Guia Completo para Análise de DFM

Um bom amigo meu tem uma piada sobre planejar um novo design de PCB para fabricação: ele costuma perguntar "você já ligou para o seu fabricante hoje?" para enfatizar que você deve se envolver com seu parceiro de fabricação várias vezes durante o processo de design. Isso é algo que os designers muitas vezes esquecem, e pode levar a grandes dores de cabeça antes da fabricação em grande escala. O fato é que sua placa deve passar por várias rodadas de análise de DFM (Design for Manufacturability) para garantir a fabricabilidade, tanto em termos de fabricação quanto de montagem.

Então, quando você deve começar a submeter seu design à análise de DFM? Outra pergunta importante pode ser: qual é a melhor maneira de acelerar o processo de análise de DFM? Há muito o que verificar em qualquer placa, e inspecionar completamente os designs para fabricabilidade pode ser demorado, especialmente em layouts complexos. Aqui está o que esperar na análise de DFM e como fazer seu design passar pelo processo rapidamente.

O Que Entra na Análise de DFM para PCBs?

De forma ampla, a análise DFM aplica-se a tudo o que precisa ser fabricado em escala. Produtos fabricados precisam ser projetados para se adequarem ao processo usado para produção em alta escala, então um projeto precisa ser inspecionado para garantir que nada no design criará baixo rendimento, defeitos ou baixa durabilidade. Atualmente, seu fabricante de PCB e montador de PCB podem estar em lados opostos do globo, e é crítico garantir que todos tenham acesso a um único repositório controlado de informações do projeto para realizar a análise DFM.

A análise DFM para PCBs envolve verificar se o design estará de acordo com os processos de fabricação e montagem do seu fabricante. Qualquer designer experiente deve saber que a lista de possíveis escolhas de design que podem comprometer a qualidade é longa. Eu sei que ainda não memorizei todos os possíveis problemas de fabricabilidade que podem estar escondidos em um design, então eu frequentemente dependo do meu fabricante para inspecionar minhas placas quando estou prestes a iniciar uma produção.

Inspeccione Seu Design Frequentemente

Isso levanta um ponto importante: quando você deve realizar algumas verificações de DFM (Design for Manufacturability - Projeto para Fabricabilidade) no seu design? Se você está trabalhando com placas mais simples, provavelmente é suficiente confiar no seu fabricante para realizar uma verificação final de DFM antes da produção; verificações profundas e repetidas de DFM apenas consomem tempo excessivo quando seu fabricante pode realizar isso rapidamente. Para algo mais avançado, como placas de sinal misto com alta contagem de camadas, tolerâncias apertadas e múltiplos padrões de sinalização, várias análises de DFM são necessárias para identificar problemas de qualidade potenciais antecipadamente.

A melhor maneira de prevenir mudanças desnecessárias no design antes da fabricação é realizar análises de DFM em vários momentos diferentes:

• Quando selecionar componentes: Isso se relaciona principalmente aos tamanhos de componentes passivos, particularmente 0201 e 01005. Se você precisar usar esses componentes pequenos, apenas certifique-se de que seu fabricante pode lidar com eles.
• Durante o planejamento do layout: Neste ponto, ainda estamos determinando alguns aspectos básicos da placa, como a possível contagem de camadas, a gama de larguras de trilhas, tamanhos de vias, se precisaremos recorrer a HDI, quais laminados de PCB usar, e qual Nível de Produzibilidade IPC será aplicável ao design.
• Após a colocação dos componentes: Uma vez que você tenha colocado os componentes, considere o processo de montagem, particularmente no que diz respeito à soldagem em placas SMD de dupla face. Pense também em como quaisquer componentes aterrados serão soldados ao seu plano de referência e se eles precisam de alívios térmicos.
• Planejando o empilhamento: Você ficaria surpreso com quantos empilhamentos precisam ser modificados antes que um design possa ser colocado em fabricação. Isso é tão simples quanto pedir ao seu fabricante uma tabela de empilhamento verificada.
• Após gerar os Gerbers: Alguns defeitos são mais fáceis de ver nos seus arquivos Gerber, então é melhor verificar seus Gerbers em busca de coisas como sobreposições de furos de broca e proporções de via.
• Em colaboração com a equipe de MCAD: Em alguns casos, a colocação de conectores soldáveis ou outros elementos mecânicos pode criar folgas excessivamente apertadas.

Existem alguns desses pontos que valem a pena elaborar, pois podem não ser frequentemente discutidos em outros artigos.

Distâncias entre Componentes

Alguns pontos que se aplicam a conectores também se aplicam a qualquer outro componente, mas há outro ponto sobre folgas que vale a pena verificar. Certifique-se de ter permitido a expansão durante a montagem, especialmente em conectores com uma capa ou base de plástico. Se dois componentes estiverem muito próximos e eles se expandirem durante a soldagem, ambos podem se descolar da placa durante a montagem.

Olhando para as Pegadas

Obviamente, você deve se esforçar para garantir que suas pegadas estejam verificadas. Isso pode ser feito manualmente, ou apenas usando componentes verificados diretamente dos fabricantes quando estiverem disponíveis. No entanto, uma vez que uma pegada entra no layout, você precisará verificar as aberturas da máscara de solda, a folga para vias, a folga para outros componentes, as proporções de aspecto das vias e mais. Se você não estiver usando um software com os recursos certos de verificação de regras, você pode deixar uma almofada térmica flutuando, ou você pode colocar um furo de broca muito perto de uma filete de solda. Você pode olhar diretamente para o layout da PCB, mas é perfeitamente aceitável gerar Gerbers preliminares e comparar suas camadas (veja abaixo).

Verificação de Empilhamento

Pode parecer simplista, mas você passará por esta etapa com cores vibrantes se simplesmente pedir ao seu fabricante por um empilhamento com a quantidade de camadas e arranjo de camadas desejado. Eles já realizaram a análise DFM necessária para garantir que pilhas de camadas específicas passarão pelo processo deles. Eles fornecerão a largura do traço, o espaçamento entre traços (para pares diferenciais) e a espessura da camada que você precisará usar com os materiais laminados desejados. Em alguns casos, você pode se surpreender ao descobrir que o material laminado desejado não está disponível e precisará usar um equivalente próximo.

Para empilhamentos de 4 camadas, provavelmente você receberá o empilhamento padrão de 8mil/40mil/8mil S/P/P/S, resultando em uma espessura total de 62 mil. Empilhamentos mais complexos podem exigir uma tabela personalizada, especialmente quando você tem uma placa que necessita de roteamento com controle de impedância. Se você obter as informações de empilhamento cedo, não correrá o risco de aplicar a largura de traço e espaçamento errados necessários para a impedância controlada, tudo já estará verificado.

Análise DFM Antes da Fabricação

Depois de terminar sua placa e enviá-la para fabricação, seu fabricante deve realizar sua própria análise DFM usando seus arquivos Gerber finalizados. Note que eu escrevo "deve" aqui porque nem todos os fabricantes farão isso; com alguns fabricantes, você faz o upload dos seus Gerbers e eles produzirão a placa exatamente como aparece nos seus arquivos de fabricação sem questionar. Para alguns fabricantes, você precisará solicitar explicitamente esse nível de serviço, pois diferentes níveis de serviço só estarão disponíveis como um adicional.

Uma vez que você recebe sua análise DFM do seu fabricante, você verá muitos resultados nas seguintes duas áreas: verificações de folgas contra capacidades do processo e verificações contra requisitos específicos da indústria.

Verificando Tamanhos de Recursos Contra Capacidades do Processo

Quando você coloca seus arquivos de design com seu fabricante e eles realizam sua análise DFM, provavelmente verá muitos resultados em torno de verificações de folgas. O fabricante já deve verificar as áreas listadas acima, mas também precisará comparar os tamanhos de seus recursos e folgas contra suas capacidades de processo. Mesmo que você tenha passado por esse processo com Gerbers preliminares como parte da cotação, é melhor executar isso novamente, pois você pode ter perdido algo.

Um exemplo de relatório de análise DFM de um dos meus fabricantes ITAR preferidos é mostrado abaixo. Nesta tabela, podemos ver onde há espaçamento, tamanhos de anéis anulares e distâncias entre furos passantes e cobre. A partir da última linha, você pode ver que minha configuração de distância entre trilha e cobre está muito baixa, e os pads em algumas impressões têm tamanhos pequenos de anéis anulares.

Neste exemplo, temos múltiplos erros ao longo de uma impressão específica, que por acaso é um pacote TO-92. Neste caso, o tamanho do furo na biblioteca integrada era muito grande, o que forçou o anel anular ao redor da borda a ser muito pequeno para manter as distâncias. Após redimensionar o furo, conseguimos criar espaço para um anel anular Classe 2 enquanto ainda deixávamos bastante distância para evitar curtos-circuitos.

Para um design grande e complexo com milhares de redes, como seu fabricante verifica cada característica possível no layout da sua PCB? Existem aplicações que ajudam a automatizar esse processo e compilarão um relatório com quaisquer violações de processo. Alguns fabricantes têm suas próprias aplicações que usarão internamente, enquanto outros lhe darão acesso a um programa que pode ser baixado para você verificar seu design antes da fabricação.

Revisão de Conformidade com a Classe IPC

Outra área de requisitos de design que pode exigir mais experiência é a revisão da conformidade com as Classes IPC. Um ponto importante a indicar durante o processo de cotação é qual nível de qualificação IPC você está buscando, se houver. Isso envolve verificar teardrops, tamanhos de anéis anulares, diâmetros de furação e de pads versus peso do cobre, capacidade de metalizar vias e furos, e requisitos de espessura dielétrica, apenas para citar alguns dos principais requisitos de confiabilidade. O layout físico será comparado com as capacidades do fabricante para garantir que o design resultante possa atender aos requisitos de qualificação e desempenho definidos nas normas IPC, e alterações precisarão ser feitas antes da fabricação.

Como Enviar os Dados de Seu Design para Seu Fabricante Rapidamente

Qual é a maneira mais rápida de colocar os arquivos nas mãos do seu fabricante e como você pode garantir que eles entendam completamente a intenção do seu design? Você precisará do melhor conjunto de ferramentas de colaboração em nuvem que puder encontrar. Hoje em dia, com tudo sendo feito digitalmente, os projetistas de PCB precisam de ferramentas que os ajudem a colaborar em projetos complexos e compartilhá-los com seus parceiros de fabricação. Com a plataforma Altium 365, é fácil compartilhar rapidamente tudo, desde lançamentos completos de projetos até arquivos de design individuais com seu fabricante, outros membros da equipe e clientes.

O Altium 365 também ajuda a otimizar a análise DFM com um conjunto completo de recursos de documentação, incluindo:

• Ferramentas de hospedagem e gerenciamento de componentes e bibliotecas
• Um sistema integrado de controle de versão baseado em Git
• Integração com ferramentas de banco de dados internas ou aplicações de controle de versão externas
• Recursos de acesso e gerenciamento de usuários

Dentro do Altium 365, existe uma maneira extremamente conveniente de enviar sua placa para o seu fabricante com o recurso Enviar para o Fabricante. Uma vez que um projeto é liberado no seu Espaço de Trabalho Altium 365, você pode entrar na liberação do seu projeto e clicar no botão “Enviar para o Fabricante” no topo da tela, conforme mostrado abaixo. Seu fabricante pode então abrir o projeto no Altium Designer, ou eles podem baixar os arquivos de liberação e colocar seus arquivos de fabricação através de uma aplicação de análise DFM.

Uma vez que seu design está com o seu fabricante, eles podem comentar pontos específicos no design, o que ajudará a garantir que não haja confusão ao ler um relatório de análise DFM. Esses comentários podem então ser visualizados online no Altium 365 através do seu navegador, ou no layout da PCB quando você abrir seu projeto no Altium Designer. Nenhum outro serviço baseado na nuvem ajuda você a passar por múltiplas rodadas de análise DFM como o Altium 365.

A maneira mais rápida de fazer seu projeto passar por várias rodadas de análise DFM enquanto rastreia mudanças nos projetos ao longo do processo é usar a plataforma Altium 365™. Você terá todas as ferramentas necessárias para compartilhar, armazenar e gerenciar todos os seus dados de design de PCB em uma plataforma segura na nuvem. Altium 365 é a única plataforma de colaboração na nuvem especificamente para design e fabricação de PCB, e todas as funcionalidades do Altium 365 integram-se com as ferramentas de design de classe mundial no Altium Designer®.

Apenas começamos a explorar o que é possível fazer com o Altium Designer no Altium 365. Você pode verificar a página do produto para uma descrição mais detalhada das funcionalidades ou um dos Webinars Sob Demanda.