New Customers Only. Offer Expires March 31, 2025
Interested? Call: 1-800-544-4186 , Email: sales.na@altium.com
New Customers Only. Offer Expires March 31, 2025
Как обсуждалось в предыдущей статье, при проектировании печатной платы (ПП) необходимо учитывать ряд технических требований, связанных с функциональностью, потреблением энергии, размером, электромагнитной совместимостью и т. д. Однако требования к производству и сборке не менее важны. Проектирование высокопроизводительной схемы, соответствующей всем функциональным спецификациям или нормативным требованиям, будет бессмысленным, если дизайн невозможно изготовить или если при сборке возникнут проблемы, которые могут увеличить производственные затраты или, в худшем случае, сделать продукт нежизнеспособным.
В этой статье мы сосредоточимся на том, как подходить к управлению требованиями, чтобы обеспечить производимость дизайна и возможность его сборки. В частности, мы обсудим, как интегрировать CAD и CAM в систему управления, учитывая не только технические требования, изложенные в предыдущей статье, но и факторы, влияющие на изготовление и сборку схемы (такие как ширина дорожек, расстояние между ними, сверление, маски, размещение компонентов и т. д.).
Производители и сборщики печатных плат требуют, чтобы разработанные схемы были производимы и могли быть собраны соответственно. Это подчеркивает необходимость следования определенным правилам или рекомендациям проектирования, учитывающим различные этапы и технологии, используемые при производстве печатных плат, а также различные техники сборки, обеспечивая производимость и возможность сборки продукта. Эта необходимость порождает понятия DFM (Проектирование с учетом производимости) и DFA (Проектирование с учетом сборки).
При создании проекта мы должны задать следующие вопросы:
Все эти вопросы могут быть решены с помощью концепций DFM и DFA. Хотя обязательных регламентов нет, проектирование схемы с основными правилами производственной пригодности является существенным для обеспечения возможности изготовления дизайна. В противном случае мы можем столкнуться с неприятными сюрпризами, когда отправим производственную документацию выбранному производителю. То же самое касается правил проектирования, направленных на сборку электронной платы. Если не следовать соответствующим рекомендациям по проектированию для возможной автоматизированной сборки, мы столкнемся с серьезными производственными проблемами, требующими ручных и сложных процессов, что увеличит стоимость сборки электронной платы.
Важно отметить, что каждый производитель обладает различными возможностями, основанными на процессах и оборудовании, которые они используют. Поэтому мы можем сказать, что DFM/DFA зависят от производителя. Пример: Производитель, способный изготавливать печатные платы на 8 слоев, не может изготовить печатную плату на 12 слоев из-за своих производственных возможностей.
По мере усложнения дизайнов (с увеличением количества слоев, плотности, уменьшением ширины и расстояния между дорожками, диаметра отверстий, слепых или закрытых переходных отверстий и т. д.), DFM становится всё более сложным. В результате появляется больше правил проектирования, и соблюдение этих правил становится более критичным для обеспечения возможности изготовления печатной платы.
Следовательно, цели DFM/DFA заключаются в следующем:
Для упрощения всего этого в 1957 году был создан Институт Печатных Плат (IPC), который разработал стандарт IPC, помогающий дизайнерам и производителям в задаче создания производимых дизайнов. Стандарты IPC учитывают различные технологии производства и их ограничения, и на их основе были созданы различные документы, касающиеся разных областей дизайна. Дерево стандартов IPC показано по следующей ссылке.
Хотя стандарт IPC заслуживает отдельной статьи из-за большого количества правил, которые он охватывает, стоит выделить, что существует набор правил для проектирования жестких, гибких и жестко-гибких печатных плат (IPC-21xx, IPC-22xx, IPC-26xx), а также набор правил, связанных с проектированием для сборки (IPC-D-279, IPC-D-326, IPC-7351).
CAD и CAM относятся к процессам компьютерного проектирования и компьютерного производства соответственно.
Так же, как дизайнеры используют инструменты CAD (ECAD в случае электронных инженеров), такие как Altium Designer, производители используют другие инструменты, которые помогают им в производстве печатных плат, сборке и связанных процессах, известные как программное обеспечение CAM. Примеры включают CircuitCAM8 или любое конкретное программное обеспечение, интегрированное в автоматическую сборочную машину (Pick & Place).
С точки зрения процесса проектирования (CAD), инженеры, исходя из руководств по DFM/DFA, вводят правила в инструмент проектирования (например, используя Altium's Constraint Manager) и затем проверяют соответствие этим правилам (DRC – проверка правил проектирования).
После завершения проектирования и проверки соответствия всем необходимым правилам производимости и сборки, проект отправляется производителю. Используя различные инструменты (CAM), производитель может проверить все параметры изготовления печатной платы и обнаружить, если какие-либо значения выходят за пределы допусков и требуют изменения для обеспечения надежного производства. Аналогичным образом, сборщики печатных плат анализируют разработанную схему и проверяют, не возникнут ли потенциальные проблемы на этапе сборки перед началом сборки.
Таким образом, возникает вопрос: Какие параметры проверяются для определения, может ли печатная плата быть изготовлена и собрана? Или иными словами, каким правилам следует следовать, чтобы мой проект был производим и мог быть собран?
После определения всех функциональных требований, требований к системам и подсистемам, требований заказчика и т. д., мы должны определить требования DFM/DFA. Другими словами, мы должны учитывать эти требования перед началом проектирования, чтобы наш проект мог быть изготовлен без неожиданностей или проблем.
Хотя список параметров, которые следует учитывать, может быть обширным и во многом зависит от каждого производителя и его производственных возможностей, краткое изложение необходимых требований для определения может быть следующим.
После завершения проекта и выполнения вышеупомянутых требований первым шагом является анализ DRC с использованием инструмента проверки правил проектирования (Design Rule Check). Этот инструмент проверяет все параметры, которые мы определили в правилах, с тем, что было спроектировано, и предоставляет отчет о любых параметрах, которые не были соблюдены. Этот инструмент может быть активирован на протяжении всей фазы проектирования (DRC Online), так что Altium уведомляет нас в реальном времени, если какое-либо правило нарушается.
Когда DRC показывает ноль ошибок, мы будем готовы сгенерировать необходимую документацию для отправки производителю и сборщику печатных плат.
Если мы удовлетворили все требования к проектированию, связанные с DFM и DFA, успешно прошли DRC без ошибок и отправили производителю всю необходимую документацию для изготовления и сборки нашей платы, мы значительно снизим неопределенность в случае функциональных сбоев во время фазы валидации нашего проекта. Это позволит нам исключить проблемы с производством и/или сборкой, давая возможность сосредоточиться исключительно на анализе разработанной схемы.
Конструкторам печатных плат необходимо помнить, что то, что они рисуют на компьютере, в конечном итоге должно быть воплощено в реальность. Бумага (или, в данном случае, компьютер) может вместить что угодно, но реальность совсем иная. Поэтому крайне важно проектировать, учитывая возможности и процессы производства печатных плат и сборки печатных плат (PCBA).
Крайне важно рассматривать требования DFM/DFA как дополнительный набор критериев, не менее важных, чем функциональные или системные требования. Не учитывать их с начала проекта может привести к задержкам и перерасходу бюджета, что может поставить под угрозу успех проекта.
На основе предыдущего пункта настоятельно рекомендуется (если не обязательно) общаться с производителями и, по возможности, выбирать производителя до начала процесса проектирования. Это обеспечивает тщательное понимание их возможностей и материалов, позволяет проверить расчеты импеданса и т. д. Решение этих вопросов во время или после фазы проектирования может привести к неприятным сюрпризам.
Не недооценивайте важность инструмента DRC (Design Rules Check). Это первый шаг после завершения проектирования печатной платы для проверки соответствия требованиям DFM/DFA, установленным в начале, и служит первым уровнем уверенности в том, что дизайн может быть изготовлен.
По завершении проектирования крайне важно создать качественную документацию, содержащую все необходимые файлы для изготовления печатной платы и, по возможности, включающую все инструкции по сборке и любые другие дополнительные детали, необходимые для правильного изготовления и сборки платы. Аналогично, при необходимости, документация должна включать различные процессы инспекции, тестирования и программирования.
Проектирование печатной платы - это не только выполнение функциональных требований. Необходимо также убедиться, что дизайн может быть успешно изготовлен и собран с минимальными рисками и затратами. Интегрируя принципы проектирования с учетом производственных возможностей (DFM) и проектирования с учетом сборки (DFA) с самого начала, разработчики могут значительно снизить производственные проблемы, задержки и непредвиденные расходы, которые в противном случае могли бы поставить под угрозу проект.