Hướng dẫn Toàn diện về Phân tích DFM
Một người bạn thân của tôi có một câu chuyện cười về việc lên kế hoạch thiết kế PCB mới cho sản xuất: anh ấy thường hỏi “hôm nay bạn đã gọi cho nhà sản xuất của mình chưa?” để nhấn mạnh rằng bạn nên liên hệ với đối tác sản xuất của mình nhiều lần trong quá trình thiết kế. Đây là điều mà các nhà thiết kế thường quên, và nó có thể dẫn đến những rắc rối lớn trước khi sản xuất quy mô lớn. Sự thật là, bo mạch của bạn nên trải qua nhiều vòng phân tích DFM để đảm bảo khả năng sản xuất, cả về mặt chế tạo và lắp ráp.
Vậy bạn nên bắt đầu phân tích DFM cho thiết kế của mình từ khi nào? Một câu hỏi quan trọng khác có thể là: làm thế nào để tăng tốc quá trình phân tích DFM? Có rất nhiều điều cần kiểm tra trong bất kỳ bo mạch nào, và việc kiểm tra đầy đủ các thiết kế về khả năng sản xuất có thể mất nhiều thời gian, đặc biệt là trong các bố cục phức tạp. Dưới đây là những gì bạn nên mong đợi trong phân tích DFM và cách để đưa thiết kế của bạn qua quá trình này một cách nhanh chóng.
Nói một cách rộng rãi, phân tích DFM áp dụng cho bất cứ thứ gì cần được sản xuất hàng loạt. Sản phẩm được sản xuất cần được thiết kế để phù hợp với quy trình được sử dụng cho sản xuất số lượng lớn, vì vậy một thiết kế cần được kiểm tra để đảm bảo không có gì trong thiết kế tạo ra tỷ lệ lỗi thấp, hỏng hóc, hoặc tuổi thọ thấp. Ngày nay, nhà sản xuất PCB và nhà lắp ráp PCB của bạn có thể ở hai phía của thế giới, và việc đảm bảo họ đều có quyền truy cập vào một kho thông tin dự án được kiểm soát duy nhất để thực hiện phân tích DFM là rất quan trọng.
Phân tích DFM cho PCB bao gồm việc kiểm tra xem thiết kế có tuân thủ quy trình sản xuất và lắp ráp của nhà sản xuất của bạn hay không. Bất kỳ nhà thiết kế có kinh nghiệm nào cũng nên biết rằng danh sách các lựa chọn thiết kế có thể làm giảm chất lượng là dài. Tôi biết rằng mình vẫn chưa nhớ hết mọi vấn đề về khả năng sản xuất có thể ẩn chứa trong một thiết kế, vì vậy tôi thường phụ thuộc vào nhà sản xuất của mình để kiểm tra các bảng mạch của tôi khi tôi chuẩn bị cho một đợt sản xuất.
Điều này đưa ra một điểm quan trọng: khi nào bạn nên thực hiện một số kiểm tra DFM trên thiết kế của mình? Nếu bạn đang thực hiện một số bảng mạch đơn giản, có lẽ việc dựa vào nhà sản xuất của bạn để thực hiện kiểm tra DFM cuối cùng trước khi sản xuất là ổn; việc kiểm tra DFM sâu rộng lặp đi lặp lại chỉ tốn quá nhiều thời gian khi nhà sản xuất của bạn có thể thực hiện điều này một cách nhanh chóng. Đối với những thiết kế phức tạp hơn, như các bảng mạch tín hiệu hỗn hợp có số lớp cao với khoảng cách chật hẹp và nhiều tiêu chuẩn tín hiệu khác nhau, việc phân tích DFM nhiều lần là cần thiết để phát hiện sớm các vấn đề về chất lượng tiềm ẩn.
Cách tốt nhất để ngăn chặn những thay đổi thiết kế không cần thiết trước khi sản xuất là thực hiện phân tích DFM vào một số thời điểm khác nhau:
Có một số điểm trong số này đáng được mở rộng thêm vì chúng có thể không thường được thảo luận trong một số bài viết khác.
Một số điểm áp dụng cho các kết nối cũng sẽ áp dụng cho bất kỳ thành phần nào khác, nhưng có một điểm khác liên quan đến khoảng cách rõ ràng cần được kiểm tra. Hãy chắc chắn bạn đã dành đủ không gian cho sự giãn nở trong quá trình lắp ráp, đặc biệt là đối với các kết nối có vỏ nhựa hoặc đế. Nếu hai thành phần quá gần nhau và chúng giãn nở trong quá trình hàn, cả hai có thể bị nhấc khỏi bảng mạch trong quá trình lắp ráp.
Việc kiểm tra khoảng cách trong phân tích DFM đã giúp chúng tôi dự đoán được sự nhấc bổng thành phần trong một lần sản xuất gần đây.
Rõ ràng, bạn nên cố gắng chắc chắn rằng các dấu chân của bạn đã được xác minh. Điều này có thể được thực hiện một cách thủ công, hoặc chỉ sử dụng các thành phần đã được xác minh trực tiếp từ các nhà sản xuất khi chúng có sẵn. Tuy nhiên, một khi dấu chân được đưa vào bố cục, bạn sẽ cần kiểm tra các lỗ mở mặt nạ hàn, khoảng cách đến vias, khoảng cách đến các thành phần khác, tỷ lệ khía cạnh của vias, và nhiều hơn nữa. Nếu bạn không sử dụng phần mềm với các tính năng kiểm tra quy tắc phù hợp, bạn có thể để một tấm nhiệt động lơ lửng, hoặc bạn có thể đặt một lỗ khoan quá gần mối hàn. Bạn có thể xem trực tiếp bố cục PCB, nhưng hoàn toàn ổn khi tạo các tệp Gerber sơ bộ và so sánh các lớp của bạn (xem bên dưới).
Bạn có thể nhận ra các thành phần cần có lỗ mở mặt nạ hàn và giọt nước từ các tệp Gerber tạm thời.
Có vẻ đơn giản, nhưng bạn sẽ vượt qua một cách dễ dàng nếu bạn chỉ cần yêu cầu nhà sản xuất của mình cung cấp một bảng xếp chồng với số lượng lớp và sắp xếp lớp mong muốn của bạn. Họ đã thực hiện phân tích DFM cần thiết để đảm bảo các xếp chồng lớp cụ thể sẽ vượt qua quy trình của họ. Họ sẽ cung cấp cho bạn chiều rộng dấu vết, khoảng cách dấu vết (cho các cặp vi sai) và độ dày lớp bạn cần sử dụng với vật liệu laminate mong muốn của mình. Trong một số trường hợp, bạn có thể ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng vật liệu laminate mong muốn của bạn không có sẵn và bạn sẽ cần sử dụng một vật liệu tương đương gần nhất.
Nếu bạn liên hệ với nhà sản xuất sớm, họ sẽ gửi cho bạn một bảng xếp chồng đã được xác nhận.
Đối với xếp chồng 4 lớp, bạn có khả năng nhận được xếp chồng tiêu chuẩn 8mil/40mil/8mil S/P/P/S với tổng độ dày 62 mil. Các xếp chồng phức tạp hơn có thể yêu cầu một bảng tùy chỉnh, đặc biệt khi bạn có một bảng mạch cần định tuyến kiểm soát trở kháng. Nếu bạn nhận được thông tin xếp chồng sớm, bạn sẽ không rủi ro áp dụng sai chiều rộng dấu vết và khoảng cách cần thiết cho trở kháng kiểm soát, mọi thứ đã được xác minh từ trước.
Sau khi bạn hoàn thành bảng mạch và gửi nó đi sản xuất, nhà sản xuất của bạn nên thực hiện phân tích DFM (Design for Manufacturability) của riêng họ sử dụng các file Gerber đã hoàn thiện của bạn. Lưu ý rằng tôi sử dụng từ "nên" ở đây bởi vì không phải tất cả các nhà sản xuất đều làm điều này; với một số nhà sản xuất, bạn tải lên file Gerber của mình và họ sẽ sản xuất bảng mạch chính xác như nó xuất hiện trong file fab của bạn mà không đặt câu hỏi. Đối với một số nhà sản xuất, bạn sẽ cần phải yêu cầu mức độ dịch vụ này một cách rõ ràng vì các mức dịch vụ khác nhau chỉ có sẵn như một phần bổ sung.
Sau khi bạn nhận được phân tích DFM từ nhà sản xuất của mình, bạn sẽ thấy rất nhiều kết quả trong hai lĩnh vực sau: kiểm tra khoảng cách so với khả năng xử lý của quy trình, và kiểm tra so với các yêu cầu cụ thể của ngành.
Khi bạn đưa file thiết kế của mình cho nhà sản xuất và họ thực hiện phân tích DFM, bạn có thể sẽ thấy rất nhiều kết quả xung quanh việc kiểm tra khoảng cách. Nhà sản xuất nên đã kiểm tra các khu vực được liệt kê ở trên, nhưng họ cũng cần phải so sánh kích thước tính năng và khoảng cách của bạn so với khả năng xử lý quy trình của họ. Ngay cả khi bạn đã trải qua quá trình này với các file Gerber sơ bộ như một phần của việc báo giá, tốt nhất là bạn nên thực hiện lại quá trình này vì bạn có thể đã bỏ sót điều gì đó.
Báo cáo phân tích DFM mẫu từ một trong những nhà sản xuất ITAR ưa thích của tôi được hiển thị dưới đây. Trong bảng này, chúng ta có thể thấy khoảng cách, kích thước vòng annular, và khoảng trống giữa các lỗ thông đồng. Từ hàng cuối cùng, bạn có thể thấy rằng cài đặt khoảng cách giữa trace và đồng của tôi quá thấp, và các pad trên một số footprint có kích thước vòng annular nhỏ.
Báo cáo phân tích DFM mẫu hiển thị khoảng cách so với khả năng xử lý.
Trong ví dụ này, chúng ta có nhiều lỗi dọc theo một footprint cụ thể, ngẫu nhiên là gói TO-92. Trong trường hợp này, kích thước lỗ trong thư viện sẵn có quá lớn, buộc vòng annular xung quanh cạnh phải nhỏ lại để duy trì khoảng cách. Sau khi thay đổi kích thước lỗ, chúng tôi đã có thể tạo ra không gian cho vòng annular Lớp 2 trong khi vẫn giữ được nhiều khoảng trống để ngăn chặn sự nối cầu.
Đối với một thiết kế lớn, phức tạp với hàng nghìn mạch, nhà sản xuất của bạn kiểm tra mọi đặc điểm có thể trong bố cục PCB của bạn như thế nào? Có các ứng dụng giúp tự động hóa quá trình này và sẽ biên soạn một báo cáo với bất kỳ vi phạm quy trình nào. Một số nhà sản xuất có ứng dụng riêng họ sẽ sử dụng nội bộ, trong khi những người khác sẽ cung cấp cho bạn quyền truy cập vào một chương trình có thể tải về mà bạn có thể sử dụng để kiểm tra thiết kế của mình trước khi sản xuất.
Một lĩnh vực yêu cầu thiết kế có thể cần nhiều kinh nghiệm hơn là việc đánh giá tuân thủ với các Lớp IPC. Một điểm quan trọng cần chỉ ra trong quá trình báo giá là bạn đang tìm kiếm cấp độ nào của chứng chỉ IPC, nếu có. Điều này bao gồm việc kiểm tra các giọt nước mắt, kích thước vòng annular, đường kính khoan và đệm so với trọng lượng đồng, khả năng mạ vias và lỗ, và yêu cầu về độ dày điện môi, chỉ để kể tên một vài yêu cầu độ tin cậy chính. Bố cục vật lý sẽ được so sánh với khả năng của nhà sản xuất để đảm bảo thiết kế kết quả có thể đáp ứng các yêu cầu về chứng chỉ và hiệu suất được định nghĩa trong các tiêu chuẩn IPC, và cần phải thực hiện thay đổi trước khi sản xuất.
Cách nhanh nhất để chuyển tệp đến tay nhà sản xuất của bạn là gì, và làm thế nào bạn có thể đảm bảo họ hiểu rõ ý định thiết kế của bạn? Bạn sẽ cần bộ công cụ hợp tác đám mây tốt nhất mà bạn có thể tìm được. Ngày nay, với mọi thứ đều được thực hiện một cách số hóa, các nhà thiết kế PCB cần các công cụ để giúp họ hợp tác trong các dự án phức tạp và chia sẻ chúng với các đối tác sản xuất của mình. Với nền tảng Altium 365, việc chia sẻ mọi thứ từ việc phát hành dự án đầy đủ đến các tệp thiết kế riêng lẻ với nhà sản xuất, các thành viên khác trong nhóm và khách hàng trở nên dễ dàng.
Altium 365 cũng giúp đơn giản hóa phân tích DFM với một bộ đầy đủ các tính năng tài liệu, bao gồm:
Trong Altium 365, có một cách vô cùng tiện lợi để chuyển bảng mạch của bạn đến nhà sản xuất với tính năng Gửi đến Nhà Sản Xuất. Một khi dự án được phát hành vào Không gian Làm việc Altium 365 của bạn, bạn có thể vào phần phát hành dự án và nhấp vào nút “Gửi đến Nhà Sản Xuất” ở đầu màn hình, như hình dưới đây. Nhà sản xuất của bạn sau đó có thể mở dự án trong Altium Designer, hoặc họ có thể tải xuống các tệp phát hành và đưa các tệp làm mạch của bạn qua ứng dụng phân tích DFM.
Một khi dự án được phát hành vào Không gian Làm việc Altium Designer của bạn, bạn có thể cấp quyền truy cập cho nhà sản xuất của mình.
Khi thiết kế của bạn đã được gửi đến nhà sản xuất, họ có thể bình luận về các điểm cụ thể trong thiết kế, điều này sẽ giúp đảm bảo không có sự nhầm lẫn nào khi đọc báo cáo phân tích DFM. Những bình luận này sau đó có thể được xem trực tuyến trên Altium 365 thông qua trình duyệt của bạn, hoặc trong bố cục PCB khi bạn mở dự án trong Altium Designer. Không có dịch vụ dựa trên đám mây nào khác giúp bạn trải qua nhiều vòng phân tích DFM như Altium 365.
Cách nhanh nhất để đưa thiết kế của bạn qua nhiều vòng phân tích DFM trong khi theo dõi các thay đổi của dự án trong suốt quá trình là sử dụng nền tảng Altium 365™. Bạn sẽ có tất cả các công cụ cần thiết để chia sẻ, lưu trữ và quản lý tất cả dữ liệu thiết kế PCB của mình trên một nền tảng đám mây an toàn. Altium 365 là nền tảng hợp tác đám mây duy nhất dành riêng cho thiết kế và sản xuất PCB, và tất cả các tính năng trong Altium 365 đều tích hợp với các công cụ thiết kế hàng đầu thế giới trong Altium Designer®.
Mỗi bảng mạch nên tuân theo các hướng dẫn DFM (thiết kế cho khả năng sản xuất) để tránh các lỗi sản xuất và lắp ráp tiềm ẩn. Điều này cũng tập trung vào việc giảm chi phí, cải thiện chất lượng và sản xuất không lỗi. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích một số lỗi DFM hàng đầu trong PCB và các kỹ thuật khác nhau để tránh chúng.
Phân tích DFM cho phép các nhà sản xuất xem xét thiết kế của bảng mạch từ nhiều khía cạnh để chỉnh sửa vật liệu, kích thước và hiệu suất một cách hiệu quả nhất. Nó phát hiện các vấn đề thiết kế ngay lập tức và khắc phục chúng trước khi sản xuất. Một cách tiếp cận từng bước của phân tích thiết kế cho khả năng sản xuất bao gồm các thuộc tính sau:
Các vấn đề DFM thường gặp bao gồm slivers, vỡ vòng annular, bẫy axit, v.v. Hãy cùng xem xét các vi phạm phổ biến và cách phòng tránh.
Slivers là những mảnh nhỏ của lớp phim kháng cự khô làm lộ ra đồng và tạo ra các mạch ngắn. Chúng có thể là dẫn điện (đồng) hoặc không dẫn điện (kháng cự hàn). Có hai nguyên nhân dẫn đến hình thành slivers. Trường hợp đầu tiên là khi một đặc điểm dài, mảnh của đồng hoặc mặt nạ hàn bị ăn mòn. Slivers tách ra gây ra mạch ngắn trong quá trình sản xuất. Trong trường hợp thứ hai, slivers hình thành bằng cách cắt một phần của thiết kế bảng mạch quá gần hoặc quá sâu. Chức năng của bảng mạch có thể bị ảnh hưởng tiêu cực bởi điều này.
Giải pháp:
Áp dụng chiều rộng photoresist tối thiểu để tránh lỗi này. Áp dụng khoảng cách mạng tương tự (ít hơn 3 mils) hoặc khoảng trống có thể được loại bỏ hoặc lấp đầy. Một phân tích DFM đúng đắn là cần thiết để xác định các khu vực có thể hình thành slivers và giải quyết vấn đề nếu có.
Ảnh chụp CAM của slivers đồng
Ảnh chụp CAM của slivers mặt nạ hàn
Slivers đồng
Việc lựa chọn linh kiện nên dựa vào khả năng có sẵn, xem xét thời gian dẫn và theo dõi các bộ phận lỗi thời. Điều này đảm bảo linh kiện có sẵn trước khi bắt đầu sản xuất.
Xác định kích thước của linh kiện và gói hàng bằng cách nghiên cứu kỹ BOM. Bạn có thể chọn linh kiện lớn hơn cho điện trở và tụ điện khi có đủ không gian. Ví dụ, sử dụng tụ điện/điện trở kích thước 0603 hoặc 0805 thay vì 0402/0201. Việc lựa chọn bị ảnh hưởng bởi điện áp, dòng điện và tần số. Khi có thể, chọn gói hàng nhỏ hơn; nếu không, chọn gói hàng lớn hơn. Lạm dụng gói hàng linh kiện nhỏ có thể làm phức tạp quá trình lắp ráp bảng mạch, từ đó làm cho việc làm sạch và sửa chữa trở nên khó khăn hơn.
Linh kiện nhỏ trên PCB
DFM bao gồm các điểm kiểm tra cho tất cả các tín hiệu quan trọng để kiểm tra kết nối điện sau khi xây dựng bảng mạch. Nếu bỏ qua, sẽ khó kiểm tra sản phẩm cuối cùng. Dưới đây là một số lời khuyên để tránh các vấn đề sản xuất có thể xảy ra:
Khoan đến đồng là khoảng cách từ mép của lỗ khoan đến tính năng đồng gần nhất. Nhưng các nhà thiết kế PCB xem xét khoan đến đồng từ kích thước lỗ hoàn thiện (FHS) đến tính năng đồng gần nhất.
Các nhà thiết kế luôn nên xem xét đường kính khoan (FHS + sai số khoan) để xác định khoảng cách chính xác. Đường kính khoan có thể được xác định từ phương trình dưới đây:
Kích thước lỗ hoàn thiện + sai số = đường kính khoan
Thông thường, khoảng cách nên là 5-8 mils nhưng nó phụ thuộc vào số lượng lớp. Công cụ bố trí bảng mạch không có bất kỳ kiểm tra quy tắc thiết kế (DRCs) cụ thể nào cho khoan đến đồng. Tuy nhiên, nếu bạn sử dụng khoảng cách đủ trong thiết kế của mình, bạn có thể có một khoảng trống 8 mils. Đây là thuộc tính quan trọng nhất cần xem xét khi thực hiện phân tích DFM.
Khoảng trống khoan đến đồng
Trong các vòng annular, tangency hoặc breakout có thể xảy ra khi mũi khoan không đạt được vị trí mong muốn và di chuyển ra khỏi cùng một trục. Điều này gây ra các kết nối biên và ảnh hưởng đến độ tin cậy.
Breakout vòng annular
Dưới đây là một số mẹo để tránh các vấn đề DFM xảy ra trong quá trình khoan:
Việc khớp số lượng lỗ khoan với biểu đồ khoan là rất quan trọng. Một biểu đồ khoan được bao gồm trong bản vẽ fab. Đôi khi biểu đồ khoan không khớp với số lượng lỗ khoan thực tế. Trong trường hợp đó, bạn sẽ cần phải chỉnh sửa hoặc tạo lại biểu đồ khoan.
Ví dụ biểu đồ khoan PCB
Là một điểm thiết kế đơn giản, hãy cố gắng giảm thiểu số lượng các kích thước khoan khác nhau được sử dụng trong bố trí PCB. Tốt nhất là chọn một hoặc hai kích thước via có thể xử lý hầu hết các chuyển tiếp giữa các lớp cho tín hiệu, và có thể một vài kích thước khác sẽ được sử dụng cho các lỗ gắn hoặc lỗ không mạ.
Có ba loại khoảng cách cần quan sát trong phân tích DFM.
Nhiều nhà thiết kế quên không cung cấp khoảng cách đủ giữa đồng và cạnh của PCB. Sự gần gũi của đồng với cạnh có thể tạo ra chập mạch giữa các lớp liền kề nếu dòng điện được áp dụng lên chúng. Điều này là kết quả của đồng tiếp xúc xung quanh viền của bảng mạch. Có thể giải quyết vấn đề này bằng cách thêm khoảng cách vào thiết kế. Kiểm tra các ước lượng sau:
Khoảng cách dây là khoảng cách tối thiểu giữa hai dẫn. Nó phụ thuộc vào vật liệu, trọng lượng đồng, biến đổi nhiệt độ, và điện áp áp dụng. Nó cũng phụ thuộc vào khả năng của nhà sản xuất.
Khoảng cách mặt nạ hàn
Một lỗi DFM khác cần chú ý là bẫy axit. Một thiết kế bao gồm các góc nhọn sẽ thu hút nồng độ axit đến khu vực đó. Điều này có thể dẫn đến việc ăn mòn quá mức các đường dẫn và mạch mở.
Tránh đặt các đường dẫn đến pad ở các góc nhọn. Đặt các đường dẫn ở góc 45° hoặc 90° so với pad. Xác minh rằng không có góc nào của đường dẫn tạo ra bẫy axit sau khi định tuyến các đường dẫn.
Kiểm tra silkscreen bao gồm các thuộc tính khác nhau sẽ ảnh hưởng đến phân tích DFM và sẽ ngăn chặn các lỗi có thể xảy ra. Dưới đây là một số hướng dẫn quan trọng:
Hướng: Silkscreen có thể nằm trên pad, và điều này nên được kiểm tra bằng cách chạy DRC. Silkscreen cũng có thể chồng lên lỗ via, mặc dù điều này được chấp nhận nếu các via được che phủ. Điều này có thể xảy ra khi xoay văn bản và điều chỉnh các dấu hiệu chỉ dẫn thành phần. Cắt bớt các dấu hiệu chỉ dẫn thành phần đi qua pad và via để ngăn chặn sự chồng chéo.
Hãy chắc chắn rằng hướng silkscreen của bạn là nhất quán
Độ rộng dây và chiều cao chữ: Chúng tôi khuyến nghị sử dụng độ rộng dây tối thiểu là 4 mils và chiều cao chữ là 25 mils để dễ đọc. Luôn sử dụng màu sắc tiêu chuẩn và hình dạng lớn hơn để có sự biểu diễn tốt. Thông thường, kích thước nên là 35 mils (chiều cao chữ) và 5 mils (độ rộng dây). Nếu bảng mạch không dày đặc và có đủ không gian cho chữ lớn, sử dụng kích thước sau:
Trong trường hợp các thông số kỹ thuật trên không phù hợp với bảng mạch có mật độ trung bình, sử dụng kích thước sau:
Khi kích thước trên không phù hợp, tham khảo kích thước sau: Đối với bảng mạch có mật độ trung bình:
Phương pháp in silkscreen: Phương pháp cụ thể ảnh hưởng đến nhiều tham số thiết kế như kích thước, khoảng cách, v.v., và các yếu tố như pad, via và trace. Xác định các yếu tố này theo in silkscreen thủ công, hình ảnh chụp lỏng, và in trực tiếp huyền thoại.overlapping.
Ưu tiên các dấu hiệu: Ưu tiên dấu hiệu silkscreen theo phân loại: yêu cầu quy định, nhận dạng nhà sản xuất, hỗ trợ lắp ráp, và hỗ trợ kiểm tra.
Tuân theo các hướng dẫn thiết kế cho khả năng sản xuất giúp bạn nhận biết lỗi ở giai đoạn thiết kế sớm. May mắn thay, động cơ DRC trong Altium Designer® có thể giúp bạn phát hiện những vấn đề này trước khi bạn tiến hành sản xuất. Sau khi bạn tham khảo ý kiến từ nhà sản xuất của mình, bạn có thể lập trình các ràng buộc được liệt kê ở trên vào quy tắc thiết kế PCB của mình để đảm bảo bạn có thể nhanh chóng phát hiện và sửa chữa lỗi. Khi thiết kế của bạn đã sẵn sàng cho một cuộc xem xét thiết kế kỹ lưỡng và sản xuất, nhóm của bạn có thể chia sẻ và hợp tác theo thời gian thực thông qua nền tảng Altium 365™. Các đội ngũ thiết kế có thể sử dụng Altium 365 để chia sẻ dữ liệu sản xuất và kết quả kiểm tra, và các thay đổi thiết kế có thể được chia sẻ thông qua một nền tảng đám mây an toàn và trong Altium Designer.
Mọi PCB muốn trở thành một thiết bị thực tế đều cần được lắp ráp với hiệu suất cao. Một số kế hoạch chiến lược cần thiết để đảm bảo bo mạch có thể được lắp ráp đúng cách ngay từ lần đầu tiên. Hiểu biết một số hướng dẫn DFA cơ bản có thể giúp đảm bảo thiết kế của bạn vượt qua quá trình lắp ráp sản xuất với ít lỗi nhất và không cần sửa chữa lại.
DFA là quy trình bao gồm ba giai đoạn. Trong giai đoạn đầu tiên, việc thiết kế bố cục bảng mạch được xem xét. Trong giai đoạn này, khoảng cách giữa các linh kiện, hướng hàn, và giảm chi phí lắp ráp được tính toán. Trong giai đoạn tiếp theo, các tệp Gerbers hoặc ODB++ được kiểm tra về khoảng cách và hướng của các linh kiện, dấu chân, và các phương pháp làm sạch khác nhau. Trong giai đoạn cuối cùng, các yêu cầu về hàn sóng, hàn reflow, và hàn thủ công được xác định.
Mọi nhà thiết kế bảng mạch sẽ gặp khó khăn trong việc dự đoán những thách thức có thể phát sinh khi làm việc trên một thiết kế PCB mới. Mục tiêu chính của việc tiêu chuẩn hóa là giảm thiểu mức độ không chắc chắn bằng cách sử dụng các bộ phận và kỹ thuật đã được chứng minh trước đó. Dưới đây là một vài cách để đảm bảo tiêu chuẩn hóa tối đa trong thiết kế của bạn:
Mọi nhà thiết kế bảng mạch sẽ gặp khó khăn trong việc dự đoán những thách thức có thể phát sinh khi làm việc trên một thiết kế PCB mới. Mục tiêu chính của việc chuẩn hóa là giảm thiểu mức độ không chắc chắn bằng cách sử dụng các bộ phận và kỹ thuật đã được chứng minh trước đó. Dưới đây là một số cách để đảm bảo tối đa việc chuẩn hóa trong thiết kế của bạn:
Một trong những mục tiêu chính của DFA là kiểm định các linh kiện được lắp trên bảng mạch. Tuân theo các hướng dẫn dưới đây để giúp nhà sản xuất của bạn lắp ráp bảng mạch một cách hiệu quả:
DFA chủ yếu tập trung vào việc loại bỏ các lỗi lắp ráp tiềm ẩn có thể xảy ra. Ngoài các điểm đã thảo luận ở trên, các điểm dưới đây giúp nhà sản xuất chế tạo bảng mạch với chức năng mong muốn.
Như đã thảo luận trong các phần trước, việc biết các tiêu chuẩn DFA giúp bạn thiết kế một bảng mạch một cách hiệu quả và tiết kiệm chi phí. Trong phần này, chúng tôi sẽ giới thiệu một số quy tắc DFA quan trọng.
Định hướng linh kiện là một trong những yếu tố quan trọng nhất cần được xem xét trong giai đoạn trước khi lắp ráp. Để lắp ráp không gặp trở ngại, việc tuân theo các kỹ thuật định hướng rõ ràng và dễ hiểu là cần thiết. Chỉ cần xem xét, ví dụ, các diode, sẽ có một số cực nhất định. Đảm bảo rằng biểu tượng sơ đồ và in silkscreen có dấu cực phù hợp sẽ được nhìn thấy sau khi đặt. Điều này sẽ làm cho quá trình kiểm tra dễ dàng hơn, và nó làm cho việc kiểm tra hoặc gỡ lỗi dễ dàng hơn.
Biểu tượng có thể được đặt giữa hai chân cho các bộ phận xuyên lỗ, nhưng nó nên được đặt bên cạnh thiết bị cho các bộ phận gắn mặt. Vì những biểu tượng này có thể chiếm nhiều không gian, một thanh trên miếng đệm cathode hoặc chỉ dấu hiệu đơn giản của A (anode) hoặc K (cathode) là đủ cho các bảng mạch HDI.
Luôn nhóm các thành phần tương tự và cố gắng đặt chúng với cùng một hướng nếu có thể. Điều này tạo điều kiện cho quá trình lắp ráp nhanh chóng. Ví dụ, tất cả QFPs có thể được đặt thành một hàng với chân số 1 ở cùng một góc cho mỗi IC.
Khoảng cách giữa các thành phần ảnh hưởng đến khung thời gian yêu cầu của quá trình PCBA. Trong phần này, chúng ta sẽ xem xét các tiêu chuẩn khoảng cách được khuyến nghị để đảm bảo chất lượng của quá trình lắp ráp.
Khoảng cách từ linh kiện đến mép là khoảng cách từ một linh kiện cụ thể trên bảng mạch đến mép của nó. Yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong quá trình tách bảng mạch. Trong quá trình này, các linh kiện gần mép bảng mạch sẽ chịu áp lực có thể ảnh hưởng đến các mối hàn. Chúng tôi khuyến nghị một khoảng cách 125 mil giữa mép bảng mạch và SMD đặt ở mặt trên của bảng mạch, nhưng nhà sản xuất của bạn có thể cung cấp các khoản cho phép khác nhau trong quy trình của họ.
Đôi khi, các nhà sản xuất tăng thêm khoảng cách từ linh kiện đến mép bảng mạch ở mặt dưới của bảng mạch. Điều này giảm khả năng hư hại linh kiện SMT trong quá trình áp dụng keo hàn.
Các đường dẫn đồng cũng có thể được dẫn gần mép bảng mạch hơn. Điều này cho phép một khoảng trống mặt nạ hàn và ngăn chặn sự xâm nhập của pad. Các đường dẫn, đổ đồng, và các bộ phận chèn vào bằng tay phải được cách mép bảng mạch ít nhất 10 mil. Lỗ castellated là một loại thiết kế yêu cầu mạ đồng ở mép bảng mạch. Để đạt được lớp mạ đồng mong muốn, những thiết kế như vậy sẽ yêu cầu chi phí và thời gian dẫn thêm.
Khoảng cách giữa các linh kiện ảnh hưởng đến yêu cầu về thời gian của quy trình PCBA. Trong phần này, chúng ta sẽ xem xét các tiêu chuẩn khoảng cách được khuyến nghị để đảm bảo chất lượng của quá trình lắp ráp.
Khoảng cách từ linh kiện đến lỗ
Dưới đây là một số tiêu chuẩn lắp ráp IPC khác mà nhà sản xuất của bạn sẽ tuân thủ khi lắp ráp các bảng mạch.
Phần này chi tiết các lỗi và vấn đề xảy ra thường xuyên trong quá trình PCBA. Các nhà sản xuất sử dụng nhiều phương pháp kiểm soát chất lượng để tránh những lỗi này, và một số phương pháp đó được đề cập trong các mục phụ dưới đây.
Một "tombstone", còn được biết đến với cái tên hiệu ứng Manhattan, là trường hợp một linh kiện SMD bị bong ra một phần hoặc hoàn toàn khỏi pad hạ cánh của nó. Điều này thường xảy ra với các linh kiện SMD nhỏ (gói 0603 hoặc nhỏ hơn) và nó xảy ra do sự mất cân bằng lực trong quá trình hàn reflow.
Cách phòng tránh tombstoning:
Cầu chì hàn xảy ra khi hồ dán được áp dụng giữa hai dẫn điện không nên được kết nối điện với nhau. Những kết nối không mong muốn này được gọi là chập mạch.
Cách phòng tránh cầu chì hàn:
Khoảng trống hoặc lỗ bên trong mối hàn được biết đến là khoảng trống hàn. Khoảng trống hàn được tạo ra khi không có đủ hồ dán để thiết lập kết nối. Khoảng trống hàn thường chứa không khí.
Cách phòng tránh khoảng trống hàn:
Sau khi bảng mạch được lắp đặt, các nhà sản xuất có thể thực hiện nhiều thủ tục kiểm tra và kiểm soát chất lượng.
Kiểm tra quang học tự động (AOI) là một phương pháp hiệu quả và chính xác để phát hiện lỗi lắp ráp PCB trước khi các bảng mạch rời khỏi cơ sở sản xuất. Phương pháp này sử dụng camera độ phân giải cao và phần mềm xử lý hình ảnh tiên tiến để xác định các lỗi lắp ráp như linh kiện bị thiếu hoặc đặt nhầm chỗ, cầu hàn, bi hàn, hoặc đá mộ.
Kiểm tra tự động bằng tia X (AXI) là một phương pháp phổ biến để phát hiện các khuyết tật ẩn trong IC và BGA. Nguồn quét trong hệ thống này là tia X. Nó có thể được sử dụng để xác định các khoảng trống lớn và vết nứt. Phương pháp này cho phép truy cập không phá hủy vào các hình dạng và cấu trúc bên trong. AXI chụp ảnh cùng một cách như AOI. Sự khác biệt duy nhất là AOI quét bằng nguồn sáng, trong khi AXI quét bằng tia X.
Hình ảnh kiểm tra bằng tia X 2D
Hướng dẫn DFA được thiết kế nhằm đảm bảo tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu cao và giảm thiểu công việc sửa chữa sau khi lắp ráp. Bạn có thể áp dụng những hướng dẫn DFA này và nhiều hướng dẫn khác trước khi bạn bắt đầu sản xuất bằng cách sử dụng công cụ DRC trong Altium Designer. Sau khi tham khảo ý kiến từ nhà sản xuất của bạn, bạn có thể lập trình các ràng buộc được liệt kê ở trên vào quy tắc thiết kế PCB của mình để đảm bảo bạn có thể nhanh chóng phát hiện và sửa chữa lỗi. Khi thiết kế của bạn đã sẵn sàng cho việc xem xét thiết kế kỹ lưỡng và sản xuất, nhóm của bạn có thể chia sẻ và hợp tác theo thời gian thực thông qua nền tảng Altium 365. Các nhóm thiết kế có thể sử dụng Altium 365 để chia sẻ dữ liệu sản xuất và kết quả kiểm tra, và các thay đổi thiết kế có thể được chia sẻ thông qua một nền tảng đám mây an toàn và trong Altium Designer.
Trong lĩnh vực thiết kế PCB, việc giao tiếp nhu cầu với nhà sản xuất và nhà cung cấp là ưu tiên hàng đầu. Bối cảnh của các yêu cầu của chúng ta đôi khi bị mất đi do không cung cấp đủ thông tin chính xác, không liệt kê đủ thông tin, hoặc không cung cấp bất kỳ thông tin nào. Mặc dù nhà thiết kế PCB có kinh nghiệm có thể thực hiện các bước để chỉ định mọi thứ họ muốn thấy trong xếp chồng PCB của mình, cuối cùng nhà sản xuất sẽ xử lý quyết định đó trong nỗ lực cân bằng giữa vật liệu có sẵn với khả năng xử lý và tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu.
Cấu trúc xếp lớp mô tả nhiều hơn là cấu trúc cơ bản của PCB; được tích hợp trong cấu trúc xếp lớp là nhiều yếu tố thiết kế khác được định nghĩa bởi tính chất vật liệu của lõi và vật liệu điện môi của bạn. Để đảm bảo thiết kế của bạn tương thích với khả năng của nhà sản xuất, nguồn vật liệu và yêu cầu về trở kháng, các nhà thiết kế phải chắc chắn rằng yêu cầu về cấu trúc xếp lớp của họ được định rõ ràng. Nếu bạn theo lời khuyên của tôi khi ban đầu tạo ra thiết kế, và bạn ban đầu hỏi nhà sản xuất của mình về cấu trúc xếp lớp nào họ có sẵn, thì bạn sẽ ở trong tình trạng tốt. Nếu bạn thiết kế xung quanh cấu trúc lớp đó, thì việc làm việc với nhà sản xuất của bạn sẽ dễ dàng hơn nhiều.
Nếu bạn có một thiết kế hiện tại, và bạn cần phải sản xuất nó ở bất cứ đâu với bộ vật liệu tương thích? Làm thế nào bạn có thể giảm thiểu rủi ro rằng bảng mạch bạn nhận được không đáp ứng yêu cầu của bạn? Đó là những gì chúng ta sẽ xem xét trong bài viết này. Nếu bạn theo một số mẹo này, bạn sẽ thiết kế CÙNG với việc sản xuất, không chỉ là thiết kế CHO việc sản xuất.
Như tôi đã đề cập ở trên, trong lần lặp đầu tiên của một thiết kế, thường thì bạn có thể lấy một bộ xếp chồng tiêu chuẩn và sử dụng nó trong thiết kế của mình. Đây là cách nhanh nhất để thiết kế mẫu nhanh của bạn và đưa nó vào sản xuất. Lựa chọn khác là ít nhất bạn tự thiết kế bộ xếp chồng của mình với các vật liệu bạn chọn, sau đó xác nhận điều này với nhà sản xuất của bạn. Họ sẽ cho bạn biết liệu họ có thể sản xuất nó hay không, và bạn có thể quyết định cách tiếp tục từ đó (hoặc thiết kế lại bộ xếp chồng, hoặc gửi nó đến nơi khác).
Khi thiết kế đã hoàn thành, câu chuyện lại hơi khác một chút. Khi bạn tiến hành sản xuất thiết kế, bạn phải đảm bảo nhà sản xuất bảng mạch trống có thể đáp ứng nhiều thông số kỹ thuật, bao gồm:
Chúng ta không thường xuyên nói về Điểm #3 mà thay vào đó tập trung vào DFM như một phần của Điểm #1 và #2. Nếu bạn có thể tính toán các thay đổi cần thiết trong chồng lớp PCB của mình ở Điểm #3, bạn có thể loại bỏ rủi ro nhận được các bảng mạch không đáp ứng được thông số kỹ thuật của bạn.
Chỉ để đảm bảo nhu cầu chồng lớp PCB của bạn được đáp ứng, bạn có một tài liệu quan trọng bạn có thể sử dụng để chỉ định yêu cầu bảng mạch của mình: bản vẽ sản xuất PCB của bạn. Bạn sẽ muốn sử dụng cả bản vẽ chồng lớp và ghi chú sản xuất của bạn để truyền đạt yêu cầu chồng lớp PCB của bạn cho nhà sản xuất.
Trong bản vẽ chế tạo của bạn, bạn có thể ngay lập tức chỉ định hầu hết các yêu cầu cho bố cục lớp của bạn với một bản vẽ bố cục lớp. Đây là cách đơn giản nhất để cung cấp cho nhà sản xuất của bạn các yêu cầu cơ bản bạn muốn thấy trên bảng mạch của mình. Ví dụ dưới đây là thiết kế cho một bảng mạch 4 lớp có thể được sử dụng cho một PCB tốc độ cao, mô-đun điều chỉnh công suất, bảng mạch vi điều khiển, hoặc một bảng mạch mục đích chung khác.
Ví dụ về bản vẽ bố cục lớp PCB trong bản vẽ chế tạo. Được tạo trong Draftsman.
Ví dụ về bản vẽ bố cục lớp PCB trong bản vẽ chế tạo. Được tạo trong Draftsman. Từ bản vẽ này, chúng ta có thể thấy ngay một số thông số quan trọng mà nhà sản xuất của bạn cần phải đáp ứng:
Đôi khi, khi tôi nhận được danh sách yêu cầu từ khách hàng, những điểm này sẽ được biên soạn vào một tài liệu xếp chồng. Khi bạn gửi các sản phẩm thiết kế của mình cho nhà sản xuất, việc bao gồm một tài liệu xếp chồng hoặc tài liệu yêu cầu khác làm một phần của gói tệp là được, nhưng thông tin này cũng nên được phản ánh trong một bản vẽ chế tạo. Cách tốt nhất để làm điều này là với một bản vẽ xếp chồng như đã được hiển thị ở trên.
Về trở kháng và tính chất điện môi? Nếu bạn thiết kế với một bộ vật liệu cụ thể trong tâm trí, thì bạn không cần phải liệt kê chúng một cách rõ ràng, mặc dù những điều này có thể được bao gồm trong bản vẽ xếp chồng lớp PCB của bạn. Để đảm bảo nhà sản xuất của bạn tính toán những sai số này trong thiết kế của bạn, bạn sẽ phải chỉ định các sai số chấp nhận được trên chiều rộng dấu vết và độ dày lớp.
Để đảm bảo bạn đạt được mục tiêu hằng số điện môi, mục tiêu tính chất nhiệt/hóa học, hoặc mục tiêu trở kháng (giả sử bạn đã chỉ định điều này), có ba cách để tiến hành trong thiết kế của bạn:
Lựa chọn #1 đảm bảo bo mạch của bạn sẽ chính xác, nhưng chỉ tại các nhà sản xuất chỉ cung cấp bộ vật liệu cụ thể của bạn. Lựa chọn #2 và #3 là chung chung hơn, và chúng cố gắng bảo vệ bạn ở mọi nơi, nhưng bạn có thể phải yêu cầu kiểm tra trở kháng kiểm soát được thực hiện trong quá trình sản xuất.
Việc thực hiện Lựa chọn #2 là đơn giản trong ghi chú chế tạo của bạn. Hình dưới đây cho thấy một ví dụ về ghi chú chế tạo mà rõ ràng nêu ra bảng cắt nào mà bộ vật liệu của bạn phải tuân thủ (ghi chú 16.C, được bao quanh bằng màu đỏ). Lưu ý rằng điều này có thể được thực hiện ngay cả khi không cần kiểm soát trở kháng.
Ghi chú chế tạo này chỉ rõ sự tuân thủ bảng cắt để nhà chế tạo chỉ thay thế bằng bộ vật liệu tương thích.
Trong Lựa chọn #3, nhà chế tạo của bạn có thể cần điều chỉnh một chút các thông số kỹ thuật này. Bạn sẽ cần phải chỉ rõ dung sai cho phép về độ dày lớp và độ rộng dấu vết trong ghi chú chế tạo của bạn. Ví dụ dưới đây cho thấy làm thế nào điều này có thể được chỉ định như một dung sai cho phép cho nhà chế tạo. Hộp màu đỏ định nghĩa mục tiêu trở kháng danh nghĩa được thực hiện trong thiết kế khi nó được cung cấp ban đầu cho nhà chế tạo. Hộp màu xanh chỉ định dung sai cho phép về độ rộng dấu vết và độ dày lớp
Hai ghi chú chế tạo này cho phép nhà chế tạo điều chỉnh hình dạng dấu vết hoặc lớp sao cho một mục tiêu trở kháng có thể được đạt được trong phạm vi dung sai được chỉ định trong Ghi chú 18.A.
Bằng cách làm như vậy, bạn đã tính đến việc nhà sản xuất có thể sử dụng các vật liệu có hằng số điện môi khác so với những gì bạn đã sử dụng trong thiết kế của mình. Bởi vì họ không phải lúc nào cũng có thể đạt được hằng số điện môi yêu cầu, họ sẽ phải điều chỉnh đường dẫn để bù đắp cho bất kỳ sự khác biệt lớn nào khiến trở kháng vượt ra ngoài thông số kỹ thuật được định nghĩa trong Ghi chú 18.A.
Khi bạn sẵn sàng biên soạn tài liệu cho thiết kế PCB của mình và gửi gói tệp sản xuất vào quá trình sản xuất, hãy sử dụng các công cụ vẽ tự động trong gói Draftsman được bao gồm trong Altium Designer®. Khi bạn sẵn sàng phát hành dữ liệu sản xuất cho nhà sản xuất của mình, bạn có thể dễ dàng chia sẻ và hợp tác trên các thiết kế của mình thông qua nền tảng Altium 365™. Tất cả những gì bạn cần để thiết kế và sản xuất điện tử tiên tiến có thể được tìm thấy trong một gói phần mềm.
Lớp mặt nạ hàn kết thúc quá trình chế tạo PCB và cung cấp một lớp phim bảo vệ trên đồng ở các lớp bề mặt. Mặt nạ hàn cần được lùi lại từ các pad hạ cánh trên lớp bề mặt để bạn có một bề mặt mà linh kiện có thể được lắp đặt và hàn. Việc loại bỏ mặt nạ hàn khỏi một pad trên lớp trên cần phải mở rộng một khoảng cách xung quanh mép của pad, tạo ra các pad NSMD hoặc SMD cho linh kiện của bạn.
Bạn nên lùi mặt nạ hàn ra xa bao nhiêu để có thể ngăn chặn lỗi lắp ráp và đảm bảo có đủ diện tích cho việc hàn? Hóa ra, với các linh kiện ngày càng nhỏ và bố cục mật độ cao trở thành tiêu chuẩn, việc mở rộng mặt nạ hàn có thể tạo ra những mảnh vụn mặt nạ hàn nhỏ sẽ còn lại trên lớp bề mặt. Tại một thời điểm nào đó, kích thước tối thiểu cho phép của mảnh vụn mặt nạ hàn và yêu cầu mở rộng mặt nạ hàn trở thành các quy tắc thiết kế cạnh tranh; bạn có thể không thể đồng thời thỏa mãn cả hai quy tắc.
Đây là lý do chính để áp dụng sự mở rộng mặt nạ hàn dương, tạo ra một pad không được định nghĩa bởi mặt nạ hàn (NSMD). Lý do cho điều này liên quan đến quá trình ăn mòn đồng; việc ăn mòn đồng là một quá trình hóa học ướt, thực sự có độ chính xác cao hơn so với việc áp dụng mặt nạ hàn. Do đó, để đảm bảo toàn bộ khu vực pad luôn được lộ ra, chúng tôi áp dụng một sự mở rộng mặt nạ hàn đủ lớn xung quanh pad.
Độ chính xác thấp của quá trình áp dụng mặt nạ chống hàn có thể tạo ra sự không đăng ký, nơi mặt nạ chống hàn không hoàn hảo khớp với vị trí nó được định nghĩa trong bố cục PCB của bạn. Tuy nhiên, nếu sự mở rộng mặt nạ hàn đủ lớn, nó sẽ bù đắp cho sự không đăng ký và pad vẫn có thể hoàn toàn nhìn thấy qua mặt nạ hàn. Khuyến nghị nhỏ nhất về mặt nạ hàn mở rộng mà tôi đã thấy là 3 mils ở tất cả các cạnh của pad, sẽ bù đắp cho sự không đăng ký khoảng 2 mils.
Pad này có một lượng nhỏ sự không đăng ký của mặt nạ chống hàn.
Nếu các pad của bạn đã đủ lớn thì sao? Trong trường hợp đó, bạn có thể biện minh cho việc chọn giá trị mở rộng mặt nạ hàn nhỏ hơn. Trong trường hợp này, nếu bạn sử dụng mở rộng nhỏ hơn với các pad lớn hơn, bạn vẫn đảm bảo có diện tích pad tiếp xúc đủ lớn ngay cả khi có sự lệch đăng ký. Dù trong trường hợp nào, bạn cũng cần phải xem xét nhu cầu về đập hàn giữa các pad/vias gần nhau.
Kích thước miếng chắn hàn tối thiểu sẽ giới hạn mở rộng mặt nạ hàn mà bạn có thể áp dụng cho một khoảng cách chân dẫn nhất định. Nếu khoảng cách chân dẫn đủ lớn, thì bạn luôn có thể áp dụng mở rộng mặt nạ hàn lớn mà không lo lắng về việc chạm giới hạn đập hàn. Khi khoảng cách chân dẫn nhỏ lại, hoặc khi các thành phần được đóng gói gần nhau, bạn có thể vi phạm kích thước miếng chắn hàn tối thiểu. Trong trường hợp đó, bạn cần quyết định liệu bạn có ưu tiên bù đắp cho sự lệch đăng ký hay đảm bảo luôn có một số đập hàn. Đối với các thành phần có khoảng cách chân dẫn nhỏ, tôi thích lựa chọn sau.
Những vị trí này sẽ vi phạm giới hạn của nhà sản xuất về kích thước đập hàn tối thiểu. Các lỗi lắp ráp có thể được ngăn chặn bằng cách áp dụng một số khoảng cách bổ sung giữa các pad cho các thành phần khác nhau.
Vì lớp chắn hàn cần có độ dày ít nhất khoảng 3 mils để bám vào bề mặt của một PCB, bạn có thể phù hợp với sự mở rộng lớp chắn hàn tối thiểu xung quanh một pad khi khoảng cách giữa các pad là 20 mils hoặc cao hơn. Nếu bạn đang xem xét các chân dẫn bên trong (như các bóng bên trong trên một bản in chân BGA), việc sử dụng các pad SMD và đặt các đập nhỏ giữa các pad và vias là phù hợp.
Nếu bạn chỉ đặt một quy tắc thiết kế chung và áp dụng mở rộng 0 mil hoặc 1 mil để bạn có thể đạt được yêu cầu về mật độ, nhà sản xuất của bạn có thể áp dụng một giá trị mở rộng bổ sung. Nếu họ làm điều này, họ có thể không thông báo cho bạn; bạn nên mong đợi rằng một nhà sản xuất có thể áp dụng điều này để khắc phục sự không đồng nhất giữa khuôn chắn hàn và các pad trên lớp bề mặt.
Sở thích của tôi đã là đặt lớp chắn hàn là 0 mil trên hầu hết các dự án vì hai lý do:
Điểm thứ hai nên minh họa lý do bạn nên có một bộ sưu tập các công ty sản xuất/lắp ráp ưa thích mà bạn sử dụng, và bạn nên hiểu quy trình của họ. Công ty của tôi có một số đối tác sản xuất mà chúng tôi sử dụng độc quyền cho các dự án của khách hàng ở mức độ thấp và trung bình. Chúng tôi biết họ mong đợi điều gì và phản hồi mà chúng tôi có thể nhận được sau một lần xem xét DFM/DFA ban đầu.
Nếu bạn muốn thực sự truyền đạt ý định của mình cho nhà sản xuất, hãy làm cho ý định của bạn rõ ràng trong bản vẽ sản xuất của bạn. Thêm một ghi chú vào bản vẽ sản xuất của bạn rằng nhà sản xuất có quyền chỉnh sửa các lỗ mở chống hàn trong một phạm vi nhất định (có thể là +/- 3 mils). Lựa chọn khác là đặt một khoảng dung sai cụ thể cho sự mở rộng lớp chống hàn của bạn, và sau đó xác định một chiều rộng mảnh nhỏ nhất. Chỉ lưu ý rằng họ có thể gửi lại bảng mạch cho bạn nếu khoảng dung sai của bạn quá chặt, tại thời điểm đó bạn có thể cần phải nới lỏng yêu cầu về khoảng dung sai của mình.
Ghi chú số 10 trong những ghi chú về việc sản xuất này quy định mức độ giãn nở của lớp chống hàn mà tôi có thể chấp nhận trong thiết kế này. Trong trường hợp này, tôi đã quy định rằng tôi ưu tiên các lỗ mở của lớp chống hàn phải khớp với kích thước của pad.
Sau khi bạn xác định được mức giãn nở lớp chống hàn và mảnh vụn tối thiểu cần thiết để ngăn chặn vấn đề lắp ráp, bạn có thể sử dụng các công cụ CAD trong Altium Designer® để định nghĩa các mẫu đất và bản in chân của bạn. Bạn và đội của mình sẽ có thể duy trì hiệu suất làm việc và hợp tác hiệu quả trong các thiết kế điện tử tiên tiến thông qua nền tảng Altium 365™. Mọi thứ bạn cần để thiết kế và sản xuất điện tử tiên tiến đều có thể tìm thấy trong một gói phần mềm.
Điểm kiểm tra trong lắp ráp điện tử của bạn sẽ cung cấp cho bạn một vị trí để truy cập vào các linh kiện và thực hiện các phép đo quan trọng để xác minh chức năng. Nếu bạn chưa bao giờ sử dụng điểm kiểm tra hoặc bạn không chắc bạn cần điểm kiểm tra, hãy tiếp tục đọc để xem bạn có những lựa chọn nào cho việc sử dụng điểm kiểm tra trong bố cục PCB của mình.
Rất đơn giản, điểm kiểm tra PCB có thể được đặt một cách có chủ ý như các yếu tố in trên thiết kế, chẳng hạn như một pad trống hoặc một via có kết nối với một đường dẫn/trải nội bộ. Sau đó, chúng có thể được truy cập với một bộ dụng cụ kiểm tra trong quá trình kiểm tra điện, như kiểm tra điện cơ bản (liên tục), kiểm tra trong mạch, hoặc kiểm tra bằng sonda bay không cần bộ dụng cụ. Ngay cả khi bạn không cố ý đặt điểm kiểm tra dưới dạng pad hoặc các bộ phận khác trong bố cục PCB của mình, bạn vẫn có thể xác định các dẫn điện cụ thể là điểm kiểm tra.
Mỗi thiết kế có cần điểm kiểm tra không? Không nhất thiết; đối với một nguyên mẫu, bạn sẽ tốt hơn là dành thời gian để thực hiện kiểm tra chức năng bằng tay để có thể dễ dàng nhận diện bất kỳ lỗi nào. Bạn sẽ có thể nhìn thấy và chạm vào các bảng mạch và dụng cụ bạn đang làm việc, vì vậy sẽ dễ dàng hơn trong việc nhận diện vấn đề trong quá trình kiểm tra. Nếu bạn đang mở rộng quy mô theo bất kỳ cách nào và bạn đã đánh giá kỹ lưỡng yêu cầu kiểm tra của mình, thì tốt nhất là đặt điểm kiểm tra cho kiểm tra trong mạch hoặc kiểm tra chức năng với nhà sản xuất của bạn, theo cách này họ có thể tự động hóa những bài kiểm tra chức năng cơ bản trên dây chuyền.
Về việc test point là gì, chúng có thể được đặt như là các thành phần, pad, via, hoặc các yếu tố in khác trên bảng mạch của bạn. Test point cũng có thể được gắn thẻ để truy cập trong quá trình sản xuất hoặc lắp ráp trong phần mềm thiết kế của bạn. Bây giờ, hãy xem một số lựa chọn bạn có cho test point trong bố cục PCB của mình.
Một điều bạn có thể làm là cố ý đặt một pad dọc theo một kết nối liên lạc hoặc ở đâu đó trên một bus như một điểm kiểm tra. Bạn cũng có thể đặt điều này như là một via để các lớp bên trong có thể dễ dàng truy cập. Những cái này có thể được đặt dọc theo một đường dẫn (theo chuỗi) hoặc lệch ra một bên như một đoạn ngắn. Đối với tín hiệu số tốc độ thấp và tín hiệu analog tần số thấp (ngay cả khi nó được kiểm soát trở kháng, điều này sẽ không phải là vấn đề về tính toàn vẹn tín hiệu. Kiểm tra chuyên sâu hơn với tín hiệu tốc độ cao/tần số cao sẽ cần một cấu trúc kiểm tra cụ thể với trở kháng được kiểm soát và khớp ở mỗi cổng; hãy nhớ điều này trước khi đi và đặt test point trên mọi kết nối liên lạc.
Thường thấy việc đặt một mảng test point xung quanh một bộ xử lý lớn để có thể truy cập các mạng quan trọng (PWR, GND, cấu hình, v.v.) trong quá trình kiểm tra.
Một số công ty sản xuất và bán các linh kiện điểm kiểm tra có thể được gắn trực tiếp lên PCB của bạn. Một ví dụ từ Keystone được hiển thị bên dưới. Linh kiện này sẽ được định nghĩa trong sơ đồ của bạn như một linh kiện 2 chân và được đặt trong bố cục giống như bất kỳ linh kiện xuyên lỗ nào khác. Các linh kiện SMD cũng có sẵn.
Ví dụ điểm kiểm tra (Keystone 5001)
Những linh kiện này rất tốt để gắn một đầu dò để đo các sóng điện. Lưu ý rằng chúng chỉ có một điểm kết nối. Nếu bạn đã kết nối điểm kiểm tra này theo chuỗi với mạch kết nối mục tiêu, bạn có thể sử dụng linh kiện này để đo sóng điện áp trên mạch kết nối mục tiêu (tức là, với một oscilloscope). Ở tần số thấp đến trung bình (dưới 1 GHz) và thời gian tăng (trên 10-20 ns), bạn có thể sử dụng kết nối trực tiếp với đầu dò của mình để thực hiện đo lường, và bạn không phải lo lắng về trở kháng điểm kiểm tra hoặc phản xạ miễn là tần số đủ thấp. Điều này làm cho những linh kiện này tốt cho việc truy cập các sóng quan trọng như ổ đĩa động cơ, tương tự tần số thấp, bus số chậm hơn (I2C hoặc SPI, chẳng hạn), hoặc GPIOs trên MCU của bạn trong quá trình kiểm tra chức năng.
Nói chung, bạn có thể kết hợp các loại điểm kiểm tra khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu của mình. Theo các phương pháp tốt nhất, bạn nên đặt một thành phần điểm kiểm tra hoặc thiết bị kiểm tra cụ thể trên bảng mạch nếu bạn cần truy cập vào một kết nối chéo hoặc sóng dạng trong quá trình kiểm tra chức năng. Ngược lại, đối với kiểm tra trong mạch, kiểm tra sonda bay, hoặc kiểm tra liên tục, bạn nên đặt các pad hoặc via để chạm vào các điểm cụ thể trên bảng mạch của mình. Các điểm kiểm tra không được đặt dưới dạng pad cụ thể hoặc thiết bị đều được xác định trên các via cụ thể, pad của linh kiện, kết nối điện/GND, hoặc các dẫn điện khác được lộ ra trên PCB đã được chế tạo.
Thành phần điểm kiểm tra có thể được đặt trên cùng một bảng mạch với điểm kiểm tra cho việc sản xuất hoặc lắp ráp.
Những gì chúng tôi đã trình bày ở đây được dành cho việc kiểm tra trong mạch trong quá trình sản xuất/lắp ráp, cũng như kiểm tra PCB bằng cách sử dụng đầu dò để xem sóng hoặc mức độ. Đối với những thứ chuyên biệt hơn, như đo đạc trở kháng chính xác cao hoặc đo phản ứng xung, điểm kiểm tra PCB đơn giản với kết nối dẫn đơn giản (hoặc được cố định cơ khí hoặc hàn) có thể không mang lại kết quả bạn mong đợi. Cần có các bộ dụng cụ kiểm tra tinh vi hơn để kết nối điểm truy cập kiểm tra PCB của bạn với máy phát tín hiệu hoặc máy phân tích của bạn. Một ví dụ là thiết kế 2x-thru như được quy định trong tiêu chuẩn IEEE P370.
Thường thì, khi một kết nối chuyên biệt được thiết kế để sử dụng trong hệ thống tần số cao hoặc tốc độ cao, chiến lược là xây dựng một bảng kiểm tra giữ kết nối và các kết nối của nó. Nếu bạn yêu cầu trở kháng được kiểm soát cho nhà sản xuất của mình, họ sẽ không kiểm tra các thiết kế kết nối chuyên biệt (như một ống dẫn sóng) vì họ sẽ không có một phiếu kiểm tra có thiết kế kết nối cụ thể của bạn. Các loại đường truyền tiêu chuẩn là ổn, nhưng một cái gì đó chuyên biệt hơn yêu cầu bạn phải tự xây dựng phiếu kiểm tra, hoặc bạn cung cấp các tệp thiết kế cho phiếu kiểm tra cho nhà sản xuất PCB của mình để họ có thể kiểm tra.
Đối với một số phép đo PDN có trở kháng thấp với các xung ngắn hoặc quét tần số dưới khoảng 10 GHz, bạn có thể chỉ sử dụng kết nối đồng trục để kết nối với các đầu dò kiểm tra chạm vào các pad điểm kiểm tra PCB của bạn để tạo ra kết nối trở kháng thấp. Nếu bạn đang thực hiện các phép đo theo miền tần số để lấy các tham số mạng, hãy lưu ý đến các nguồn lỗi liên quan đến việc chọn tham chiếu của bạn. Tôi đã đề cập đến điều này ở nơi khác liên quan đến tính toàn vẹn nguồn, cũng như các chuyên gia khác chuyên về phép đo S-parameter có trở kháng thấp.
Khi bạn cần đặt một điểm kiểm tra PCB dưới dạng một yếu tố in, kết nối đầu dò, hoặc một bộ dụng cụ kiểm tra chuyên biệt, hãy sử dụng bộ đầy đủ các tính năng thiết kế trong Altium Designer®. Bộ công cụ quản lý điểm kiểm tra đầy đủ và tiện ích Draftsman có thể giúp bạn xác định điểm kiểm tra và yêu cầu hiệu suất cho sản phẩm của bạn. Khi bạn đã hoàn thành thiết kế và muốn gửi các tệp cho nhà sản xuất của mình, nền tảng Altium 365™ giúp việc hợp tác và chia sẻ các dự án của bạn trở nên dễ dàng.
Altium LLC (ASX: ALU) là một tập đoàn phần mềm đa quốc gia có trụ sở chính tại San Diego, California, chuyên tập trung vào hệ thống thiết kế điện tử cho thiết kế PCB 3D và phát triển hệ thống nhúng. Sản phẩm của Altium được tìm thấy khắp nơi từ các nhóm thiết kế điện tử hàng đầu thế giới đến cộng đồng thiết kế điện tử cơ bản.
Với một loạt công nghệ độc đáo, Altium giúp các tổ chức và cộng đồng thiết kế đổi mới, hợp tác và tạo ra các sản phẩm kết nối trong khi vẫn đảm bảo đúng tiến độ và ngân sách. Các sản phẩm được cung cấp bao gồm Altium Designer®, Altium Vault®, CircuitStudio®, PCBWorks®, CircuitMaker®, Octopart®, Ciiva® và dòng TASKING® của các trình biên dịch phần mềm nhúng.
Được thành lập vào năm 1985, Altium có các văn phòng trên toàn thế giới, với các địa điểm tại Mỹ ở San Diego, Boston và Thành phố New York, các địa điểm ở châu Âu tại Karlsruhe, Amersfoort, Kiev và Zug và các địa điểm ở khu vực Châu Á - Thái Bình Dương tại Thượng Hải, Tokyo và Sydney. Để biết thêm thông tin, hãy truy cập www.altium.com. Bạn cũng có thể theo dõi và tương tác với Altium qua Facebook, Twitter và YouTube.