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.

Um Olhar sobre o Design de PCB para Manufaturabilidade (DFM)

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 para a análise de design para manufaturabilidade consiste nos seguintes atributos:

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

Principais Erros de DFM

Os problemas de DFM comumente encontrados incluem lascas, rupturas de anel anular, armadilhas de ácido, etc. Vamos dar uma olhada nas violações comuns e em como preveni-las.

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.

 

Seleção de Componentes

A seleção de componentes deve ser feita com base na sua disponibilidade, considerações de 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.

 

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 Furação para Cobre

Distância até o 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 até o cobre a partir 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. Ferramentas de layout de placa não têm nenhuma verificação de regra de design (DRCs) específica para distância até o cobre. No entanto, se você usar um espaçamento adequado no seu design, você pode ter uma folga de 8 mils. Este é o atributo mais importante a considerar ao fazer análise de DFM.

 

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.

 

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

• Incorpore áreas de anel anular largo no 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.
• A Sierra Circuits recomenda um mínimo de 8 mils de distância da perfuração ao cobre.
• Mantenha uma proporção de aspecto mínima para evitar o desalinhamento da perfuração.
• Defina o tipo de perfuração (PTH/NPTH) e a contagem/tamanho da perfuração.
• Certifique-se de que os recursos 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 gotas de lágrima para evitar 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, você precisará modificar ou regenerar o gráfico de perfuração.

 

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 vias 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).

 

Máscara de Solda Ausente

Às vezes, a máscara de solda pode estar parcial ou totalmente ausente entre os pads. Isso expõe cobre em excesso, levando a pontes de solda e curtos-circuitos que comprometem o desempenho da placa. Isso acontece quando a máscara de solda não é definida ou quando configurações de uma placa maior são aplicadas a uma placa menor, levando a furos de pad grandes.

 

Siga estas dicas de design para máscaras de solda:

O tamanho relativo da máscara de solda deve ser 4 mils maior que o tamanho do recurso.
Mantenha a largura/ponte da máscara de solda no mínimo de 4 mils.
Mantenha o espaço entre a borda do recurso de cobre e a borda da solda como 2 mils.

Armadilhas de Ácido

Outro erro de DFM a ser observado é a armadilha de ácido. Uma armadilha de ácido é basicamente qualquer design que incorpora ângulos agudos que atrairão concentrações de ácido para aquela área. Isso pode resultar em trilhas excessivamente corroídas e circuitos abertos como um subproduto das armadilhas de ácido.

 

Evite traçar as linhas que chegam aos pads em ângulos agudos. Posicione as trilhas em 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 Serigrafia

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

Orientação: A serigrafia pode ficar sobre os pads, e isso deve ser verificado executando um DRC. A serigrafia 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 designação de referência do componente. Apare as marcas de designação de referência que ultrapassam os pads e vias para evitar sobreposição.

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:

Altura	Largura	Trilha
35 mils	25 mils	5 mils

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

Altura	Largura	Trilha
25 mils	22 mils	5 mils

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.

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 detectar 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 segura na nuvem e no Altium Designer.

Apenas começamos a explorar o que é possível com o Altium Designer no Altium 365. Inicie seu teste gratuito do Altium Designer + Altium 365 hoje. E não deixe de visitar o site da Sierra Circuits para aprender mais sobre processos de fabricação e montagem.