Kompletter Leitfaden zur DFM-Analyse

Ein guter Freund von mir hat einen Witz über die Planung eines neuen PCB-Designs für die Fertigung: Er fragt oft "Hast du heute schon mit deinem Fertiger gesprochen?", um zu betonen, dass man sich im Designprozess mehrmals mit seinem Fertigungspartner abstimmen sollte. Das ist etwas, das Designer oft vergessen, und es kann zu großen Kopfschmerzen vor der vollständigen Fertigung führen. Tatsächlich sollte Ihre Platine mehrere Runden der DFM-Analyse durchlaufen, um die Fertigbarkeit zu gewährleisten, sowohl in Bezug auf die Herstellung als auch auf die Montage.

Wann sollten Sie also damit beginnen, Ihr Design einer DFM-Analyse zu unterziehen? Eine andere wichtige Frage könnte sein: Wie kann man den DFM-Analyseprozess beschleunigen? Es gibt viel zu prüfen bei jeder Platine, und das vollständige Überprüfen von Designs auf Fertigbarkeit kann zeitaufwendig sein, besonders bei komplexen Layouts. Hier ist, was Sie bei der DFM-Analyse erwarten können und wie Sie Ihr Design schnell durch den Prozess bringen.

Was gehört zur DFM-Analyse für PCBs?

Im Allgemeinen bezieht sich die DFM-Analyse auf alles, was in großem Maßstab hergestellt werden muss. Hergestellte Produkte müssen so entworfen werden, dass sie zum Prozess passen, der für die Massenproduktion verwendet wird, sodass ein Design überprüft werden muss, um sicherzustellen, dass nichts im Design zu geringer Ausbeute, Defekten oder geringer Lebensdauer führt. Heutzutage können Ihr PCB-Hersteller und PCB-Monteur auf gegenüberliegenden Seiten des Globus sein, und es ist entscheidend sicherzustellen, dass sie alle Zugang zu einem einzigen, kontrollierten Speicher von Projektinformationen haben, um die DFM-Analyse durchzuführen.

Die DFM-Analyse für PCBs beinhaltet die Überprüfung, ob das Design den Herstellungs- und Montageprozessen Ihres Herstellers entsprechen wird. Jeder erfahrene Designer sollte wissen, dass die Liste der möglichen Designentscheidungen, die die Qualität beeinträchtigen können, lang ist. Ich weiß, dass ich immer noch nicht jedes mögliche Herstellbarkeitsproblem, das in einem Design lauern könnte, auswendig gelernt habe, daher verlasse ich mich oft auf meinen Hersteller, um meine Platinen zu inspizieren, wenn ich kurz davor bin, einen Fertigungslauf zu starten.

Überprüfen Sie Ihr Design oft

Das bringt einen wichtigen Punkt zur Sprache: Wann sollten Sie einige DFM-Prüfungen an Ihrem Design durchführen? Wenn Sie einfachere Platinen entwerfen, ist es wahrscheinlich in Ordnung, sich darauf zu verlassen, dass Ihr Hersteller vor der Produktion eine abschließende DFM-Prüfung durchführt; wiederholte tiefe DFM-Analysen nehmen nur unnötig viel Zeit in Anspruch, wenn Ihr Hersteller dies schnell erledigen kann. Für fortgeschrittenere Projekte, wie Platinen mit hoher Lagenanzahl, gemischten Signalen, engen Toleranzen und mehreren Signierungsstandards, sind mehrere DFM-Analyse-Durchläufe notwendig, um potenzielle Qualitätsprobleme frühzeitig zu erkennen.

Der beste Weg, unnötige Designänderungen vor der Fertigung zu vermeiden, ist die Durchführung von DFM-Analysen zu verschiedenen Zeitpunkten:

• Bei der Auswahl der Komponenten: Dies bezieht sich hauptsächlich auf die Größen passiver Komponenten, insbesondere 0201 und 01005. Wenn Sie diese kleinen Komponenten verwenden müssen, stellen Sie einfach sicher, dass Ihr Hersteller damit umgehen kann.
• Während der Grundrissplanung: Zu diesem Zeitpunkt bestimmen wir noch einige grundlegende Aspekte der Platine, wie die mögliche Lagenanzahl, den Bereich der Leiterbahnbreiten, die Größen der Vias, ob wir zu HDI übergehen müssen, welche PCB-Laminate verwendet werden sollen und welches IPC Producibility Level für das Design anwendbar sein wird.
• Nach der Platzierung der Komponenten: Nachdem Sie die Komponenten platziert haben, sollten Sie den Montageprozess berücksichtigen, insbesondere in Bezug auf das Löten bei doppelseitigen SMD-Platinen. Denken Sie auch darüber nach, wie alle geerdeten Komponenten an ihre Referenzebene gelötet werden und ob sie thermische Entlastungen benötigen.
• Beim Planen des Stackups: Sie würden sich wundern, wie viele Stackups modifiziert werden müssen, bevor ein Design in die Fertigung gehen kann. Dies ist so einfach, wie Ihren Hersteller nach einer verifizierten Stackup-Tabelle zu fragen.
• Nach der Erstellung der Gerber-Dateien: Einige Defekte sind in Ihren Gerber-Dateien leichter zu erkennen, daher ist es am besten, Ihre Gerber auf Dinge wie überlappende Bohrungen und das Verhältnis von Durchkontaktierungen zu scannen.
• In Zusammenarbeit mit dem MCAD-Team: In einigen Fällen kann die Platzierung von lötbaren Steckverbindern oder anderen mechanischen Elementen zu extrem engen Toleranzen führen.

Es gibt einige dieser Punkte, die es wert sind, näher erläutert zu werden, da sie in einigen anderen Artikeln möglicherweise nicht oft diskutiert werden.

Komponentenabstände

Einige Punkte, die für Steckverbinder gelten, sind auch auf andere Komponenten anwendbar, aber es gibt einen weiteren Punkt bezüglich der Abstände, der einer Überprüfung wert ist. Stellen Sie sicher, dass Sie eine Ausdehnung während der Montage berücksichtigt haben, insbesondere bei Steckverbindern mit einem Kunststoffgehäuse oder -sockel. Wenn zwei Komponenten zu nah beieinander sind und sie sich beim Löten ausdehnen, können beide während der Montage von der Platine abheben.

Betrachtung der Footprints

Offensichtlich sollten Sie sich bemühen, sicherzustellen, dass Ihre Footprints verifiziert sind. Dies kann manuell erfolgen oder indem ausschließlich verifizierte Komponenten direkt von den Herstellern verwendet werden, wenn diese verfügbar sind. Sobald jedoch ein Footprint in das Layout einfließt, müssen Sie die Öffnungen der Lötstopplacke, den Abstand zu Vias, den Abstand zu anderen Komponenten, die Aspektverhältnisse von Vias und mehr überprüfen. Wenn Sie keine Software mit den richtigen Regelprüffunktionen verwenden, könnten Sie ein Wärmepad schweben lassen oder ein Bohrloch zu nah an einem Lötzinnfillet platzieren. Sie können das PCB-Layout direkt betrachten, aber es ist völlig in Ordnung, vorläufige Gerber-Dateien zu generieren und Ihre Schichten zu vergleichen (siehe unten).

Stackup-Überprüfung

Es mag simpel klingen, aber Sie werden diese Hürde mit Bravour meistern, wenn Sie Ihren Hersteller einfach nach einem Stackup mit Ihrer gewünschten Lagenanzahl und Lagenanordnung fragen. Sie haben bereits die für die DFM-Analyse (Design for Manufacturability) notwendigen Untersuchungen durchgeführt, um sicherzustellen, dass bestimmte Lagenstapel ihren Prozess durchlaufen können. Sie werden Ihnen die Leiterbahnbreite, den Leiterbahnabstand (für differentielle Paare) und die Lagenstärke nennen, die Sie mit Ihren gewünschten Laminatmaterialien verwenden müssen. In einigen Fällen könnten Sie überrascht sein, festzustellen, dass Ihr gewünschtes Laminatmaterial nicht verfügbar ist und Sie ein nahezu äquivalentes Material verwenden müssen.

Für 4-Lagen-Stackups erhalten Sie wahrscheinlich den Standard-8mil/40mil/8mil S/P/P/S-Stackup, der eine Gesamtstärke von 62 mil ergibt. Komplexere Stackups können eine individuelle Tabelle erfordern, besonders wenn Sie eine Platine haben, die eine impedanzkontrollierte Verdrahtung benötigt. Wenn Sie die Stackup-Informationen frühzeitig erhalten, riskieren Sie nicht, die falsche Leiterbahn und Abstände für die kontrollierte Impedanz anzuwenden, alles wird bereits verifiziert sein.

DFM-Analyse vor der Fertigung

Sobald Sie Ihre Platine fertiggestellt haben und zur Fertigung geschickt haben, sollte Ihr Hersteller eine eigene DFM-Analyse mit Ihren finalisierten Gerber-Dateien durchführen. Beachten Sie, dass ich hier "sollte" schreibe, denn nicht alle Hersteller werden dies tun; bei einigen Herstellern laden Sie Ihre Gerbers hoch und sie werden die Platine genau so produzieren, wie sie in Ihren Fertigungsdateien erscheint, ohne Fragen zu stellen. Bei einigen Herstellern müssen Sie diesen Servicelevel ausdrücklich anfordern, da verschiedene Servicelevel nur als Zusatzoption verfügbar sind.

Sobald Sie Ihre DFM-Analyse von Ihrem Hersteller erhalten haben, werden Sie viele Ergebnisse in den folgenden zwei Bereichen sehen: Überprüfungen der Freiräume gegenüber den Prozessfähigkeiten und Überprüfungen gegenüber spezifischen Branchenanforderungen.

Überprüfung der Feature-Größen im Vergleich zu den Prozessfähigkeiten

Wenn Sie Ihre Design-Dateien bei Ihrem Fertiger einreichen und sie ihre DFM-Analyse durchführen, werden Sie wahrscheinlich viele Ergebnisse bezüglich der Überprüfungen der Freiräume sehen. Der Fertiger sollte die oben aufgeführten Bereiche bereits überprüfen, muss aber auch Ihre Feature-Größen und Freiräume mit seinen Prozessfähigkeiten vergleichen. Selbst wenn Sie diesen Prozess mit vorläufigen Gerbers als Teil des Angebots durchlaufen haben, ist es am besten, dies einfach noch einmal durchzuführen, da Sie möglicherweise etwas übersehen haben.

Ein Beispiel für einen DFM-Analysebericht von einem meiner bevorzugten ITAR-Hersteller wird unten gezeigt. In dieser Tabelle können wir sehen, wo Abstände, Ringgrößen und Freiräume zwischen durchkontaktierten Löchern und Kupfer liegen. Aus der untersten Zeile können Sie erkennen, dass meine Einstellung für den Abstand von Leiterbahn zu Kupfer zu niedrig ist und die Pads auf einigen Footprints kleine Ringgrößen haben.

In diesem Beispiel haben wir mehrere Fehler entlang eines bestimmten Footprints, der zufällig ein TO-92-Paket ist. In diesem Fall war die Lochgröße in der integrierten Bibliothek zu groß, was dazu führte, dass der Ring um den Rand zu klein sein musste, um die Freiräume einzuhalten. Nach der Verkleinerung des Lochs konnten wir Platz für einen Ring der Klasse 2 schaffen und dabei immer noch genügend Freiraum lassen, um Brückenbildung zu verhindern.

Für ein großes, komplexes Design mit Tausenden von Netzen, wie überprüft Ihr Hersteller jedes mögliche Merkmal in Ihrem PCB-Layout? Es gibt Anwendungen, die diesen Prozess automatisieren und einen Bericht mit allen Prozessverletzungen zusammenstellen. Einige Hersteller verwenden ihre eigenen Anwendungen intern, während andere Ihnen Zugang zu einem herunterladbaren Programm geben, mit dem Sie Ihr Design vor der Fertigung überprüfen können.

Überprüfung der Einhaltung der IPC-Klasse

Ein weiterer Bereich der Designanforderungen, der möglicherweise mehr Erfahrung erfordert, ist die Überprüfung der Einhaltung der IPC-Klassen. Ein wichtiger Punkt, der während des Angebotsprozesses angegeben werden sollte, ist, welche Stufe der IPC-Qualifikation Sie anstreben, falls zutreffend. Dies beinhaltet die Überprüfung von Tränenformen, Ringgrößen, Bohr- und Pad-Durchmessern im Vergleich zum Kupfergewicht, die Fähigkeit, Vias und Löcher zu plattieren, sowie die Anforderungen an die Dicke des Dielektrikums, um nur einige der wichtigsten Zuverlässigkeitsanforderungen zu nennen. Das physische Layout wird mit den Fähigkeiten des Herstellers verglichen, um sicherzustellen, dass das resultierende Design die Qualifikations- und Leistungsanforderungen gemäß den IPC-Standards erfüllen kann, und Änderungen müssen vor der Fertigung vorgenommen werden.

Wie Sie Ihre Design-Daten schnell an Ihren Hersteller übermitteln

Was ist der schnellste Weg, um Dateien in die Hände Ihres Herstellers zu bekommen, und wie können Sie sicherstellen, dass sie Ihre Designabsicht vollständig verstehen? Sie benötigen das beste Set an Cloud-Kollaborationstools, das Sie finden können. Heutzutage, wo alles digital erledigt wird, benötigen PCB-Designer Werkzeuge, die ihnen helfen, an komplexen Projekten zu arbeiten und diese mit ihren Fertigungspartnern zu teilen. Mit der Altium 365-Plattform ist es einfach, alles von vollständigen Projektveröffentlichungen bis hin zu einzelnen Design-Dateien schnell mit Ihrem Hersteller, anderen Teammitgliedern und Kunden zu teilen.

Altium 365 hilft auch dabei, die DFM-Analyse mit einem kompletten Satz an Dokumentationsfunktionen zu vereinfachen, einschließlich:

• Werkzeuge zur Verwaltung und Hosting von Komponenten und Bibliotheken
• Ein integriertes Versionskontrollsystem basierend auf Git
• Integration mit internen Datenbankwerkzeugen oder externen Versionskontrollanwendungen
• Funktionen zur Benutzerzugriffs- und -verwaltung

In Altium 365 gibt es eine äußerst praktische Möglichkeit, Ihre Platine an Ihren Hersteller zu senden, mit der Funktion „Send to Manufacturer“. Sobald ein Projekt in Ihrem Altium 365 Workspace freigegeben wurde, können Sie in die Projektveröffentlichung gehen und oben auf dem Bildschirm den Button „Send to Manufacturer“ anklicken, wie unten gezeigt. Ihr Hersteller kann dann das Projekt in Altium Designer öffnen, oder er kann die freigegebenen Dateien herunterladen und Ihre Fertigungsdateien durch eine DFM-Analyseanwendung laufen lassen.

Sobald Ihr Design bei Ihrem Hersteller ist, können sie spezifische Punkte im Design kommentieren, was sicherstellt, dass es keine Verwirrung beim Lesen eines DFM-Analyseberichts gibt. Diese Kommentare können dann online in Altium 365 über Ihren Browser oder im PCB-Layout angesehen werden, wenn Sie Ihr Projekt in Altium Designer öffnen. Kein anderer Cloud-basierter Dienst unterstützt Sie bei mehreren Runden der DFM-Analyse wie Altium 365.

Der schnellste Weg, Ihr Design durch mehrere Runden der DFM-Analyse zu bringen, während Änderungen an Projekten während des Prozesses verfolgt werden, ist die Nutzung der Altium 365™-Plattform. Sie haben alle Werkzeuge, die Sie benötigen, um all Ihre PCB-Design-Daten zu teilen, zu speichern und zu verwalten, auf einer sicheren Cloud-Plattform. Altium 365 ist die einzige Cloud-Kollaborationsplattform speziell für PCB-Design und -Fertigung, und alle Funktionen in Altium 365 sind mit den erstklassigen Design-Tools in Altium Designer® integriert.

Wir haben nur an der Oberfläche dessen gekratzt, was mit Altium Designer auf Altium 365 möglich ist. Sie können die Produktseite für eine detailliertere Funktionsbeschreibung oder eines der On-Demand Webinare überprüfen.