Hướng dẫn Toàn diện về Phân tích DFM

Một người bạn tốt của tôi có một câu chuyện cười về việc lên kế hoạch thiết kế một PCB mới cho việc sản xuất: anh ấy thường hỏi “hôm nay bạn đã gọi cho nhà sản xuất của mình chưa?” để nhấn mạnh rằng bạn nên liên hệ với đối tác sản xuất của mình nhiều lần trong quá trình thiết kế. Điều này là điều mà các nhà thiết kế thường quên, và nó có thể dẫn đến những rắc rối lớn trước khi sản xuất quy mô lớn. Sự thật là, bo mạch của bạn nên trải qua nhiều vòng phân tích DFM để đảm bảo khả năng sản xuất, cả về mặt chế tạo và lắp ráp.

Vậy bạn nên bắt đầu phân tích DFM cho thiết kế của mình từ khi nào? Một câu hỏi quan trọng khác có thể là: làm thế nào để tăng tốc quá trình phân tích DFM? Có rất nhiều điều cần kiểm tra trong bất kỳ bo mạch nào, và việc kiểm tra đầy đủ các thiết kế về khả năng sản xuất có thể mất nhiều thời gian, đặc biệt là trong các bố cục phức tạp. Dưới đây là những gì bạn nên mong đợi trong phân tích DFM và cách để thiết kế của bạn vượt qua quá trình này một cách nhanh chóng.

Điều Gì Được Đưa Vào Phân Tích DFM cho PCBs?

Nói một cách rộng rãi, phân tích DFM áp dụng cho bất cứ thứ gì cần được sản xuất với quy mô lớn. Sản phẩm được sản xuất cần được thiết kế để phù hợp với quy trình được sử dụng cho sản xuất hàng loạt, vì vậy một thiết kế cần được kiểm tra để đảm bảo không có gì trong thiết kế tạo ra tỷ lệ lỗi thấp, hỏng hóc, hoặc tuổi thọ thấp. Ngày nay, nhà sản xuất PCB và nhà lắp ráp PCB của bạn có thể ở hai phía đối diện của thế giới, và việc đảm bảo họ tất cả có quyền truy cập vào một kho thông tin dự án được kiểm soát duy nhất để thực hiện phân tích DFM là rất quan trọng.

Phân tích DFM cho PCB bao gồm việc kiểm tra xem thiết kế có tuân thủ quy trình sản xuất và lắp ráp của nhà sản xuất của bạn hay không. Bất kỳ nhà thiết kế có kinh nghiệm nào cũng nên biết rằng danh sách các lựa chọn thiết kế có thể làm giảm chất lượng là dài. Tôi biết rằng mình vẫn chưa nhớ hết mọi vấn đề về khả năng sản xuất có thể ẩn chứa trong một thiết kế, vì vậy tôi thường phụ thuộc vào nhà sản xuất của mình để kiểm tra các bảng mạch của tôi khi tôi sắp thực hiện một lần sản xuất.

Kiểm Tra Thiết Kế Của Bạn Thường Xuyên

Điều này đưa ra một điểm quan trọng: khi nào bạn nên thực hiện một số kiểm tra DFM đối với thiết kế của mình? Nếu bạn đang thiết kế những bảng mạch đơn giản, có lẽ việc dựa vào nhà sản xuất để thực hiện kiểm tra DFM cuối cùng trước khi sản xuất là ổn; việc kiểm tra DFM sâu rộng liên tục chỉ làm mất thời gian quá mức khi nhà sản xuất của bạn có thể thực hiện điều này một cách nhanh chóng. Đối với những thiết kế phức tạp hơn, như các bảng mạch tín hiệu hỗn hợp có số lớp cao với khoảng cách chật hẹp và nhiều tiêu chuẩn tín hiệu khác nhau, việc phân tích DFM nhiều lần là cần thiết để phát hiện sớm các vấn đề về chất lượng tiềm ẩn.

Cách tốt nhất để ngăn chặn những thay đổi thiết kế không cần thiết trước khi sản xuất là thực hiện phân tích DFM vào nhiều thời điểm khác nhau:

• Khi chọn linh kiện: Điều này chủ yếu liên quan đến kích thước của các linh kiện thụ động, đặc biệt là 0201 và 01005. Nếu bạn cần sử dụng những linh kiện nhỏ này, chỉ cần đảm bảo nhà sản xuất của bạn có thể xử lý chúng.
• Trong quá trình lập kế hoạch sàn: Tại thời điểm này, chúng ta vẫn đang xác định một số khía cạnh cơ bản của bảng mạch như số lượng lớp có thể có, phạm vi độ rộng của dấu vết, kích thước của via, liệu chúng ta cần chuyển sang HDI, loại vật liệu PCB nào sẽ được sử dụng, và Mức Độ Sản Xuất IPC nào sẽ áp dụng cho thiết kế.
• Sau khi đặt linh kiện: Sau khi bạn đã đặt linh kiện, hãy xem xét quy trình lắp ráp, đặc biệt là về việc hàn trên bo mạch SMD hai mặt. Cũng nên suy nghĩ về cách các linh kiện nối đất sẽ được hàn vào mặt phẳng tham chiếu của chúng và liệu chúng có cần giảm nhiệt không.
• Trong khi lên kế hoạch cho stackup: Bạn sẽ ngạc nhiên về số lượng stackup cần được chỉnh sửa trước khi thiết kế có thể được đưa vào sản xuất. Điều này đơn giản như việc yêu cầu nhà sản xuất của bạn cung cấp bảng stackup đã được xác minh.
• Sau khi tạo Gerbers: Một số lỗi dễ nhận thấy hơn trong các tệp Gerber của bạn, vì vậy tốt nhất là quét các tệp Gerber của bạn để tìm kiếm những vấn đề như lỗ khoan chồng lên nhau và tỷ lệ khía của via.
• Trong quá trình hợp tác với đội ngũ MCAD: Trong một số trường hợp, việc đặt các kết nối có thể hàn hoặc các yếu tố cơ khí khác có thể tạo ra khoảng cách chật hẹp quá mức.

Có một số điểm trong số này đáng được mở rộng thêm vì chúng có thể không thường được thảo luận trong một số bài viết khác.

Khoảng cách giữa các linh kiện

Một số điểm áp dụng cho các loại kết nối cũng sẽ áp dụng cho bất kỳ linh kiện nào khác, nhưng có một điểm khác liên quan đến khoảng cách rõ ràng cần được kiểm tra. Hãy chắc chắn rằng bạn đã dành khoảng trống cho sự giãn nở trong quá trình lắp ráp, đặc biệt là đối với các loại kết nối có vỏ nhựa hoặc đế. Nếu hai linh kiện quá gần nhau và chúng giãn nở trong quá trình hàn, chúng có thể cùng nhau bị nhấc khỏi bảng mạch trong quá trình lắp ráp.

Xem xét Các Dấu Chân

Rõ ràng, bạn nên cố gắng chắc chắn rằng các dấu chân của bạn đã được xác minh. Điều này có thể được thực hiện thủ công, hoặc chỉ sử dụng các linh kiện đã được xác minh trực tiếp từ các nhà sản xuất khi chúng có sẵn. Tuy nhiên, một khi dấu chân được đưa vào bố cục, bạn sẽ cần kiểm tra các lỗ mở của lớp chống hàn, khoảng cách đến các lỗ vias, khoảng cách đến các linh kiện khác, tỷ lệ khía cạnh của vias, và nhiều hơn nữa. Nếu bạn không sử dụng phần mềm với các tính năng kiểm tra quy tắc phù hợp, bạn có thể để một tấm nhiệt lơ lửng, hoặc bạn có thể đặt một lỗ khoan quá gần một lớp hàn. Bạn có thể xem trực tiếp bố cục PCB, nhưng hoàn toàn ổn khi tạo ra các Gerber sơ bộ và so sánh các lớp của bạn (xem bên dưới).

Kiểm Tra Xếp Chồng

Có vẻ đơn giản, nhưng bạn sẽ vượt qua điều này một cách dễ dàng nếu bạn chỉ cần yêu cầu nhà sản xuất của mình cung cấp một bản xếp chồng với số lượng lớp và sắp xếp lớp mong muốn của bạn. Họ đã thực hiện phân tích DFM cần thiết để đảm bảo các bản xếp lớp cụ thể sẽ vượt qua quy trình của họ. Họ sẽ cung cấp cho bạn chiều rộng dấu vết, khoảng cách dấu vết (cho các cặp vi sai), và độ dày lớp bạn cần sử dụng với vật liệu lớp phủ mong muốn của bạn. Trong một số trường hợp, bạn có thể ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng vật liệu lớp phủ mong muốn của bạn không có sẵn và bạn sẽ cần sử dụng một vật liệu tương đương gần nhất.

Đối với bản xếp chồng 4 lớp, bạn có khả năng nhận được bản xếp chồng tiêu chuẩn 8mil/40mil/8mil S/P/P/S với tổng độ dày 62 mil. Các bản xếp chồng phức tạp hơn có thể yêu cầu một bảng tùy chỉnh, đặc biệt khi bạn có một bảng mạch cần định tuyến kiểm soát trở kháng. Nếu bạn nhận được thông tin xếp chồng sớm, bạn sẽ không rủi ro áp dụng sai chiều rộng dấu vết và khoảng cách cần thiết cho trở kháng kiểm soát, mọi thứ đã được xác minh từ trước.

Phân tích DFM Trước Khi Sản Xuất

Sau khi bạn hoàn thành bảng mạch và gửi nó đi sản xuất, nhà sản xuất của bạn nên thực hiện phân tích DFM của riêng họ sử dụng các tệp Gerber đã hoàn thiện của bạn. Lưu ý rằng tôi viết “nên” ở đây bởi vì không phải tất cả các nhà sản xuất đều làm điều này; với một số nhà sản xuất, bạn tải lên các tệp Gerber của mình và họ sẽ sản xuất bảng mạch chính xác như nó xuất hiện trong tệp fab của bạn mà không đặt câu hỏi. Đối với một số nhà sản xuất, bạn sẽ cần yêu cầu mức độ dịch vụ này một cách rõ ràng vì các mức dịch vụ khác nhau chỉ có sẵn như một phần bổ sung.

Sau khi bạn nhận được phân tích DFM từ nhà sản xuất của mình, bạn sẽ thấy rất nhiều kết quả trong hai lĩnh vực sau: kiểm tra khoảng cách so với khả năng xử lý của quy trình, và kiểm tra so với yêu cầu cụ thể của ngành.

Kiểm Tra Kích Thước Tính Năng So Với Khả Năng Xử Lý Quy Trình

Khi bạn đưa các tệp thiết kế của mình cho nhà sản xuất và họ thực hiện phân tích DFM, bạn có thể sẽ thấy rất nhiều kết quả xung quanh việc kiểm tra khoảng cách. Nhà sản xuất nên đã kiểm tra các khu vực được liệt kê ở trên, nhưng họ cũng cần so sánh kích thước tính năng và khoảng cách của bạn so với khả năng xử lý quy trình của họ. Ngay cả khi bạn đã trải qua quá trình này với các tệp Gerber sơ bộ như một phần của việc báo giá, tốt nhất là nên thực hiện lại quá trình này vì bạn có thể đã bỏ sót điều gì đó.

Một ví dụ về báo cáo phân tích DFM từ một nhà sản xuất ITAR ưa thích của tôi được hiển thị dưới đây. Trong bảng này, chúng ta có thể thấy khoảng cách, kích thước vòng tròn lỗ khoan, và khoảng trống giữa các lỗ khoan mạ và đồng. Từ hàng cuối cùng, bạn có thể thấy rằng cài đặt khoảng trống giữa dấu vết và đồng của tôi quá thấp, và các pad trên một số bản vẽ chân có kích thước vòng tròn lỗ khoan nhỏ.

Trong ví dụ này, chúng ta có nhiều lỗi dọc theo một bản vẽ chân cụ thể, chỉ là một gói TO-92. Trong trường hợp này, kích thước lỗ trong thư viện sẵn có quá lớn, khiến cho vòng tròn lỗ khoan xung quanh mép phải nhỏ lại để duy trì khoảng trống. Sau khi điều chỉnh kích thước lỗ, chúng tôi đã có thể tạo ra không gian cho một vòng tròn lỗ khoan Class 2 trong khi vẫn giữ được nhiều khoảng trống để ngăn chặn việc tạo cầu.

Đối với một thiết kế lớn, phức tạp với hàng nghìn mạch, nhà sản xuất của bạn kiểm tra mọi đặc điểm có thể có trong bố cục PCB của bạn như thế nào? Có các ứng dụng giúp tự động hóa quá trình này và sẽ biên soạn một báo cáo với bất kỳ vi phạm quy trình nào. Một số nhà sản xuất có ứng dụng riêng họ sẽ sử dụng nội bộ, trong khi những người khác sẽ cung cấp cho bạn quyền truy cập vào một chương trình có thể tải xuống mà bạn có thể sử dụng để kiểm tra thiết kế của mình trước khi sản xuất.

Đánh Giá Tuân Thủ Lớp IPC

Một lĩnh vực khác của yêu cầu thiết kế có thể cần nhiều kinh nghiệm hơn là việc xem xét tuân thủ các Lớp IPC. Một điểm quan trọng cần chỉ ra trong quá trình báo giá là bạn đang tìm kiếm cấp độ nào của chứng nhận IPC, nếu có. Điều này bao gồm việc kiểm tra giọt nước, kích thước vòng tròn ngoại vi, đường kính khoan và đệm so với trọng lượng đồng, khả năng mạ vias và lỗ, và yêu cầu về độ dày điện môi, chỉ để kể tên một số yêu cầu độ tin cậy chính. Bố cục vật lý sẽ được so sánh với khả năng của nhà sản xuất để đảm bảo thiết kế kết quả có thể đáp ứng được yêu cầu về chứng nhận và hiệu suất được định nghĩa trong các tiêu chuẩn IPC, và các thay đổi sẽ cần được thực hiện trước khi sản xuất.

Làm thế nào để Chuyển Dữ liệu Thiết kế của Bạn cho Nhà Sản Xuất Một Cách Nhanh Chóng

Phương pháp nhanh nhất để chuyển tệp đến tay nhà sản xuất của bạn là gì, và làm thế nào bạn có thể đảm bảo họ hiểu rõ ý định thiết kế của bạn? Bạn sẽ cần bộ công cụ hợp tác đám mây tốt nhất mà bạn có thể tìm được. Ngày nay, với mọi thứ được thực hiện một cách số hóa, các nhà thiết kế PCB cần có công cụ để giúp họ hợp tác trong các dự án phức tạp và chia sẻ chúng với các đối tác sản xuất của mình. Với nền tảng Altium 365, việc chia sẻ mọi thứ từ việc phát hành dự án đầy đủ đến từng tệp thiết kế với nhà sản xuất, các thành viên khác trong nhóm và khách hàng trở nên dễ dàng và nhanh chóng.

Altium 365 cũng giúp tối ưu hóa phân tích DFM với một bộ đầy đủ các tính năng tài liệu, bao gồm:

• Công cụ lưu trữ và quản lý thành phần và thư viện
• Hệ thống kiểm soát phiên bản tích hợp dựa trên Git
• Tích hợp với công cụ cơ sở dữ liệu nội bộ hoặc ứng dụng kiểm soát phiên bản bên ngoài
• Tính năng quản lý và truy cập người dùng

Trong Altium 365, có một cách vô cùng tiện lợi để chuyển bảng mạch của bạn đến nhà sản xuất với tính năng Gửi đến Nhà Sản Xuất. Một khi dự án được phát hành vào Không gian Làm việc Altium 365 của bạn, bạn có thể vào phần phát hành dự án và nhấn nút “Gửi đến Nhà Sản Xuất” ở phía trên màn hình, như hình dưới. Nhà sản xuất của bạn sau đó có thể mở dự án trong Altium Designer, hoặc họ có thể tải xuống các tệp phát hành và đưa các tệp làm mạch của bạn qua ứng dụng phân tích DFM.

Một khi thiết kế của bạn được chuyển đến nhà sản xuất, họ có thể bình luận về các điểm cụ thể trong thiết kế, điều này sẽ giúp đảm bảo không có sự nhầm lẫn nào khi đọc báo cáo phân tích DFM. Những bình luận này sau đó có thể được xem trực tuyến trong Altium 365 qua trình duyệt của bạn, hoặc trong bố cục PCB khi bạn mở dự án trong Altium Designer. Không có dịch vụ dựa trên đám mây nào khác giúp bạn trải qua nhiều vòng phân tích DFM như Altium 365.

Cách nhanh nhất để đưa thiết kế của bạn qua nhiều vòng phân tích DFM (Design for Manufacturability - Thiết kế phù hợp với sản xuất) trong khi theo dõi các thay đổi của dự án trong suốt quá trình là sử dụng nền tảng Altium 365™. Bạn sẽ có tất cả các công cụ cần thiết để chia sẻ, lưu trữ và quản lý tất cả dữ liệu thiết kế PCB của mình trên một nền tảng đám mây an toàn. Altium 365 là nền tảng hợp tác đám mây duy nhất dành riêng cho thiết kế và sản xuất PCB, và tất cả các tính năng trong Altium 365 đều tích hợp với các công cụ thiết kế hàng đầu thế giới trong Altium Designer®.

Chúng ta mới chỉ khám phá bề mặt của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bạn có thể kiểm tra trang sản phẩm để biết mô tả tính năng sâu hơn hoặc một trong những Hội thảo Trực tuyến Theo Yêu cầu.