Os 6 Principais Problemas de DFM em PCBs Que Afetam Todos os Projetos

Como Designer de PCB, você precisa gerenciar uma variedade de diferentes requisitos e expectativas. Existem aspectos elétricos, funcionais e mecânicos a considerar. Além disso, o layout do PCB precisa ser produzido de maneira oportuna, com a melhor qualidade possível, pelo menor custo possível. E, através de todos esses requisitos, você também precisa levar em conta o DFM (Design para Fabricabilidade). É uma grande parte do processo de design de PCB e que frequentemente pode causar problemas se não for feito adequadamente. Vamos olhar para os 3 problemas de DFM em Designs de PCB.

Conexões Irregulares de Pads SMD

Componentes SMD pequenos, como 0402, 0201, etc., precisam ter uma conexão uniforme para ajudar a prevenir o tombstoning durante a soldagem por refusão. O mesmo se aplica aos pads de BGA para garantir uma soldagem confiável. Isso é simplesmente uma questão de colocar o tamanho de pad correto na pegada do seu componente. Componentes comuns têm tamanhos de pads definidos (por exemplo, pads em ICs sob os padrões IPC-7351) que devem ser colocados nas suas pegadas.

Seu fabricante nem sempre vai olhar para os seus arquivos de design para inspecionar isso. Em vez disso, provavelmente eles vão olhar para seus arquivos Gerber e netlist, e eles podem comparar pegadas contra tamanhos de componentes na sua lista de materiais. Dependendo do nível de serviços de engenharia não recorrentes que você solicitar, seu fabricante pode não captar essa recomendação específica até que seja tarde demais. Após a fabricação, o procedimento de teste para garantir uma conexão uniforme ao pad envolve inspeção por raio-X. Antes de enviar seu design para fabricação, você deve verificar qualquer pegada que projetar para garantir que estejam corretas para o tamanho do lead do componente.

Abertura Incorreta da Máscara de Solda em Pads SMD

Abertura de máscara de solda (também chamada de expansão de máscara de solda ou abertura de máscara de solda) é uma maneira de manter a solda presa no pad alvo durante a soldagem manual ou por onda. Durante a soldagem, uma bola de solda se forma no pad alvo, mas uma bola de solda grande pode colapsar e fluir ao redor do pad em altas temperaturas. Colocar uma pequena abertura de máscara de solda ao redor do pad manterá a bola de solda no lugar durante a soldagem, mesmo que a bola de solda depositada seja ligeiramente grande. Uma técnica semelhante é usada no fanout em forma de osso de cachorro para um BGA, onde uma pequena quantidade de máscara de solda bloqueia o pad do via (chamado de barragem de solda).

Este problema é resolvido quando você cria footprints para seus componentes, que terão uma abertura de máscara de solda definida ao redor do pad. Geralmente, uma abertura de máscara de solda se estenderá ~4 a 5 mils além da borda do pad. Se a abertura de máscara de solda for muito grande, não impedirá o fluxo de bola de solda e a formação de pontes durante a soldagem por onda.

Vias Abertas em Pads SMD

É um pedaço de sabedoria comum no design de placas de circuito impresso que você deve evitar a todo custo o uso de via-em-pad. Se uma via passante for colocada em um pad muito próximo à região de soldagem, o furo pode permitir que a solda se infiltre até a parte de trás da placa de circuito. Se a via se conectar diretamente a um grande plano em uma camada interna, o calor se dissipará no plano. Isso pode criar uma junta fria ou causar tombamento durante a soldagem por onda.

A via-em-pad tem seu lugar no design de PCB, particularmente em designs HDI com BGAs de passo muito fino. Em outras situações, onde um caminho minimizado para o terra é desejado, use um traço curto com máscara de solda ou vias cobertas. Para prevenir a dissipação excessiva de calor em uma camada de plano durante a soldagem, coloque uma via de alívio térmico na conexão ao plano.

Até agora, discutimos 3 problemas comuns de DFM em pads e vias. Leia mais sobre esses problemas de DFM nestes artigos:

• Evite Problemas Comuns de Pad e Via no Seu Último Cheque de DFM
• Defeitos Comuns no Processo SMT a Evitar Durante a Soldagem

Armadilhas de Ácido

O processo de criação de uma imagem de cobre em uma camada individual de placa de circuito impresso depende de muitos fatores. O cobre é removido de um material laminado usando uma solução alcalina de ataque, que basicamente reage com o cobre e o dissolve lentamente. Características de cobre na sua PCB com cantos apertados podem permitir que um atacante viscoso fique preso, conhecido como uma armadilha de ácido, que ataca excessivamente o cobre próximo. Isso leva a uma rugosidade excessiva do cobre na localização da armadilha de ácido.

Note que o problema das armadilhas de ácido foi resolvido de certa forma através do uso de soluções de ataque de baixa viscosidade. Se você planeja traçar em ângulos de 90 graus ou outros ângulos obtusos, certifique-se de verificar que tipo de atacante o fabricante usa e se ele causa armadilhas de ácido.

Distâncias

Manter distâncias apropriadas é um aspecto básico do design de PCB, mas suas ferramentas de roteamento permitirão que você defina praticamente qualquer distância se você não definir as regras de design corretas. As trilhas precisam ser mantidas espaçadas de pads, outras trilhas e cobre derramado para permitir a gravação completa e para fazer espaço para tolerâncias de fabricação.

O outro motivo para manter distâncias apropriadas surge no design de alta tensão. Sob o As normas IPC 2221 estabelecem que a distância mínima entre uma trilha e qualquer outro condutor depende da diferença de potencial média entre esses elementos condutivos. O objetivo aqui é prevenir ESD não intencional, filamentos anódicos condutivos para condutores muito próximos e corrosão eletroquímica.

Violações Comuns de Normas de Confiabilidade

Existe uma longa lista de normas IPC que visam garantir a confiabilidade. Essas normas cobrem tudo, desde tamanhos de anéis de reforço de vias até proporções de aspecto, e tudo o mais. Algumas exigências de confiabilidade comuns delineadas nas normas IPC relacionam-se a:

• Gotejamentos em pads e vias
• Tamanhos de anéis de reforço
• Tamanhos de via/microvia e proporções de aspecto
• Padrões de land
• Largura de trilha vs. corrente e aumento de temperatura

Os fabricantes podem verificar seus Gerbers ou arquivos de design, bem como suas exigências de teste, para determinar quais normas você pode ter violado involuntariamente. Lembre-se de que as normas IPC são voluntárias (exceto em indústrias altamente regulamentadas), mas você ainda deve projetar de acordo com essas normas, pois elas provaram ser a base para a confiabilidade de PCBs.

Identifique Problemas de DFM com Software de Design de PCB Orientado por Regras

Os problemas de DFM descritos acima são uma pequena lista dos possíveis contratempos que podem surgir no layout de sua PCB. Ao gerenciar os requisitos do seu fabricante como regras de design de PCB, você pode garantir que sua placa será criada corretamente na primeira vez e será confiável. O ambiente de design orientado por regras no Altium Designer foi criado para ajudá-lo a cumprir com importantes regras de design elétrico e requisitos comuns de DFM.

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