E-Book: Hướng dẫn sản xuất PCB: Phần 2

Giải mã Ghi chú Sản xuất PCB

Một người bạn tốt 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 sản xuất 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 thiết kế của bạn vượt qua quá trình này một cách nhanh chóng.

Những gì Đi vào Phân tích DFM cho PCB?

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 tất cả 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 bảng mạch của tôi khi tôi sắp thực hiện một lần sản xuất.

Kiểm Tra Thiết Kế Của Bạn Thường Xuyên

Điều này đưa ra một điểm quan trọng: bạn nên thực hiện kiểm tra DFM cho thiết kế của mình vào lúc nào? Nếu bạn đang thực hiện một số bo mạch đơn giản, có lẽ việc dựa vào nhà sản xuất để thực hiện kiểm tra DFM cuối cùng trước khi sản xuất là ổn; việc kiểm tra DFM sâu rộng liên tục chỉ làm mất thời gian quá mức 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 bo 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 nhiều thời điểm khác nhau:

Khi chọn linh kiện: Điều này chủ yếu liên quan đến kích thước của các linh kiện thụ động, đặc biệt là 0201 và 01005. Nếu bạn phải sử dụng những linh kiện nhỏ này, chỉ cần đảm bảo nhà sản xuất của bạn có thể xử lý chúng.

Trong quá trình lập kế hoạch bố trí: Tại thời điểm này, chúng ta vẫn đang xác định một số khía cạnh cơ bản của bo mạch như số lượng lớp có thể có, phạm vi độ rộng của các đường dẫn, kích thước của via, liệu chúng ta cần chuyển sang HDI, loại vật liệu PCB nào sẽ sử dụng, và Mức Độ Sản Xuất IPC nào sẽ áp dụng cho thiết kế.

Sau khi đặt linh kiện: Sau khi bạn đã đặt linh kiện, hãy xem xét quy trình lắp ráp, đặc biệt là về việc hàn trên các bảng mạch SMD hai mặt. Cũng nên suy nghĩ về cách các linh kiện nối đất sẽ được hàn vào mặt phẳng tham chiếu của chúng và liệu chúng có cần giảm nhiệt không.

Trong khi lên kế hoạch cho stackup: Bạn sẽ ngạc nhiên về số lượng stackup cần được chỉnh sửa trước khi thiết kế có thể được đưa vào sản xuất. Điều này đơn giản như việc yêu cầu nhà sản xuất của bạn cung cấp một bảng stackup đã được xác minh.

Sau khi tạo ra các tệp Gerber: Một số lỗi dễ nhận biết hơn trong các tệp Gerber của bạn, vì vậy tốt nhất là quét các tệp Gerber của bạn để tìm kiếm những vấn đề như các lỗ khoan chồng lên nhau và tỷ lệ khía của via.

Trong quá trình hợp tác với đội ngũ MCAD: Trong một số trường hợp, việc đặt các kết nối có thể hàn hoặc các yếu tố cơ khí khác có thể tạo ra khoảng cách quá chật hẹp.

Có một số điểm trong số này đáng được làm rõ hơn vì chúng có thể không thường được thảo luận trong một số bài viết khác.

Khoảng cách giữa các linh kiện

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 chỗ 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 chạy fab gần đây.

Xem xét Các Dấu Chân

Rõ ràng, bạn nên cố gắng đảm bảo 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 miếng đệm nhiệt lơ lửng, hoặc bạn có thể đặt một lỗ khoan quá gần một lớp 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 phát hiện các thành phần cần có lỗ mở mặt nạ hàn và giọt nước từ các tệp Gerber tạm thời.

Kiểm Tra Xếp Chồng

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 thể 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 với trở kháng được kiểm soát. 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 được kiểm soát, mọi thứ đã được xác minh từ trước.

Phân Tích DFM Trước Khi Sản Xuất

Sau khi bạn hoàn thành bảng mạch và gửi nó đi sản xuất, nhà sản xuất của bạn nên thực hiện phân tích DFM của riêng họ sử dụng các tệp Gerber đã hoàn thiện của bạn. Lưu ý rằng tôi viết "nên" ở đây không phải tất cả các nhà sản xuất sẽ làm điều này; với một số nhà sản xuất, bạn tải lên các tệp Gerber của mình và họ sẽ sản xuất bảng mạch chính xác như nó xuất hiện trong các tệp fab của bạn mà không cần hỏi. Đối với một số nhà sản xuất, bạn sẽ cần 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 và kiểm tra so với các yêu cầu cụ thể của ngành.

Kiểm Tra Kích Thước Tính Năng So Với Khả Năng Xử Lý

Khi bạn đưa các tệp thiết kế của mình vào với 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 so sánh kích thước tính năng và khoảng cách của bạn so với khả năng xử lý của họ. Ngay cả khi bạn đã trải qua quá trình này với các tệp Gerber sơ bộ như một phần của việc báo giá, tốt nhất bạn nên chạy lại quá trình này vì bạn có thể đã bỏ lỡ 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 tròn lỗ khoan, và khoảng trống giữa các lỗ khoan mạ và đồng. Từ hàng cuối cùng, bạn có thể thấy rằng cài đặt khoảng trống giữa dấu vết và đồng của tôi quá thấp, và các pad trên một số bản vẽ chân có kích thước vòng tròn lỗ khoan nhỏ.

Báo cáo phân tích DFM mẫu hiển thị khoảng trống so với khả năng xử lý.

Trong ví dụ này, chúng ta có nhiều lỗi dọc theo một bản vẽ chân cụ thể, ngẫu nhiên là gói TO-92. Trong trường hợp này, kích thước lỗ trong thư viện tích hợp quá lớn, buộc vòng tròn lỗ khoan xung quanh cạnh phải nhỏ lại để duy trì khoảng trống. Sau khi điều chỉnh kích thước lỗ, chúng tôi đã có thể tạo ra không gian cho vòng tròn lỗ khoan loại 2 trong khi vẫn giữ được khoảng trống đủ lớn để ngăn chặn việc tạo 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 các 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 xuống mà bạn có thể sử dụng để kiểm tra thiết kế của mình trước khi sản xuất.

Đánh Giá Tuân Thủ Lớp IPC

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 hình giọt nước, 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 nêu ra 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 Đưa Dữ Liệu Thiết Kế Của Bạn Đến Nhà Sản Xuất Một Cách Nhanh Chóng

Đâu là cách nhanh nhất để chuyển tệp đến tay nhà sản xuất của bạn, 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 trên nền tảng 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 công cụ để giúp họ hợp tác trong các dự án phức tạp và chia sẻ chúng với các đối tác sản xuất của họ. 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 tối ưu hóa phân tích DFM với một bộ đầy đủ các tính năng tài liệu, bao gồm:

• Công cụ lưu trữ và quản lý thành phần và thư viện
• Hệ thống kiểm soát phiên bản tích hợp dựa trên Gi
• Tích hợp với công cụ cơ sở dữ liệu nội bộ hoặc ứng dụng kiểm soát phiên bản bên ngoài
• Tính năng truy cập và quản lý người dùng

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 phát hành dự án và nhấp vào nút “Gửi đến Nhà Sản Xuất” ở đầu màn hình, như được hiển thị 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 sản xuất 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^®.

Vị trí Đánh dấu Fiducial trên PCB Có Còn Cần Thiết với Khả Năng Sản Xuất Hiện Đại?

Khoảng 10 năm trước, tôi đã ngừng xem phim kinh dị. Trong những ngày trẻ của mình, tôi thực sự thích cảm giác sợ hãi đến mức điên dại, nhưng khi bắt đầu sự nghiệp kỹ sư của mình, tôi trở nên quan tâm nhiều hơn đến thể loại hành động và khoa học viễn tưởng. Có lẽ bởi vì tôi đã nghe đủ những câu chuyện kinh dị tại nơi làm việc khi những sai lầm nhỏ dẫn đến những ác mộng sau sản xuất khủng khiếp.

Khi tôi bắt đầu sự nghiệp thiết kế điện tử của mình, các thành phần qua lỗ (through-hole) cực kỳ phổ biến và các thành phần gắn mặt (surface mounted) là một cảnh tượng hiếm hoi. Khi gói (Quad Flat Package) QFP của vi điều khiển (MCU) trở nên phổ biến, tôi không còn lựa chọn nào khác ngoài việc chuyển từ dấu chân chip dẫn nhựa cũ (PLCC). Điều này là bởi PLCC yêu cầu một ổ cắm bổ sung trong khi QFP có thể được gắn trực tiếp lên PCB. Theo như tôi có thể nhận thấy, chỉ là vấn đề thời gian trước khi các nhà sản xuất chip ngừng sản xuất MCU trong gói PLCC để ưu tiên cho QFP hoặc các gói tương tự.

Khi nhà cung cấp lắp ráp PCB của tôi gửi email thông báo rằng họ không thể lắp ráp máy móc MCU trên 200 bảng mạch sản xuất mà tôi đặt hàng, cơn ác mộng của tôi bắt đầu. Vì quen với các socket PLCC, là các thành phần xuyên lỗ, tôi không nghĩ đến việc cung cấp các dấu hiệu fiducial trên PCB. Việc đặt dấu hiệu fiducial là chìa khóa và việc không làm như vậy có nghĩa là tất cả các MCU đóng gói QFP với các bước nhỏ phải được lắp ráp thủ công.

Điều này dẫn đến tỷ lệ bảng mạch bị từ chối cao hơn và hàng giờ liền sửa chữa lỗi từ việc hàn thủ công không hoàn hảo. Kể từ đó, tôi luôn nhấn mạnh việc sử dụng dấu hiệu fiducial trong thiết kế của mình, ngay cả khi nhà cung cấp của tôi nói rằng họ đã nâng cấp máy móc để có thể làm việc mà không cần dấu hiệu. Ngoài ra, việc học về việc đặt dấu hiệu fiducial đã là một bước ngoặt lớn trong sự nghiệp của tôi! Tôi sẽ không bao giờ mắc lỗi bỏ qua những dấu hiệu đó!

Có Cần Thiết Phải Sử Dụng Dấu Hiệu Fiducial Với Công Nghệ Sản Xuất Hiện Đại?

Tôi luôn thiết kế các bảng mạch in của mình với cả dấu hiệu fiducial toàn cầu và địa phương. Tuy nhiên, khi tôi đọc một bài báo giải thích về khả năng bỏ qua các fiducial địa phương, tôi đã bị thu hút. Điều này có ý nghĩa khi loại bỏ dấu hiệu fiducial trên các PCB nhỏ hơn để tối đa hóa không gian cho các đường truyền tín hiệu.

Do những tiến bộ trong công nghệ sản xuất, các dấu hiệu định vị cục bộ có thể được bỏ qua dưới một số điều kiện. Đối với các bảng mạch nhỏ, máy lắp ráp hiện đại có thể đặt các thành phần SMT chỉ sử dụng các điểm định vị toàn cầu. Các dấu hiệu định vị cũng có thể được bỏ qua cho các thành phần có khoảng cách chân lớn hơn. Ví dụ, các thành phần gắn bề mặt với khoảng cách chân từ 1.0 mm trở lên có thể được đặt chính xác bởi các máy móc mới nhất.

Tuy nhiên, điều quan trọng là phải thảo luận về khả năng của máy móc nhà sản xuất của bạn trước khi loại bỏ các dấu hiệu định vị cục bộ trong thiết kế của bạn. Tôi đã học được bài học khó khăn rằng không phải tất cả các nhà sản xuất đều được trang bị máy móc sử dụng công nghệ mới nhất. Mặt khác, các dấu hiệu định vị toàn cầu không bao giờ nên được bỏ qua trong thiết kế của bạn. Ngay cả khi bạn đang làm việc với một số khả năng sản xuất tiên tiến nhất.

Phương pháp tốt nhất khi sử dụng dấu hiệu định vị trong Thiết kế PCB

Nếu bạn muốn tận dụng tối đa việc lắp ráp bằng máy, bạn cần phải đặt dấu hiệu định vị đúng cách. Có một số hướng dẫn quan trọng khi nói đến việc đặt dấu hiệu định vị trong thiết kế của bạn.

1. Dấu hiệu định vị được tạo ra bằng cách đặt một lớp đồng không khoan ở hình dạng tròn. Dấu hiệu định vị phải được giữ sạch khỏi lớp mặt nạ hàn.Kích thước tối ưu của một dấu hiệu fiducial nên nằm trong khoảng từ 1 đến 3 mm. Một khu vực trống tương tự như đường kính của dấu hiệu phải được duy trì.

2. Đối với các fiducial toàn cầu, 3 dấu hiệu được đặt ở rìa của các bảng mạch để đạt được độ chính xác tốt nhất. Trong trường hợp không gian không đủ, ít nhất 1 dấu hiệu fiducial toàn cầu là cần thiết.

3. Dấu hiệu fiducial phải giữ khoảng cách 0.3 inch so với rìa của bảng mạch, không tính khu vực trống của dấu hiệu fiducial.

4. Đối với fiducial cục bộ, việc đặt fiducial ít nhất là hai dấu hiệu fiducial theo đường chéo ở rìa ngoài của linh kiện gắn bề mặt.

5. Khi bảng mạch lớn hơn, bất kỳ sự lệch góc nào trong quá trình sản xuất sẽ nhỏ hơn. Điều này là do một sự lệch góc nhỏ sẽ dễ dàng được phát hiện hơn khi khoảng cách giữa các fiducial lớn hơn.

6.  

   Khi bảng mạch lớn hơn, bất kỳ sự sai lệch góc nào trong quá trình sản xuất sẽ nhỏ hơn. Điều này là do độ lệch góc nhỏ sẽ dễ phát hiện hơn khi khoảng cách giữa các điểm chuẩn lớn hơn.

Ghi chú về Kích Thước Fiducial của PCB

Kích thước fiducial của PCB thường là từ 1 đến 3 mm, nhưng kích thước chính xác bạn cần phụ thuộc vào máy lắp ráp mà nhà sản xuất của bạn sử dụng. Một số nhà sản xuất khuyến nghị thêm 3 fiducial ở các góc của bảng mạch vì điều này cung cấp 2 phép đo căn chỉnh góc và cho phép máy đặt linh kiện suy luận đúng hướng. Một số nhà sản xuất sẽ chỉ định một kích thước cụ thể, điều này cũng phụ thuộc vào thiết bị lắp ráp mà nhà sản xuất của bạn sử dụng. Nói chung, đường kính của lỗ mở mặt nạ hàn nên gấp đôi đường kính của đồng trần cho fiducial, mặc dù một số nhà sản xuất ưa thích lỗ mở mặt nạ hàn gấp ba lần đường kính fiducial. Ngoài ra, kích thước fiducial PCB trên cùng một bảng mạch (cả toàn cục và địa phương) nên được giữ nhất quán và không nên chênh lệch hơn ~25 micron.

Nếu bạn đang lắp ráp một bảng mạch 2 lớp, fiducial của lớp trên và lớp dưới nên đặt chồng lên nhau. Điều này có thể gây ngạc nhiên; người ta sẽ nghĩ rằng bố trí của fiducial nên là hình ảnh phản chiếu của nhau, nhưng tôi chưa bao giờ thấy một nhà sản xuất nào nêu điều này trong hướng dẫn của họ. Kích thước fiducial PCB của lớp trên và lớp dưới nên giống nhau, bao gồm cả lỗ mở mặt nạ hàn.

 

Các điểm định vị cục bộ thường nhỏ tới 1 mm với lỗ mở mặt nạ hàn 2 mm, tuy nhiên hãy chú ý đến quy tắc D-3D được hiển thị trong hình ảnh trên vì nhà sản xuất của bạn có thể ưa thích lỗ mở mặt nạ hàn lớn hơn cho kích thước điểm định vị PCB của bạn. Kích thước điểm định vị PCB cục bộ thường không lớn hơn 1 mm để cho phép định tuyến dấu vết và để lại không gian cho các thành phần khác. Đối với các thành phần nhỏ, như điện trở 0201 hoặc BGA kích thước chip, máy lắp ráp sẽ đủ chính xác đến mức không cần thiết phải có điểm định vị cục bộ, và máy sẽ biết chính xác vị trí cần đặt các thành phần của bạn.

Không có hại gì trong việc kiểm tra xem kích thước điểm định vị PCB và lỗ mở mặt nạ hàn của bạn có đúng trước khi gửi thiết kế của bạn cho nhà sản xuất. Các điểm định vị được phân loại là cơ khí trong bảng mạch của bạn và không được kết nối với bất cứ thứ gì, vì vậy việc chỉnh sửa bản vẽ chân để tạo một điểm định vị tùy chỉnh và đặt một điểm định vị mới nếu cần là việc đơn giản. Một số nhà sản xuất sẽ chỉnh sửa kích thước điểm định vị PCB cho bạn nếu chúng không được kích thước đúng.

Bạn có thể dễ dàng thiết kế và đặt các dấu hiệu fiducial, pad, đa giác, và bất kỳ đặc điểm đồng nào khác cho PCB của mình khi bạn sử dụng các tính năng thiết kế và bố trí PCB hàng đầu thế giới trong Altium Designer^®. Người dùng có thể tận dụng một nền tảng thiết kế tích hợp đơn lẻ với các tính năng thiết kế mạch và bố trí PCB để tạo ra các bảng mạch có thể sản xuất được. Khi bạn đã hoàn thành thiết kế, và bạn muốn gửi các tệp cho nhà sản xuất của mình, nền tảng Altium 365^™ giúp việc hợp tác và chia sẻ dự án của bạn trở nên dễ dàng.

Giải mã Ghi chú Sản xuất PCB

Gửi một bảng mạch đi sản xuất là một khoảnh khắc thú vị và căng thẳng. Nhiều đêm không ngủ đã xuất phát từ lần sản xuất đầu tiên, và điều quan trọng là phải đảm bảo mọi thứ được xem xét, xem xét lại, và có thể vượt qua kiểm tra DFM! Nếu bạn cần đưa một thiết kế vào sản xuất, một trong những tài liệu quan trọng bạn có thể tạo ra là bản vẽ sản xuất. Trong bản vẽ này, bạn cần phải bao gồm các ghi chú sản xuất PCB cho nhà sản xuất biết cách xây dựng bảng mạch của bạn.

Tại sao không chỉ cần gửi cho nhà sản xuất của bạn các tệp thiết kế và để họ tự xử lý? Có một số lý do cho điều này, nhưng nó có nghĩa là trách nhiệm quay trở lại với bạn, người thiết kế, để tạo ra các tệp và tài liệu sản xuất cho PCB của bạn. Ngoài ra, nếu ai đó gửi cho bạn một bản vẽ cho một thiết kế, bạn ít nhất cũng nên có khả năng đọc và hiểu bản vẽ đó nói gì. Nếu bạn chưa bao giờ cần đặt thông tin vào một bản vẽ chế tạo hoặc chuẩn bị ghi chú chế tạo, thực ra nó khá đơn giản nếu bạn có những công cụ thiết kế phù hợp. Chúng ta sẽ xem xét làm thế nào bạn có thể làm điều này bên trong bố cục PCB của mình và điều này sẽ giúp bạn nhanh chóng tạo ra dữ liệu cho nhà sản xuất của mình.

Ghi chú chế tạo PCB là gì?

Bản vẽ chế tạo PCB được sử dụng bởi nhà sản xuất để đảm bảo mọi người trên sàn xưởng hiểu rõ yêu cầu của một thiết kế cụ thể và cách thiết kế đó nên được chế tạo. Trong bản vẽ chế tạo có chứa các ghi chú chế tạo PCB. Những ghi chú này thường được các nhà thiết kế hoặc chế tạo mẫu hóa vì không có một tiêu chuẩn cứng nhắc nào chỉ ra điều gì nên hoặc không nên được bao gồm trong ghi chú chế tạo PCB. Ghi chú của bạn không thực sự yêu cầu nhà chế tạo cách để xây dựng một PCB, chúng tồn tại để thông báo cho nhà chế tạo về các yêu cầu trên bảng mạch trần cuối cùng sao cho quá trình xây dựng tổng thể có thể thành công.

Điều này có nghĩa là, khi bạn chuẩn bị gửi thiết kế đi sản xuất, bạn không cần phải viết lại tất cả các ghi chú chế tạo một cách thủ công: bạn có thể sao chép mẫu của mình vào bố cục PCB, chèn vào một số điểm quan trọng cụ thể cho thiết kế, và gửi nó cho nhà chế tạo để xem xét. Chỉ cần như một ví dụ về những gì bạn sẽ thấy trong ghi chú chế tạo PCB, hãy xem ví dụ dưới đây.

Ví dụ ghi chú chế tạo PCB mà chúng tôi sử dụng trong các dự án của mình.

Nếu bạn muốn mở một bản sao dựa trên văn bản của các ghi chú trên và điều chỉnh chúng cho các dự án của mình, bạn có thể lấy chúng từ liên kết này. Ghi chú của bạn có thể được đặt vào một định dạng ngắn gọn hoặc tiện lợi hơn cho các dự án của bạn. Nếu bạn là một nhà thiết kế cá nhân và bạn làm việc trên nhiều dự án, việc đặt những ghi chú này trong bố cục PCB hoặc trong bản vẽ chế tạo có thể giúp bạn theo dõi các yêu cầu dự án. Nếu bạn làm việc tại một tổ chức lớn hơn, có lẽ bạn sẽ có những yêu cầu cụ thể từ nhà tuyển dụng của mình. Nếu những yêu cầu này không được chỉ định, thì việc đưa ra những yêu cầu này sẽ phụ thuộc vào bạn như một nhà thiết kế.

Ghi chú về chế tạo PCB không hoàn toàn được chuẩn hóa về nội dung và định dạng. Tuy nhiên, có một số thông tin cơ bản mà bạn sẽ tìm thấy trong bất kỳ bộ ghi chú chế tạo PCB chuyên nghiệp nào, và một số thông tin này là tự giải thích. Điều gì đó như độ dày của bảng mạch hoặc dung sai là (hoặc nên là) khá rõ ràng. Các khía cạnh khác của ghi chú chế tạo xứng đáng được giải thích thêm. Tôi sẽ không đi vào từng điểm trong ví dụ trên, nhưng tôi muốn nhấn mạnh một số điểm này vì chúng rất quan trọng để đảm bảo bảng mạch của bạn được chế tạo một cách chính xác.

Ghi chú 1: Mức Độ Lớp IPC

Ghi chú này quy định mức độ hiệu suất của bảng mạch khi được triển khai ngoài thực địa theo tiêu chuẩn IPC-6012. Đây là một tiêu chuẩn về độ tin cậy, và nhà sản xuất của bạn sẽ sử dụng nó để xác định mức độ kiểm tra mà họ cần thực hiện để đảm bảo độ tin cậy. Ba lớp bao gồm:

Lớp 1: Dành cho sản phẩm dùng một lần hoặc ít lần, có ý định vứt bỏ sau khi sử dụng

Lớp 2: Dành cho sản phẩm có thời gian sử dụng dài, sẽ được đặt vào dịch vụ liên tục

Lớp 3: Dành cho sản phẩm có độ tin cậy cao nhất, nơi mà tính mạng con người có thể bị đe dọa nếu sản phẩm thất bại. Đây là yêu cầu tiêu chuẩn đối với thiết bị quân sự, y tế và hàng không vũ trụ.

Thông thường, nếu bạn không chỉ định điều này, mức độ kiểm tra mặc định sẽ là Lớp 2, hoặc có thể là Lớp 1 nếu bạn chọn nhà sản xuất với ngân sách hạn chế. Một số thiết kế hoặc nhà sản xuất chỉ có thể tuân thủ mức độ kiểm tra IPC-A-600; Tôi sẽ thảo luận về những khác biệt này trong blog sắp tới.

Ghi chú 4-6: Đặc điểm Bề mặt

Tất cả các đặc điểm bề mặt cần được chỉ định, bao gồm lớp chống hàn, lớp in mực, và lớp phủ. Nếu bạn không chỉ định những điều này, thường bạn sẽ kết thúc với bề mặt hoàn thiện bằng thiếc-chì hoặc bạc, vì vậy hãy chắc chắn chỉ định điều gì đó đáng tin cậy hơn như ENIG nếu bạn cần. Đối với phông chữ và kích thước của lớp in mực, bạn không cần phải bao gồm điều đó ở đây, điều đó sẽ được hiển thị trong các tệp Gerber của bạn.

Lớp in mực, lớp chống hàn, và lớp phủ nên được chỉ định trong ghi chú chế tạo của bạn.

Ghi chú 15: Yêu cầu Kiểm tra

Ví dụ trên đây cho thấy một yêu cầu về độ phẳng cho bảng mạch, nhưng thực sự nó đang liệt kê một yêu cầu kiểm tra. Lưu ý rằng Phần B của Ghi chú 15 liệt kê:

• KIỂM TRA THEO PHIÊN BẢN HIỆN HÀNH CỦA IPC-TM-650 2.4.22

IPC-TM-650 2.4.22 là một phương pháp kiểm tra cụ thể mà bảng mạch trần phải tuân thủ. Đây là một yêu cầu tiêu chuẩn để đảm bảo các linh kiện không bị nghiêng khi hàn và lắp ráp.

Các yêu cầu kiểm tra khác có thể được liệt kê trong phần này. Những yêu cầu đó có thể bao gồm kiểm tra rơi hoặc tách lớp, kiểm tra rung động (thường được sử dụng trong PCBA), kiểm tra oxy hóa, kiểm tra chu kỳ nhiệt độ, hoặc bất kỳ kiểm tra nào khác mà bạn cho là quan trọng trong ứng dụng cuối cùng của mình. Nếu một tiêu chuẩn IPC hoặc tiêu chuẩn ngành khác liệt kê phương pháp kiểm tra yêu cầu, thì tiêu chuẩn đó nên được liệt kê cùng với thông số kỹ thuật mà bảng mạch cần đáp ứng. Điều này thường gặp trong các bảng mạch mil-aero có yêu cầu an toàn hoặc độ tin cậy cụ thể vượt qua những gì được quy định trong các tiêu chuẩn IPC. Nếu đây là một dự án sở thích hoặc một lần chạy nguyên mẫu, bạn thường không cần phải chỉ định bất cứ điều gì ngoài độ phẳng, đây là một yêu cầu hiệu suất tiêu chuẩn giữa các nhà sản xuất.

Hình ảnh này cho thấy một bộ dụng cụ kiểm tra được sử dụng cho việc kiểm tra rung động trên một bảng mạch đã hoàn thành.

Ghi chú 16: Vật liệu PCB

Tôi đã xem xét tầm quan trọng của vật liệu của bạn và cách chỉ định vật liệu trong một bài viết trước. Phần này nên chỉ định những yêu cầu quan trọng nhất của vật liệu của bạn. Đánh giá khả năng cháy trong ví dụ trên là tiêu chuẩn đánh giá NEMA được sử dụng để định nghĩa vật liệu nền FR4 là gì. Ghi chú khác (phần B trong ví dụ) là giá trị nhiệt độ chuyển pha kính (Tg). Nhiệt độ hoạt động dự kiến của bảng mạch càng cao, giá trị Tg yêu cầu cho vật liệu nền càng phải cao, điều này đảm bảo PCBA có thể chịu được sự thay đổi nhiệt. Trong phần này, bạn không nên chỉ định yêu cầu về hằng số điện môi; điều đó được bao phủ trong phần trở kháng.

Ghi chú 17: Sai số Đăng ký

Sai số đăng ký trên bảng mạch của bạn ám chỉ sự lệch lạc ngang giữa các lớp trong PCB. Khi PCB được ép, sẽ có những biến động nhỏ về sự căn chỉnh ngang của các lớp, thường ít hơn vài mils. Bạn không bao giờ có thể làm cho con số này giảm xuống 0 mils, nhưng nhà sản xuất thường sẽ đạt được đủ gần sao cho bạn không phải lo lắng quá nhiều về sự không đăng ký khi khoan và mạ vias. Sự lệch lạc thấp đảm bảo rằng bất kỳ pad nào đặt trên vias xuyên lỗ sẽ căn chỉnh và tạo ra kết nối chắc chắn với thân vias.

Trong các thiết kế IPC Class 3, bạn sẽ cần thêm hình giọt nước để đảm bảo kết nối chắc chắn với via trong trường hợp có sự không đăng ký và phá vỡ. Hãy chắc chắn rằng công cụ định tuyến PCB của bạn có thể áp dụng hình giọt nước nếu bạn đang thiết kế với mức độ tin cậy này.

Ghi chú 19: Trở kháng

Trở kháng có thể khá phức tạp vì nó liên quan chặt chẽ đến yêu cầu về vật liệu PCB. Lý do chúng ta muốn chỉ định Tg và khả năng chống cháy trong Ghi chú 16 là vì những giá trị này có thể áp dụng cho một loạt các vật liệu khác nhau. Tuy nhiên, không phải tất cả các vật liệu áp dụng được đều cho bạn trở kháng chính xác như mong muốn, vì vậy trở kháng bạn chỉ định có thể chỉ đạt được với một vài vật liệu cụ thể có thể phù hợp với bố cục của bạn.

Có một vài cách bạn có thể thiết lập yêu cầu trở kháng trong thiết kế của mình:

Chỉ định chiều rộng và khoảng cách: Bạn có thể chỉ định các giá trị trở kháng bạn cần cho các đường dẫn đơn hoặc cặp đường dẫn khác biệt trên các lớp khác nhau, cũng như chiều rộng cần thiết, như tôi đã làm trong ví dụ. Lưu ý rằng không phải tất cả các nhà sản xuất có thể hoặc sẽ chọn vật liệu để đáp ứng mục tiêu này cho bạn; một số nhà sản xuất đơn giản không giữ đủ vật liệu trong kho để pha trộn và kết hợp các lớp phủ để đạt được mục tiêu của bạn, và bạn sẽ phải tìm nơi khác hoặc trả thêm tiền.

Sử dụng stackup của nhà sản xuất: Cách tốt nhất là chỉ cần gọi cho nhà sản xuất của bạn, lấy stackup tiêu chuẩn của họ cho số lớp của bạn, và sử dụng giá trị độ rộng dây dẫn/khoảng cách cặp của họ cho bảng mạch của bạn để đảm bảo trở kháng được kiểm soát. Như vậy, bạn sẽ biết họ có thể sản xuất bảng mạch của bạn như bạn đã thiết kế. Bạn không bắt buộc phải làm điều này, nhưng khi bạn chuyển sang số lớp cao hơn, mức độ của bất kỳ thiết kế lại nào cần thiết để đáp ứng yêu cầu trở kháng sẽ lớn hơn, vì vậy tốt nhất là hãy yêu cầu thông tin này trước khi bắt đầu thiết kế.

Nếu bạn có nhiều yêu cầu cần chỉ định trên các lớp khác nhau, bạn có thể tạo một bảng trở kháng bao gồm thông tin về độ rộng và mặt phẳng tham chiếu trên mỗi lớp trong bản vẽ sản xuất PCB của bạn. Sau đó, bạn có thể bao gồm văn bản "XEM BẢNG TRỞ KHÁNG ĐỂ BIẾT YÊU CẦU VỀ ĐỘ RỘNG VÀ TOLERANCE" (hoặc viết một cái gì đó tương tự).

Ví dụ về bảng trở kháng. [Nguồn: PCB Universe]

Nơi Bạn Nên Đặt Ghi Chú Sản Xuất PCB Của Bạn

Các ghi chú nên được đặt trong bản vẽ gia công, chẳng hạn như trong tệp DWG/DXF hoặc trong tệp PDF. Bản vẽ gia công bo mạch, bảng khoan, bảng trở kháng và bản vẽ xếp chồng có thể nằm trên cùng một trang, và bạn hoàn toàn có thể đặt các ghi chú trên trang này nếu có chỗ. Thông thường, người ta sẽ đặt bản vẽ khoan, bản vẽ xếp chồng, bảng khoan và ghi chú trên một trang, sau đó đặt các lớp Gerber trên một trang khác.

Lựa chọn khác phổ biến là đặt chúng trực tiếp trong bố cục PCB, nghĩa là bạn cơ bản biến bố cục PCB của mình thành một bản vẽ gia công PCB lớn. Sử dụng một đối tượng String trong bố cục PCB của bạn và chỉ cần dán trực tiếp các ghi chú gia công. Chúng có thể được đặt trên một lớp cơ khí và xuất khẩu như một phần của Gerbers của bạn (bạn có thể đặt nó trong lớp Bản Vẽ Khoan). Điều này cho phép bất kỳ ai có tệp dự án của bạn đều có thể thấy trực tiếp các ghi chú gia công ngay cạnh bố cục.

Liên hệ với Nhà Gia Công Sớm để Đảm Bảo Thành Công

Con đường tốt nhất bạn có thể theo đuổi khi xây dựng một bảng mạch mới là liên hệ với nhà sản xuất sớm và tìm hiểu những gì cần có trong ghi chú sản xuất PCB của bạn. Nếu bạn có thể lấy được dữ liệu này sớm, bạn có thể bao gồm nó trong ghi chú sản xuất PCB của mình cùng với bản vẽ fab của bạn. Tài liệu này sẽ là kho lưu trữ trung tâm cho dữ liệu thiết kế của dự án bạn, vì vậy việc giữ ghi chú sản xuất kỹ lưỡng cho thiết kế là điều tốt nếu bạn có kế hoạch sản xuất lại nó trong tương lai. Việc giữ tài liệu cũng tốt cho các nhà thiết kế cá nhân muốn chuyển sang làm việc trong các tổ chức lớn hơn, nơi tài liệu hóa rất quan trọng và cần phải rất kỹ lưỡng.

Trước khi bạn chuẩn bị ghi chú sản xuất PCB của mình, bạn sẽ cần tạo bố cục PCB của mình với phần mềm dễ sử dụng, chất lượng cao như CircuitMaker. Người dùng có thể dễ dàng tạo dự án mới và chuyển tiếp mượt mà vào quá trình sản xuất. Tất cả người dùng CircuitMaker cũng có quyền truy cập vào không gian làm việc cá nhân trên nền tảng Altium 365, nơi họ có thể tải lên và lưu trữ dữ liệu thiết kế trên đám mây, và dễ dàng xem các dự án qua trình duyệt web trên một nền tảng an toàn.