Danh sách Kiểm tra Thiết kế PCB

Tại các công ty và tổ chức mà tôi đã làm việc, đã có một loạt các quy trình khác nhau để xem xét và phê duyệt một thiết kế PCB cho sản xuất. Tại một số công ty nhỏ, quy trình này thường chỉ là nhìn qua bảng mạch để xem có lỗi nào rõ ràng không, và có thể, nếu người xem xét nhớ, thực hiện báo cáo kiểm tra quy tắc thiết kế. Ngay cả tại các tổ chức lớn hơn, cũng đã có sự thiếu sót rõ rệt về quy trình và tính nhất quán, thường là vì đơn giản là không bao giờ có đủ thời gian để tạo ra một quy trình với tốc độ công việc và mức độ công việc của tất cả nhân viên liên quan.

Chúng ta đều biết quan trọng như thế nào khi kiểm tra một bảng mạch về các vấn đề trước khi tiến hành sản xuất hoặc làm mẫu. Dù bạn bỏ ra bao nhiêu nỗ lực vào thiết kế, không thể tránh khỏi việc một số điều gì đó lọt qua kẽ hở. Nếu bạn không có một danh sách kiểm tra vững chắc về các hạng mục cần xem xét trước khi gửi các tệp thiết kế của mình, những vấn đề đó có thể vẫn lọt qua nhà sản xuất hoặc lắp ráp bảng mạch.

Khi chúng ta luôn hoạt động dưới áp lực công việc cao và cần phải hoàn thành công việc, việc tìm thời gian để tạo ra một quy trình hoặc phương pháp đánh giá thiết kế bảng mạch của bạn, như tôi đã đề cập ở trên, có thể trở nên khó khăn. Vì vậy, thay vì nói về những điều xấu khi không kiểm tra thiết kế bảng mạch trong bài viết này, thay vào đó, tôi sẽ giúp cuộc sống của bạn dễ dàng hơn bằng cách cung cấp một danh sách kiểm tra PCB chi tiết mà bạn có thể điều chỉnh hoặc sử dụng trực tiếp để đánh giá từng thiết kế bảng mạch. Tùy thuộc vào bảng mạch của bạn và công nghệ được sử dụng trên đó, một số mục trong danh sách này có thể không liên quan - hoặc có thể có những mục bị thiếu. Mặc dù danh sách này khá chi tiết, nhưng nó không phải là toàn diện vì tôi đã dự định nó là điểm khởi đầu cho quy trình của riêng bạn. Hy vọng, giúp bạn tiết kiệm hàng giờ để tự mình tạo ra danh sách kiểm tra chất lượng PCB từ đầu chỉ cần vài phút để thêm bất kỳ mục nào khi bạn nghĩ đến chúng khi đọc qua danh sách của tôi. Lưu ý rằng một số mục được lặp lại với cách diễn đạt khác nhau trong nhiều danh mục vì chúng quan trọng. Mỗi giai đoạn của quá trình đánh giá thiết kế PCB của bạn cho việc sản xuất có thể có những xem xét khác nhau được áp dụng cho một mục cụ thể trong danh sách kiểm tra thiết kế PCB trong bất kỳ cuộc thảo luận nào.

Tôi cũng không sẽ đi vào chi tiết tất cả các mục trong danh sách. Nếu các mục đó liên quan đến sản phẩm/bảng mạch của bạn, tôi hy vọng bạn hoặc là hiểu được hàm ý của mục kiểm tra PCB - hoặc sẵn lòng tìm hiểu thêm để hỗ trợ việc hiểu biết của mình. Nhiều mục trong danh sách có bài viết liên quan trên blog này, được viết bởi chính tôi và một số chuyên gia khác trong ngành.

Trước khi Gửi Bảng Mạch của Bạn để Đánh Giá Thiết Kế PCB

• Kiểm tra các mạch chưa được nối
• Tái tạo tất cả các đa giác
• Đảm bảo bảng mạch của bạn có bản in hoàn chỉnh, bao gồm:
  • Logo công ty
  • Logo sản phẩm
  • Thông báo bản quyền
  • Nhãn cảnh báo/Rủi ro và Biểu tượng
  • Các kết nối được ghi nhãn, và bố trí chân được chỉ rõ khi cần thiết
  • Khối QA/Kiểm tra với mã vạch, khu vực trống cho số sê-ri, ngày tháng, và dấu kiểm tra QA/Kiểm tra
  • Tên bảng mạch, ngày in, và số phiên bản
  • Nếu có các chỉ định trên bản in, sau đó kiểm tra:
    • Mỗi chỉ định gần và xác định rõ ràng linh kiện tương ứng
    • Tất cả các chỉ định chỉ ở một hoặc hai hướng
    • Kích thước và phông chữ văn bản sẽ còn đọc được sau quá trình sản xuất
  • IC có chân số một được đánh dấu rõ ràng, tức là, dấu hiệu chân số một không nằm dưới linh kiện khác
• Cập nhật mạch in từ sơ đồ mạch để đảm bảo sơ đồ và bảng mạch được đồng bộ hóa
• Đảm bảo báo cáo quy tắc thiết kế được thông qua mà không có lỗi
  • Đảm bảo có một quy tắc thiết kế để bắt lỗi mạng chỉ có 1 chân
• Đảm bảo bạn có đường viền bảng mạch trên một lớp cơ khí sẽ được gửi đến nhà sản xuất bảng mạch
• Fiducials có mặt cho việc lắp ráp và đáp ứng các tiêu chí sau:
  • Tối thiểu bao gồm ba fiducials cấp bảng mạch
  • Hai fiducials đối diện nhau theo đường chéo qua tất cả các linh kiện có khoảng cách chân cực nhỏ
• Điểm gắn kết có khoảng trống đủ cho vòng đệm và đầu vít được chọn
• Nếu có mô hình vỏ bảo vệ, nó đã được kiểm tra với bảng mạch để đảm bảo không có sự can thiệp nào giữa vỏ bảo vệ và linh kiện
  • Tất cả các linh kiện (bao gồm cả các mục cơ khí) có mô hình 3D chính xác

Bảng mạch của bạn nên hoàn toàn sẵn sàng cho sản xuất, theo như bạn quan tâm, trước khi gửi nó cho đồng nghiệp để kiểm tra danh sách kiểm tra thiết kế nhằm tránh bất kỳ nỗ lực vô ích nào từ phía họ.

Bố cục PCB của bạn nên có tất cả các dấu hiệu cần thiết đã hoàn thành, cũng như lỗ gắn và điểm định vị được hiển thị ở đây. Bạn có thể nhận ra lỗi trên lớp phủ bảng mạch trong hình ảnh này không?

Lớp

• Kiểm tra xem chồng lớp và độ cao của vật liệu nền có đáp ứng được thông số kỹ thuật của nhà sản xuất không (hoặc nhà sản xuất có thể đáp ứng được thông số kỹ thuật của bạn không)
• Kiểm tra độ dày của đồng trên tất cả các lớp có phù hợp với thông số kỹ thuật của nhà sản xuất mục tiêu không (hoặc có một ghi chú trên lớp tài liệu về độ dày đồng cần thiết)
• Đảm bảo có ít nhất một mặt đất liên tục, không bị đứt gãy
• Nếu bảng mạch của bạn có mạng lưới điều khiển trở kháng, chúng được thiết lập đúng cách cả trên chồng lớp và trong quy tắc thiết kế
• Kiểm tra xem có bất kỳ đường cấm nào khớp với hình dạng bảng mạch không
  • Kiểm tra bất kỳ cắt bảng mạch hoặc khe cắm nào được sử dụng làm hàng rào cấm để ngăn các mạng lưới vượt qua khu vực phay

Một bảng xếp chồng PCB được tạo ra như một phần của thông số kỹ thuật kỹ thuật đầu tiên của bạn có thể hữu ích ở đây vì nó cung cấp một so sánh trực quan với dữ liệu trong trình biên tập PCB của bạn. Một bảng do nhà sản xuất hoặc nhà máy sản xuất của bạn cung cấp là nguồn tài nguyên tốt nhất, như ví dụ dưới đây.

Ví dụ bảng xếp chồng để so sánh trong đánh giá thiết kế PCB. Hình ảnh được cung cấp bởi Zach Peterson/TTM.

Đường Tín Hiệu

• Đảm bảo rằng mặt đất có đủ vias dẫn dòng điện gần các kết nối, và nguồn điện/điểm trả về
• Nếu cần thiết/có liên quan, đảm bảo các mặt phẳng điện áp và khu vực có đủ vias kết nối cho yêu cầu dòng điện
• Đảm bảo các đường dẫn tới mặt phẳng tham chiếu đủ rộng cho yêu cầu dòng điện
• Kiểm tra có đủ số lượng vias cho khả năng dẫn dòng của các đường dẫn
• Kiểm tra độ rộng tối thiểu của các đường dẫn dẫn dòng điện là đủ. Xem xét nếu cần một quy tắc thiết kế
• Kiểm tra tất cả các chân nối đất có vias tới mặt đất
• Kiểm tra có một mặt đất liên tục trong một lớp tín hiệu của bất kỳ đường dẫn tín hiệu nào
• Kiểm tra bất kỳ đường dẫn trở kháng kiểm soát nào có các quy tắc mạng và hồ sơ trở kháng chính xác
• Kiểm tra các đường dẫn cặp vi sai càng gần nhau càng tốt
• Kiểm tra chiều dài của các đường dẫn cặp vi sai được khớp với nhau
• Kiểm tra tất cả các tín hiệu tốc độ cao được khớp chiều dài, cụ thể bao gồm:
  • DDR
  • PCIe
  • Ethernet
  • LVDS
  • HDMI
  • USB3+
  • MIPI
• Kiểm tra mọi đường truyền tín hiệu có trở kháng không đổi dọc theo chiều dài của nó. Nếu đường truyền thay đổi lớp, trở kháng của nó nên được giữ nguyên
• Kiểm tra các đường truyền dài hơn 1/6 thời gian tăng hoặc giảm của tín hiệu đã được mô phỏng:
  • Kiểm tra điện trở kết thúc, hoặc một phương pháp kết thúc khác có mặt để ngăn chặn hiện tượng rung hoặc vượt quá
• Kiểm tra điện trở kết thúc ở những vị trí liên quan
• Kiểm tra các đường truyền dài ôm sát các đường truyền khác đã được mô phỏng về nhiễu chéo
• Kiểm tra tất cả các đường truyền tốc độ cao chạy trên một lớp đất liên tục
• Đảm bảo rằng không có mạch nhạy cảm nào chạy dưới các thành phần ồn ào
• Kiểm tra vias cho tụ bù không được chia sẻ
  • Mỗi tụ bù cần có vias riêng của nó cho VCC và cho GND trực tiếp đến các mặt phẳng tham chiếu

Gói xSignals có các tính năng trong đó có thể giúp tự động hóa nhiều kiểm tra này sau khi bố trí PCB hoàn tất, nhưng trước khi có một đánh giá thủ công nghiêm ngặt hơn bởi đội ngũ kỹ sư.

Vi phạm đường trở về được làm nổi bật trong xSignals. Bạn có thể chọn bỏ qua điều này hoặc làm lại một phần của việc định tuyến để loại bỏ nó.

Thành phần

• Kiểm tra tất cả các pad lỗ xuyên qua được thiết lập là mạ nếu chúng sẽ được hàn
• Kiểm tra có đủ khoảng cách cho các yếu tố sau:
  • Đối với đầu chọn và đặt trong sản xuất
  • Đối với lắp ráp thủ công trong nguyên mẫu
  • Đối với đầu bút hàn nếu cần sửa chữa
• Kiểm tra tụ bypass được đặt càng gần chân nguồn IC càng tốt (dưới 15mm)
• Kiểm tra nguồn dao động crystal/oscillator được đặt càng gần chân clock của IC càng tốt
• Kiểm tra điện trở kết thúc được đặt càng gần nguồn tín hiệu càng tốt
• Kiểm tra bộ lọc EMI/RFI được đặt càng gần điểm thoát (cạnh bảng mạch, kết nối, vỏ bảo vệ) càng tốt
• Kiểm tra potentiometers tăng tín hiệu/điện áp khi xoay theo chiều kim đồng hồ
• Kiểm tra thiết bị lập trình có header/pads lập trình có thể truy cập
• Kiểm tra không có các thành phần có khối lượng nhiệt cao (ví dụ, biến áp/lõi cảm lớn) được đặt cạnh các thành phần nhỏ
• Kiểm tra việc đặt thành phần ưu tiên độ dài đường dẫn ngắn cho tín hiệu tốc độ cao
• Kiểm tra có diện tích đồng đủ lớn cho việc tản nhiệt cho các thiết bị phát nhiệt cao, bao gồm:
  • Điều chỉnh tuyến tính
  • Nguồn cung cấp điện chuyển mạch (bao gồm cả trình điều khiển LED)
  • LED công suất cao
  • Trình điều khiển cổng tần số cao
  • MOSFETs
  • Trình điều khiển động cơ
  • Sạc
  • Vi xử lý tốc độ cao
  • Khuếch đại công suất

Kiểm tra

• Kiểm tra xem các pad kiểm tra có cách xa mép bảng mạch đủ để cho phép lắp đặt không
• Kiểm tra các pad kiểm tra không tạo ra các đoạn ngắn/độ không khớp trở kháng trên các mạng tốc độ cao
• Kiểm tra xem linh kiện không cản trở quyền truy cập vào các pad kiểm tra cho việc kiểm tra thủ công (ví dụ, sử dụng đầu dò oscilloscope) hoặc kiểm tra tự động (ví dụ, sử dụng giường đinh)
• Kiểm tra các pad kiểm tra được ghi nhãn rõ ràng cho các nguyên mẫu
• Kiểm tra bất kỳ tín hiệu nào cần thiết cho việc kiểm tra hoặc kiểm soát đều có điểm kiểm tra
• Kiểm tra tất cả các điểm kiểm tra đều được đặt ở cùng một phía của bảng mạch, lý tưởng là:
  • Mặt dưới của bảng mạch để truy cập sử dụng giường đinh
  • Mặt trên của bảng mạch để truy cập thủ công với thiết bị kiểm tra (ví dụ, đầu dò oscilloscope)

Điểm kiểm tra đôi khi được đặt ở những vị trí không thuận tiện, chẳng hạn như quá gần các pad khác hoặc gần mép bảng mạch. Khi được đặt gần các pad khác, có nguy cơ tạo ra một mạch ngắn không mong muốn khi đo. Khi được đặt gần mép bảng mạch, chúng có thể gây cản trở với vỏ bảo vệ hoặc lắp đặt cơ khí. Vì điểm kiểm tra thường không có quy định về vị trí đặt, nên việc xem xét di chuyển chúng và xác định các vị trí thay thế trong quá trình đánh giá thiết kế là một ý tưởng tốt.

Các điểm kiểm tra Keystone được đặt rất gần mép bảng mạch, và các dấu hiệu silkscreen của chúng được đặt rất gần các pad qua lỗ khác để hàn dây. Nếu không có thông số kỹ thuật nào yêu cầu các điểm kiểm tra này phải ở đây, một vị trí mới có thể được xác định trong quá trình xem xét thiết kế PCB.

Bảo vệ/EMI/EMC

• Kiểm tra xem các quy tắc về khoảng cách cách điện và khoảng cách an toàn đã được thiết lập cho tất cả các mạng điện áp cao
• Kiểm tra xem có cần đường dẫn/đường mạch đất riêng cho ESD không
• Kiểm tra xem có tụ điện lọc ngay cạnh các kết nối và vias có thể cần chúng không
• Kiểm tra xem các pad của diode TVS hoặc các linh kiện giảm thiểu ESD khác có được mắc nối tiếp với đường mạch tới linh kiện không (tức là, bất kỳ sự kiện ESD nào cũng phải qua pad của linh kiện trước khi đến thiết bị nhạy cảm)
• Đảm bảo không có đường mạch dư/net antennas đi tới các điểm kiểm tra hoặc chân kết nối không sử dụng
• Đảm bảo các tín hiệu tốc độ cao được định tuyến trực tiếp nhất có thể—không đi đường vòng
• Kiểm tra bất kỳ đường mạch nào chịu dòng điện trên 100mA có độ rộng được tính toán để đảm bảo nó có kích thước đủ lớn cho dòng điện
  • Nếu bảng mạch sẽ được lắp trong một vỏ bọc với ít hoặc không có luồng không khí, hãy tính toán hoặc mô phỏng độ rộng cho một lớp bên trong thay vì một lớp bên ngoài
• Kiểm tra xem trên bảng mạch có cần tấm chắn RF nào không và nếu có thì diện tích đủ lớn không
• Nếu bạn đang sử dụng bảng mạch hai lớp:
  • Có vòng lặp nối đất nào không?
  • Có đường dẫn nối đất có kích thước đủ lớn cho dòng điện trở lại của mỗi thiết bị không?
  • Có lớp phủ nối đất liền mạch dưới mỗi đường truyền tốc độ cao không?
• Nếu bạn có nhiều điểm nối đất, hãy đảm bảo rằng chúng chỉ được nối lại với nhau tại một điểm duy nhất

Bảng điều khiển

• Đảm bảo rằng có đủ khu vực khung cho băng tải và kẹp
• Đảm bảo rằng lớp silkscreen bao gồm những điều sau:
  • Ô trống cho dấu kiểm tra QA/Kiểm thử
  • Ngày in
  • Tên máy
  • Tên công ty
  • Mã vạch bảng điều khiển
  • Số phần và phiên bản bảng mạch
• Kiểm tra xem có dấu fiducials của bảng điều khiển không
• Kiểm tra dấu hiệu nhận diện gốc
• Kiểm tra xem khu vực kiểm tra trở kháng/lớp/khác có mặt nếu cần
• Kiểm tra xem lớp V Score/Phay/tab có mặt và căn chỉnh với bảng mạch nếu chúng không có trong tệp bảng mạch
• Kiểm tra xem bảng điều khiển không quá lớn so với độ dày bảng mạch và bất kỳ phay nào (tức là, độ linh hoạt/thoáng đạt thấp)

Kết luận

Nếu bạn đang thực hiện danh sách kiểm tra PCB này hoặc phiên bản tự tạo từ danh sách này và sử dụng nó trong một cuộc họp đánh giá thiết kế PCB, thì tốt nhất bạn nên coi mỗi mục là một điểm thảo luận thay vì chỉ đơn thuần là một ô để đánh dấu. Điều này có thể rất quan trọng để đảm bảo thiết kế đáp ứng ý định của sản phẩm, thay vì chỉ đánh dấu các ô. Một cuộc đánh giá trước khi sản xuất nên hơn là chỉ đảm bảo rằng tất cả các vấn đề kỹ thuật với bảng mạch bạn có thể xem xét đã được giải quyết. Nó cũng nên đảm bảo chức năng đáp ứng các yêu cầu. Việc thực hiện bất kỳ thay đổi sơ đồ nào và điều chỉnh thiết kế điện để đáp ứng ý định thiết kế và các yêu cầu có thể đã được đánh giá lại trong cuộc họp là hiệu quả hơn nhiều so với việc chỉ đặt mua bảng mạch và sau đó phát hiện ra rằng bạn nên đã có cuộc thảo luận đó trước khi chi tiền và cần phải chờ đợi bảng mạch đến.

Nói chuyện với một chuyên gia Altium hôm nay để tìm hiểu thêm hoặc tham gia một trong những Hội thảo Trực tuyến Theo Yêu cầu của chúng tôi để nhận lời khuyên từ chuyên gia.