Vérification des règles de conception

Vérification des règles de conception

La vérification des règles de conception, plus couramment appelée DRC dans l'industrie des circuits imprimés, est un processus de conception physique permettant de déterminer si la disposition physique satisfait un certain nombre de règles ou de paramètres recommandés définis par les fabricants de semiconducteurs. Le DRC inclut également l'inspection LVS (layout et schéma), l'inspection XOR, l'inspection ERC (vérification des règles électriques) et l'inspection d'antenne.

La conception et la fabrication de circuits imprimés (PCB) constituent un processus hautement complexe nécessitant la gestion efficace de milliers de composants et de connexions sur des cartes multicouches. Garantir un bon rendement de production est crucial, et la vérification des règles de conception (DRC) est une méthode clé pour l'améliorer. La DRC est une étape de vérification essentielle dans le processus de conception de PCB, utilisant des outils EDA pour vérifier automatiquement si l'agencement du PCB respecte les règles de conception prédéfinies et les contraintes de fabrication, assurant ainsi que le design est réalisable et fiable.

Ces règles incluent généralement :

• Règles électriques : telles que la largeur minimale des pistes, l'espacement entre les pistes, et les spécifications de connexion entre pastilles et pistes, afin d'éviter les courts-circuits ou les interférences de signal ;

• Règles de fabrication : tels que le diamètre minimal des trous, la largeur des pistes et la taille de l'ouverture du masque de soudure (solder mask) afin de correspondre aux capacités de traitement de l'usine de fabrication de PCB ;

• Règles de processus : telles que l'espacement entre les composants et les réglages des points de référence de positionnement pour répondre aux exigences de précision des équipements d'assemblage SMT. La fonction principale du DRC est de détecter les erreurs et violations potentielles de conception, réduisant ainsi les retouches en phase de production, abaissant les coûts et raccourcissant le cycle de développement.

La valeur fondamentale et l'importance du contrôle des règles de conception (DRC) dans la fabrication de PCBA

La vérification des règles de conception est une étape critique de contrôle qualité dans l'ensemble du processus PCBA, du design à la production de masse. En définissant des normes industrielles, des contraintes de procédé de fabrication et des exigences de fiabilité, elle permet de vérifier automatiquement ou manuellement les documents de conception des circuits imprimés. Son importance s'étend à toute la chaîne de vérification de conception, de maîtrise des coûts, d'assurance de la production en série et d'amélioration de la qualité. Elle constitue un prérequis essentiel pour Kingfield afin de garantir la compétitivité de ses produits PCBA.

I. Éviter les défauts de conception et réduire les risques de production en série

Le DRC peut identifier précisément les problèmes cachés dans la conception, notamment la largeur/espacement des pistes non conformes, des dimensions anormales des vias, un désalignement entre les pastilles et les boîtiers des composants, des connexions cuivre défectueuses, ainsi que des conflits dans l'agencement des réseaux d'alimentation et de masse. Si ces problèmes ne sont pas détectés pendant la phase de conception, ils peuvent entraîner des défaillances critiques telles que des courts-circuits/ouvertures sur le PCB, l'impossibilité de souder les composants ou des interférences de signal lors du prototypage ou de la production de masse. Cela entraîne non seulement un gaspillage de matières premières, mais retarde également la livraison du projet. Kingfield utilise un processus DRC rigoureux afin d'intercepter précocement les défauts de conception, de maîtriser les risques en amont et de garantir que la conception répond aux exigences de faisabilité manufacturière.

II. Adéquation aux procédés de fabrication pour assurer l'efficacité de production

Les différents fabricants de PCBA disposent d'équipements de production et de capacités de processus variés. DRC peut personnaliser les règles d'inspection en fonction des paramètres de processus clés de Kingfield afin d'assurer une forte adéquation entre les documents de conception et les capacités réelles de production. Par exemple, pour les conceptions de micro-vias sur des PCB haute densité, DRC peut vérifier si le diamètre des trous respecte la précision des équipements de perçage, évitant ainsi les interruptions de production et la baisse de rendement dues à une incompatibilité de processus. DRC permet une intégration fluide entre « conception » et « fabrication », améliorant considérablement l'efficacité de production et raccourcissant les délais de livraison.

III. Maîtriser les pertes de coûts et optimiser l'allocation des ressources

Les défauts de conception entraînant des retravaux ou une refabrication sont l'une des principales causes de dépassement des coûts dans les projets de PCBA. Par exemple, si un court-circuit sur un circuit imprimé survient en raison d'un espacement insuffisant entre les pistes, la carte doit être refaite, les composants rachetés et un traitement secondaire effectué, augmentant ainsi directement les coûts de matériaux et de main-d'œuvre. Si des problèmes sont détectés après le début de la production de masse, les pertes sont amplifiées de façon exponentielle. Kingfield utilise la vérification des règles de conception (DRC) pour identifier les problèmes à l'avance, minimisant ainsi les taux de retravail et évitant le gaspillage de matériaux dû à une conception irrationnelle, permettant un contrôle précis des coûts et améliorant la rentabilité du projet.

IV. Garantir la fiabilité du produit et renforcer la réputation de la marque

La fiabilité des produits PCBA dépend directement de la rationalité de leur conception. La DRC peut vérifier le schéma de conception selon plusieurs dimensions, notamment les performances électriques, la structure mécanique et la stabilité thermique :
Performances électriques : Vérifier la rationalité de la chute de tension du réseau électrique, de l'adaptation d'impédance du signal et de la conception de mise à la terre afin d'éviter les dysfonctionnements du produit causés par des interférences de signal ou une instabilité de l'alimentation ;
Structure mécanique : Vérifier si la disposition des composants répond aux exigences de dissipation thermique et si les connecteurs disposent d'un espace suffisant pour l'insertion et le retrait, afin d'éviter une réduction de la durée de vie du produit due à l'accumulation de chaleur ou à des interférences mécaniques ;
Adaptabilité environnementale : Pour des scénarios particuliers tels que les applications industrielles et automobiles, la vérification par les règles de conception (DRC) permet de s'assurer que la conception répond à des normes environnementales telles que la résistance aux vibrations et aux hautes températures. Le DRC garantit un fonctionnement stable des produits tout au long de leur cycle de vie, réduit les coûts de maintenance après-vente et renforce la réputation de marque de Kingfield ainsi que sa compétitivité sur le marché dans l'industrie PCBA.

V. S'adapter aux normes industrielles et répondre aux exigences de conformité

Les produits PCBA pour différentes applications doivent respecter les normes industrielles pertinentes. DRC peut intégrer les exigences obligatoires de ces normes afin de garantir la certification de conformité des produits. Par exemple, dans la conception de PCBA pour l'électronique automobile, DRC peut vérifier la distance d'isolation entre les circuits haute tension et basse tension afin de satisfaire aux normes de sécurité électronique automobile ; dans les équipements médicaux, il peut contrôler la conception de l'intégrité du signal pour assurer la précision du diagnostic du dispositif. Kingfield garantit la conformité des produits aux normes industrielles grâce à DRC, offrant ainsi aux clients des solutions personnalisées conformes et fiables.

La vérification par règles de conception (Design Rule Check), en tant qu'outil central pour la validation de la conception PCBA, effectue des vérifications complètes et détaillées des documents de conception PCB à l'aide d'une base de règles standardisée et d'une logique de vérification intelligente. Ses fonctions couvrent des paramètres clés tels que les performances électriques, la faisabilité de fabrication, la structure mécanique et la conformité, et constituent un soutien technologique fondamental permettant à Kingfield d'assurer la qualité de conception PCBA et la fiabilité en production de masse. Les huit fonctions principales sont détaillées ci-dessous :

I. Vérification des règles électriques : Garantir le fonctionnement stable du circuit

Les performances électriques constituent le cœur des produits PCBA. La DRC vérifie précisément la rationalité électrique de la conception du circuit afin d'éviter dès l'origine des problèmes tels que des anomalies de signal ou une instabilité de l'alimentation :

• Vérification des règles d'espacement : Vérifie l'espacement d'isolation minimal entre les conducteurs, les pastilles, les vias et les pistes en cuivre afin d'éviter les courts-circuits et les trajets de fuite causés par un espacement insuffisant, particulièrement adapté aux exigences strictes des circuits haute tension et des PCB à forte densité ;

• Vérification de la connectivité réseau : Détecte les problèmes de réseau tels que les circuits ouverts, les courts-circuits et les connexions desserrées afin de garantir que la connectivité des réseaux d'alimentation, de signal et de masse respecte les spécifications de conception, évitant ainsi les défaillances fonctionnelles dues à une rupture du réseau ;

• Vérification de l'adaptation d'impédance : Pour les signaux haute vitesse, vérifie si la largeur de la ligne de transmission, l'espacement entre les lignes et l'épaisseur du diélectrique correspondent aux valeurs d'impédance prédéfinies afin de réduire la réflexion du signal et les couplages parasites, assurant ainsi l'intégrité du signal ;

• Vérification du réseau d'alimentation : Vérifie si la largeur de la piste d'alimentation répond aux exigences de capacité de conduction du courant (éviter le chauffage par surcharge) et si la répartition de l'alimentation et de la masse est équilibrée (réduire la chute de tension), afin de garantir une alimentation stable ;

• Vérification de la conception de mise à la terre : Vérifier si la méthode de mise à la terre (mise à un point unique, mise à plusieurs points) est raisonnable et si le nombre de vias de mise à la terre est suffisant pour éviter les interférences de boucle de masse et améliorer la capacité du circuit à résister aux interférences.

II. Vérification de la compatibilité avec le procédé de fabrication : Assurer la faisabilité de la production

La DRC personnalise les règles selon les paramètres des équipements de production et les capacités technologiques de Kingfield, afin de garantir une compatibilité parfaite entre la conception et le procédé de fabrication réel :

• Vérification de la largeur des pistes / espacement : Vérifier que la largeur du conducteur respecte les exigences minimales de traitement, évitant ainsi la rupture par gravure et une capacité insuffisante de conduction du courant due à une largeur de piste trop faible ;

• Vérification via les paramètres : Vérifiez que le diamètre du via, l'épaisseur de la paroi et la taille du pad correspondent aux processus de perçage et de plaquage cuivre, afin d'éviter le bouchage des vias et les mauvaises connexions ;

• Vérification de la conception des pads : Confirmez que la taille et l'espacement des pads sont conformes au boîtier du composant, évitant ainsi des pads trop grands ou trop petits qui pourraient entraîner des soudures froides ou des ponts de soudure, et assurez la compatibilité avec les procédés de montage en surface (SMT) et de refusion ;

• Vérification du masque de soudure/sérigraphie : Vérifier si l'ouverture du masque de soudure couvre le plot et si la légende sérigraphique se superpose, afin de garantir un positionnement précis des composants pendant la production ;

• Vérification du traitement de la cuivre : Vérifier la méthode de connexion entre le cuivre et les plots, les trous métallisés, les îlots de cuivre, et adapter aux exigences du procédé de gravure et de masque de soudure du circuit imprimé.

III. Inspection de la structure mécanique et de la conception thermique : Amélioration de la fiabilité du produit

DRC optimise la conception du point de vue de la structure physique et de la stabilité thermique, garantissant la résistance mécanique et la capacité de dissipation thermique de la carte électronique tout au long de son cycle de vie :

• Vérification de l'agencement des composants : Vérifie si l'espacement entre les composants répond aux exigences de dissipation thermique et s'il existe un risque d'interférence mécanique, en réservant un espace suffisant pour le montage et la dissipation de la chaleur ;

• Vérification de la distance par rapport au bord du circuit : Vérifie la distance minimale entre les composants, les trous métallisés, les pistes de cuivre et le bord du PCB, afin d'éviter les dommages aux circuits et une résistance mécanique insuffisante causés par la découpe du bord ;

• Vérification de la conception thermique : Pour les composants à haute puissance, vérifie si la conception des pastilles de dissipation thermique et des trous de dissipation est appropriée, afin d'assurer une conduction rapide de la chaleur et d'éviter l'accumulation de chaleur entraînant le vieillissement des composants ;

• Vérification des trous mécaniques : Vérifie si la taille et la position des trous de vis et des trous de positionnement correspondent au boîtier et à la structure de montage, évitant ainsi un échec d'assemblage dû à des écarts dimensionnels.

IV. Vérification de la compatibilité appareil et boîtier : Réduction des risques d'assemblage

La vérification de compatibilité de conception confirme la cohérence entre les boîtiers des composants et les documents de conception afin d'éviter des problèmes d'assemblage dus à des erreurs de boîtier :

• Vérification de correspondance des boîtiers : Confirme que le boîtier du composant correspond bien au composant réellement sélectionné, évitant ainsi une « incompatibilité boîtier-composant » qui empêcherait la soudure ;

• Vérification des composants polarisés : Vérifie si la polarité du boîtier des composants polarisés tels que les diodes, les condensateurs et les circuits intégrés correspond à la logique de conception, évitant une soudure inversée pouvant entraîner la destruction du composant ;

• Vérification des emplacements de composants : Examine les composants non spécifiés et les doublons, en veillant à ce que les informations relatives aux composants dans la nomenclature (BOM) correspondent exactement aux informations figurant dans les documents de conception.

V. Inspection spéciale pour les processus à haute densité et spéciaux : adaptation aux conceptions complexes

Pour les cartes PCB impliquant des procédés spéciaux tels que les HDI, les PCB rigido-flexibles et les vias enterrés/aveugles, DRC propose des fonctions d'inspection spécialisées personnalisées :

• Inspection du procédé HDI : Vérifie si le diamètre des vias, la précision de position et la structure d'empilement répondent aux exigences du procédé HDI, afin d'éviter les défaillances d'interconnexion des vias ;

• Vérification des vias enterrés/aveugles : Contrôle la conductivité des vias enterrés/aveugles et leur connexion aux circuits des couches externes afin d'assurer une transmission stable des signaux entre les couches ;

• Inspection des PCB rigido-flexibles : Vérifie si la conception de transition entre les zones flexibles et rigides ainsi que le rayon de courbure respectent les exigences des procédés de circuits flexibles, afin d'éviter la rupture du circuit lors des flexions.

VI. Inspection de la conformité et des normes industrielles : Répondre aux exigences spécifiques aux scénarios

DRC intègre des normes obligatoires provenant de divers secteurs afin de garantir que les produits PCBA répondent aux exigences de conformité de leurs scénarios d'application : Vérifications de la compatibilité électromagnétique (EMC) : Vérifier si l'agencement des condensateurs de filtrage, l'intégrité du plan de masse et la conception du blindage des signaux sont conformes aux normes EMC afin de réduire les rayonnements et interférences électromagnétiques ; Vérification selon les normes spécifiques au secteur :

• Électronique automobile : Conforme aux normes IATF 16949, vérification de la distance d'isolation entre les circuits haute tension et basse tension ainsi que de la conception résistant aux vibrations ;

• Équipements médicaux : Conforme aux normes ISO 13485, vérification de l'intégrité des signaux et de la conception d'isolation afin de garantir un diagnostic précis des équipements ;

• Contrôle industriel : Vérifie la conception anti-interférences et l'adaptabilité sur une large plage de températures afin de répondre aux exigences de stabilité des environnements industriels ;

• Vérifications de conformité en matière de sécurité : Pour les cartes électroniques alimentées par le réseau, vérifiez que les distances d'isolement et les dégagements respectent les normes de sécurité telles que la CEI 60950 afin d'éviter tout risque d'électrocution.

VII. Fonction de suggestion d'optimisation de conception : Améliorer l'efficacité de conception

Les outils DRC avancés ne se contentent pas de « détecter les problèmes », ils proposent également des suggestions d'optimisation intelligentes pour aider les ingénieurs à itérer rapidement sur les conceptions :

• Marquage automatique de localisation des problèmes : Marquer précisément les emplacements des violations via une interface visuelle, avec possibilité de saut direct en un clic vers la zone correspondante dans le fichier de conception ;

• Recommandations de solutions d'optimisation : Proposer des solutions spécifiques aux violations, par exemple « largeur de piste insuffisante, suggérer un ajustement à 0,15 mm » ou « espacement des pastilles trop faible, suggérer une augmentation à 0,3 mm » ;

• Fonction de réparation par lot : Permet la réparation automatique en lot des violations simples répétitives, améliorant ainsi significativement l'efficacité des modifications de conception.