsman e facilidade de uso como editor de desenhos.

Similar aos desenhos de fabricação, gosto de fornecer um conjunto claro de instruções na primeira página:

• "Todas as especificações referenciadas são da última revisão, a menos que indicado o contrário."
• "O fornecedor não deve modificar o design sem permissão escrita."
• "Consulte o BOM do Excel para informações atualizadas dos componentes."
• "O BOM neste documento é puramente um AUXÍLIO para operações de montagem e pode não ter os dados mais atualizados ou todas as alternativas de componentes aprovadas."

Caramba, Harry, O que é o Ânodo?

Eu tenho um desafio para você. Escolha uma placa que você projetou, preferencialmente uma que já tenha sido aprovada para produção. Abra tanto o desenho de montagem quanto os Gerbers usando seu visualizador de Gerber favorito.

Agora, me diga a orientação de todos os diodos.

Nada fácil, certo? Em alguns casos, a orientação é clara, mas em muitos, você quase terá que adivinhar.

Praticamente todas as grandes empresas do setor eletrônico têm diretrizes internas documentando como os diodos devem ser representados. Pequenas empresas e freelancers, no entanto, muitas vezes deixam isso ao costume e à sorte.

Eu tive que resolver essa questão para empresas multibilionárias.

Aqui está a minha opinião sobre isso.

O desenhista pode marcar o pino um com um ponto nos desenhos de montagem, como na imagem a seguir:

Intuitivamente, o ponto deve ir onde está a "ponta" (cátodo). Eu perguntei a vários colegas sobre isso e amigos que não conhecem eletrônica, e quase todos deram a mesma resposta: ponto igual a ponta.

O IPC-7351B, o principal padrão que lida com footprints SMD, parece concordar com essa conclusão.

Engenheiros que desenham principalmente esquemáticos têm uma perspectiva diferente sobre a questão. É comum sentir que o pino um deve estar no ânodo e o pino dois no cátodo para imitar o fluxo de corrente quando o diodo está polarizado diretamente.

Para que os desenhos sejam exibidos corretamente no Draftsman, o cátodo deve ser o pino 1 na pegada. Ter esquemáticos e pinagens de pegada incompatíveis certamente será uma fonte de problemas, portanto, segue-se que o esquemático também deve ter o pino 1 no cátodo.

Além disso, geralmente é necessário indicar a orientação do diodo na camada de silkscreen. Mesmo que seja muito pequeno para fabricar, sua casa EMS poderá lê-lo quando visualizarem os Gerbers e ampliarem.

No meu caso, eu geralmente desenho minhas pegadas de forma semelhante à que Mark Harris faz para sua maravilhosa Biblioteca Celestial, com um símbolo de diodo sob o corpo do componente e um contorno com uma linha mais grossa no lado do cátodo.

Descobri que essa abordagem funciona maravilhas em placas de todas as formas e tamanhos, embora você possa querer omitir o contorno para designs de alta densidade e tamanhos de caixa menores.

Mark, no entanto, desenha seus diodos com o pino 1 no Ânodo. Sua abordagem torna os esquemáticos mais intuitivos às custas dos documentos de fabricação.

Para garantir que não haja confusão, a orientação do diodo sempre deve ser anotada nos desenhos de montagem, onde pode ser facilmente cruzada.

Perder Processos é Coisa de Perdedores

Na maioria dos acordos de NDA, os únicos documentos considerados confidenciais são aqueles explicitamente marcados como tal. Não seja o tolo cujo processo por violação de contrato é descartado antes mesmo de começar!

É uma boa ideia incluir "confidencial" em um bloco de título com aparência profissional:

O Altium Designer oferece templates padrão ANSI e ISO, mas esses foram criados pensando em desenhos mecânicos. Muitas das notas e campos não refletem as necessidades da indústria eletrônica; por exemplo, "Desbarbar e quebrar todas as arestas vivas" não faz muito sentido para nós!

Se você usar o Concord Pro localmente, também terá acesso a mais exemplos de projetos centrados em PCB por padrão.

Huaqiangbei Não Serve para Mim.

Sua documentação de montagem também é o lugar perfeito para incluir instruções para compra. No meu caso, quero que meus fornecedores de Shenzhen comprem meus componentes da LCSC primeiro, então eu sempre adiciono uma pequena nota à página do BOM.

Obtenha Seus Modelos de Design de Draftsman Gratuitos (e Bonitos)

Criei cinco modelos A3 para você:

1. Um modelo de folha genérico, contendo apenas um bloco de título
2. Um modelo de folha de montagem que inclui o diagrama de orientação do diodo
3. Um modelo de documento de fabricação de PCB
4. Um modelo de documento de montagem de PCB
5. Um modelo de documento mecânico de PCB

Você pode baixá-los no repositório Github AltiumTemplates.

Por favor, note que eles não incluem um campo de revisão, pois uso hashes do Git em vez disso.

Compartilhando Modelos de Layout Com Sua Organização

Não importa quão bom seja o seu modelo de design, ele será de pouca utilidade se sua empresa não for consistente em sua adoção.

Usando o Concord Pro, você pode compartilhar seus Modelos de Draftsman e gerenciar suas revisões.

Usando o recurso de modelo de projeto gerenciado, é incrivelmente fácil. O Altium Concord Pro vem com uma série de modelos padrão da indústria ANSI e ISO. No entanto, você pode adicionar os seus próprios arrastando e soltando do Windows Explorer ou criando um novo item (clique com o botão direito, novo item) e depois fazendo o upload do modelo (clique com o botão direito, upload).

Apenas lembre-se de salvar seu documento Draftsman como um modelo de folha ou modelo de documento, não como um documento padrão de Draftsman.

Uma vez feito isso, seus Modelos de Draftsman estarão disponíveis para toda a Organização ao criar um novo documento.

Leituras Adicionais

A documentação da Altium possui um tutorial introdutório maravilhoso sobre o padrão IPC, algo que normalmente você teria que pagar muito para ter acesso, disfarçado de tutorial do Draftsman. Você pode encontrá-lo aqui.

Mark Harris escreveu um artigo sobre a dimensionamento de documentos do Draftsman e outro sobre modelos de projeto que você pode querer dar uma olhada.

Você também deve conferir a documentação oficial do Draftsman e a extensa documentação do modelo de design gerenciado pelo Draftsman.

Conclusões

Passar camisas pode ser tedioso até você conseguir um gerador de vapor de alta pressão adequado.

Um pouco como isso, o Draftsman tira toda a tarefa repetitiva e cansativa para os olhos da documentação de fabricação de PCBs da equação, deixando você apenas com as partes divertidas. Imprimi-las e sentir o doce cheiro de tinta jato de tinta pela manhã é o que me mantém motivado.

O Concord Pro permite que você gerencie e compartilhe Modelos do Draftsman com toda a sua organização, garantindo que todos os engenheiros estejam na mesma página - com o trocadilho intencional. Melhorias na documentação podem ser facilmente aplicadas a todos os projetos gerenciados, garantindo que você construa sua experiência ao longo dos anos.

Gostaria de saber mais sobre como a Altium pode ajudá-lo com o seu próximo projeto de PCB? Fale com um especialista na Altium.