6 Vấn đề DFM hàng đầu trong PCB Ảnh hưởng đến Mọi Thiết kế

Là một Nhà thiết kế PCB, bạn phải quản lý nhiều yêu cầu và kỳ vọng khác nhau. Có các khía cạnh về điện, chức năng và cơ khí cần xem xét. Ngoài ra, bố cục PCB phải được sản xuất một cách kịp thời, với chất lượng tốt nhất, chi phí thấp nhất có thể. Và qua tất cả những yêu cầu này, bạn cũng cần phải tính đến DFM (Thiết kế cho Khả năng Sản xuất). Đó là một phần quan trọng của quy trình thiết kế PCB và là một phần thường xuyên gây ra vấn đề nếu không được thực hiện đúng cách. Hãy xem xét 3 vấn đề DFM trong Thiết kế PCB.

Kết nối Pad SMD không đều

Các linh kiện SMD nhỏ, như 0402, 0201, v.v., cần phải có kết nối đồng đều để giúp ngăn chặn hiện tượng tombstoning trong quá trình hàn reflow. Điều này cũng áp dụng cho các pad BGA để đảm bảo hàn tin đáng tin cậy. Đơn giản chỉ là việc đặt kích thước pad phù hợp trên bản vẽ chân linh kiện của bạn. Các linh kiện phổ biến có kích thước pad được xác định (ví dụ, các pad trên IC theo tiêu chuẩn IPC-7351) mà bạn nên đặt trong bản vẽ chân linh kiện của mình.

Nhà sản xuất của bạn không phải lúc nào cũng xem xét các tệp thiết kế của bạn để kiểm tra điều này. Thay vào đó, họ có thể sẽ xem xét các tệp Gerber và netlist của bạn, và họ có thể so sánh các bản vẽ chân linh kiện với kích thước linh kiện trong danh sách vật liệu của bạn. Tùy thuộc vào mức độ dịch vụ kỹ thuật không lặp lại bạn yêu cầu, nhà sản xuất của bạn có thể không phát hiện ra khuyến nghị cụ thể này cho đến khi quá muộn. Sau khi sản xuất, quy trình kiểm tra để đảm bảo kết nối đều với pad bao gồm kiểm tra bằng X-ray. Trước khi bạn gửi thiết kế của mình đi sản xuất, bạn nên kiểm tra bất kỳ bản vẽ chân linh kiện nào bạn thiết kế để đảm bảo chúng đúng với kích thước chân linh kiện.

Sai Kích Thước Mở Mặt Nạ Hàn trên Các Pad SMD

Khoảng trống mặt nạ hàn (còn được gọi là sự mở rộng mặt nạ hàn hoặc khẩu độ mặt nạ hàn) là một cách để giữ chì hàn bị mắc kẹt trên pad mục tiêu trong quá trình hàn tay hoặc hàn sóng. Trong quá trình hàn, một viên chì hàn sẽ hình thành trên pad mục tiêu, nhưng một viên chì hàn lớn có thể sụp đổ và chảy quanh pad ở nhiệt độ cao. Đặt một khoảng trống mặt nạ hàn nhỏ xung quanh pad sẽ giữ viên chì hàn đó tại chỗ trong quá trình hàn, ngay cả khi viên chì hàn được đặt có kích thước hơi lớn. Một kỹ thuật tương tự được sử dụng trong việc phân phối chân BGA kiểu xương cá, nơi một lượng nhỏ mặt nạ hàn chặn pad khỏi via (gọi là đập chì hàn).

Vấn đề này được giải quyết khi bạn tạo các footprint cho các linh kiện của mình, sẽ có một khoảng trống mặt nạ hàn xác định xung quanh pad. Nói chung, khoảng trống mặt nạ hàn sẽ mở rộng khoảng ~4 đến 5 mils ra ngoài mép của pad. Nếu khẩu độ mặt nạ hàn quá lớn, nó sẽ không ngăn chặn được dòng chảy và sự kết nối của viên chì hàn trong quá trình hàn sóng.

Vias Mở trong Các Pad SMD

Đây là một lời khuyên thông thường trong thiết kế bảng mạch in mà bạn nên tránh việc sử dụng via-trong-pad bằng mọi giá. Nếu một via xuyên lỗ được đặt quá gần khu vực hàn, lỗ này có thể cho phép hàn chảy xuyên qua mặt sau của bảng mạch. Nếu via kết nối trực tiếp với một mặt phẳng lớn trong lớp nội bộ, nhiệt độ sẽ tỏa ra vào mặt phẳng. Điều này có thể tạo ra một mối hàn lạnh hoặc gây ra hiện tượng tombstoning trong quá trình hàn sóng.

Via-trong-pad thực sự có một vị trí trong thiết kế PCB, đặc biệt là trong các thiết kế HDI với BGA có khoảng cách chân rất nhỏ. Trong các tình huống khác, khi muốn đường dẫn đến mặt đất được tối thiểu hóa, sử dụng một đường dẫn ngắn với lớp phủ hàn hoặc via được phủ. Để ngăn chặn sự tỏa nhiệt quá mức vào lớp mặt phẳng trong quá trình hàn, đặt một via giảm nhiệt vào kết nối với mặt phẳng.

Cho đến nay, chúng ta đã thảo luận về 3 vấn đề thường gặp về pad và via trong DFM. Đọc thêm về những vấn đề DFM này trong các bài viết sau:

• Tránh Các Vấn đề Thường Gặp về Pad và Via trong Kiểm Tra DFM Phút Chót của Bạn
• Các Lỗi Quy Trình SMT Thường Gặp Cần Tránh Trong Quá Trình Hàn

Bẫy Axit

Quy trình tạo hình ảnh đồng trên từng lớp bảng mạch in (PCB) phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Đồng được loại bỏ khỏi vật liệu lớp phủ bằng dung dịch ăn mòn kiềm, cơ bản là phản ứng với đồng và từ từ hòa tan nó. Các đặc điểm đồng trong PCB của bạn với các góc chặt có thể cho phép dung dịch ăn mòn đặc bị mắc kẹt, được biết đến như một bẫy axit, làm ăn mòn quá mức đồng gần đó. Điều này dẫn đến độ nhám đồng quá mức tại vị trí bẫy axit.

Lưu ý rằng vấn đề về bẫy axit đã được giải quyết phần nào thông qua việc sử dụng dung dịch ăn mòn độ nhớt thấp. Nếu bạn dự định đi dây ở góc 90 độ hoặc các góc tù khác, hãy chắc chắn kiểm tra loại dung dịch ăn mòn mà nhà sản xuất sử dụng và liệu nó có gây ra bẫy axit hay không.

Khoảng cách

Việc duy trì khoảng cách phù hợp là một khía cạnh cơ bản của thiết kế PCB, nhưng công cụ định tuyến của bạn sẽ cho phép bạn xác định hầu như bất kỳ khoảng cách nào nếu bạn không thiết lập các quy tắc thiết kế chính xác. Các đường dẫn cần được giữ cách xa các pad, các đường dẫn khác và đổ đồng để cho phép ăn mòn hoàn toàn và tạo ra không gian cho dung sai chế tạo.

Lý do khác để duy trì khoảng cách phù hợp xuất phát từ thiết kế điện áp cao. Dưới Tiêu chuẩn IPC 2221, khoảng cách tối thiểu giữa một đường dẫn và bất kỳ dẫn điện nào khác phụ thuộc vào sự chênh lệch điện thế trung bình giữa các yếu tố dẫn điện này. Mục tiêu ở đây là để ngăn chặn việc phóng điện tĩnh không mong muốn, sự hình thành sợi anodic dẫn điện cho các dẫn điện gần nhau, và sự ăn mòn điện hóa.

Vi phạm Tiêu chuẩn Độ tin cậy Phổ biến

Có một danh sách dài các tiêu chuẩn IPC được thiết kế để đảm bảo độ tin cậy. Những tiêu chuẩn này bao gồm mọi thứ từ kích thước vòng annular của via đến tỷ lệ khía cạnh, và mọi thứ ở giữa. Một số yêu cầu độ tin cậy phổ biến được nêu trong các tiêu chuẩn IPC liên quan đến:

• Giọt nước trên pad và via
• Kích thước vòng annular
• Kích thước và tỷ lệ khía cạnh của via/microvia
• Mẫu đất
• Độ rộng đường dẫn so với dòng điện và sự tăng nhiệt độ

Nhà sản xuất có thể kiểm tra trong Gerbers hoặc tệp thiết kế của bạn, cũng như trong yêu cầu kiểm tra của bạn, để xác định bạn có thể đã vi phạm tiêu chuẩn nào một cách không chủ ý. Hãy nhớ rằng các tiêu chuẩn IPC là tự nguyện (trừ trong các ngành công nghiệp được quy định nghiêm ngặt), nhưng bạn vẫn nên thiết kế theo các tiêu chuẩn này vì chúng đã chứng minh bản thân là cơ sở cho độ tin cậy của PCB.

Phát hiện Vấn đề DFM với Phần mềm Thiết kế PCB Theo Quy tắc

Các vấn đề DFM được mô tả ở trên chỉ là một danh sách nhỏ về những sự cố tiềm ẩn có thể xảy ra trong bố cục PCB của bạn. Bằng cách quản lý các yêu cầu từ nhà sản xuất của bạn dưới dạng quy tắc thiết kế PCB, bạn có thể đảm bảo rằng bảng mạch của bạn sẽ được tạo ra đúng cách ngay từ lần đầu tiên và sẽ đáng tin cậy. Môi trường thiết kế theo quy tắc trong Altium Designer được tạo ra để giúp bạn tuân thủ các quy tắc thiết kế điện quan trọng và các yêu cầu DFM phổ biến.

Altium Designer trên Altium 365 mang lại một lượng tích hợp chưa từng có cho ngành công nghiệp điện tử, trước đây chỉ giới hạn trong thế giới phát triển phần mềm, cho phép các nhà thiết kế làm việc từ xa và đạt được mức độ hiệu quả chưa từng có.

Chúng ta mới chỉ khám phá bề mặt của những gì có thể làm được với Altium Designer trên Altium 365. Bạn có thể kiểm tra trang sản phẩm để biết mô tả tính năng sâu hơn hoặc một trong những Webinar Theo Yêu Cầu.

Xem Altium Designer^® in action...

Thiết kế PCB Mạnh mẽ