Kompletny przewodnik po analizie DFM

Mój dobry przyjaciel ma żart dotyczący planowania nowego projektu PCB pod kątem produkcji: często pyta "czy dzwoniłeś już do swojego producenta dzisiaj?", aby podkreślić, że należy wielokrotnie angażować się w kontakt z partnerem produkcyjnym w trakcie procesu projektowania. To coś, o czym projektanci często zapominają, co może prowadzić do poważnych problemów przed rozpoczęciem produkcji na dużą skalę. Faktem jest, że twoja płyta powinna przejść przez wiele rund analizy DFM (Design for Manufacturability - Projektowanie pod kątem możliwości produkcyjnych), aby zapewnić możliwość produkcji, zarówno pod względem fabrykacji, jak i montażu.

Kiedy więc należy zacząć poddawać swój projekt analizie DFM? Innym ważnym pytaniem może być: jaki jest najlepszy sposób na przyspieszenie procesu analizy DFM? W każdej płycie jest wiele do sprawdzenia, a pełna inspekcja projektów pod kątem możliwości produkcyjnych może być czasochłonna, szczególnie w skomplikowanych układach. Oto czego można się spodziewać w analizie DFM i jak szybko przeprowadzić swój projekt przez ten proces.

Co wchodzi w skład analizy DFM dla PCB?

Ogólnie rzecz biorąc, analiza DFM dotyczy wszystkiego, co ma być produkowane na dużą skalę. Produkty wytwarzane muszą być zaprojektowane tak, aby pasowały do procesu używanego do produkcji wysokonakładowej, więc projekt musi zostać sprawdzony, aby upewnić się, że nic w projekcie nie spowoduje niskiej wydajności, wad lub krótkiej żywotności. W dzisiejszych czasach producent PCB i montażysta PCB mogą znajdować się po przeciwnych stronach globu, i kluczowe jest, aby zapewnić im wszystkim dostęp do jednego, kontrolowanego magazynu informacji o projekcie, aby przeprowadzić analizę DFM.

Analiza DFM dla PCB polega na sprawdzeniu, czy projekt będzie zgodny z procesami produkcji i montażu stosowanymi przez producenta. Każdy doświadczony projektant powinien wiedzieć, że lista możliwych wyborów projektowych, które mogą obniżyć jakość, jest długa. Wiem, że ja nadal nie zapamiętałem każdego możliwego problemu z możliwością produkcji, który może czaić się w projekcie, więc często polegam na moim producencie, aby sprawdził moje płytki, gdy zamierzam złożyć zamówienie na produkcję.

Sprawdzaj swój projekt często

To porusza ważny punkt: kiedy należy przeprowadzić pewne kontrole DFM nad swoim projektem? Jeśli pracujesz nad prostszymi płytkami, prawdopodobnie wystarczy polegać na swoim producencie, aby przeprowadził ostateczną kontrolę DFM przed produkcją; powtarzające się głębokie analizy DFM po prostu zajmują zbyt dużo czasu, gdy twój producent może wykonać to szybko. Dla czegoś bardziej zaawansowanego, jak płytki mieszane sygnałowe o wysokiej liczbie warstw z ciasnymi odstępami i wieloma standardami sygnalizacji, konieczne są wielokrotne analizy DFM, aby wczesnie wykryć potencjalne problemy z jakością.

Najlepszym sposobem, aby zapobiec niepotrzebnym zmianom projektu przed produkcją, jest przeprowadzenie analizy DFM w kilku różnych momentach:

• Podczas wybierania komponentów: Dotyczy to głównie rozmiarów komponentów pasywnych, szczególnie 0201 i 01005. Jeśli musisz użyć tych małych komponentów, po prostu upewnij się, że twój producent może sobie z nimi poradzić.
• Podczas planowania rozmieszczenia: W tym momencie wciąż określamy niektóre podstawowe aspekty płytki, takie jak możliwa liczba warstw, zakres szerokości ścieżek, rozmiary via, czy będziemy musieli przejść na HDI, które laminaty PCB użyć, oraz który poziom produkcyjności IPC będzie odpowiedni dla projektu.
• Po umieszczeniu komponentów: Po umieszczeniu komponentów zastanów się nad procesem montażu, szczególnie w kontekście lutowania na dwustronnych płytach SMD. Pomyśl również, jak komponenty uziemione będą lutowane do ich płaszczyzny odniesienia i czy potrzebują odciążeń termicznych.
• Planując układ warstw: Zdziwiłbyś się, ile układów warstw musi zostać zmodyfikowanych, zanim projekt może zostać przekazany do produkcji. To tak proste, jak zapytanie producenta o zweryfikowaną tabelę układów warstw.
• Po wygenerowaniu plików Gerber: Niektóre defekty są łatwiejsze do zauważenia w twoich plikach Gerber, więc najlepiej jest przeskanować twoje pliki Gerber pod kątem takich problemów jak nakładające się otwory wiertnicze i stosunki wymiarów przelotek.
• Współpracując z zespołem MCAD: W niektórych przypadkach umieszczenie lutowalnych złączy lub innych elementów mechanicznych może stworzyć nadmiernie ciasne odstępy.

Istnieje kilka z tych punktów, które warto omówić bardziej szczegółowo, ponieważ mogą być rzadziej omawiane w innych artykułach.

Odstępy między komponentami

Niektóre kwestie dotyczące złącz dotyczą również innych komponentów, ale jest jeszcze jeden aspekt związany z odstępami, który warto sprawdzić. Upewnij się, że uwzględniłeś możliwość rozszerzenia podczas montażu, szczególnie w przypadku złącz z plastikową osłoną lub podstawą. Jeśli dwa komponenty są zbyt blisko siebie i rozszerzają się podczas lutowania, mogą oba oderwać się od płytki podczas montażu.

Przeglądanie śladów

Oczywiście, powinieneś dołożyć starań, aby upewnić się, że twoje ślady są zweryfikowane. Można to zrobić ręcznie, lub korzystając wyłącznie z weryfikowanych komponentów bezpośrednio od producentów, gdy są dostępne. Jednak, gdy ślad trafi do układu, będziesz musiał sprawdzić otwory w masce lutowniczej, odstępy od przelotek, odstępy od innych komponentów, proporcje przelotek oraz więcej. Jeśli nie używasz oprogramowania z odpowiednimi funkcjami sprawdzania reguł, możesz zostawić termiczny pad unoszący się, lub możesz umieścić otwór wiertniczy zbyt blisko filletu lutowniczego. Możesz przyjrzeć się układowi PCB bezpośrednio, ale całkowicie w porządku jest wygenerowanie wstępnych Gerberów i porównanie swoich warstw (patrz poniżej).

Sprawdzenie układu warstw

Może to brzmieć prosto, ale z łatwością przejdziesz przez ten etap, jeśli po prostu poprosisz swojego producenta o układ warstw z pożądaną liczbą warstw i ich rozmieszczeniem. Już przeprowadzili analizę DFM, potrzebną do zapewnienia, że określone układy warstw przejdą przez ich proces. Podadzą ci szerokość ścieżki, odstępy między ścieżkami (dla par różnicowych) oraz grubość warstw, które będziesz musiał użyć z wybranymi materiałami laminatów. W niektórych przypadkach możesz być zaskoczony, że pożądany materiał laminatu jest niedostępny i będziesz musiał użyć bliskiego odpowiednika.

Dla układów 4-warstwowych prawdopodobnie otrzymasz standardowy układ 8mil/40mil/8mil S/P/P/S dający łączną grubość 62 mil. Bardziej złożone układy mogą wymagać niestandardowej tabeli, szczególnie gdy masz płytkę, która wymaga trasowania z kontrolowaną impedancją. Jeśli uzyskasz informacje o układzie warstw wcześnie, nie zaryzykujesz zastosowania niewłaściwej ścieżki i odstępów potrzebnych do kontrolowanej impedancji, wszystko będzie już zweryfikowane.

Analiza DFM przed fabrykacją

Gdy już skończysz swoją płytę i wyślesz ją do produkcji, producent powinien przeprowadzić własną analizę DFM (Design for Manufacturability) na podstawie twoich finalizowanych plików Gerber. Zauważ, że piszę tutaj "powinien", ponieważ nie wszyscy producenci to robią; u niektórych producentów, wgrywasz swoje pliki Gerber i oni wyprodukują płytę dokładnie tak, jak wygląda ona w twoich plikach fabrycznych bez zadawania pytań. U niektórych producentów będziesz musiał wyraźnie poprosić o ten poziom usługi, ponieważ różne poziomy usług będą dostępne tylko jako dodatek.

Po otrzymaniu analizy DFM od producenta, zobaczysz wiele wyników w następujących dwóch obszarach: sprawdzenie odstępów w stosunku do możliwości procesowych oraz sprawdzenie zgodności ze specyficznymi wymaganiami branżowymi.

Sprawdzanie rozmiarów elementów względem możliwości procesowych

Gdy już umieścisz swoje pliki projektowe u producenta i on przeprowadzi analizę DFM, prawdopodobnie zobaczysz wiele wyników dotyczących sprawdzenia odstępów. Producent powinien już sprawdzić wymienione powyżej obszary, ale będzie musiał również porównać rozmiary twoich elementów i odstępy względem swoich możliwości procesowych. Nawet jeśli przeszłeś przez ten proces z wstępnymi plikami Gerber jako część wyceny, najlepiej jest po prostu przeprowadzić to ponownie, ponieważ mogłeś coś przeoczyć.

Przykładowy raport analizy DFM od jednego z moich preferowanych producentów ITAR jest pokazany poniżej. W tej tabeli możemy zobaczyć, gdzie występują problemy z odstępami, rozmiarami pierścieni wokół otworów oraz odległościami między otworami przelotowymi a miedzią. Z dolnego wiersza widać, że moje ustawienie odległości ścieżki od miedzi jest zbyt małe, a pady na niektórych obrysach mają małe rozmiary pierścieni wokół otworów.

W tym przykładzie mamy wiele błędów wzdłuż konkretnego obrysu, który akurat jest pakietem TO-92. W tym przypadku rozmiar otworu w wbudowanej bibliotece był zbyt duży, co zmusiło pierścień wokół krawędzi do bycia zbyt małym, aby utrzymać odstępy. Po zmianie rozmiaru otworu, udało nam się zrobić miejsce na pierścień klasy 2, jednocześnie pozostawiając wystarczająco dużo miejsca, aby zapobiec zwarciam.

Dla dużego, skomplikowanego projektu z tysiącami sieci, jak producent sprawdza każdą możliwą cechę w układzie PCB? Istnieją aplikacje, które pomagają zautomatyzować ten proces i skompilują raport z wszelkimi naruszeniami procesu. Niektórzy producenci mają własne aplikacje, których używają wewnętrznie, podczas gdy inni udostępnią ci program do pobrania, którego możesz użyć, aby sprawdzić swój projekt przed produkcją.

Przegląd Zgodności z Klasą IPC

Inna dziedzina wymagań projektowych, która może wymagać większego doświadczenia, to przegląd zgodności z klasami IPC. Ważnym punktem, który należy wskazać podczas procesu wyceny, jest poziom kwalifikacji IPC, którego szukasz, jeśli w ogóle. Obejmuje to sprawdzanie łezek, rozmiarów pierścieni anulujących, średnic wierceń i padów w stosunku do masy miedzi, zdolności do pokrywania via i otworów oraz wymagania dotyczące grubości dielektryka, tylko po to, aby wymienić kilka z głównych wymagań niezawodnościowych. Układ fizyczny zostanie porównany z możliwościami producenta, aby zapewnić, że wynikowy projekt może spełnić wymagania kwalifikacyjne i wydajnościowe określone w standardach IPC, i zmiany będą musiały zostać dokonane przed fabrykacją.

Jak szybko przekazać dane projektowe swojemu producentowi

Jaki jest najszybszy sposób, aby pliki trafiły w ręce producenta, i jak możesz upewnić się, że w pełni rozumieją Twoje intencje projektowe? Potrzebujesz najlepszego zestawu narzędzi do współpracy w chmurze, jakie możesz znaleźć. W dzisiejszych czasach, gdy wszystko odbywa się cyfrowo, projektanci PCB potrzebują narzędzi, które pomogą im współpracować nad skomplikowanymi projektami i dzielić się nimi ze swoimi partnerami produkcyjnymi. Dzięki platformie Altium 365 łatwo i szybko można udostępniać wszystko, od pełnych wersji projektów po pojedyncze pliki projektowe, producentowi, innym członkom zespołu i klientom.

Altium 365 pomaga również usprawnić analizę DFM dzięki kompletnemu zestawowi funkcji dokumentacyjnych, w tym:

• Narzędzia do hostingu i zarządzania komponentami oraz bibliotekami
• Zintegrowany system kontroli wersji oparty na Git
• Integracja z wewnętrznymi narzędziami baz danych lub zewnętrznymi aplikacjami kontroli wersji
• Funkcje dostępu i zarządzania użytkownikami

W Altium 365 istnieje niezwykle wygodny sposób, aby przesłać swoją płytę do producenta za pomocą funkcji Wysyłka do Producenta. Gdy projekt zostanie wydany w Twojej przestrzeni roboczej Altium 365, możesz przejść do wydania projektu i kliknąć przycisk „Send to Manufacturer” na górze ekranu, jak pokazano poniżej. Twój producent może następnie otworzyć projekt w Altium Designer, lub może pobrać pliki wydania i przeprowadzić analizę DFM za pomocą aplikacji do analizy DFM.

Gdy Twój projekt trafi do producenta, mogą oni komentować konkretne punkty w projekcie, co pomoże zapewnić, że nie będzie żadnych niejasności podczas czytania raportu z analizy DFM. Te komentarze można następnie przeglądać online w Altium 365 przez przeglądarkę lub w układzie PCB, gdy otworzysz swój projekt w Altium Designer. Żadna inna usługa oparta na chmurze nie pomaga przechodzić przez wiele rund analizy DFM jak Altium 365.

Najszybszym sposobem na przeprowadzenie projektu przez wiele rund analizy DFM, jednocześnie śledząc zmiany w projektach w trakcie całego procesu, jest użycie platformy Altium 365™. Będziesz miał do dyspozycji wszystkie narzędzia potrzebne do udostępniania, przechowywania i zarządzania wszystkimi danymi projektowymi PCB w bezpiecznej chmurze. Altium 365 to jedyna platforma współpracy w chmurze stworzona specjalnie dla projektowania i produkcji PCB, a wszystkie funkcje w Altium 365 są zintegrowane z najlepszymi na świecie narzędziami projektowymi w Altium Designer®.

Dopiero zaczynamy odkrywać, co jest możliwe do zrobienia z Altium Designer na Altium 365. Możesz sprawdzić stronę produktu po bardziej szczegółowy opis funkcji lub jeden z Webinarów na Żądanie.