بررسی قوانین طراحی

بررسی قوانین طراحی

بررسی قانون طراحی، که به‌طور رایج‌تر در صنعت برد مدار چاپی (PCB) به آن DRC گفته می‌شود، فرآیند طراحی فیزیکی است که مشخص می‌کند آیا چیدمان فیزیکی، قوانین یا پارامترهای توصیه‌شده‌ای را که توسط سازندگان نیمه‌هادی‌ها تعریف شده‌اند، رعایت کرده است یا خیر. DRC همچنین شامل بازرسی LVS (چیدمان و نقشه شماتیک)، بازرسی XOR، ERC (بازرسی قوانین الکتریکی) و بازرسی آنتن می‌شود.

طراحی و ساخت PCB فرآیندی بسیار پیچیده است که نیاز به مدیریت مؤثر هزاران قطعه و اتصال روی بردهای چند لایه دارد. اطمینان از بازده تولید بسیار مهم است و بررسی قوانین طراحی (Design Rule Check) روشی کلیدی برای بهبود آن است. DRC یک مرحله تأیید حیاتی در فرآیند طراحی PCB است که با استفاده از ابزارهای EDA به طور خودکار بررسی می‌کند که آیا طرح PCB با قوانین طراحی از پیش تعیین شده و محدودیت‌های تولید مطابقت دارد یا خیر و اطمینان حاصل می‌کند که طرح قابل ساخت و قابل اعتماد است.

این قوانین معمولاً شامل موارد زیر است:

• قوانین برق: مانند حداقل عرض مسیر، فاصله مسیر، و مشخصات اتصال پد و مسیر برای جلوگیری از اتصال کوتاه یا تداخل سیگنال؛

• قوانین تولید: مانند حداقل قطر سوراخ، عرض مسیر عبور، و اندازه دهانه پوشش لحیم (ماسک لحیم) برای مطابقت با قابلیت‌های پردازش کارخانه PCB؛

• قوانین فرآیند: مانند فاصله اجزا و تنظیمات نقطه مرجع موقعیت‌یابی برای برآورده کردن الزامات دقت تجهیزات مونتاژ SMT. عملکرد اصلی DRC تشخیص خطاها و تخلفات احتمالی طراحی، کاهش دوباره‌کاری در تولید بعدی، کاهش هزینه‌ها و کوتاه کردن چرخه توسعه است.

ارزش و اهمیت اصلی بررسی قوانین طراحی (DRC) در تولید PCBA

بررسی قوانین طراحی (Design Rule Check) یک مرحله حیاتی کنترل کیفیت در کل فرآیند PCBA از طراحی تا تولید انبوه است. این فرآیند با تعیین استانداردهای صنعتی، محدودیت‌های فرآیند تولید و الزامات قابلیت اطمینان، اسناد طراحی PCB را به صورت خودکار یا دستی تأیید می‌کند. اهمیت آن کل زنجیره تأیید طراحی، کنترل هزینه، تضمین تولید انبوه و بهبود کیفیت را در بر می‌گیرد. این یک پیش‌فرآیند اصلی برای Kingfield است تا از رقابت‌پذیری محصولات PCBA خود اطمینان حاصل کند.

۱. از نقص‌های طراحی اجتناب کنید و خطرات تولید انبوه را کاهش دهید

DRC می‌تواند مشکلات پنهان در طراحی، از جمله عرض/فاصله نامناسب مسیر، ابعاد غیرطبیعی via، عدم تطابق بین پدها و بسته‌های دستگاه، اتصالات مسی ضعیف و تداخل طرح شبکه برق و زمین را به طور دقیق شناسایی کند. اگر این مشکلات در مرحله طراحی شناسایی نشوند، می‌توانند منجر به خرابی‌های مهلکی مانند اتصال کوتاه/مدار باز PCB، عدم توانایی در لحیم کاری قطعات و تداخل سیگنال در طول نمونه‌سازی اولیه یا تولید انبوه شوند. این امر نه تنها باعث هدر رفتن مواد اولیه می‌شود، بلکه تحویل پروژه را نیز به تأخیر می‌اندازد. کینگفیلد از یک فرآیند DRC دقیق برای جلوگیری از نقص‌های طراحی در مراحل اولیه، کنترل خطرات در منبع و اطمینان از مطابقت طرح با الزامات امکان‌سنجی تولید استفاده می‌کند.

دوم. تطبیق فرآیندهای تولید برای اطمینان از کارایی تولید

تولیدکنندگان مختلف PCBA تجهیزات تولیدی و قابلیت‌های فرآیندی متفاوتی دارند. DRC می‌تواند قوانین بازرسی را بر اساس پارامترهای فرآیند اصلی Kingfield سفارشی کند تا از تطابق بالای اسناد طراحی و قابلیت‌های تولید واقعی اطمینان حاصل شود. به عنوان مثال، برای طرح‌های میکروویو روی PCBهای با چگالی بالا، DRC می‌تواند تأیید کند که آیا قطر سوراخ با دقت تجهیزات حفاری مطابقت دارد یا خیر، و از وقفه‌های تولید و کاهش بازده به دلیل ناسازگاری فرآیند جلوگیری کند. DRC به ادغام یکپارچه "طراحی-تولید" دست می‌یابد که به طور قابل توجهی راندمان تولید را بهبود می‌بخشد و چرخه‌های تحویل را کوتاه می‌کند.

III. کنترل تلفات هزینه و بهینه‌سازی تخصیص منابع

نقص‌های طراحی که منجر به دوباره‌کاری/بازسازی می‌شوند، یکی از دلایل اصلی افزایش هزینه در پروژه‌های PCBA هستند. به عنوان مثال، اگر به دلیل فاصله بسیار کم بین مسیرهای ردیابی، اتصال کوتاه PCB رخ دهد، برد مدار نیاز به بازسازی، خرید مجدد قطعات و پردازش ثانویه دارد که مستقیماً هزینه‌های مواد و نیروی کار را افزایش می‌دهد. اگر مشکلات پس از تولید انبوه کشف شوند، ضررها به صورت تصاعدی افزایش می‌یابند. کینگفیلد از DRC برای شناسایی مشکلات از قبل، به حداقل رساندن نرخ دوباره‌کاری و جلوگیری از هدر رفتن مواد به دلیل طراحی غیرمنطقی، دستیابی به کنترل دقیق هزینه و بهبود سودآوری پروژه استفاده می‌کند.

چهارم. اطمینان از قابلیت اطمینان محصول و افزایش اعتبار برند

قابلیت اطمینان محصولات PCBA مستقیماً به منطقی بودن طراحی آنها بستگی دارد. DRC می‌تواند طرح طراحی را از ابعاد مختلف، از جمله عملکرد الکتریکی، ساختار مکانیکی و پایداری حرارتی، تأیید کند:
عملکرد الکتریکی: منطقی بودن افت ولتاژ شبکه برق، تطبیق امپدانس سیگنال و طراحی اتصال زمین را بررسی کنید تا از نقص عملکرد محصول ناشی از تداخل سیگنال یا بی‌ثباتی برق جلوگیری شود.
ساختار مکانیکی: بررسی کنید که آیا طرح‌بندی اجزا الزامات اتلاف گرما را برآورده می‌کند و آیا کانکتورها فضای کافی برای درج و حذف دارند تا از تأثیر بر طول عمر محصول به دلیل تجمع گرما یا تداخل مکانیکی جلوگیری شود.
سازگاری با محیط زیست: برای سناریوهای خاص مانند کاربردهای صنعتی و خودروسازی، DRC می‌تواند تأیید کند که آیا طراحی مطابق با استانداردهای زیست‌محیطی مانند مقاومت در برابر ارتعاش و مقاومت در برابر دمای بالا است یا خیر. DRC عملکرد پایدار محصولات را در کل چرخه عمر آنها تضمین می‌کند، هزینه‌های نگهداری پس از فروش را کاهش می‌دهد و اعتبار برند کینگفیلد و رقابت‌پذیری بازار را در صنعت PCBA تقویت می‌کند.

V. با استانداردهای صنعت سازگار شوید و الزامات انطباق را برآورده کنید

محصولات PCBA برای کاربردهای مختلف باید با استانداردهای صنعتی مربوطه مطابقت داشته باشند. DRC می‌تواند الزامات اجباری این استانداردها را برای اطمینان از صدور گواهینامه انطباق محصول، در خود جای دهد. به عنوان مثال، در طراحی PCBA الکترونیک خودرو، DRC می‌تواند فاصله ایزولاسیون بین مدارهای ولتاژ بالا و ولتاژ پایین را برای مطابقت با استانداردهای ایمنی الکترونیکی خودرو تأیید کند؛ در PCBAهای تجهیزات پزشکی، می‌تواند طراحی یکپارچگی سیگنال را بررسی کند تا از صحت تشخیص دستگاه اطمینان حاصل شود. کینگفیلد از طریق DRC انطباق محصول با استانداردهای صنعتی را تضمین می‌کند و به مشتریان راه‌حل‌های سفارشی سازگار و قابل اعتماد ارائه می‌دهد.

بررسی قوانین طراحی، به عنوان ابزاری اصلی برای تأیید طراحی PCBA، بررسی‌های جامع و دقیقی را بر روی اسناد طراحی PCB از طریق یک پایگاه قوانین استاندارد و منطق تأیید هوشمند انجام می‌دهد. عملکردهای آن ابعاد کلیدی مانند عملکرد الکتریکی، امکان‌سنجی تولید، ساختار مکانیکی و انطباق را پوشش می‌دهد و یک پشتیبانی فنی اصلی برای Kingfield است تا کیفیت طراحی PCBA و قابلیت اطمینان تولید انبوه را تضمین کند. در ادامه هشت عملکرد اصلی آن شرح داده شده است:

I. تأیید قانون الکتریکی: تضمین عملکرد پایدار مدار

عملکرد الکتریکی هسته اصلی محصولات PCBA است. DRC به طور دقیق عقلانیت الکتریکی طراحی مدار را تأیید می‌کند تا از مشکلاتی مانند ناهنجاری‌های سیگنال و بی‌ثباتی برق از منبع جلوگیری شود:

• بررسی قانون فاصله‌گذاری: حداقل فاصله عایق بین هادی‌ها، پدها، مسیرها و مسیرهای مسی را برای جلوگیری از اتصال کوتاه و خزش ناشی از فاصله ناکافی، به ویژه مناسب برای الزامات سختگیرانه مدارهای ولتاژ بالا و PCB های با چگالی بالا، تأیید می‌کند.

• تأیید اتصال شبکه: مشکلات شبکه مانند مدارهای باز، مدارهای کوتاه و اتصالات شل را تشخیص می‌دهد تا اطمینان حاصل شود که اتصال شبکه‌های برق، سیگنال و زمین با مشخصات طراحی مطابقت دارد و از خرابی‌های عملکردی ناشی از قطعی شبکه جلوگیری می‌کند.

• تأیید تطبیق امپدانس: برای سیگنال‌های پرسرعت، بررسی می‌شود که آیا عرض خط انتقال، فاصله خطوط و ضخامت دی‌الکتریک با مقادیر امپدانس از پیش تعیین‌شده مطابقت دارند تا انعکاس سیگنال و تداخل کاهش یابد و یکپارچگی سیگنال تضمین شود.

• تأیید شبکه برق: بررسی می‌کند که آیا عرض ریل برق الزامات ظرفیت حمل جریان را برآورده می‌کند (از گرمایش بیش از حد جلوگیری می‌کند) و آیا توزیع برق و زمین متعادل است (افت ولتاژ را کاهش می‌دهد) و منبع تغذیه پایدار را تضمین می‌کند.

• بازرسی طراحی اتصال به زمین: بررسی کنید که آیا روش اتصال به زمین (اتصال به زمین تک نقطه‌ای، اتصال به زمین چند نقطه‌ای) منطقی است و آیا تعداد مسیر‌های اتصال به زمین برای جلوگیری از تداخل حلقه زمین و بهبود قابلیت ضد تداخل مدار کافی است یا خیر.

دوم. بررسی سازگاری فرآیند تولید: اطمینان از امکان‌سنجی تولید

DRC قوانین را بر اساس پارامترهای تجهیزات تولیدی و قابلیت‌های فرآیند کینگفیلد تنظیم می‌کند تا سازگاری بی‌نقص بین طراحی و فرآیند تولید واقعی را تضمین کند:

• بررسی عرض/فاصله خطوط: تأیید کنید که عرض هادی حداقل الزامات پردازش را برآورده می‌کند، از شکستگی ناشی از حکاکی و ظرفیت حمل جریان ناکافی به دلیل عرض بیش از حد نازک خط جلوگیری شود.

• از طریق تأیید پارامتر: بررسی کنید که قطر مسیر، ضخامت دیواره و اندازه پد با فرآیندهای حفاری و آبکاری مس مطابقت داشته باشد و از انسداد مسیر و اتصال ضعیف جلوگیری شود.

• تأیید طراحی پد: تأیید کنید که اندازه و فاصله پد با بسته‌بندی دستگاه سازگار است، از پدهای بزرگ/کوچک که باعث ایجاد اتصالات لحیم سرد و پل‌های لحیم می‌شوند، اجتناب کنید و از سازگاری با نصب SMT و فرآیندهای لحیم‌کاری جریان مجدد اطمینان حاصل کنید.

• بررسی پوشش لحیم/سیلک اسکرین: بررسی اینکه آیا باز شدن ماسک لحیم‌کاری، روی پد قرار می‌گیرد و آیا صفحه سیلک‌پرینت همپوشانی دارد یا خیر، به‌منظور اطمینان از موقعیت‌یابی دقیق قطعه در حین تولید؛

• تأیید پردازش مس: بررسی روش اتصال مس به پدها و ویاها، جزایر مسی و تطبیق با الزامات فرآیند خراشیدن مس و ماسک لحیم‌کاری برد مدار چاپی.

III. بازرسی ساختار مکانیکی و طراحی حرارتی: بهبود قابلیت اطمینان محصول

DRC طراحی را از منظر ساختار فیزیکی و پایداری حرارتی بهینه می‌کند و استحکام مکانیکی و ظرفیت اتلاف حرارت PCBA را در کل چرخه عمر آن تضمین می‌کند:

• تأیید طرح‌بندی اجزا: بررسی می‌کند که آیا فاصله اجزا الزامات اتلاف گرما را برآورده می‌کند و آیا تداخل مکانیکی وجود دارد یا خیر، و فضای مونتاژ و اتلاف گرما کافی را رزرو می‌کند.

• بررسی فاصله لبه تخته: حداقل فاصله از قطعات، مسیرها، مسیرهای مسی تا لبه PCB را تأیید می‌کند و از آسیب مدار و استحکام مکانیکی ناکافی ناشی از برش لبه برد جلوگیری می‌کند.

• تأیید طراحی اتلاف حرارت: برای قطعات پرمصرف، بررسی کنید که آیا طراحی پدهای دفع حرارت و مسیرهای دفع حرارت منطقی است، که هدایت سریع گرما را تضمین می‌کند و از تجمع گرما که منجر به فرسودگی قطعه می‌شود، جلوگیری می‌کند یا خیر.

• تأیید مکانیکی سوراخ: بررسی می‌کند که آیا اندازه و موقعیت سوراخ‌های پیچ و سوراخ‌های موقعیت‌یابی با ساختار محفظه و نصب مطابقت دارد یا خیر، و از خرابی مونتاژ به دلیل انحراف سوراخ‌ها جلوگیری می‌کند.

چهارم. بررسی سازگاری دستگاه و بسته: کاهش خطرات مونتاژ

بررسی سازگاری طراحی، سازگاری بین بسته‌های دستگاه و اسناد طراحی را تأیید می‌کند تا از مشکلات مونتاژ ناشی از خطاهای بسته‌بندی جلوگیری شود:

• بررسی تطابق بسته: تأیید می‌کند که بسته‌بندی دستگاه با دستگاه انتخاب‌شده‌ی واقعی مطابقت دارد و از «عدم تطابق بسته‌بندی-دستگاه» که مانع لحیم‌کاری می‌شود، جلوگیری می‌کند.

• تأیید قطبش قطعه: بررسی می‌کند که آیا قطبیت بسته‌بندی قطعات قطبی مانند دیودها، خازن‌ها و مدارهای مجتمع با منطق طراحی مطابقت دارد یا خیر، و از لحیم‌کاری معکوس که می‌تواند باعث سوختن دستگاه شود، جلوگیری می‌کند.

• بررسی محل قرارگیری کامپوننت: بسته‌های نامشخص و اجزای تکراری را بررسی می‌کند و اطمینان حاصل می‌کند که اطلاعات اجزا در BOM (لیست مواد) کاملاً با اطلاعات اجزا در اسناد طراحی مطابقت دارد.

V. بازرسی ویژه برای فرآیندهای با چگالی بالا و خاص: تطبیق با طرح‌های پیچیده

برای بردهای مدار چاپی با فرآیندهای ویژه مانند HDI، بردهای مدار چاپی با خمش سخت و مسیرها (Vias) مدفون/کور، DRC توابع بازرسی تخصصی سفارشی ارائه می‌دهد:

• بازرسی فرآیند HDI: بررسی می‌کند که آیا قطر via، دقت موقعیت و ساختار انباشتگی، الزامات فرآیند HDI را برای جلوگیری از خرابی اتصالات via برآورده می‌کند یا خیر.

• تأیید از طریق دفن‌شده/کور: رسانایی مسیرها (via) مدفون/کور و اتصال آنها به مدارهای لایه بیرونی را بررسی می‌کند تا از انتقال پایدار سیگنال بین لایه‌ای اطمینان حاصل شود.

• بازرسی برد مدار چاپی انعطاف پذیر و صلب: بررسی می‌کند که آیا طراحی انتقال بین نواحی انعطاف‌پذیر و صلب و شعاع خمش، الزامات فرآیندهای PCB انعطاف‌پذیر را برای جلوگیری از شکستگی مدار در حین خمش برآورده می‌کند یا خیر.

ششم. بازرسی انطباق و استانداردهای صنعتی: برآورده کردن الزامات خاص سناریو

DRC استانداردهای اجباری صنایع مختلف را در بر می‌گیرد تا اطمینان حاصل شود که محصولات PCBA الزامات انطباق با سناریوهای کاربردی خود را برآورده می‌کنند: بررسی‌های سازگاری الکترومغناطیسی (EMC): تأیید کنید که آیا طرح خازن‌های فیلتر، یکپارچگی صفحه زمین و طراحی محافظ سیگنال با استانداردهای EMC مطابقت دارند تا تابش و تداخل الکترومغناطیسی را کاهش دهند؛ تأیید استاندارد خاص صنعت:

• الکترونیک خودرو: مطابق با استانداردهای IATF 16949، بررسی فاصله ایزولاسیون بین مدارهای ولتاژ بالا و ولتاژ پایین و طراحی مقاومت در برابر ارتعاش؛

• تجهیزات پزشکی: مطابق با استانداردهای ISO 13485، یکپارچگی سیگنال و طراحی عایق را تأیید می‌کند تا از تشخیص دقیق تجهیزات اطمینان حاصل شود.

• کنترل صنعتی: طراحی ضد تداخل و سازگاری با دمای گسترده را برای برآورده کردن الزامات پایداری محیط‌های صنعتی بررسی می‌کند.

• بررسی‌های انطباق با ایمنی: برای PCBA های متصل به برق شهری، بررسی کنید که آیا فواصل خزشی و فواصل مجاز با استانداردهای ایمنی مانند IEC 60950 مطابقت دارند تا از خطر برق گرفتگی جلوگیری شود.

VII. تابع پیشنهاد بهینه‌سازی طراحی: بهبود کارایی طراحی

ابزارهای پیشرفته DRC نه تنها «مشکلات را پیدا می‌کنند» بلکه پیشنهادهای بهینه‌سازی هوشمندی را نیز ارائه می‌دهند تا به مهندسان کمک کنند تا طرح‌ها را به سرعت تکرار کنند:

• علامت‌گذاری خودکار محل مشکل: مکان‌های تخلف را از طریق یک رابط بصری به طور دقیق علامت‌گذاری کنید، و از پرش با یک کلیک به ناحیه مربوطه در فایل طراحی پشتیبانی کنید.

• توصیه‌های راه‌حل بهینه‌سازی: برای موارد نقض، راه‌حل‌های مشخصی ارائه دهید، مانند «پهنای خط ناکافی است، پیشنهاد می‌شود به 0.15 میلی‌متر تنظیم شود» یا «فاصله پدها خیلی کم است، پیشنهاد می‌شود به 0.3 میلی‌متر افزایش یابد»؛

• عملکرد تعمیر دسته‌ای: پشتیبانی از تعمیر خودکار دسته‌ای تخلفات ساده و تکراری، که به طور قابل توجهی کارایی اصلاح طراحی را بهبود می‌بخشد.