پاسخ مستقیم
رایجترین مشکلات DFM در طراحی PCB از قطع ارتباط بین آنچه ابزارهای EDA اجازه میدهند و آنچه که خطوط ساخت و مونتاژ میتوانند به طور تکراری تولید کنند، ناشی میشود. ردپاهای نازک، حلقه های حلقوی محکم، اندازه های مته غیراستاندارد، و ردپای اجزایی که تحمل ماسک لحیم کاری را نادیده می گیرند، همگی از بررسی قوانین الکتریکی عبور می کنند – سپس در تولید شکست می خورند، باعث چرخش، سرعت بخشیدن به هزینه های بازار و. راه حل ساده است: با سازنده خود به عنوان یک شریک طراحی رفتار کنید، نه یک فروشنده پایین دستی، و قبل از انتشار Gerbers، هر بعد مهم را در برابر ماتریس قابلیت فرآیند آنها اعتبارسنجی کنید.
چرا خرابی های DFM از طریق اعتبارسنجی الکتریکی می لغزند
اکثر تیمهای طراحی طرحبندیها را در برابر محدودیتهای الکتریکی - امپدانس، تداخل، یکپارچگی توان - تأیید میکنند در حالی که قوانین مکانیکی و فرآیندی را فرعی میدانند. نتیجه تختهای است که کاملا شبیهسازی میشود اما نمیتوان آن را با بازده تولید کرد. عرض ردیابی مشخص شده در 3 mil ممکن است از نظر الکتریکی صحیح باشد، اما توسط فرآیندهای استاندارد اچینگ بدون قیمت گذاری برتر پشتیبانی نشود. یک ویا که خیلی نزدیک به یک پد قرار می گیرد ممکن است از DRC عبور کند، اما در طول جریان مجدد، لحیم کاری ایجاد می کند که باعث گرسنگی اتصال می شود.
علت اصلی اغلب تکه تکه شدن زنجیره ابزار است. طراحان PCB در محیطهای طرحبندی کار میکنند که اطلاعات کمی در مورد فتوپلاتر خاص، ایستگاه مته یا پرس لمینیت که برد را تولید میکند، دارند. بدون حلقههای بازخورد صریح DFM، اولین باری که این مسائل ظاهر میشوند اغلب در جستوجوی مهندسی سازنده قرار میگیرند - پس از اینکه طراحی ظاهراً کامل شد.
عدم تطابق استک آپ و امپدانس که برنامه ها را از بین می برد
طرح های کنترل شده با امپدانس نیاز به همکاری تنگاتنگ بین طراح و سازنده دارد. یک اشتباه رایج این است که ثابتهای دی الکتریک و ضخامتهای پیشآبسازی را از برگههای داده عمومی مشخص میکند، سپس انتظار میرود سازنده بدون انحراف به امپدانس هدف ضربه بزند. در عمل، هر فروشگاهی مجموعه ای کالیبره شده از انباشته های استاندارد را بر اساس موجودی لمینت واقعی، چرخه پرس و تاریخچه کوپن تست امپدانس کنترل شده خود نگهداری می کند.
انحراف از این استانداردها ساختهای سفارشی را مجبور میکند: ضخامت هسته غیر استاندارد، مواد عجیب و غریب کم Dk یا چرخههای لایهبندی اضافی. هر کدام هزینه و زمان تحویل را اضافه می کند. برای طراحیهای با سرعت بالا، مسیر بهتر این است که امپدانس هدف و بودجه تلفات درج را زودتر به اشتراک بگذارید، سپس به سازندهتان اجازه دهید یک پشتهبندی معتبر پیشنهاد کند که الزامات الکتریکی را در پنجره فرآیند استاندارد خود برآورده کند.
برای نگاهی عمیق تر به اینکه چگونه ترتیب لایه و انتخاب مواد بر کیفیت سیگنال تأثیر می گذارد، به راهنمای ما در مورد PCB Stack-Up and Signal Integrity for High-Speed Board مراجعه کنید.
حلقه های حلقوی، برش های مسی و تله های اسید
نقض حلقه حلقوی یکی از متداول ترین موارد رد ساخت است. حلقه حلقوی ناحیه پد مسی است که یک سوراخ حفر شده را احاطه کرده است. هنگامی که قوانین طراحی این حاشیه را به زیر توانایی سازنده می رساند، مته ممکن است به لبه لنت نفوذ کند و از طریق قابلیت اطمینان یا لحیم کاری سرب جزء به خطر بیفتد. راه حل فقط برای رسیدن به حداقل تعداد در یک دیتاشیت نیست، بلکه برای درک دقت ثبت مته سازنده شما و اهداف حلقه حلقوی ترجیحی آنها برای انواع مختلف است.
برشهای مس - باقیماندههای مسی نازک و جدا شده بین ویژگیهای نزدیک - خطرات مشابهی ایجاد میکنند. در حین اچ کردن، برشها میتوانند جدا شوند و در جای دیگری روی پانل قرار بگیرند و باعث ایجاد شورت شوند. تلههای اسیدی که توسط ردهای با زاویه حاد وارد پدها میشوند، اچانت را متمرکز میکنند و نواحی بیش از حد اچ را ایجاد میکنند که آثار را ضعیف میکند یا باز میشود. هر دو مشکل با رعایت بهداشت چیدمان ساده قابل پیشگیری هستند: فاصله کافی را حفظ کنید، از زوایای حاد بر روی ریزش مس اجتناب کنید، و یک بررسی اختصاصی DFM را برای شرایط برش و تله انجام دهید.
فاصله اجزاء و واقعیت مونتاژ SMT
DFM برای مونتاژ به معنی طراحی برای نازل انتخاب و مکان، نمایه فر جریان مجدد، و دوربین بازرسی است - نه فقط نماد شماتیک. قطعاتی که خیلی نزدیک به هم قرار میگیرند ممکن است از DRC عبور کنند اما به دلیل تداخل نازل، گرمایش ناهموار یا مسدود شدن مسیرهای بازرسی نوری در تولید با شکست مواجه شوند. QFN های ریز و غیرفعال ها در نزدیکی اجزای جرم حرارتی بزرگ خطر خاصی ایجاد می کنند: قسمت کوچک به طور متفاوتی جریان می یابد که منجر به سنگ قبر یا اتصالات لحیم ناکافی می شود.
در Omini، تیمهای EMS ما مرتباً طرحهایی را مشاهده میکنند که در آن نقاط آزمایش در زیر کانکتورها دفن شدهاند یا در جایی قرار میگیرند که پروبها نمیتوانند به آن دسترسی پیدا کنند. افزودن قابلیت تست پس از اتمام طرح بندی به معنای دوباره کاری است، نه طراحی. روش بهتر این است که مکانهای نقطه آزمایش قابل دسترس را در حین استقرار رزرو کنید، از مناطق نگهداری کافی در اطراف دستگاههای با تعداد پین بالا اطمینان حاصل کنید، و تأیید کنید که قرارگیری واقعی از سیستمهای بینایی در خطوط SMT مونتاژکننده شما پشتیبانی میکند.
انتخاب پایان سطح به عنوان یک تصمیم DFM
پرداخت سطح اغلب به عنوان یک تصمیم خرید دیرهنگام به جای یک پارامتر طراحی تلقی می شود. با این حال انتخاب پایان مستقیماً بر قابلیت اطمینان اتصال لحیم کاری، ماندگاری و پنجره فرآیند مونتاژ تأثیر می گذارد. ENIG صافی و ماندگاری طولانی را ارائه می دهد، اما برای جلوگیری از نقص لنت سیاه نیاز به کنترل دقیق دارد. HASL مقرون به صرفه است اما چالش های توپوگرافی را برای اجزای ریزپیچ معرفی می کند. OSP لحیم کاری بسیار خوبی را در پنجره ذخیره سازی محدود خود ارائه می دهد، اما نیازمند پروتکل های مدیریت سخت گیرانه تری است.
مفهوم DFM واضح است: پایان شما باید با ترکیب اجزای سازنده، مدل ذخیره سازی و حمل و نقل و مشخصات حرارتی مونتاژ شما مطابقت داشته باشد. انتخاب HASL برای BGA 0.4 میلیمتری به دلیل ارزانتر بودن آن، اگر باعث ایجاد نقص در قرارگیری شود یا نیاز به بازسازی اضافی داشته باشد، صرفهجویی نادرستی است. برای مقایسه دقیق مبادلات، ENIG vs OSP vs HASL for PCB Manufacturing را بخوانید.
Rigid-Flex و ملاحظات منحصر به فرد DFM
طرحهای انعطافپذیر صلب محدودیتهای مکانیکی و موادی را معرفی میکنند که در تختههای فقط صلب وجود ندارند. شعاع خمش، تعداد لایههای انعطافپذیر، همپوشانی پوشش پوششی و کنترل جریان چسب، همگی نیاز به دخالت اولیه سازنده دارند. یک خطای رایج طراحی نواحی خمشی با ویژگیهای مسی است که پس از چند چرخه خمشی دچار ترک خوردگی خستگی میشوند، یا مشخص کردن ساختارهای انعطافپذیری که بیش از مواد استاندارد در دسترس هستند.
منطقه انتقال بین بخشهای صلب و انعطاف پذیر توجه خاصی را می طلبد. سوراخهای آبکاری شده در این منطقه تمرکز تنش را تجربه میکنند. vias باید با فواصل مشخص شده توسط توانایی سازنده شما از خط خم فاصله داشته باشد. برای راهنمایی عملی در مورد این محدودیتها، Rigid-Flex PCB DFM نکات قبل از تولید PCB را مرور کنید.
گربر و شکافهای اسنادی که مقاله اول را به تاخیر می اندازد
حتی طرحهای بینقص از نظر الکتریکی زمانی که مستندات ناقص یا مبهم هستند، متوقف میشوند. تخصیص لایههای گمشده، تعاریف نامشخص تابلو و وزنهای مس نامشخص مقصران مکرر هستند. فایلهای Gerber که لایههای ماسک لحیم و چسباندن را حذف میکنند، یا از فهرستهای دیافراگم غیر استاندارد استفاده میکنند، تفسیر دستی توسط مهندسان CAM را مجبور میکنند - که باعث تأخیر و احتمال سوء تعبیر میشود.
یک بسته مستند قوی شامل: Gerber RS-274X برای تمام لایههای مس، ماسک و ابریشم. یک لیست شبکه IPC-356 برای تولید آزمایش الکتریکی؛ یک BOM کاملاً ساختار یافته با شماره قطعه سازنده؛ و یک نقشه ساخت که انباشته شدن، الزامات امپدانس کنترل شده، پرداخت سطح و هر دستورالعمل خاص را مشخص می کند. صرف یک ساعت روی کامل بودن اسناد میتواند روزها را در چرخههای جستجوی مهندسی صرفهجویی کند.
پیامدهای هزینه نادیده گرفتن DFM
نظارتهای DFM همیشه باعث شکست مطلق نمیشوند. معمولاً، آنها هزینه را از طریق کانالهای ظریف افزایش میدهند: قیمتگذاری ممتاز برای ویژگیهای غیر استاندارد، کاهش بازدهی که اقتصاد واحد را به سمت بالا هدایت میکند، یا حمل و نقل سریع برای بازیابی لغزش برنامه. برای مثال، طرحی که برای کنترل نسبت ابعاد به حفاری لیزری نیاز دارد، ممکن است هزینههای حفاری را در مقایسه با یک جایگزین حفاری مکانیکی چند برابر کند. قوانین سختگیرانه ردیابی و فضا که ساخت را به حد نهایی می رساند، اغلب باعث هزینه های لات یا حداقل حق بیمه سفارش می شود.
درک این محرک های هزینه مستلزم مشاهده DFM نه به عنوان یک محدودیت، بلکه به عنوان یک مذاکره بین عملکرد و قابلیت فرآیند است. هدف ارزان ترین برد نیست، بلکه قابل اعتمادترین برد با هزینه هدف است. برای دیدگاهی در مورد اینکه چگونه تصمیمات اولیه ضعیف مشکلات بودجه را تشدید می کند، به Ceap PCB Manufacturing: Common Mistakes That Kill Budget Your Budget مراجعه کنید.
ایجاد DFM در گردش کار طراحی شما
یکپارچه سازی موثر DFM به معنای جابجایی بررسی های باقی مانده در چرخه طراحی است. به جای یک بررسی پیش از انتشار، گیتهای DFM مرحلهای را پیادهسازی کنید: اعتبار سنجی stackup پس از تخصیص لایه، بررسی فاصله اجزا در طول قرار دادن، و اجرای کامل Gerber DFM قبل از انتشار نهایی. بسیاری از ابزارهای مدرن EDA مجموعه قوانین DFM را ارائه می دهند، اما اینها عمومی هستند. کالیبره کردن آنها بر اساس ماتریس قابلیت سازنده خاص شما نتایج بسیار کاربردی تری به همراه دارد.
حفظ یک حلقه بازخورد به همان اندازه مهم است. هنگامی که بردها از زمان ساخت یا مونتاژ با نقص باز می گردند، بررسی کنید که آیا مشکل در مرحله طراحی قابل تشخیص است یا خیر. با گذشت زمان، این یک پایگاه دانش DFM ویژه سازمان ایجاد میکند که بازده پاس اول را بهبود میبخشد و اتکا به بررسی خارجی را کاهش میدهد.
بازرسی و آزمایش پذیری از مرحله طرح بندی
DFM تا چگونگی تأیید یک برد گسترش می یابد. بازرسی خودکار نوری (AOI) و بازرسی اشعه ایکس در مونتاژ PCB مدرن استاندارد هستند، اما اثربخشی آنها به تصمیمات طرح بندی بستگی دارد که مدت ها قبل از قرار دادن اولین جزء گرفته شده است. اجزایی که در زوایای عجیب و غریب قرار گرفته اند، لنت های پوشیده شده توسط قطعات مجاور بلندتر، یا دید ناکافی اتصال لحیم کاری، پوشش بازرسی را محدود می کنند.
برای مجموعههای پیچیده - بهویژه آنهایی که دارای اتصالات لحیم پنهان تحت QFN یا BGA هستند، بازرسی اشعه ایکس ضروری است. با این حال، حتی اگر طرحهای via-in-pad بهینه نشده باشند یا اگر چگالی اجزا تصاویر همپوشانی ایجاد کند، حتی اشعه ایکس نقاط کور دارد. طراحی با در نظر گرفتن دسترسی بازرسی به معنای حفظ خط دید به مفاصل حیاتی، جهت دهی مداوم اجزا برای الگوریتم های AOI، و شامل نقاط تست کافی برای تست کاوشگر درون مدار یا پرواز است. در مورد نحوه کار این روش ها در AOI و بازرسی اشعه ایکس در مونتاژ PCB بیشتر بیاموزید.
یادداشت فیلد نهایی
DFM چک لیستی نیست که بتوان آن را قبل از ارسال فایل به سازنده خود تکمیل کرد. این گفتگوی مداوم بین هدف طراحی و واقعیت ساخت است که به زبان محدودیتهای فرآیند، خواص مواد و مبادلات اقتصادی انجام میشود. تیمهایی که این مکالمه را بهعنوان بخشی جداییناپذیر از طراحی تلقی میکنند - به جای یک فکر بعدی - آنهایی هستند که به موقع ارسال میکنند، به اهداف هزینه میرسند و محصولاتی را میسازند که در این زمینه زنده بمانند. آن مکالمه را زود شروع کنید، آن را مشخص نگه دارید و اجازه دهید داده های توانایی سازنده تصمیماتی را که ابزارهای شبیه سازی شما به تنهایی نمی توانند اتخاذ کنند، راهنمایی کنند.