Guide complet de l'analyse DFM

Un bon ami à moi a une blague concernant la planification d'un nouveau design de PCB pour la fabrication : il demande souvent « avez-vous appelé votre fabricant aujourd'hui ? » pour souligner qu'il faut engager plusieurs fois le dialogue avec son partenaire de fabrication au cours du processus de conception. C'est quelque chose que les concepteurs oublient souvent, et cela peut entraîner de sérieux maux de tête avant la fabrication à grande échelle. En fait, votre carte devrait subir plusieurs tours d'analyse DFM pour garantir sa fabricabilité, tant en termes de fabrication que d'assemblage.

Alors, quand devriez-vous commencer à soumettre votre design à l'analyse DFM ? Une autre question importante pourrait être : quelle est la meilleure façon d'accélérer le processus d'analyse DFM ? Il y a beaucoup à vérifier dans n'importe quelle carte, et inspecter complètement les designs pour leur fabricabilité peut être chronophage, surtout dans les agencements complexes. Voici à quoi s'attendre dans l'analyse DFM et comment faire passer rapidement votre design à travers le processus.

Que comprend l'analyse DFM pour les PCBs ?

De manière générale, l'analyse DFM s'applique à tout ce qui doit être fabriqué à grande échelle. Les produits manufacturés doivent être conçus pour s'adapter au processus utilisé pour la production de masse, donc un design doit être inspecté pour s'assurer qu'aucun élément du design ne créera de faible rendement, de défauts ou de faible durabilité. De nos jours, votre fabricant de PCB et votre assembleur de PCB peuvent se trouver aux antipodes, et il est crucial de s'assurer qu'ils ont tous accès à un stockage unique et contrôlé des informations du projet pour effectuer l'analyse DFM.

L'analyse DFM pour les PCB implique de vérifier si le design sera conforme aux processus de fabrication et d'assemblage de votre fabricant. Tout concepteur expérimenté devrait savoir que la liste des choix de conception susceptibles de compromettre la qualité est longue. Je sais que je n'ai toujours pas mémorisé tous les problèmes de fabricabilité possibles qui pourraient se cacher dans un design, donc je compte souvent sur mon fabricant pour inspecter mes cartes lorsque je m'apprête à lancer une série de fabrication.

Inspectez souvent votre design

Cela soulève un point important : quand devriez-vous effectuer des vérifications DFM sur votre conception ? Si vous travaillez sur des cartes plus simples, il est probablement acceptable de compter sur votre fabricant pour effectuer une vérification DFM finale avant la production ; des analyses DFM approfondies répétées prennent simplement trop de temps alors que votre fabricant peut réaliser cela rapidement. Pour des projets plus avancés, comme des cartes à signaux mixtes à nombre élevé de couches avec des espacements serrés et plusieurs normes de signalisation, plusieurs analyses DFM sont nécessaires pour détecter les problèmes de qualité potentiels dès le début.

La meilleure façon d'éviter des changements de conception inutiles avant la fabrication est de réaliser des analyses DFM à plusieurs moments différents :

• Lors de la sélection des composants : Cela concerne principalement les tailles des composants passifs, en particulier 0201 et 01005. Si vous devez utiliser ces petits composants, assurez-vous simplement que votre fabricant peut les gérer.
• Pendant la planification de l'implantation : À ce stade, nous déterminons encore certains aspects de base de la carte comme le nombre de couches possible, la gamme de largeurs de pistes, les tailles de via, si nous devrons passer à l'HDI, quels stratifiés de PCB utiliser, et quel niveau de Faisabilité IPC sera applicable à la conception.
• Après le placement des composants : Une fois que vous avez placé les composants, pensez au processus d'assemblage, particulièrement en ce qui concerne le soudage sur les cartes SMD double face. Réfléchissez également à la manière dont les composants reliés à la terre seront soudés à leur plan de référence et s'ils nécessitent des allègements thermiques.
• En planifiant l'empilement : Vous seriez surpris de voir combien d'empilements doivent être modifiés avant qu'un design puisse être mis en fabrication. Cela revient simplement à demander à votre fabricant une table d'empilement vérifiée.
• Après la génération des Gerbers : Certains défauts sont plus faciles à voir dans vos fichiers Gerber, il est donc préférable de scanner vos Gerbers à la recherche de problèmes comme les chevauchements de perçages et les ratios d'aspect des vias.
• En collaboration avec l'équipe MCAD : Dans certains cas, le placement de connecteurs soudables ou d'autres éléments mécaniques peut créer des espaces excessivement serrés.

Il y a quelques-uns de ces points qui méritent d'être développés car ils ne sont peut-être pas souvent discutés dans d'autres articles.

Dégagements des composants

Certains points applicables aux connecteurs le sont également pour tout autre composant, mais il y a un autre aspect concernant les dégagements qui mérite d'être vérifié. Assurez-vous d'avoir prévu de l'espace pour l'expansion lors de l'assemblage, surtout pour les connecteurs dotés d'une enveloppe ou d'une base en plastique. Si deux composants sont trop proches et qu'ils se dilatent pendant le soudage, ils peuvent tous deux se détacher de la carte pendant l'assemblage.

Examen des Empreintes

Il est évident que vous devriez vous assurer que vos empreintes sont vérifiées. Cela peut être fait manuellement, ou en utilisant uniquement des composants vérifiés directement auprès des fabricants lorsqu'ils sont disponibles. Cependant, une fois qu'une empreinte est intégrée dans la mise en page, vous devrez vérifier les ouvertures du masque de soudure, le dégagement par rapport aux vias, le dégagement par rapport aux autres composants, les ratios d'aspect des vias, et plus encore. Si vous n'utilisez pas de logiciel avec les bonnes fonctionnalités de vérification des règles, vous pourriez laisser un pad thermique en suspension, ou vous pourriez placer un trou de perçage trop près d'un bourrelet de soudure. Vous pouvez examiner la disposition du PCB directement, mais il est tout à fait acceptable de générer des Gerbers préliminaires et de comparer vos couches (voir ci-dessous).

Vérification de l'Empilement

Cela peut sembler simpliste, mais vous réussirez haut la main si vous demandez simplement à votre fabricant un empilement avec le nombre de couches et l'agencement des couches que vous désirez. Ils ont déjà effectué l'analyse DFM nécessaire pour s'assurer que des empilements de couches spécifiques passeront à travers leur processus. Ils vous donneront la largeur de piste, l'espacement des pistes (pour les paires différentielles) et l'épaisseur des couches que vous devrez utiliser avec vos matériaux de stratifié désirés. Dans certains cas, vous pourriez être surpris de découvrir que votre matériau de stratifié souhaité n'est pas disponible et que vous devrez utiliser un équivalent proche.

Pour les empilements de 4 couches, vous recevrez probablement l'empilement standard de 8mil/40mil/8mil S/P/P/S donnant une épaisseur totale de 62 mil. Des empilements plus complexes peuvent nécessiter un tableau personnalisé, surtout lorsque vous avez une carte qui nécessite un routage à impédance contrôlée. Si vous obtenez les informations d'empilement tôt, vous ne risquerez pas d'appliquer la mauvaise trace et l'espacement nécessaires pour une impédance contrôlée, tout sera déjà vérifié.

Analyse DFM avant la fabrication

Une fois que vous avez terminé votre carte et que vous l'avez envoyée pour fabrication, votre fabricant devrait effectuer sa propre analyse DFM en utilisant vos fichiers Gerber finalisés. Notez que j'écris « devrait » ici parce que tous les fabricants ne le feront pas ; avec certains fabricants, vous téléchargez vos Gerbers et ils produiront la carte exactement telle qu'elle apparaît dans vos fichiers de fabrication sans question. Pour certains fabricants, vous devrez demander explicitement ce niveau de service, car différents niveaux de service ne seront disponibles qu'en tant qu'option.

Une fois que vous recevez votre analyse DFM de votre fabricant, vous verrez beaucoup de résultats dans les deux domaines suivants : vérifications des dégagements par rapport aux capacités de processus, et vérifications par rapport aux exigences spécifiques de l'industrie.

Vérification des tailles de caractéristiques par rapport aux capacités de processus

Lorsque vous soumettez vos fichiers de conception à votre fabricant et qu'il effectue son analyse DFM, vous verrez probablement de nombreux résultats concernant les vérifications de dégagements. Le fabricant devrait déjà vérifier les zones mentionnées ci-dessus, mais il devra également comparer vos tailles de caractéristiques et vos dégagements par rapport à ses capacités de processus. Même si vous avez traversé ce processus avec des Gerbers préliminaires dans le cadre de la demande de devis, il est préférable de juste refaire cette vérification car vous avez pu manquer quelque chose.

Un exemple de rapport d'analyse DFM provenant de l'un de mes fabricants ITAR préférés est présenté ci-dessous. Dans ce tableau, nous pouvons voir où se situent l'espacement, les tailles d'anneaux annulaires et les dégagements entre les trous métallisés et le cuivre. À partir de la dernière ligne, vous pouvez voir que mon réglage de dégagement entre la piste et le cuivre est trop faible, et que les pastilles sur certains empreintes ont des tailles d'anneaux annulaires petites.

Dans cet exemple, nous avons plusieurs erreurs le long d'une empreinte particulière, qui se trouve être un boîtier TO-92. Dans ce cas, la taille du trou dans la bibliothèque intégrée était trop grande, ce qui a forcé l'anneau annulaire autour du bord à être trop petit afin de maintenir les dégagements. Après avoir redimensionné le trou, nous avons pu faire de la place pour un anneau annulaire de Classe 2 tout en laissant suffisamment de dégagement pour éviter les courts-circuits.

Pour un design grand et complexe avec des milliers de réseaux, comment votre fabricant vérifie-t-il chaque caractéristique possible dans votre agencement de PCB ? Il existe des applications qui aident à automatiser ce processus et qui compileront un rapport avec toutes les violations de processus. Certains fabricants ont leurs propres applications qu'ils utiliseront en interne, tandis que d'autres vous donneront accès à un programme téléchargeable que vous pouvez utiliser pour vérifier votre conception avant la fabrication.

Revue de Conformité à la Classe IPC

Un autre domaine des exigences de conception qui peut nécessiter plus d'expérience est la révision de la conformité avec les classes IPC. Un point important à indiquer lors du processus de devis est le niveau de qualification IPC que vous recherchez, le cas échéant. Cela implique de vérifier les larmes, les tailles d'anneaux annulaires, les diamètres de perçage et de pad par rapport au poids du cuivre, la capacité à plaquer les vias et les trous, et les exigences d'épaisseur diélectrique, pour ne nommer que quelques-unes des principales exigences de fiabilité. La disposition physique sera comparée aux capacités du fabricant pour s'assurer que la conception résultante peut répondre aux exigences de qualification et de performance définies dans les normes IPC, et des modifications devront être apportées avant la fabrication.

Comment envoyer rapidement vos données de conception à votre fabricant

Quelle est la manière la plus rapide de mettre les fichiers entre les mains de votre fabricant, et comment pouvez-vous vous assurer qu'ils comprennent parfaitement votre intention de conception ? Vous aurez besoin du meilleur ensemble d'outils de collaboration cloud que vous pouvez trouver. De nos jours, avec tout ce qui se fait numériquement, les concepteurs de PCB ont besoin d'outils pour les aider à collaborer sur des projets complexes et à les partager avec leurs partenaires de fabrication. Avec la plateforme Altium 365, il est facile de partager rapidement tout, des sorties de projets complets aux fichiers de conception individuels avec votre fabricant, les autres membres de l'équipe et les clients.

Altium 365 aide également à rationaliser l'analyse DFM avec un ensemble complet de fonctionnalités de documentation, incluant :

• Des outils d'hébergement et de gestion de composants et de bibliothèques
• Un système de contrôle de version intégré basé sur Git
• Intégration avec des outils de base de données internes ou des applications de contrôle de version externes
• Des fonctionnalités de gestion et d'accès utilisateur

Dans Altium 365, il existe un moyen extrêmement pratique de transférer votre carte à votre fabricant avec la fonctionnalité Envoyer au Fabricant. Une fois qu'un projet est publié dans votre espace de travail Altium 365, vous pouvez aller dans la publication de votre projet et cliquer sur le bouton « Envoyer au Fabricant » en haut de l'écran, comme montré ci-dessous. Votre fabricant peut alors ouvrir le projet dans Altium Designer, ou il peut télécharger les fichiers de publication et passer vos fichiers de fabrication à travers une application d'analyse DFM.

Une fois votre conception chez votre fabricant, celui-ci peut commenter des points spécifiques dans la conception, ce qui aidera à garantir qu'il n'y ait pas de confusion lors de la lecture d'un rapport d'analyse DFM. Ces commentaires peuvent ensuite être consultés en ligne dans Altium 365 via votre navigateur, ou dans la disposition PCB lorsque vous ouvrez votre projet dans Altium Designer. Aucun autre service basé sur le cloud ne vous aide à passer par plusieurs cycles d'analyse DFM comme Altium 365.

La manière la plus rapide de faire passer votre conception à travers plusieurs tours d'analyse DFM tout en suivant les modifications apportées aux projets tout au long du processus est d'utiliser la plateforme Altium 365™. Vous disposerez de tous les outils nécessaires pour partager, stocker et gérer toutes vos données de conception de PCB dans une plateforme cloud sécurisée. Altium 365 est la seule plateforme de collaboration cloud spécifiquement pour la conception et la fabrication de PCB, et toutes les fonctionnalités d'Altium 365 s'intègrent avec les outils de conception de classe mondiale dans Altium Designer®.

Nous n'avons fait qu'effleurer la surface de ce qu'il est possible de faire avec Altium Designer sur Altium 365. Vous pouvez consulter la page du produit pour une description des fonctionnalités plus approfondie ou l'un des Webinaires à la Demande.