Топ-6 проблем DFM в печатных платах, влияющих на каждый дизайн

Будучи разработчиком печатных плат, вам приходится управлять разнообразием различных требований и ожиданий. Необходимо учитывать электрические, функциональные и механические аспекты. Кроме того, макет печатной платы должен быть создан в срок, с наилучшим возможным качеством и при минимально возможных затратах. И на протяжении всего этого процесса вам также нужно учитывать DFM (Проектирование с учетом производственных возможностей). Это важная часть процесса проектирования печатных плат и одна из тех, которая часто может вызывать проблемы, если не выполняться должным образом. Давайте рассмотрим 3 проблемы DFM в проектировании печатных плат.

Неравномерные соединения SMD-площадок

Мелкие компоненты SMD, такие как 0402, 0201 и т.д., должны иметь равномерное соединение, чтобы предотвратить "выпрямление" во время рефлоу-пайки. То же самое касается и площадок BGA для обеспечения надежной пайки. Это просто вопрос размещения правильного размера площадки на вашем контуре компонента. Для стандартных компонентов определены размеры площадок (например, площадки на ИС в соответствии со стандартами IPC-7351), которые должны быть размещены в ваших контурах

. Ваш производитель не всегда будет смотреть на ваши файлы дизайна, чтобы проверить это. Вместо этого они, скорее всего, будут смотреть на ваши файлы Gerber и список соединений, и они могут сравнивать контуры с размерами компонентов в вашем перечне материалов. В зависимости от уровня услуг по разовой инженерии, которые вы запросите, ваш производитель может не заметить эту конкретную рекомендацию, пока не станет слишком поздно. После изготовления процедура тестирования для обеспечения равномерного соединения с площадкой включает в себя X-лучевую инспекцию. Прежде чем отправлять ваш дизайн на изготовление, вы должны проверить любые контуры, которые вы разрабатываете, чтобы убедиться, что они правильные для размера выводов компонента

.Неправильное отверстие для паяльной маски на площадках SMD

.Отверстие в паяльной маске (также называемое расширением паяльной маски или апертурой паяльной маски) - это один из способов удержания припоя на целевой площадке во время ручной или волновой пайки. В процессе пайки на целевой площадке формируется шарик припоя, но большой шарик припоя может коллапсировать и растекаться вокруг площадки при высоких температурах. Размещение небольшого отверстия в паяльной маске вокруг площадки позволит удерживать шарик припоя на месте во время пайки, даже если нанесенный шарик припоя немного больше. Подобная техника используется в распределении контактов в виде собачьей кости для BGA, где небольшое количество паяльной маски блокирует площадку от переходного отверстия (называемого паяльной перемычкой).

Эта проблема решается при создании посадочных мест для ваших компонентов, которые будут иметь определенное отверстие в паяльной маске вокруг площадки. В общем случае, отверстие в паяльной маске будет выходить на ~4 до 5 милов за край площадки. Если апертура паяльной маски слишком велика, она не предотвратит растекание шариков припоя и образование мостиков во время волновой пайки.

Открытые переходные отверстия в SMD-площадках

Это общепринятое мнение в дизайне печатных плат, что следует избегать использования сквозных отверстий в площадках (via-in-pad) любой ценой. Если сквозное отверстие расположено слишком близко к зоне пайки на площадке, отверстие может позволить припою проникнуть сквозь него на обратную сторону печатной платы. Если сквозное отверстие напрямую соединено с большой плоскостью на внутреннем слое, тепло будет рассеиваться в эту плоскость. Это может создать холодный контакт или вызвать эффект "надгробия" во время волновой пайки.

Тем не менее, via-in-pad имеет свое место в дизайне печатных плат, особенно в HDI-дизайнах с очень мелким шагом BGA. В других случаях, когда требуется минимизировать путь к земле, используйте короткий след с маской пайки или сквозные отверстия с металлизацией. Чтобы предотвратить чрезмерное рассеивание тепла в слой плоскости во время пайки, разместите сквозное отверстие с тепловым рельефом на соединении с плоскостью.

До сих пор мы обсудили 3 распространенные проблемы с площадками и сквозными отверстиями в DFM. Читайте больше об этих проблемах DFM в этих статьях:

• Избегайте распространенных проблем с площадками и сквозными отверстиями при вашей последней проверке DFM
• Распространенные дефекты процесса SMT, которых следует избегать во время пайки

Ловушки для кислоты

Процесс создания медного изображения на отдельном слое печатной платы зависит от многих факторов. Медь удаляется из ламинатного материала с использованием щелочного травильного раствора, который, по сути, реагирует с медью и медленно растворяет её. Медные элементы на вашей печатной плате с острыми углами могут привести к тому, что вязкий травитель застревает, что известно как ловушка для кислоты, что приводит к чрезмерному травлению близлежащей меди. Это приводит к избыточной шероховатости меди в месте ловушки для кислоты.

Следует отметить, что проблема ловушек для кислоты была решена в некоторой степени за счет использования травильных растворов с низкой вязкостью. Если вы планируете прокладывать трассы под углом 90 градусов или другими тупыми углами, обязательно проверьте, какой тип травителя использует производитель и вызывает ли он ловушки для кислоты.

Клиренсы

Поддержание соответствующих клиренсов является основным аспектом дизайна печатных плат, но ваши инструменты для трассировки позволят вам определить практически любой клиренс, если вы не установите правильные правила проектирования. Следы необходимо держать на расстоянии от площадок, других следов и медных заливок, чтобы обеспечить полное травление и оставить место для допусков при изготовлении.

Другая причина для поддержания соответствующих клиренсов возникает при проектировании под высокое напряжение. Под IPC 2221 стандарты, минимальное расстояние между дорожкой и любым другим проводником зависит от средней разности потенциалов между этими проводящими элементами. Здесь цель - предотвратить непреднамеренный ESD, проводящую анодную филяцию для близко расположенных проводников и электрохимическую коррозию.

Распространенные нарушения стандартов надежности

Существует длинный список стандартов IPC, которые предназначены для обеспечения надежности. Эти стандарты охватывают все, от размеров кольцевых зон сквозных отверстий до соотношений сторон, и все, что между ними. Некоторые общие требования к надежности, изложенные в стандартах IPC, относятся к:

• Каплям на площадках и сквозных отверстиях
• Размерам кольцевых зон
• Размерам и соотношениям сторон сквозных/микросквозных отверстий
• Шаблонам расположения контактных площадок
• Ширине дорожек против тока и повышения температуры

Производители могут искать в ваших Gerber файлах или файлах проекта, а также в ваших требованиях к тестированию, чтобы определить, какие стандарты вы могли непреднамеренно нарушить. Помните, что стандарты IPC являются добровольными (за исключением высокорегулируемых отраслей), но вы все равно должны проектировать в соответствии с этими стандартами, поскольку они зарекомендовали себя как основа для надежности печатных плат.

Выявление проблем DFM с помощью программного обеспечения для проектирования печатных плат, управляемого правилами

Описанные выше проблемы DFM представляют собой лишь небольшой список потенциальных неприятностей, которые могут возникнуть при разработке печатной платы. Управляя требованиями вашего производителя как правилами проектирования ПП, вы можете обеспечить правильное создание вашей платы с первого раза и ее надежность. Среда проектирования, управляемая правилами, в Altium Designer была создана, чтобы помочь вам соблюдать важные правила электрического проектирования и общие требования DFM.

Altium Designer на Altium 365 обеспечивает беспрецедентный уровень интеграции в индустрии электроники, который до сих пор был ограничен миром разработки программного обеспечения, позволяя дизайнерам работать из дома и достигать беспрецедентных уровней эффективности.

Мы только коснулись поверхности того, что возможно сделать с Altium Designer на Altium 365. Вы можете проверить страницу продукта для более подробного описания функций или один из Вебинаров по запросу.

Посмотрите Altium Designer^® в действии...

Мощное проектирование печатных плат