Cách thiết kế bo mạch hoạt động hài hòa với quy trình thay vì đi ngược lại quy trình

Hầu hết các trường hợp chậm trễ trong gia công PCB không phải do lỗi sản xuất. Chúng bắt nguồn từ tài liệu không đầy đủ, các chỉ định dung sai mơ hồ và các thông số vật liệu không phù hợp với năng lực quy trình tiêu chuẩn của nhà gia công. Việc xem DFM như một ô kiểm ở cuối chu trình thiết kế, thay vì là một hoạt động thiết kế được tích hợp, chính là nguyên nhân gốc rễ của phần lớn các lần trễ tiến độ ở bản build đầu tiên.

Vấn đề kỹ thuật thực sự là các nhà thiết kế thường phát hành các gói dữ liệu được tối ưu cho hiệu năng điện mà không tính đến các ràng buộc quy trình của nhà gia công. Một thiết kế vượt qua mọi lần kiểm tra quy tắc trong EDA vẫn có thể không thể sản xuất được, hoặc chỉ có thể sản xuất với các ngoại lệ quy trình tốn kém, nếu tài liệu không truyền đạt đủ rõ ý đồ thiết kế để nhà gia công đưa ra các quyết định quy trình chính xác.

Những điểm chính cần ghi nhớ

• Phần lớn các trường hợp chậm trễ trong gia công PCB bắt nguồn từ lỗi tài liệu, không phải lỗi sản xuất. Ghi chú fab không đầy đủ, chỉ định dung sai mơ hồ và thông số vật liệu không khớp với năng lực quy trình tiêu chuẩn của nhà gia công gây ra nhiều lần trễ tiến độ ở bản build đầu tiên hơn bất kỳ vấn đề nào trên sàn sản xuất.
• Chỉ chỉ định rõ những dung sai thực sự do chức năng yêu cầu. Việc áp dụng dung sai chặt cho mọi đặc tính làm tăng chi phí mà không cải thiện sản phẩm. Kiểm soát trở kháng, các vùng chuyển tiếp flex-rigid, yêu cầu annular ring trên microvia và dung sai vị trí lỗ xứng đáng được chỉ định rõ; mọi phần còn lại nên mặc định theo năng lực quy trình tiêu chuẩn.
• Chỉ riêng file Gerber không truyền đạt được ý đồ thiết kế. Một gói tài liệu gia công đầy đủ, bao quát các mục tiêu trở kháng kiểm soát, yêu cầu vật liệu, ý đồ stackup và các yêu cầu xử lý theo từng vùng, sẽ loại bỏ nhiều ngày trao đổi qua lại vốn có thể làm chậm quá trình build.
• Đánh giá DFM phải là một phần của quy trình làm việc, không phải bước thực hiện ở cuối. Bất kỳ thay đổi nào ảnh hưởng đến hình học đồng, stackup hoặc các khẩu độ stencil đều yêu cầu chạy lại kiểm tra DFM trước khi phát hành. Việc phối hợp sớm với đánh giá DFM của nhà gia công sẽ phát hiện các vấn đề đặc thù theo quy trình mà kiểm tra quy tắc EDA không thể cảnh báo.

Lựa chọn vật liệu và rủi ro mua sắm

Việc chỉ định một loại vật liệu laminate duy nhất theo nhà sản xuất và mã linh kiện sẽ tạo ra sự phụ thuộc trong khâu mua sắm. Nếu nhà gia công của bạn không tồn kho vật liệu cụ thể đó hoặc không thường xuyên chạy nó, bạn sẽ đồng thời tạo ra chậm trễ mua sắm và rủi ro quy trình.

Cách tiếp cận thực tế là xác định thuộc tính vật liệu nào là không thể thỏa hiệp đối với thiết kế của bạn (yêu cầu tổn hao tại tần số hoạt động, Tg cho môi trường nhiệt của bạn, độ phù hợp CTE để đảm bảo độ tin cậy) và đâu là những điểm bạn có thể linh hoạt. Trao cho nhà gia công quyền linh động trong lựa chọn vật liệu, ở những nơi yêu cầu hiệu năng cho phép, thường sẽ mang lại giá tốt hơn và thời gian giao hàng ngắn hơn.

Bản vẽ stackup có thể chỉ định độ dày cụ thể và các thương hiệu vật liệu thương mại như minh họa trong hình này từ Draftsman của Altium.

Các chỉ định dung sai làm tăng chi phí

Một bản vẽ gia công chỉ ghi "Build to IPC-6012 Class 2, newest revision" chỉ cung cấp hướng dẫn cơ bản. Ngược lại, các bản vẽ chỉ định dung sai chặt không cần thiết cho mọi đặc tính sẽ làm tăng chi phí mà không cải thiện sản phẩm.

Thực hành đúng là xác định những dung sai nào thực sự do chức năng quyết định và chỉ định rõ chúng. Kiểm soát trở kháng trên các lớp cụ thể, đăng ký giữa các vùng chuyển tiếp flex và rigid, yêu cầu annular ring trên microvia: đây là những nội dung xứng đáng có chỉ định dung sai rõ ràng. Các đặc tính không nhạy với hiệu năng nên được để ở mức năng lực quy trình tiêu chuẩn.

Tài liệu gia công và ý đồ thiết kế

File Gerber là một trong các đầu ra mà nhà gia công có thể sử dụng để sản xuất bare board, nhưng đó chỉ là một cách để cung cấp tài liệu và yêu cầu mà một xưởng gia công cần. Nhà gia công của bạn không tham gia vào các quyết định thiết kế của bạn và không thể suy ra ý đồ chỉ từ hình học đồng. Mục đích của tài liệu gia công là truyền đạt ý đồ thiết kế đủ rõ để nhà gia công có thể đưa ra các quyết định quy trình chính xác mà không cần phỏng đoán.

Ghi chú fab hiệu quả nên chỉ rõ:

• Yêu cầu trở kháng kiểm soát với giá trị mục tiêu, dung sai và các lớp tham chiếu
• Yêu cầu vật liệu hoặc các lựa chọn thay thế chấp nhận được cùng tiêu chí hiệu năng
• Ý đồ stackup, bao gồm độ dày điện môi và trọng lượng đồng
• Các yêu cầu theo từng vùng, chẳng hạn như stiffener cục bộ, mạ chọn lọc hoặc vị trí coupon đo trở kháng
• Các đặc tính cần được chú ý xử lý đặc biệt trong quá trình khoan, ép lớp hoặc mạ

Một bộ ghi chú fab đầy đủ sẽ loại bỏ nhiều ngày trao đổi qua lại vốn có thể làm chậm quá trình build của bạn.

Thay đổi thiết kế ở giai đoạn cuối và xác minh

Các thay đổi thiết kế được thực hiện sau khi hoàn tất đi dây có thể tạo ra các vi phạm DFM ở những khu vực mật độ cao hoặc được kiểm soát trở kháng, ngay cả khi thay đổi có vẻ nhỏ. Một trace bị di chuyển có thể vi phạm quy tắc khoảng cách so với các đặc tính lân cận. Một linh kiện được thêm vào có thể yêu cầu điều chỉnh stencil, từ đó ảnh hưởng đến thể tích kem hàn trên các pad lân cận.

Bất kỳ thay đổi nào ảnh hưởng đến hình học đồng, stackup hoặc thiết kế khẩu độ stencil đều yêu cầu chạy lại kiểm tra DFM trước khi phát hành. Đây không phải là điều tùy chọn đối với các thiết kế mật độ cao hoặc tốc độ cao, nơi biên dung sai vốn đã rất hẹp. Chi phí chạy lại xác minh là không đáng kể so với chi phí bị tạm dừng gia công hoặc phải respin bo mạch.

Tích hợp đánh giá DFM vào quy trình phát hành thiết kế

Đánh giá DFM không nên được xem như cổng kiểm cuối cùng trước khi phát hành. Nó phải nằm trong quy trình làm việc của bạn, song song với xác minh điện, như một bước tiêu chuẩn trong quy trình thiết kế. Phần lớn nhà gia công sẽ thực hiện đánh giá DFM mà không tính thêm chi phí, đặc biệt với khách hàng quen thuộc, và việc phát hiện vi phạm trước khi phát hành sẽ loại bỏ nguồn gây chậm build phổ biến nhất.

Đánh giá DFM của nhà gia công sẽ phát hiện các vấn đề đặc thù theo quy trình mà kiểm tra quy tắc thiết kế của công cụ EDA không thể cảnh báo:

• Các vấn đề về tối ưu sử dụng panel ảnh hưởng đến giá hoặc thời gian giao hàng
• Giới hạn tỷ lệ khía cạnh lỗ khoan đối với thiết bị cụ thể của họ
• Các lo ngại về đăng ký với quy trình ép lớp của họ
• Các ràng buộc xử lý đặc thù theo vật liệu ảnh hưởng đến căn chỉnh giữa các lớp
• Các vấn đề mất cân bằng đồng gây cong vênh trong quá trình ép lớp

Tham gia đánh giá này sớm và xem phản hồi như đầu vào thiết kế có thể hành động sẽ giúp rút ngắn chu kỳ và cải thiện tỷ lệ đạt ngay từ lần đầu.

Chuyển từ thiết kế sang phát hành với ít trở ngại hơn

Hoàn thiện tài liệu gia công chỉ là một phần của quy trình phát hành đáng tin cậy. Phần còn lại là có một quy trình làm việc giúp giữ cho thiết kế, quá trình rà soát và các đầu ra của bạn được liên kết từ sơ đồ nguyên lý đầu tiên đến gói dữ liệu cuối cùng.

Altium Develop được xây dựng cho các nhà thiết kế phần cứng và các nhóm nhỏ muốn có sự rõ ràng đó mà không phải gánh thêm độ phức tạp. Nó mang đến cho bạn các khả năng thiết kế PCB đẳng cấp Altium cùng với một lộ trình gọn gàng hơn từ thiết kế đang thực hiện sang rà soát rồi đến phát hành. Không ép buộc thay đổi quy trình. Không có sự phức tạp cấp doanh nghiệp mà bạn không yêu cầu.

Bắt đầu với Altium Develop →

Câu hỏi thường gặp

Sự khác biệt giữa DRC và DFM trong thiết kế PCB là gì?

Kiểm tra quy tắc thiết kế (DRC) xác minh xem layout có đáp ứng các quy tắc bạn đã định nghĩa trong công cụ EDA hay không (khoảng hở, chiều rộng trace, annular ring tối thiểu). DFM đi xa hơn: nó kiểm tra liệu thiết kế có thể được sản xuất một cách tin cậy trong năng lực quy trình thực tế của một nhà gia công cụ thể hay không, bao gồm giới hạn tỷ lệ khía cạnh lỗ khoan, cân bằng đồng cho ép lớp, tối ưu sử dụng panel và dung sai đăng ký. Một bo mạch có thể vượt qua tất cả các kiểm tra DRC nhưng vẫn bị tạm dừng gia công nếu tài liệu không phù hợp với cách xưởng fab thực sự vận hành quy trình của họ.

Ghi chú gia công PCB nên bao gồm những gì?

Ghi chú gia công hiệu quả nên bao gồm:

• Yêu cầu trở kháng kiểm soát với giá trị mục tiêu, dung sai và các lớp tham chiếu
• Yêu cầu vật liệu hoặc các lựa chọn thay thế chấp nhận được cùng các tiêu chí hiệu năng chi phối chúng
• Ý đồ stackup bao gồm độ dày điện môi và trọng lượng đồng
• Các yêu cầu theo từng vùng như mạ chọn lọc hoặc vị trí đặt stiffener
• Bất kỳ đặc tính nào cần được chú ý đặc biệt trong quá trình khoan, ép lớp hoặc mạ 

File Gerber truyền đạt hình học đồng, ghi chú fab truyền đạt ý đồ thiết kế.

Khi nào nên chạy kiểm tra DFM trong quá trình thiết kế PCB?

Kiểm tra DFM nên được chạy song song với xác minh điện trong suốt quá trình thiết kế, không chỉ trước khi phát hành. Việc kiểm tra muộn có thể dẫn đến lệnh thay đổi kỹ thuật nội bộ, respin bo mạch, chậm trễ và tăng chi phí. Bất kỳ thay đổi nào ảnh hưởng đến hình học đồng, stackup hoặc khẩu độ stencil đều yêu cầu chạy lại trước khi gói dữ liệu được phát hành, ngay cả khi thay đổi có vẻ nhỏ.

Việc chỉ định dung sai chặt cho mọi đặc tính có cải thiện chất lượng PCB không?

Không. Việc chỉ định dung sai chặt không cần thiết cho các đặc tính không nhạy với hiệu năng sẽ làm tăng chi phí gia công mà không cải thiện sản phẩm. Dung sai chặt đòi hỏi các ngoại lệ quy trình, các bước thiết lập bổ sung hoặc thao tác thủ công, làm tăng chi phí và kéo dài thời gian giao hàng. Thực hành đúng là xác định những dung sai nào thực sự do chức năng quyết định và chỉ định rõ chúng, còn mọi phần khác để theo năng lực quy trình tiêu chuẩn của nhà gia công.