Проектирование с учетом производства: Новый взгляд на DFM/DFA

Полное руководство по анализу производственной пригодности

У моего хорошего друга есть шутка насчет планирования нового дизайна печатной платы для производства: он часто спрашивает: "Вы сегодня звонили своему производителю?" чтобы подчеркнуть, что нужно несколько раз обсудить проект с партнером по производству в процессе дизайна. Это то, о чем дизайнеры часто забывают, и это может привести к серьезным проблемам перед началом массового производства. Факт в том, что ваша плата должна пройти несколько раундов анализа на производственную пригодность, чтобы обеспечить возможность производства, как в плане изготовления, так и сборки.

Так когда же следует начинать подвергать ваш дизайн анализу на производственную пригодность? Еще один важный вопрос может быть: каким образом можно ускорить процесс анализа производственной пригодности? В любой плате много чего проверять, и полный осмотр дизайнов на предмет производственной пригодности может занять много времени, особенно в сложных компоновках. Вот что вас ждет в анализе производственной пригодности и как быстро пройти через этот процесс.

Что входит в анализ производственной пригодности для печатных плат?

В общем смысле, анализ на предмет производственной пригодности (DFM) применим к любым объектам, которые должны быть изготовлены в больших объемах. Продукты, предназначенные для производства, должны быть спроектированы таким образом, чтобы они соответствовали используемому процессу массового производства, поэтому дизайн необходимо проверить на предмет отсутствия факторов, которые могут привести к низкому выходу годных изделий, дефектам или снижению срока службы. В наши дни ваш производитель печатных плат и сборщик могут находиться на разных концах земного шара, и критически важно обеспечить им доступ к единому, контролируемому хранилищу информации о проекте для проведения анализа DFM.

Анализ DFM для печатных плат включает проверку соответствия дизайна процессам изготовления и сборки вашего производителя. Любой опытный дизайнер должен знать, что список возможных конструкторских решений, которые могут снизить качество, длинен. Я знаю, что до сих пор не запомнил все возможные проблемы с производственной пригодностью, которые могут скрываться в дизайне, поэтому я часто полагаюсь на своего производителя для проверки моих плат, когда я собираюсь сделать заказ на изготовление.

Регулярно проверяйте свой дизайн

Это поднимает важный вопрос: когда следует проводить проверки на соответствие требованиям производства (DFM) вашего дизайна? Если вы работаете с более простыми платами, вероятно, можно полагаться на то, что ваш производитель проведет окончательную проверку DFM перед производством; повторные глубокие проверки DFM просто занимают слишком много времени, когда ваш производитель может выполнить это быстро. Для более сложных проектов, например, плат с большим количеством слоев, смешанными сигналами, узкими зазорами и несколькими стандартами сигнализации, необходимо провести несколько проверок DFM, чтобы заранее выявить потенциальные проблемы с качеством.

Лучший способ предотвратить ненужные изменения дизайна перед производством - провести анализ DFM в несколько разных моментов:

• При выборе компонентов: Это в основном касается размеров пассивных компонентов, особенно 0201 и 01005. Если вам необходимо использовать эти маленькие компоненты, просто убедитесь, что ваш производитель может справиться с ними.
• Во время планирования расположения элементов на плате: На этом этапе мы все еще определяем некоторые базовые аспекты платы, такие как возможное количество слоев, диапазон ширин дорожек, размеры переходных отверстий (via), необходимость перехода на HDI, какие ламинаты для печатных плат использовать, и какой уровень производственной пригодности IPC будет применим к дизайну.
• После размещения компонентов: После того, как вы разместили компоненты, учитывайте процесс сборки, особенно в отношении пайки на двусторонних SMD-платах. Также подумайте о том, как заземленные компоненты будут припаиваться к их опорной плоскости и нуждаются ли они в тепловых рельефах.
• При планировании стека: Вас может удивить, сколько стеков нужно изменить, прежде чем дизайн можно будет отправить в производство. Это так же просто, как попросить вашего производителя предоставить проверенную таблицу стека.
• После генерации файлов Gerber: Некоторые дефекты легче увидеть в ваших файлах Gerber, поэтому лучше всего просканировать ваши Gerber на предмет таких вещей, как перекрывающиеся отверстия для сверления и соотношения сторон переходных отверстий.
• В сотрудничестве с командой MCAD: В некоторых случаях размещение паяемых разъемов или других механических элементов может создать чрезмерно тесные зазоры.

Несколько из этих моментов стоит более подробно рассмотреть, так как они могут не часто обсуждаться в других статьях.

Зазоры компонентов

Некоторые моменты, касающиеся разъемов, будут применимы и к любым другим компонентам, но есть еще один момент, связанный с зазорами, который стоит проверить. Убедитесь, что вы учли расширение во время сборки, особенно для разъемов с пластиковым кожухом или основанием. Если два компонента слишком близко расположены и расширяются во время пайки, они могут оба оторваться от платы во время сборки.

Проверка зазоров в анализе DFM помогла бы нам предвидеть отрыв компонентов во время недавнего производственного цикла.

Рассмотрение Посадочных Мест

Очевидно, вы должны приложить усилия, чтобы убедиться, что ваши посадочные места проверены. Это можно сделать вручную или используя только проверенные компоненты напрямую от производителей, когда они доступны. Однако, как только посадочное место попадает в разметку, вам нужно будет проверить отверстия для паяльной маски, зазор до переходных отверстий, зазор до других компонентов, соотношение сторон переходных отверстий и многое другое. Если вы не используете программное обеспечение с подходящими функциями проверки правил, вы можете оставить тепловую подушку висящей в воздухе, или вы можете разместить отверстие для сверления слишком близко к паяльному филету. Вы можете смотреть на разметку печатной платы напрямую, но вполне нормально сгенерировать предварительные файлы Gerber и сравнить ваши слои (см. ниже).

Вы можете обнаружить компоненты, которым нужны отверстия для паяльной маски и капли, из промежуточных файлов Gerber.

Проверка стека

Это может звучать упрощенно, но вы с легкостью пройдете этот этап, если просто попросите вашего производителя предоставить вам стек с желаемым количеством слоев и их расположением. Они уже провели анализ DFM, необходимый для обеспечения прохождения определенных стеков слоев через их процесс. Они дадут вам необходимую ширину дорожек, расстояние между дорожками (для дифференциальных пар) и толщину слоев, которые вам нужно будет использовать с вашими желаемыми ламинатными материалами. В некоторых случаях вы можете быть удивлены, обнаружив, что ваш желаемый ламинатный материал недоступен, и вам придется использовать близкий эквивалент.

Если вы свяжетесь с вашим производителем заранее, они отправят вам квалифицированную таблицу стека.

Для 4-слойных стеков вы, скорее всего, получите стандартный стек 8mil/40mil/8mil S/P/P/S с общей толщиной 62 mil. Более сложные стеки могут потребовать индивидуальной таблицы, особенно когда у вас есть плата, которая требует маршрутизации с контролируемым импедансом. Если вы получите информацию о стеке заранее, вы не рискуете применить неправильные дорожки и расстояния, необходимые для контролируемого импеданса, все уже будет проверено.

Анализ DFM перед изготовлением

После того, как вы закончили разработку вашей платы и отправили её на производство, ваш производитель должен провести собственный анализ DFM, используя ваши окончательные файлы Gerber. Заметьте, я использую слово "должен", потому что не все производители делают это; у некоторых производителей вы загружаете ваши файлы Gerber, и они будут производить плату точно в соответствии с тем, что указано в ваших файлах без вопросов. У некоторых производителей вам нужно будет явно запросить этот уровень сервиса, поскольку разные уровни обслуживания будут доступны только как дополнительная опция.

Как только вы получите анализ DFM от вашего производителя, вы увидите множество результатов в следующих двух областях: проверки зазоров на соответствие возможностям процесса и проверки на соответствие конкретным отраслевым требованиям.

Проверка размеров элементов на соответствие возможностям процесса

Когда вы отправляете ваши конструкторские файлы на фабрику, и они проводят анализ DFM, вы, вероятно, увидите множество результатов, касающихся проверок зазоров. Производитель уже должен проверить вышеупомянутые области, но ему также нужно будет сравнить размеры ваших элементов и зазоры с возможностями их процесса. Даже если вы проходили этот процесс с предварительными файлами Gerber в рамках предварительной оценки, лучше всего пройти его снова, так как вы могли что-то упустить.

Пример отчета анализа DFM от одного из моих предпочтительных производителей, работающих в соответствии с ITAR, представлен ниже. В этой таблице мы можем видеть расстояния, размеры кольцевых зон и зазоры между металлизированными сквозными отверстиями и медью. Из последней строки видно, что мои настройки зазора между дорожкой и медью слишком низкие, а на некоторых посадочных местах размеры кольцевых зон слишком малы.

Пример отчета анализа DFM, показывающего зазоры по сравнению с возможностями процесса.

В этом примере у нас есть несколько ошибок вдоль определенного посадочного места, которое как раз является пакетом TO-92. В данном случае размер отверстия во встроенной библиотеке был слишком большим, что заставило кольцевую зону вокруг края быть слишком маленькой, чтобы сохранить зазоры. После изменения размера отверстия мы смогли увеличить место для кольцевой зоны класса 2, оставив при этом достаточно зазора, чтобы предотвратить замыкание.

Как ваш производитель проверяет каждую возможную деталь в компоновке вашей печатной платы для большого, сложного проекта с тысячами сетей? Существуют приложения, которые помогают автоматизировать этот процесс и составлять отчет о любых нарушениях процесса. Некоторые производители используют свои собственные приложения внутри компании, в то время как другие предоставят вам доступ к загружаемой программе, которую вы можете использовать для проверки вашего проекта перед изготовлением.

Обзор соответствия классам IPC

Еще одна область требований к проектированию, требующая большего опыта, - это проверка соответствия классам IPC. Важным моментом, который следует указать в процессе запроса предложений, является уровень квалификации IPC, которого вы стремитесь достичь, если таковой имеется. Это включает проверку наличия капель, размеров кольцевых зазоров, диаметров отверстий и площадок против веса меди, возможности металлизации сквозных отверстий и площадок, требований к толщине диэлектрика, лишь для примера некоторых основных требований надежности. Физическая компоновка будет сравниваться с возможностями производителя для обеспечения соответствия проекта квалификационным и производственным требованиям, определенным в стандартах IPC, и перед изготовлением потребуются изменения.

Как быстро передать данные вашего проекта производителю

Какой самый быстрый способ передать файлы в руки вашего производителя и как можно убедиться, что они полностью понимают ваше проектное намерение? Вам понадобится лучший набор инструментов для облачного сотрудничества, который вы сможете найти. В наше время, когда все делается цифровым способом, разработчикам печатных плат нужны инструменты, помогающие им сотрудничать над сложными проектами и делиться ими с партнерами по производству. С платформой Altium 365 легко и быстро делиться всем, от полных выпусков проекта до отдельных файлов проекта, с вашим производителем, другими членами команды и клиентами.

Altium 365 также помогает оптимизировать анализ производственной пригодности за счет полного набора функций документации, включая:

• Инструменты для хостинга и управления компонентами и библиотеками
• Интегрированная система контроля версий на базе Git 
• Интеграция с внутренними инструментами базы данных или внешними приложениями контроля версий
• Функции доступа и управления пользователями

В Altium 365 есть чрезвычайно удобный способ отправить вашу плату производителю с помощью функции «Отправить производителю». Как только проект будет выпущен в вашем рабочем пространстве Altium 365, вы можете перейти в выпуск проекта и нажать кнопку «Отправить производителю» в верхней части экрана, как показано ниже. Затем ваш производитель может открыть проект в Altium Designer или скачать файлы выпуска и провести анализ файлов изготовления с помощью приложения для анализа производственной пригодности.

Как только проект будет выпущен в вашем рабочем пространстве Altium Designer, вы можете предоставить доступ вашему производителю.

Как только ваш дизайн будет у вашего производителя, они смогут комментировать конкретные моменты в дизайне, что поможет избежать путаницы при чтении отчета анализа производственной пригодности (DFM). Эти комментарии затем можно просматривать онлайн в Altium 365 через ваш браузер или в макете печатной платы, когда вы открываете ваш проект в Altium Designer. Никакая другая облачная служба не помогает проходить через множество раундов анализа DFM, как Altium 365.

Самый быстрый способ провести ваш дизайн через несколько раундов анализа DFM, отслеживая изменения в проектах на протяжении всего процесса, - использовать платформу Altium 365™. У вас будут все необходимые инструменты для обмена, хранения и управления всеми вашими данными дизайна печатных плат на защищенной облачной платформе. Altium 365 - единственная облачная платформа сотрудничества, специально предназначенная для дизайна и производства печатных плат, и все функции в Altium 365 интегрированы с мировыми инструментами дизайна в Altium Designer®.

Предотвращение основных ошибок DFM в вашем дизайне печатной платы

Каждая печатная плата должна соответствовать рекомендациям DFM (проектирование с учетом производственных возможностей), чтобы избежать потенциальных ошибок производства и сборки. Это также сосредотачивается на снижении затрат, улучшении качества и производстве без дефектов. В этой статье мы объясним некоторые из основных ошибок DFM в печатных платах и различные методы их предотвращения.

Предотвращение основных ошибок DFM в вашем дизайне печатной платы

Анализ DFM позволяет производителям рассматривать дизайн платы с различных аспектов для того, чтобы наиболее эффективно изменить ее материалы, размеры и производительность. Он мгновенно обнаруживает проблемы дизайна и исправляет их заблаговременно до начала производства. Пошаговый подход к анализу проектирования с учетом производственных возможностей включает в себя следующие атрибуты:

• Выявление нарушений дизайна, которые повлияют на процесс производства. 
• Определение точного производственного процесса в соответствии с геометрией и требованиями к материалу. 
• Осмотр дизайна платы и определение, соответствует ли спецификация готовому продукту.
• Выбор материалов (с учетом свойств, физической прочности и текстуры), зависящий от размеров платы.
• Обеспечение соответствия дизайна нормативным требованиям для выполнения стандартов качества и надежности.

Основные ошибки DFM

Часто встречающиеся проблемы DFM включают в себя щепки, разрыв кольцевой зоны, капкан для кислоты и т. д. Давайте рассмотрим общие нарушения и способы их предотвращения.

Предотвращение щепок

Щепки - это маленькие клинья сухого фоторезиста, которые обнажают медь и создают короткие замыкания. Они могут быть как проводящими (медь), так и непроводящими (паяльный резист). Существует две причины, приводящие к образованию щепок. Первый случай происходит, когда длинный, тонкий элемент меди или паяльной маски вытравливается. Отсоединившиеся щепки вызывают короткие замыкания во время изготовления. Во втором случае щепки образуются при слишком близком или глубоком вырезании секции дизайна платы. Это может негативно сказаться на функциональности печатной платы.

Решение:

Внедрите минимальную ширину фоторезиста, чтобы избежать этого дефекта. Применяйте одинаковое расстояние между сетями (менее 3 милов) или воздушный зазор, который можно удалить или заполнить. Необходим анализ DFM для выявления возможных мест формирования щепок и решения возникших проблем.

Снимок CAM медных щепок

Снимок CAM щепок паяльной маски

Медные щепки

Выбор компонентов

Выбор компонентов должен осуществляться на основе их доступности, учета сроков поставки и мониторинга устаревших деталей. Это обеспечивает наличие компонентов задолго до начала производства.

Определите размеры компонентов и корпусов, тщательно изучив спецификацию материалов (BOM). Если пространство позволяет, можно выбирать более крупные компоненты для резисторов и конденсаторов. Например, использовать конденсатор/резистор размером 0603 или 0805 вместо 0402/0201. Выбор зависит от напряжения, тока и частоты. По возможности выбирайте меньшие корпуса; в противном случае выбирайте более крупные. Чрезмерное использование маленьких корпусов компонентов может усложнить сборку печатной платы, а также очистку и переработку.

Маленькие компоненты на печатной плате

Тестовые точки

DFM включает тестовые точки для всех важных сигналов, чтобы проверить электрическое соединение после изготовления платы. Если их исключить, будет сложно проверить конечный продукт. Вот несколько советов, чтобы избежать возможных проблем при производстве:

• Для удобства тестирования разместите все тестовые точки на одной стороне платы.
• Соблюдайте минимальное расстояние в 0.100 дюйма между тестовыми точками, чтобы повысить эффективность тестирования. 
• Выделите область для более высоких компонентов.
• Распределите все тестовые точки равномерно для удобства доступа несколькими пробниками.
• Проектируйте вашу плату, учитывая допуски производства.

Переходные отверстия и расстояние до меди

Расстояние до меди - это расстояние от края просверленного отверстия до ближайшего медного элемента. Но при проектировании печатных плат учитывается расстояние от размера готового отверстия (FHS) до ближайшего медного элемента.

Конструкторы всегда должны учитывать диаметр сверления (FHS + допуск на сверление) для определения правильного расстояния. Диаметр сверления можно определить из следующего уравнения:

Размер готового отверстия + допуск = диаметр сверления

Обычно расстояние должно составлять 5-8 мил, но это зависит от количества слоев. Инструменты для размещения плат не имеют специальных проверок правил проектирования (DRCs) для расстояния до меди. Однако, если вы используете адекватное расстояние в вашем дизайне, вы можете обеспечить зазор в 8 мил. Это самый важный атрибут, который следует учитывать при анализе DFM.

Зазор до меди

В кольцевых соединениях может произойти касание или разрыв, когда сверло не достигает желаемого места и смещается в том же направлении. Это вызывает маргинальные соединения и влияет на надежность.

Разрыв кольцевого соединения

Вот несколько советов, как избежать проблем с DFM, возникающих во время сверления:

• Включите в свой дизайн области с широкими кольцевыми зонами, адаптируя большие размеры площадок. Это обеспечивает хорошую проводимость и упрощает сверление переходных отверстий в середине площадки.
• Проверьте, имеют ли металлизированные сверловые отверстия медные площадки на всех медных слоях.
• Sierra Circuits рекомендует минимальное расстояние от сверла до меди в 8 мил.
• Соблюдайте минимальное соотношение сторон, чтобы предотвратить неправильную регистрацию сверления.
• Определите тип сверления (PTH/NPTH) и количество/размер сверл.
• Убедитесь, что медные элементы и сверла помещаются внутри контура платы.
• Спроектируйте кольцевую зону больше или равную минимальному размеру кольцевой зоны (4 мил), которую может изготовить поставщик/производственное предприятие.
• Добавьте капли, чтобы предотвратить разрушение кольцевой зоны в сложных конструкциях и при малых размерах кольцевых зон. 

Количество сверлений должно соответствовать диаграмме сверлений

Крайне важно, чтобы количество сверлений соответствовало диаграмме сверлений. Диаграмма сверлений включена в чертеж для изготовления. Иногда диаграмма сверлений не совпадает с фактическим количеством сверлений. В этом случае вам потребуется изменить или перегенерировать диаграмму сверлений.

Пример диаграммы сверлений печатной платы

Как простое правило проектирования, старайтесь минимизировать количество различных размеров сверл, используемых в компоновке печатной платы. Лучше всего выбрать один или два размера переходных отверстий (виас), которые могут обеспечить большинство переходов между слоями для сигналов, и, возможно, несколько других, которые будут использоваться для монтажных отверстий или отверстий без металлизации.

Зазоры

В анализе DFM необходимо учитывать три типа зазоров.

Зазор от края:

Многие дизайнеры забывают обеспечить достаточный зазор между медью и краем печатной платы. Близость меди к краю может создать короткое замыкание между соседними слоями, если к ним приложен ток. Это результат обнажения меди вокруг периметра платы. Эту проблему можно решить, добавив зазор в дизайн. Проверьте следующие приблизительные значения:

• Для внешнего слоя: 0.010”
• Для внутреннего слоя: 0.015”

Расстояние между линиями:

Расстояние между двумя проводниками является минимальным. Оно зависит от материалов, толщины меди, температурных изменений и приложенного напряжения. Также зависит от возможностей производителя.

 

Зазоры маски пайки:

• Делайте зазор маски пайки больше, чем площадки пайки, за исключением случаев, когда площадки определены маской пайки.
• Лучший способ предотвратить образование мостиков при пайке - это увеличить отверстие маски на медной площадке или обеспечить разгрузку барреля (зазор маски для пайки = размер сверла + 3 мила).

Зазор маски для пайки

Ловушки для кислоты

Еще одна ошибка DFM, на которую стоит обратить внимание, - это ловушка для кислоты. Дизайн, включающий острые углы, привлекает к этой области концентрации кислоты. Это может привести к чрезмерному травлению дорожек и разрывам цепи.

 

Избегайте прокладки дорожек, подходящих к площадкам под острыми углами. Размещайте дорожки под углом 45° или 90° относительно площадок. Убедитесь, что ни один из углов дорожек не создал ловушек для кислоты после прокладки дорожек.

Проверки шелкографии

Проверка шелкографии включает в себя различные атрибуты, которые будут влиять на анализ DFM и помогут предотвратить возможные ошибки. Вот несколько важных рекомендаций:

Ориентация: Шелкография может находиться на площадках, и это следует проверять, запустив DRC. Шелкография также может перекрывать отверстие сквозного монтажа, хотя это допустимо, если сквозные монтажи закрыты. Это может произойти при вращении текста и корректировке обозначений компонентов. Обрежьте обозначения компонентов, которые перекрывают площадки и сквозные монтажи, чтобы предотвратить перекрытие.

Убедитесь, что ориентация вашей шелкографии последовательна

Ширина линии и высота текста: Мы рекомендуем минимальную ширину линии 4 мил и высоту текста 25 мил для удобочитаемости. Всегда используйте стандартные цвета и крупные формы для хорошего представления. Обычно размер должен быть 35 мил (высота текста) и 5 мил (ширина линии). Если плата не плотная и есть достаточно места для крупного текста, используйте следующий размер:

Если вышеуказанные спецификации не подходят для платы средней плотности, используйте следующий размер:

Когда вышеуказанный размер не подходит, обратитесь к следующему: Для платы средней плотности:

 

Метод печати шелкографией: Конкретный метод влияет на многие параметры дизайна, такие как размер, зазоры и т.д., а также элементы вроде площадок, переходных отверстий и дорожек. Укажите их в соответствии с ручной печатью шелкографией, жидкостной фотообработкой и прямой печатью легенды.

Приоритетность маркировки: Определите приоритетность маркировки шелкографии в соответствии с классификацией: нормативные требования, идентификация производителя, помощь в сборке и помощь в тестировании.

Соблюдение рекомендаций по проектированию с учетом производственных возможностей помогает выявлять ошибки на ранних этапах разработки. К счастью, движок DRC в Altium Designer® может помочь вам обнаружить эти проблемы до начала производства. После консультации с вашим производителем вы можете программировать указанные выше ограничения в правила проектирования вашей печатной платы, чтобы быстро находить и исправлять ошибки. Как только ваша разработка будет готова к тщательному обзору дизайна и производству, ваша команда может делиться и сотрудничать в реальном времени через платформу Altium 365™. Команды разработчиков могут использовать Altium 365 для обмена данными о производстве и результатами тестирования, а изменения в дизайне могут быть распространены через защищенную облачную платформу и в Altium Designer.

Рекомендации DFA для эффективного проектирования печатных плат

Каждая печатная плата, которая хочет стать реальным устройством, должна быть собрана с высоким выходом годных изделий. Для того чтобы гарантировать, что плата может быть правильно собрана с первого раза, необходимо стратегическое планирование. Понимание некоторых основных рекомендаций DFA может помочь обеспечить, что ваша разработка пройдет через сборку на производстве с минимальными дефектами и без переработки.

DFA - это процесс, который состоит из трех этапов. На первом этапе учитывается дизайн раскладки платы. Во время этого этапа принимаются во внимание зазоры между компонентами, направление пайки и снижение стоимости сборки. На последующем этапе файлы Gerber или ODB++ проверяются на предмет зазоров и ориентации компонентов, посадочных мест и различных методов очистки. На заключительном этапе определяются требования к волновой пайке, пайке рефлоу и ручной пайке.

 

Цели DFA

Стандартизация

Каждому разработчику плат будет сложно предсказать проблемы, которые могут возникнуть при работе над новым дизайном PCB. Основная цель стандартизации - минимизировать уровень неопределенности, используя детали и техники, которые ранее работали успешно. Ниже приведены несколько способов обеспечить максимальную стандартизацию в вашем дизайне:

• Тщательно проверяйте источник каждого компонента, чтобы гарантировать подлинность компонентов. Несанкционированные источники увеличивают риск задержек, недостоверной информации и подделок.Постарайтесь сократить количество уникальных типов компонентов, чтобы упростить процесс сборки и минимизировать потенциальные ошибки. Например, если есть какие-либо несоответствия между посадочным местом и шаблоном для выводов, необходимые корректировки компоновки будут выполнены быстрее, поскольку в дизайне будет меньше уникальных шаблонов для выводов.

Проверка компонентов

Каждому разработчику плат будет сложно предсказать проблемы, которые могут возникнуть при работе над новым дизайном печатной платы. Основная цель стандартизации - минимизировать уровень неопределенности за счет использования проверенных ранее деталей и техник. Ниже приведены несколько способов обеспечить максимальную стандартизацию вашего дизайна:

Одна из основных целей DFA - проверка компонентов, которые устанавливаются на плату. Следуйте приведенным ниже рекомендациям, чтобы помочь вашему производителю эффективно собрать вашу плату:

 

Снижение ошибок сборки

DFA в основном сосредоточена на устранении потенциальных ошибок сборки, которые могут возникнуть. Помимо обсуждаемых выше пунктов, следующие моменты позволяют производителям изготавливать печатные платы с желаемой функциональностью.

• Придерживайтесь размеров, расстояний и допусков для сверловки отверстий, которые соответствуют возможностям вашего производителя. Это также обеспечивает производимость вашего дизайна печатной платы.
• Соблюдайте допуски и толерантности, которые соответствуют возможностям вашего производителя. 
• Следуйте правилам очистки краев платы.
• Убедитесь, что форма платы позволяет оптимальную панелизацию.
• Включайте тепловые рельефы там, где это необходимо.

Стандарты DFA

Как обсуждалось в предыдущих разделах, знание стандартов DFA помогает вам разрабатывать плату эффективно и экономично. В этом разделе мы рассмотрим несколько критически важных норм DFA.

Ориентация компонентов с обозначениями полярности

Ориентация компонентов является одним из самых важных факторов, которые следует учитывать на этапе предварительной сборки. Для беспроблемной сборки важно следовать четким и ясным методам ориентации. В качестве примера рассмотрим диоды, которые имеют определенную полярность. Убедитесь, что символ на схеме и шелкография имеют правильное обозначение полярности, которое будет видно после установки. Это упростит процесс инспекции, и это облегчит тестирование или отладку.

 

Символ можно разместить между двумя выводами для деталей с монтажом сквозь отверстие, но его следует размещать рядом с устройством для деталей с поверхностным монтажом. Поскольку эти символы могут занимать много места, для плат HDI будет достаточно линии над катодной площадкой или простой индикации A (анод) или K (катод).

Всегда группируйте похожие компоненты и по возможности старайтесь размещать их в одной ориентации. Это облегчает процесс быстрой сборки. Например, все QFP можно разместить в ряд с выводом 1 в одном и том же углу для каждого ИС.

 

Требования к расстоянию

Расстояние между компонентами влияет на временные рамки процесса сборки печатной платы. В этом разделе мы рассмотрим рекомендуемые стандарты расстояния для обеспечения качества процесса сборки.

Расстояние от детали до края

Расстояние от детали до края платы - это расстояние от данного компонента на плате до ее края. Этот фактор играет важную роль в процессе разделения плат. Во время этого процесса компоненты, расположенные близко к краю платы, будут подвергаться напряжению, которое может повлиять на пайку. Мы рекомендуем обеспечить зазор в 125 мил между краем платы и SMD, размещенными на верхней стороне печатной платы, но ваш производитель может предложить другие допуски в своем процессе.

Иногда производители увеличивают расстояние от компонента до края платы на нижней стороне платы. Это снижает вероятность повреждения компонентов SMT во время нанесения паяльной пасты.

Медные дорожки также могут быть проложены ближе к краю платы. Это позволяет обеспечить зазор для паяльной маски и предотвращает нарушение границ площадок. Дорожки, медные заливки и вручную вставленные детали должны располагаться как минимум на 10 мил от края платы. Отверстия с зубцами - это тип конструкции, требующий медного покрытия на краю платы. Для достижения желаемого медного покрытия такие конструкции потребуют дополнительных затрат и времени на производство.

 

Расстояние от детали до отверстия

Расстояние между компонентами влияет на требования к временным рамкам процесса сборки печатных плат. В этом разделе мы рассмотрим рекомендуемые стандарты расстояний, чтобы обеспечить качество процесса сборки.

• Расстояние от детали до стенки отверстия: Это измеряется от края фактического отверстия до края площадки
• . Это также известно как расстояние от сверления до меди. Минимально требуемое расстояние составляет около 8 мил (0.2 мм).
• Расстояние от детали до кольцевой дорожки: Это измеряется от края кольцевой дорожки отверстия до края площадки. Минимально требуемое расстояние составляет около 7 мил (0.18 мм).

Расстояние от детали до отверстия

Стандарты сборки IPC

Вот некоторые из других стандартов сборки IPC, которых будет придерживаться ваш CM при сборке плат.

• IPC-A-600: IPC-A-600, обычно известный как IPC-600, определяет уровень критериев приемлемости для каждой категории продукции. Он определяет желательные, допустимые и неприемлемые требования к платам. 
• IPC/WHMA-A-620C: Описывает стандарт для материалов, процедур, испытаний и критериев приемлемости для сборок кабелей и проводников. 
• IPC-A-630: Определяет стандарты для электронных корпусов. Этот стандарт используется, когда ваш CM собирает и проводит процесс инспекции.

Распространенные дефекты сборки

В этом разделе подробно описаны дефекты и проблемы, которые возникают наиболее часто во время сборки печатных плат. Производители используют множество методов контроля качества, чтобы избежать этих дефектов, и некоторые из этих методов упомянуты в подразделах ниже. 

Томбстоуны

Томбстоун, также известный как эффект Манхэттена, относится к случаю, когда компонент SMD частично или полностью отслаивается от своей посадочной площадки. Это наиболее распространено в малых SMD пассивных компонентах (пакеты 0603 или меньше) и происходит из-за дисбаланса сил во время пайки рефлоу.

Способы предотвращения томбстоунинга:

• Обеспечить высокую точность компонентов и высокую температуру предварительного нагрева.
• Избегать воздействия высоких температур и влажности.
• Расширьте зону прогрева, чтобы сбалансировать силу смачивания на обоих площадках до того, как паста достигнет расплавленного состояния.

 

Мостики Припоя

Мостики припоя возникают, когда припой наносится между двумя проводниками, которые не должны быть электрически соединены. Эти нежелательные соединения называются короткими замыканиями.

Способы предотвращения мостиков припоя:

• Обеспечьте высокую точность компонентов и высокую температуру предварительного нагрева.
• Избегайте воздействия высоких температур и влажности.
• Расширьте зону прогрева, чтобы сбалансировать силу смачивания на обоих площадках до того, как паста достигнет расплавленного состояния.

 

Пустоты в Припое

Пустые пространства или отверстия внутри соединения припоем известны как пустоты в припое. Пустота в припое образуется, когда недостаточно припоя для установления соединения. Пустота в припое обычно содержит воздух. 

Способы предотвращения пустот в припое:

• Увеличьте канал для выхода газов, позволяя газам уходить с платы. 
• Постарайтесь использовать припой без свинца.

 

Методы Инспекции

После установки компонентов на плату производители могут проводить множество процедур инспекции и контроля качества.

Автоматизированная оптическая инспекция (AOI)

Автоматизированная оптическая инспекция (AOI) является эффективным и точным методом обнаружения ошибок сборки печатных плат до того, как они покидают производственное предприятие. Этот метод использует камеры высокого разрешения и передовое программное обеспечение для обработки изображений для идентификации ошибок сборки, таких как отсутствующие или неправильно установленные компоненты, мостики из припоя, шарики припоя или "надгробия".

 

Инспекция с использованием X-лучей

Автоматизированная инспекция с использованием X-лучей (AXI) является популярным подходом для обнаружения скрытых дефектов в интегральных схемах (ИС) и шариковых сеточных массивах (BGA). Источником сканирования в этой системе являются X-лучи. Она может использоваться для идентификации больших пустот и трещин. Этот подход позволяет осуществлять неразрушающий доступ к внутренним геометриям и структурным составам. AXI захватывает изображения так же, как и AOI. Единственное отличие заключается в том, что AOI сканирует с использованием источника света, в то время как AXI сканирует с использованием X-лучей.

2D изображение при инспекции с использованием X-лучей

Руководства по DFA предназначены для обеспечения высокого выхода годных изделий и минимизации доработок после сборки. Вы можете реализовать эти и многие другие рекомендации DFA до начала производства, используя движок DRC в Altium Designer. После консультации с вашим производителем вы можете запрограммировать указанные выше ограничения в правила проектирования вашей печатной платы, чтобы быстро обнаруживать и исправлять ошибки. Как только ваша разработка будет готова к тщательному обзору дизайна и производству, ваша команда может делиться и сотрудничать в реальном времени через платформу Altium 365. Команды проектировщиков могут использовать Altium 365 для обмена данными производства и результатами испытаний, а изменения в дизайне могут быть распространены через защищенную облачную платформу и в Altium Designer.

Сообщение производителям о потребностях в структуре слоев печатной платы

В бизнесе проектирования печатных плат важнейшим приоритетом является общение с производителями и поставщиками. Контекст наших запросов иногда теряется из-за предоставления некорректной информации, недостаточности информации или ее полного отсутствия. Хотя опытный проектировщик печатных плат может предпринять шаги для указания всего, что он хочет видеть в структуре своей платы, в конечном итоге производитель примет это решение в попытке сбалансировать доступные материалы с возможностями обработки и выходом годных изделий.

Стеки описывают не только базовую конструкцию печатной платы; в стек встроено множество других конструктивных соображений, определяемых свойствами материалов вашего основания и диэлектрика. Чтобы убедиться, что ваш дизайн совместим с возможностями вашего производителя, запасами материалов и требованиями к импедансу, дизайнеры должны четко определить требования к своему стеку. Если вы следуете моему совету при первоначальном создании дизайна и сначала спросите у вашего производителя, какие стеки у них есть в наличии, то вы будете в хорошей форме. Если вы спроектируете вокруг этого слоя стека, то работа с вашим производителем будет намного проще.

Что делать, если у вас есть существующий дизайн, и вам нужно его произвести где-либо с совместимыми наборами материалов? Как можно снизить риск того, что полученная плата не соответствует вашим требованиям? Вот что мы рассмотрим в этой статье. Если вы следуете некоторым из этих советов, вы будете проектировать С производством, а не только ДЛЯ производства.

Убедитесь, что потребности в стеке слоев ПП указаны

Как я упоминал выше, на начальном этапе разработки дизайна обычно можно получить стандартную структуру слоев и использовать ее в своем проекте. Это самый быстрый способ спроектировать ваш прототип и запустить его в производство. Другой вариант - это хотя бы разработать свою собственную структуру слоев с выбранными вами материалами, а затем утвердить ее на вашем производстве. Они скажут вам, могут ли они ее изготовить, и вы сможете решить, как поступить дальше (либо переработать структуру слоев, либо отправить ее в другое место).

Когда дизайн уже завершен, ситуация немного иная. Когда вы начинаете производство, вы должны убедиться, что производитель пустых плат может соответствовать множеству спецификаций, включая:

• Характеристики слоев - Это включает в себя толщину слоев, вес меди, тип медной фольги (обратная обработка, электролитическое осаждение, прокатанная медь, добавочная и т.д.), а также конструкцию ламината/стиль плетения.
• Диэлектрические и импедансные требования - Если у вас есть спецификация импеданса (как для сигналов, так и для питания), которую вам нужно выполнить, тогда вам необходимо указать диэлектрическую постоянную в ваших слоях вместе с толщиной слоев и медью.
• Допустимые замены и допуски - Здесь ваш производитель может видеть, что вы разрешили им изменять, чтобы обеспечить надежное производство дизайна в любом месте.

Мы нечасто говорим о Пункте №3, вместо этого сосредотачиваясь на DFM как части Пунктов №1 и №2. Если вы учтете возможные изменения, необходимые в вашем слое PCB в Пункте №3, вы сможете исключить риск получения плат, которые не соответствуют вашим спецификациям.

Чтобы убедиться, что ваши потребности в стеке слоев PCB удовлетворены, у вас есть важный документ, который вы можете использовать для указания требований к вашей печатной плате: ваш чертеж изготовления PCB. Вам следует использовать как чертеж стека слоев, так и ваши заметки по изготовлению, чтобы сообщить вашему производителю требования к стеку слоев PCB.

Начните с чертежа или таблицы стека слоев PCB

В вашем чертеже изготовления вы можете сразу указать большинство требований к вашему стеку слоев с помощью чертежа стека слоев. Это самый простой способ сообщить вашему производству основные требования, которые вы хотите видеть в вашей плате. Ниже приведен пример конструкции для 4-слойной платы, которая может быть использована для высокоскоростной печатной платы, модуля регулятора питания, платы микроконтроллера или другой универсальной платы.

Пример чертежа стека слоев печатной платы в чертеже изготовления. Создано в Draftsman.

Пример чертежа стека слоев печатной платы в чертеже изготовления. Создано в Draftsman. Из этого чертежа мы уже можем увидеть несколько важных спецификаций, которым должно соответствовать ваше производство:

• Толщина слоев и их количество
• Масса меди на каждом слое 
• Конкретный набор материалов (в данном случае ITEQ IT-180BS/IT180C)
• Расширение файла Gerber, соответствующее каждому слою

Иногда, когда я получаю списки требований от клиентов, эти пункты компилируются в документ стека слоев. При отправке результатов вашего проектирования производителю, включение документа стека слоев или другого документа с требованиями в пакет файлов является приемлемым, но эта информация также должна отражаться в чертеже изготовления. Лучший способ сделать это - с помощью чертежа стека слоев, как показано выше.

Что насчет импеданса и диэлектрических свойств? Если вы проектируете с учетом конкретного набора материалов, то вам не нужно указывать их явно, хотя эти данные могут быть включены в ваш чертеж стека слоев печатной платы. Чтобы убедиться, что ваш производственный цех учитывает эти допуски в вашем дизайне, вам придется указать приемлемые допуски на ширину дорожек и толщину слоев.

Допуски в вашем стеке слоев и ширине дорожек

Чтобы гарантировать достижение целевого значения диэлектрической постоянной, тепловых/химических свойств или импеданса (предполагая, что вы это указали), существует три способа продолжить ваше проектирование:

• Перед началом любой работы по проектированию убедитесь, что ваша структура слоев одобрена производственным предприятием. Если они ее одобряют, убедитесь, что они указали ширину дорожки для вашего значения импеданса на основе данных контролируемого импеданса. Если вы проектируете, исходя из этой ширины дорожки и структуры слоев, тогда вы будете знать, что спецификации, которые вы предоставляете в чертеже для производства, обеспечат желаемое электрическое поведение.
• Укажите соответствие листу IPC для любых совместимых материалов, которые будут использоваться в структуре слоев ПП. Вам нужно знать желаемый лист для первоначального выбора материала. • Разрешите производителю при необходимости корректировать ширину дорожек, чтобы обеспечить возможность использования любой замены материала в структуре слоев ПП. Вам не нужно указывать конкретный лист или название материала, хотя вы можете сделать это в своих производственных заметках. 

Вариант №1 гарантирует точность вашей платы, но только на предприятиях, которые предлагают только ваш набор материалов. Варианты №2 и №3 более общие, и они пытаются обеспечить защиту везде, но вам может потребоваться запросить контроль импеданса во время производства.

Реализация варианта №2 проста в ваших производственных заметках. Ниже приведен пример производственной заметки, в которой четко указано, какому слэш-листу должен соответствовать ваш набор материалов (заметка 16.C, выделена красным). Обратите внимание, что это можно реализовать, даже если контроль импеданса не требуется.

Эта производственная заметка указывает на соответствие слэш-листу, чтобы изготовитель мог заменять только совместимыми наборами материалов.

В рамках варианта №3 вашему производственному предприятию, возможно, придется немного скорректировать эти спецификации. Вам нужно будет указать допустимые допуски на толщину слоя и ширину дорожки в ваших производственных заметках. Ниже приведен пример того, как это можно указать как допустимый допуск для производственного предприятия. Красная рамка определяет целевой номинальный импеданс, реализованный в дизайне, как он изначально предоставляется производственному предприятию. Синяя рамка указывает допустимые допуски на ширину дорожки и толщину слоя

Эти две производственные заметки позволяют изготовителю корректировать геометрию дорожки или слоя так, чтобы можно было достичь целевого импеданса в пределах допуска, указанного в заметке 18.A.

Делая это, вы учитываете тот факт, что материалы, используемые производственным предприятием, могут иметь другую диэлектрическую проницаемость, чем та, которую вы использовали в своем дизайне. Поскольку они не всегда смогут достичь требуемой диэлектрической проницаемости, им придется скорректировать трассу, чтобы компенсировать любое значительное отклонение, которое выводит импеданс за пределы спецификации, определенной в Примечании 18.A.

Когда вы будете готовы собрать документацию для вашей печатной платы и отправить пакет файлов производства в производство, используйте автоматизированные инструменты черчения в пакете Draftsman, включенном в Altium Designer®. Как только вы будете готовы передать данные для изготовления вашему производителю, вы можете легко делиться и сотрудничать над своими проектами через платформу Altium 365™. Все, что вам нужно для проектирования и производства передовой электроники, можно найти в одном программном пакете.

Какое значение расширения паяльной маски вам следует использовать?

Слой паяльной маски закрывает печатную плату (PCB) и обеспечивает защитную пленку на меди поверхностных слоев. Паяльную маску необходимо отодвигать от посадочных мест на поверхностном слое, чтобы обеспечить поверхность, на которой можно монтировать и паять компоненты. Удаление паяльной маски с площадки на верхнем слое должно простирается на некоторое расстояние вокруг края площадки, создавая либо NSMD, либо SMD площадки для ваших компонентов.

На какое расстояние следует отодвигать расширение паяльной маски, чтобы предотвратить дефект сборки и обеспечить достаточную площадь для пайки? Как оказывается, с постоянно уменьшающимися компонентами и более плотными размещениями, которые становятся нормой, расширение паяльной маски может создавать маленькие остатки паяльной маски, которые останутся на поверхностном слое. В какой-то момент минимально допустимый размер остатка паяльной маски и требуемое расширение паяльной маски становятся конкурирующими правилами проектирования; возможно, вы не сможете одновременно удовлетворить оба правила.

Балансировка расширения паяльной маски и остатков 

Размер периметра площадки против допуска на нерегистрацию

Это основная причина применения положительного расширения маски для пайки, которое создает контактную площадку, не определенную маской для пайки (NSMD). Обоснование этого связано с процессом травления меди; травление меди, будучи влажным химическим процессом, на самом деле обладает более высокой точностью, чем нанесение маски для пайки. Таким образом, чтобы гарантировать, что вся площадь контакта всегда будет открыта, мы применяем достаточно большое расширение маски для пайки вокруг контакта.

Более низкая точность процесса нанесения маски для пайки может создать неправильное совмещение, когда маска для пайки не идеально соответствует месту, где она определена в вашей разводке ПП. Однако, если расширение маски для пайки достаточно велико, оно компенсирует неправильное совмещение, и контакт все еще может быть полностью виден сквозь маску для пайки. Самая маленькая рекомендация по расширению маски для пайки, которую я видел, составляет 3 мил на всех сторонах контакта, что компенсирует неправильное совмещение примерно на 2 мила.

У этого контакта небольшое неправильное совмещение маски для пайки.

Что если ваши площадки уже достаточно большие? В этом случае можно оправдать выбор меньшего значения расширения паяльной маски. В данном случае, если вы используете меньшее расширение с большими площадками, вы все равно можете быть уверены, что будет достаточно большая обнаженная площадь площадки, даже если произойдет некоторое смещение. В любом случае, вам также необходимо учитывать необходимость наличия паяльных дамб между близко расположенными площадками/переходными отверстиями.

 

Минимальный размер паяльной дамбы

Минимальный размер полосы паяльной резиста ограничит расширение отверстия маски паяльной стопы, которое вы можете применить для данного шага выводов. Если шаг выводов достаточно большой, тогда вы всегда можете применить большое расширение паяльной маски, не беспокоясь о достижении предела паяльной дамбы. Когда шаг выводов становится маленьким или когда компоненты упакованы близко друг к другу, вы можете нарушить минимальный размер полосы паяльной маски. В этом случае вам нужно решить, предпочитаете ли вы компенсировать смещение или убедиться, что паяльная дамба всегда есть. На компонентах с мелким шагом я предпочитаю последнее.

Эти места нарушат ограничения производителя на минимальный размер паяльной дамбы. Дефекты сборки могли бы быть предотвращены путем применения дополнительного расстояния между площадками для разных компонентов.

Поскольку толщина маски для предотвращения пайки должна быть не менее примерно 3 милов, чтобы она могла прилипать к поверхности подложки печатной платы, вы обычно можете подогнать минимальное расширение маски вокруг контактной площадки, когда шаг контактных площадок составляет 20 милов или больше. Если вы рассматриваете внутренние выводы (например, внутренние шарики на узоре BGA), целесообразно использовать SMD-площадки и размещать маленькие перемычки между площадками и переходными отверстиями.

Стоит ли доверять выбор вашему производителю?

Если вы установите общее правило проектирования и примените расширение на 0 мил или 1 мил, чтобы достичь требуемой плотности, ваш производитель может применить дополнительное значение расширения. Если они это сделают, они могут не сообщить вам об этом; вы должны ожидать, что производственное предприятие может применить это, чтобы преодолеть неправильное совмещение между трафаретом маски для предотвращения пайки и контактными площадками на поверхностном слое.

Моё предпочтение было установить маску на 0 мил по большинству проектов по двум причинам:

• Если я не имею дело с очень высокой плотностью компоновки, контактные площадки, которые мы используем для большинства компонентов, будут достаточно большими, так что типичное смещение не будет значительно уменьшать площадь пайки на площадке.
• Я уже знаю, что производитель увеличит расширение паяльной маски, потому что я работаю с ограниченным числом производственных предприятий; я знаю их процесс, и у меня будет возможность проверить, что именно они хотят изменить, когда они отправят мне их отчет по DFM.

Пункт №2 должен иллюстрировать причину, по которой у вас должен быть предпочтительный набор компаний по производству/сборке, с которыми вы работаете, и вы должны понимать их процесс. Моя компания имеет несколько производственных партнеров, с которыми мы исключительно работаем над проектами для клиентов с низким и средним объемом производства. Мы знаем, чего они ожидают и какую обратную связь мы можем получить после первоначального обзора DFM/DFA.

Если вы действительно хотите донести свои намерения до производителя, сделайте их ясными в вашем чертеже производства. Добавьте примечание к вашему чертежу производства, в котором говорится, что производителю разрешается изменять отверстия паяльной маски в определенном диапазоне (возможно, +/- 3 мил). Другой вариант - указать конкретный допуск на расширение паяльной маски, а затем указать минимальную ширину полосы. Просто имейте в виду, что они могут вернуть плату вам, если ваш допуск будет слишком строгим, в этом случае вам, возможно, придется смягчить требования к допуску.

Примечание 10 в этих указаниях по изготовлению указывает, какое расширение паяльной маски я готов терпеть в данном дизайне. В данном случае я указал, что предпочитаю, чтобы отверстия паяльной маски соответствовали размеру площадки.

Как только вы определите минимальное расширение паяльной маски и минимальную ширину, необходимые для предотвращения проблем с сборкой, вы можете использовать инструменты CAD в Altium Designer® для определения ваших контактных площадок и посадочных мест. Вы и ваша команда сможете оставаться продуктивными и эффективно сотрудничать над сложными электронными проектами через платформу Altium 365™. Все, что вам нужно для проектирования и производства сложной электроники, можно найти в одном программном пакете.

Это печатное или компонент? Все о тестовых точках на печатных платах

Тестовые точки в вашей электронной сборке предоставят вам место для доступа к компонентам и проведения важных измерений для проверки функциональности. Если вы никогда не использовали тестовую точку или не уверены, нужны ли вам тестовые точки, продолжайте читать, чтобы узнать, какие варианты использования тестовых точек у вас есть в вашей компоновке печатной платы.

Тестовые точки на печатных платах как компоненты и печатные элементы

Очень просто, тестовые точки на печатной плате могут быть намеренно размещены как печатные элементы в дизайне, например, как голая площадка или переходное отверстие с соединением к внутренней дорожке/слою. Затем к ним можно получить доступ с помощью тестового приспособления во время электрического тестирования, такого как базовое электрическое (продолжительность) тестирование, тестирование в схеме или тестирование с летающими пробами без использования фиксирующих приспособлений. Даже если вы не размещаете тестовые точки как площадки или другие приспособления в вашей компоновке печатной платы намеренно, вы все равно можете определить конкретные проводники как тестовые точки.

Нужны ли тестовые точки в каждом дизайне? Не обязательно; для прототипа лучше уделить время функциональному тестированию вручную, чтобы вы могли более легко идентифицировать любые неисправности. Вы сможете видеть и трогать платы и инструменты, с которыми работаете, поэтому будет намного легче определить проблемы во время тестирования. Если вы масштабируетесь каким-либо образом и вы тщательно оценили свои требования к тестированию, тогда лучше всего разместить тестовые точки для тестирования в схеме или функционального тестирования у вашего производителя, таким образом они смогут автоматизировать эти базовые функциональные тесты на линии.

Что касается того, что такое тестовые точки, их можно размещать в виде компонентов, площадок, переходных отверстий или других печатных элементов на вашей плате. Тестовые точки также могут быть помечены для доступа во время изготовления или сборки в вашем программном обеспечении для проектирования. Теперь давайте рассмотрим некоторые из вариантов, которые у вас есть для тестовых точек в вашей компоновке печатной платы.

 

Тестовые Площадки и Переходные Отверстия

Одно из действий, которое вы можете предпринять, это намеренно разместить площадку вдоль соединения или где-то на шине в качестве тестовой точки. Вы также можете разместить это как переходное отверстие, чтобы легко получить доступ к внутренним слоям. Их можно разместить вдоль трассы (последовательно) или сбоку в виде небольшого ответвления. Для цифровых сигналов низкой скорости и аналоговых сигналов низкой частоты (даже если это контролируемое сопротивление, это не будет проблемой целостности сигнала. Более специализированное тестирование с сигналами высокой скорости/высокой частоты потребует специфической тестовой структуры с контролируемыми и согласованными импедансами на каждом порту; имейте это в виду, прежде чем размещать тестовые точки на каждом соединении.

Распространено размещение массива тестовых точек вокруг большого процессора, чтобы важные сети (PWR, GND, конфигурация и т. д.) могли быть доступны во время тестирования.

Компоненты Тестовых Точек

Некоторые компании производят и продают компоненты тестовых точек, которые могут быть установлены непосредственно на вашу печатную плату. Ниже показан пример от компании Keystone. Этот компонент будет определен в вашей схеме как компонент с двумя выводами и размещен на макете, как и любой другой сквозной компонент. Также доступны компоненты для поверхностного монтажа.

Пример тестовой точки (Keystone 5001)

Эти компоненты отлично подходят для подключения щупа для измерения формы сигнала. Обратите внимание, что у них только одна точка подключения. Если вы подключили эту тестовую точку последовательно с целевым соединением, вы можете использовать этот компонент для измерения формы напряжения на целевом соединении (например, с помощью осциллографа). На низких и средних частотах (ниже 1 ГГц) и временах нарастания (выше 10-20 нс) вы можете использовать прямое подключение с вашим щупом для измерения, и вам не придется беспокоиться о импедансе тестовой точки или отражениях, пока частота достаточно низкая. Это делает эти компоненты хорошими для доступа к важным формам сигналов, таким как управление двигателем, аналоговые сигналы низкой частоты, более медленные цифровые шины (например, I2C или SPI) или GPIO на вашем MCU во время функционального тестирования.

Смешивайте и сочетайте

В целом, вы можете комбинировать различные типы тестовых точек в зависимости от ваших потребностей. Лучшей практикой будет размещение компонента тестовой точки или специфического тестового приспособления на плате, если вам нужно получить доступ к межсоединению или волновой форме во время функционального тестирования. В противном случае, для тестирования в схеме, тестов с летающими пробами или тестирования на непрерывность, вы должны разместить площадки или переходные отверстия для касания определенных точек на вашей плате. Тестовые точки, которые не размещены как специфические площадки или приспособления, обычно определяются на специфических переходных отверстиях, площадках компонентов, соединениях питания/земли или других доступных проводниках на изготовленной печатной плате.

Компоненты тестовых точек могут быть размещены на той же плате, что и тестовые точки для изготовления или сборки.

Более специализированное тестирование

То, что мы здесь показали, предназначено для испытаний в схеме во время изготовления/сборки, а также для проверки печатной платы с помощью пробника для анализа формы сигнала или уровня. Для более специализированных измерений, таких как высокоточное измерение импеданса или измерение импульсной характеристики, простые тестовые точки на ПП с простым соединением проводника (либо механически закрепленным, либо припаянным) могут не дать вам ожидаемых результатов. Для подключения вашей тестовой точки на ПП к вашему генератору сигналов или анализатору требуются более сложные испытательные приспособления. Одним из примеров является конструкция 2x-thru, как указано в стандарте IEEE P370.

Часто, когда разрабатывается специализированное соединение для использования в системе высокой частоты или высокоскоростной системе, стратегия заключается в создании тестовой платы, которая удерживает соединение и его разъемы. Если вы указываете контролируемый импеданс для вашего производителя, они не будут тестировать специализированные конструкции соединений (такие как волновод), поскольку у них не будет тестового купона с вашим конкретным соединением. Стандартные типы линий передачи подходят, но для чего-то более специализированного вам нужно будет построить тестовый купон самостоятельно, или вы предоставляете файлы дизайна для тестового купона вашему производителю печатных плат, чтобы они могли его протестировать.

Для некоторых измерений низкоимпедансной PDN с короткими импульсами или сканированием частоты ниже примерно 10 ГГц, вы можете просто использовать коаксиальные соединения с измерительными щупами, которые касаются площадок тестовых точек на вашей печатной плате для создания низкоимпедансного соединения. Если вы проводите измерения в частотной области для получения параметров сети, будьте внимательны к источникам ошибок, связанным с выбором вашей опоры. Я уже рассматривал это в другом месте в отношении энергетической целостности, как и другие эксперты, специализирующиеся на измерениях S-параметров с низким импедансом.

Когда вам нужно разместить тестовую точку на печатной плате как печатный элемент, соединение для пробника или специализированное испытательное приспособление, используйте полный набор функций проектирования в Altium Designer®. Полный набор инструментов управления тестовыми точками и утилита Draftsman могут помочь вам указать требования к вашей тестовой точке и характеристикам производительности вашего продукта. Когда вы закончили проектирование и хотите отправить файлы вашему производителю, платформа Altium 365™ упрощает сотрудничество и обмен проектами.

ОБ ALTIUM

Altium LLC (ASX: ALU) — это многонациональная программная корпорация с главным офисом в Сан-Диего, Калифорния, которая специализируется на системах электронного проектирования для 3D-дизайна печатных плат и разработки встроенных систем. Продукты Altium используются везде, от ведущих в мире команд по электронному проектированию до сообщества любителей электроники.

Благодаря уникальному набору технологий, Altium помогает организациям и сообществам дизайнеров инновировать, сотрудничать и создавать связанные продукты, оставаясь при этом в рамках сроков и бюджета. Предоставляемые продукты включают Altium Designer®, Altium Vault®, CircuitStudio®, PCBWorks®, CircuitMaker®, Octopart®, Ciiva® и линейку компиляторов встроенного программного обеспечения TASKING®.

Основанная в 1985 году, Altium имеет офисы по всему миру, включая местоположения в США в Сан-Диего, Бостоне и Нью-Йорке, в Европе — в Карлсруэ, Амерсфорте, Киеве и Цуге, а в Азиатско-Тихоокеанском регионе — в Шанхае, Токио и Сиднее. Для получения дополнительной информации посетите www.altium.com. Вы также можете следить за Altium и взаимодействовать с ним через Facebook, Twitter и YouTube.
 

Загрузить PDF