Guida Completa all'Analisi DFM

Un mio caro amico ha uno scherzo riguardo la pianificazione di un nuovo design di PCB per la produzione: spesso chiede "hai chiamato oggi il tuo fabbricante?" per sottolineare che dovresti coinvolgere il tuo partner di produzione più volte nel processo di progettazione. Questo è qualcosa che i progettisti spesso dimenticano, e può portare a grossi problemi in vista della produzione su larga scala. Il fatto è che la tua scheda dovrebbe passare attraverso più round di analisi DFM per garantire la fabbricabilità, sia in termini di fabbricazione che di assemblaggio.

Quindi, quando dovresti iniziare a sottoporre il tuo design all'analisi DFM? Un'altra domanda importante potrebbe essere: qual è il modo migliore per accelerare il processo di analisi DFM? C'è molto da controllare in qualsiasi scheda, e ispezionare completamente i design per la fabbricabilità può essere dispendioso in termini di tempo, specialmente nei layout complessi. Ecco cosa aspettarsi dall'analisi DFM e come far passare rapidamente il tuo design attraverso il processo.

Cosa Comprende l'Analisi DFM per i PCB?

In generale, l'analisi DFM si applica a tutto ciò che deve essere prodotto in serie. I prodotti fabbricati devono essere progettati per adattarsi al processo utilizzato per la produzione di massa, quindi è necessario ispezionare un progetto per assicurarsi che nulla nel design possa creare bassa resa, difetti o bassa durata. Oggi, il tuo fabbricante di PCB e l'assemblatore di PCB potrebbero trovarsi ai lati opposti del globo, ed è fondamentale garantire che tutti abbiano accesso a un unico archivio controllato di informazioni sul progetto per eseguire l'analisi DFM.

L'analisi DFM per i PCB comporta il controllo se il design si conformerà ai processi di fabbricazione e assemblaggio del tuo produttore. Qualsiasi progettista esperto dovrebbe sapere che l'elenco delle possibili scelte di design che possono compromettere la qualità è lungo. So che non ho ancora memorizzato ogni possibile problema di fabbricabilità che potrebbe nascondersi in un progetto, quindi spesso mi affido al mio fabbricante per ispezionare le mie schede quando sto per avviare una produzione.

Ispeziona Spesso il Tuo Design

Questo solleva un punto importante: quando dovresti eseguire alcuni controlli DFM sul tuo progetto? Se stai realizzando schede più semplici, probabilmente è sufficiente affidarsi al tuo fabbricante per eseguire un ultimo controllo DFM prima della produzione; ripetuti approfondimenti DFM occupano solo troppo tempo quando il tuo fabbricante può eseguirli rapidamente. Per qualcosa di più avanzato, come schede a elevato numero di strati con segnali misti, tolleranze strette e molteplici standard di segnalazione, sono necessarie più analisi DFM per individuare anticipatamente potenziali problemi di qualità.

Il modo migliore per prevenire cambiamenti di progetto non necessari prima della produzione è eseguire l'analisi DFM in diversi momenti:

• Quando si selezionano i componenti: Questo riguarda principalmente le dimensioni dei componenti passivi, in particolare 0201 e 01005. Se devi usare questi piccoli componenti, assicurati semplicemente che il tuo produttore possa gestirli.
• Durante la pianificazione dello spazio: A questo punto, stiamo ancora determinando alcuni aspetti di base della scheda come il possibile numero di strati, l'intervallo delle larghezze delle tracce, le dimensioni dei via, se dovremo passare a HDI, quali laminati PCB utilizzare, e quale Livello di Producibilità IPC sarà applicabile al progetto.
• Dopo il posizionamento dei componenti: Una volta posizionati i componenti, considera il processo di assemblaggio, in particolare per quanto riguarda la saldatura nelle schede SMD a doppia faccia. Pensa anche a come i componenti collegati a terra si salderanno al loro piano di riferimento e se necessitano di alleggerimenti termici.
• Durante la pianificazione dello stackup: Ti sorprenderesti di quanti stackup debbano essere modificati prima che un design possa essere mandato in fabbricazione. Questo passaggio è semplice come chiedere al tuo fabbricante una tabella dello stackup verificata.
• Dopo aver generato i Gerber: Alcuni difetti sono più facili da vedere nei tuoi file Gerber, quindi è meglio esaminare i Gerber alla ricerca di cose come sovrapposizioni di forature e rapporti di aspetto delle vie.
• In collaborazione con il team MCAD: In alcuni casi, il posizionamento di connettori saldabili o altri elementi meccanici può creare spaziature eccessivamente strette.

Ci sono alcuni di questi punti che meritano di essere approfonditi poiché potrebbero non essere spesso discussi in altri articoli.

Distanze tra i componenti

Alcuni punti che si applicano ai connettori valgono anche per qualsiasi altro componente, ma c'è un altro aspetto riguardante le distanze di sicurezza che vale la pena verificare. Assicurati di aver previsto l'espansione durante l'assemblaggio, specialmente sui connettori con una guaina o base in plastica. Se due componenti sono troppo vicini e si espandono durante la saldatura, possono entrambi staccarsi dalla scheda durante l'assemblaggio.

Esaminando le Impronte

Ovviamente, dovresti impegnarti per assicurarti che le tue impronte siano verificate. Questo può essere fatto manualmente, o utilizzando solo componenti verificati direttamente dai produttori quando sono disponibili. Tuttavia, una volta che un'impronta viene inserita nel layout, dovrai controllare le aperture della maschera di saldatura, la distanza dalle vie, la distanza dagli altri componenti, i rapporti di aspetto delle vie e altro ancora. Se non stai utilizzando un software con le giuste funzionalità di controllo delle regole, potresti lasciare un pad termico flottante, o potresti posizionare un foro di trapano troppo vicino a un giunto di saldatura. Puoi esaminare direttamente il layout della PCB, ma è perfettamente accettabile generare preliminarmente dei Gerber e confrontare i tuoi strati (vedi sotto).

Controllo dello Stackup

Potrebbe sembrare semplicistico, ma supererai questa fase a pieni voti se chiedi semplicemente al tuo fabbricante uno stackup con il numero di strati e l'arrangiamento di strati desiderato. Hanno già eseguito l'analisi DFM necessaria per garantire che specifici stack di strati possano passare attraverso il loro processo. Ti forniranno la larghezza della traccia, lo spazio tra le tracce (per coppie differenziali) e lo spessore dello strato che dovrai utilizzare con i materiali laminati desiderati. In alcuni casi, potresti sorprenderti nel scoprire che il materiale laminato desiderato non è disponibile e dovrai utilizzare un equivalente simile.

Per gli stackup a 4 strati, probabilmente riceverai lo stackup standard 8mil/40mil/8mil S/P/P/S che dà uno spessore totale di 62 mil. Gli stackup più complessi possono richiedere una tabella personalizzata, specialmente quando si ha una scheda che necessita di routing controllato dell'impedenza. Se ottieni le informazioni sullo stackup in anticipo, non correrai il rischio di applicare la traccia e lo spazio sbagliati necessari per l'impedenza controllata, tutto sarà già verificato.

Analisi DFM Prima della Fabbricazione

Una volta che hai terminato la tua scheda e l'hai inviata per la fabbricazione, il tuo produttore dovrebbe eseguire la propria analisi DFM utilizzando i tuoi file Gerber finalizzati. Nota che scrivo "dovrebbe" qui perché non tutti i produttori lo faranno; con alcuni produttori, carichi i tuoi Gerber e loro produrranno la scheda esattamente come appare nei tuoi file di fabbricazione senza fare domande. Per alcuni produttori, dovrai richiedere esplicitamente questo livello di servizio poiché diversi livelli di servizio saranno disponibili solo come un'opzione aggiuntiva.

Una volta che ricevi la tua analisi DFM dal tuo produttore, vedrai molti risultati nelle seguenti due aree: controlli delle distanze rispetto alle capacità di processo e controlli rispetto a specifici requisiti dell'industria.

Verifica delle Dimensioni delle Caratteristiche Rispetto alle Capacità di Processo

Quando inserisci i tuoi file di progetto presso il tuo fabbricante e loro eseguono la loro analisi DFM, probabilmente vedrai molti risultati riguardanti i controlli delle distanze. Il fabbricante dovrebbe già controllare le aree sopra elencate, ma dovrà anche confrontare le dimensioni delle tue caratteristiche e le distanze rispetto alle loro capacità di processo. Anche se hai già attraversato questo processo con i Gerber preliminari come parte della quotazione, è meglio eseguire nuovamente questo controllo poiché potresti aver perso qualcosa.

Un esempio di rapporto di analisi DFM da uno dei miei fabbricatori ITAR preferiti è mostrato di seguito. In questa tabella, possiamo vedere dove si trovano lo spazio, le dimensioni degli anelli anulari e le distanze tra i fori metallizzati e il rame. Dall'ultima riga, si può vedere che la mia impostazione di distanza tra traccia e rame è troppo bassa, e i pad su alcune impronte hanno dimensioni degli anelli anulari piccole.

In questo esempio, abbiamo più errori lungo una particolare impronta, che si trova essere un pacchetto TO-92. In questo caso, la dimensione del foro nella libreria integrata era troppo grande, il che ha costretto l'anello anulare intorno al bordo ad essere troppo piccolo per mantenere le distanze. Dopo aver ridimensionato il foro, siamo stati in grado di fare spazio per un anello anulare di Classe 2 lasciando comunque abbondante distanza per prevenire il ponticellamento.

Per un design grande e complesso con migliaia di reti, come fa il tuo fabbricante a controllare ogni possibile caratteristica nel tuo layout PCB? Esistono applicazioni che aiutano ad automatizzare questo processo e compileranno un rapporto con qualsiasi violazione del processo. Alcuni produttori hanno le loro applicazioni che useranno internamente, mentre altri ti daranno accesso a un programma scaricabile che puoi usare per controllare il tuo design prima della fabbricazione.

Revisione della Conformità alla Classe IPC

Un altro ambito dei requisiti di progettazione che può richiedere maggiore esperienza è la revisione della conformità alle Classi IPC. Un punto importante da indicare durante il processo di quotazione è il livello di qualificazione IPC che si sta cercando, se presente. Questo comporta il controllo di lacrime, dimensioni degli anelli annulari, diametri di foratura e pad rispetto al peso del rame, capacità di placcare vie e fori, e requisiti di spessore dielettrico, solo per citarne alcuni tra i principali requisiti di affidabilità. Il layout fisico verrà confrontato con le capacità del fabbricante per assicurare che il progetto risultante possa soddisfare i requisiti di qualificazione e prestazione definiti negli standard IPC, e saranno necessarie modifiche prima della fabbricazione.

Come Far Arrivare i Dati di Progettazione al Tuo Fabbricante Rapidamente

Qual è il modo più veloce per mettere i file nelle mani del tuo produttore e come puoi assicurarti che comprendano pienamente le tue intenzioni di progettazione? Avrai bisogno del miglior set di strumenti di collaborazione cloud che puoi trovare. Oggi giorno, con tutto ciò che viene fatto digitalmente, i progettisti di PCB hanno bisogno di strumenti che li aiutino a collaborare su progetti complessi e a condividerli con i loro partner di produzione. Con la piattaforma Altium 365, è facile condividere rapidamente tutto, dalle release complete del progetto ai singoli file di progettazione, con il tuo produttore, altri membri del team e clienti.

Altium 365 aiuta anche a semplificare l'analisi DFM con un set completo di funzionalità di documentazione, che includono:

• Strumenti per l'hosting e la gestione di componenti e librerie
• Un sistema di controllo versione integrato basato su Git
• Integrazione con strumenti di database interni o applicazioni di controllo versione esterne
• Funzionalità di accesso e gestione degli utenti

All'interno di Altium 365, c'è un modo estremamente conveniente per inviare la tua scheda al tuo fabbricante con la funzionalità Invia al Produttore. Una volta che un progetto è stato rilasciato nel tuo Workspace Altium 365, puoi andare nella tua release di progetto e cliccare sul pulsante "Invia al Produttore" in alto allo schermo, come mostrato di seguito. Il tuo produttore può quindi aprire il progetto in Altium Designer, oppure può scaricare i file di rilascio e inserire i tuoi file di fabbricazione in un'applicazione di analisi DFM.

Una volta che il tuo design è dal tuo fabbricante, possono commentare punti specifici nel design, il che aiuterà a garantire che non ci sia confusione nella lettura di un rapporto di analisi DFM. Questi commenti possono poi essere visualizzati online in Altium 365 tramite il tuo browser, o nel layout PCB quando apri il tuo progetto in Altium Designer. Nessun altro servizio basato su cloud ti aiuta a passare attraverso più round di analisi DFM come Altium 365.

Il modo più veloce per far avanzare il tuo progetto attraverso più cicli di analisi DFM, monitorando allo stesso tempo le modifiche ai progetti durante il processo, è utilizzare la piattaforma Altium 365™. Avrai a disposizione tutti gli strumenti necessari per condividere, memorizzare e gestire tutti i dati di progettazione PCB in una piattaforma cloud sicura. Altium 365 è l'unica piattaforma di collaborazione cloud specificamente per la progettazione e la produzione di PCB, e tutte le funzionalità in Altium 365 si integrano con gli strumenti di progettazione di classe mondiale in Altium Designer®.

Abbiamo appena iniziato a scoprire cosa è possibile fare con Altium Designer su Altium 365. Puoi consultare la pagina del prodotto per una descrizione più dettagliata delle funzionalità o uno dei Webinar On-Demand.