Sprawdzanie zasad projektowania

Projektowanie i produkcja płytek PCB to proces o wysokim stopniu złożoności, wymagający skutecznego zarządzania tysiącami komponentów i połączeń na wielowarstwowych płytkach. Zapewnienie wydajności produkcji jest kluczowe, a sprawdzanie zasad projektowania (DRC) to istotna metoda jej poprawy. DRC to krytyczny etap weryfikacji w procesie projektowania płytek PCB, wykorzystujący narzędzia EDA do automatycznego sprawdzania, czy układ płytki spełnia ustalone zasady projektowe i ograniczenia produkcyjne, zapewniając tym samym możliwość produkcji i niezawodność projektu.

Zasady te obejmują zazwyczaj:

• Zasady elektryczne: takie jak minimalna szerokość ścieżek, odstępy między ścieżkami oraz specyfikacje połączeń pól i ścieżek, aby uniknąć zwarcia lub zakłóceń sygnałów;

• Zasady produkcji: takie jak minimalny średnica otworu, szerokość przejścia i rozmiar otwarcia maski lutowniczej (maska lutownicza) dostosowane do możliwości technologicznych fabryki płytek PCB;

• Zasady procesowe: takie jak rozmieszczenie komponentów i ustawienia punktów referencyjnych pozycjonowania, aby spełnić wymagania dokładności urządzeń montażu SMT. Główną funkcją DRC jest wykrywanie potencjalnych błędów projektowych i naruszeń, co zmniejsza konieczność przeróbek w późniejszej produkcji, obniża koszty i skraca cykl rozwoju.

Główne znaczenie i ważność sprawdzania zasad projektowania (DRC) w produkcji PCBA

Sprawdzanie zgodności projektu to krytyczny etap kontroli jakości w całym procesie PCBA, od projektowania do produkcji seryjnej. Poprzez ustawianie standardów branżowych, ograniczeń procesu produkcyjnego oraz wymagań niezawodności, automatycznie lub ręcznie weryfikuje dokumenty projektowe płytek PCB. Jego znaczenie obejmuje cały łańcuch weryfikacji projektu, kontroli kosztów, zapewnienia produkcji masowej oraz poprawy jakości. Jest to kluczowy proces wstępny dla Kingfield, gwarantujący konkurencyjność jego produktów PCBA.

I. Unikanie błędów projektowych i zmniejszanie ryzyka produkcji seryjnej

DRC może dokładnie wykryć ukryte problemy w projekcie, w tym niezgodną szerokość/odstępy śladów, nietypowe wymiary przelotek, niezgodność między polami lutowniczymi a obudowami elementów, słabe połączenia miedzi oraz konflikty układu sieci zasilania i masy. Jeśli tych problemów nie wykryje się na etapie projektowania, mogą one prowadzić do krytycznych awarii, takich jak zwarcia/przerwy na płytce PCB, niemożność zalutowania komponentów czy zakłócenia sygnałów podczas prototypowania lub produkcji seryjnej. Nie tylko to marnuje surowce, ale również opóźnia realizację projektu. Kingfield stosuje rygorystyczny proces DRC, aby wcześnie wykrywać wady projektowe, kontrolować ryzyka już na początku i zapewniać zgodność projektu z wymaganiami wykonalności produkcyjnej.

II. Dostosowanie procesów produkcyjnych w celu zapewnienia efektywności produkcji

Różni producenci płytek drukowanych PCBA posiadają różne wyposażenie produkcyjne i możliwości procesowe. DRC może dostosować zasady kontroli na podstawie kluczowych parametrów procesowych firmy Kingfield, zapewniając wysoki stopień dopasowania między dokumentacją projektową a rzeczywistymi możliwościami produkcyjnymi. Na przykład w przypadku projektów mikrowiązań na PCB o dużej gęstości, DRC może zweryfikować, czy średnica otworu odpowiada dokładności urządzeń wiercących, unikając w ten sposób przestojów produkcyjnych i obniżenia wydajności spowodowanych niekompatybilnością procesową. DRC osiąga bezproblemową integrację „projektowanie-produkcja”, znacznie poprawiając efektywność produkcji i skracając cykle dostaw.

III. Kontrola strat kosztowych i optymalizacja alokacji zasobów

Wady projektowe prowadzące do przeróbek lub ponownego wyrobu są jedną z głównych przyczyn przekroczenia kosztów w projektach PCBA. Na przykład, jeśli wystąpi zwarcie na płytce PCB z powodu zbyt małych odstępów między śladami, płyta musi zostać ponownie wykonana, komponenty zakupione na nowo, a dodatkowa obróbka jest wymagana, co bezpośrednio zwiększa koszty materiałów i pracy. Jeśli problemy zostaną odkryte po uruchomieniu produkcji seryjnej, straty urosną wykładniczo. Kingfield wykorzystuje DRC do wczesnego wykrywania problemów, minimalizując liczbę przeróbek i unikając marnowania materiałów spowodowanego nielogicznym projektem, co pozwala na precyzyjną kontrolę kosztów i poprawia rentowność projektu.

IV. Zapewnienie niezawodności produktu i wzmocnienie renomy marki

Niezawodność produktów PCBA zależy bezpośrednio od racjonalności ich projektu. DRC może zweryfikować koncepcję projektową pod wieloma aspektami, w tym pod względem właściwości elektrycznych, struktury mechanicznej oraz stabilności termicznej:
Właściwości elektryczne: Zweryfikuj racjonalność spadku napięcia w sieci zasilającej, dopasowania impedancji sygnału oraz projektu uziemienia, aby uniknąć nieprawidłowego działania produktu spowodowanego zakłóceniami sygnału lub niestabilnym zasilaniem;
Konstrukcja mechaniczna: Sprawdź, czy rozmieszczenie komponentów spełnia wymagania dotyczące odprowadzania ciepła oraz czy złącza posiadają wystarczającą przestrzeń do wstawiania i wyciągania, aby zapobiec skróceniu żywotności produktu z powodu gromadzenia się ciepła lub interferencji mechanicznej;
Przystosowanie do warunków środowiskowych: W przypadku specjalnych zastosowań, takich jak przemysłowe czy motoryzacyjne, DRC może zweryfikować, czy projekt spełnia normy środowiskowe, takie jak odporność na wibracje i wysokie temperatury. DRC zapewnia stabilną pracę produktów przez cały cykl życia, zmniejsza koszty serwisowania posprzedażowego oraz umacnia renomę marki Kingfield i jej konkurencyjność na rynku w branży PCBA.

V. Dostosowanie do standardów branżowych i spełnienie wymagań zgodności

Produkty PCBA przeznaczone do różnych zastosowań muszą spełniać odpowiednie normy branżowe. DRC może osadzać obowiązkowe wymagania tych norm, aby zapewnić zgodność produktu z wymaganiami certyfikacyjnymi. Na przykład w projektowaniu elektroniki samochodowej PCBA, DRC może zweryfikować odległość izolacyjną pomiędzy obwodami wysokiego i niskiego napięcia, aby spełnić normy bezpieczeństwa elektronicznych systemów samochodowych; w przypadku płytek drukowanych urządzeń medycznych, DRC może sprawdzić projekt integralności sygnału, aby zagwarantować dokładność diagnostyki urządzenia. Kingfield zapewnia zgodność produktów z normami branżowymi poprzez wykorzystanie DRC, oferując klientom zgodne i niezawodne rozwiązania dostosowane do ich potrzeb.

Sprawdzanie zgodności z zasadami projektowania, jako podstawowe narzędzie weryfikacji projektu płytek drukowanych, przeprowadza kompleksowe i szczegółowe kontrole dokumentów projektowych PCB za pomocą ustandaryzowanej bazy reguł i inteligentnej logiki weryfikacji. Jego funkcje obejmują kluczowe aspekty takie jak właściwości elektryczne, możliwość produkcji, struktura mechaniczna oraz zgodność, stanowiąc podstawowe wsparcie technologiczne dla Kingfield w gwarantowaniu jakości projektów PCBA oraz niezawodności produkcji seryjnej. Poniżej opisane są jego osiem podstawowych funkcji:

I. Weryfikacja reguł elektrycznych: Zapewnienie stabilnego działania obwodów

Właściwości elektryczne są podstawą produktów PCBA. DRC dokładnie weryfikuje elektryczną poprawność projektu obwodu, aby uniknąć problemów takich jak anomalie sygnałów czy niestabilność zasilania już na etapie projektowania:

• Sprawdzanie zasad odstępów: Weryfikuje minimalne odstępy izolacyjne między przewodnikami, polami, przelotkami i śladami miedzianymi, aby uniknąć zwarć oraz przeskoków spowodowanych niewystarczającym odstępem, szczególnie przydatne w przypadku rygorystycznych wymagań obwodów wysokiego napięcia i płytek o dużej gęstości montażu;

• Weryfikacja podłączenia sieci: Wykrywa problemy z siecią, takie jak przerwy, zwarcia i luźne połączenia, aby zapewnić, że podłączenie sieci zasilania, sygnałowych i masy spełnia specyfikacje projektowe, unikając tym samym uszkodzeń funkcjonalnych spowodowanych przerwaniem sieci;

• Weryfikacja dopasowania impedancji: Dla sygnałów wysokiej szybkości sprawdza, czy szerokość linii transmisyjnej, odstęp między liniami oraz grubość dielektryka odpowiadają ustalonym wartościom impedancji, aby zmniejszyć odbicia sygnału i sprzężenie wzajemne, zapewniając integralność sygnału;

• Weryfikacja sieci zasilającej: Sprawdza, czy szerokość szyny zasilającej spełnia wymagania dotyczące nośności prądowej (unikanie przegrzewania spowodowanego przeciążeniem) oraz czy dystrybucja zasilania i masy jest zrównoważona (zmniejszenie spadku napięcia), zapewniając stabilne zasilanie;

• Kontrola projektu uziemienia: Sprawdź, czy metoda uziemienia (uziemienie jednopunktowe, wielopunktowe) jest uzasadniona oraz czy liczba przejść przez masę jest wystarczająca, aby uniknąć zakłóceń pętli masy i poprawić odporność obwodu na zakłócenia.

II. Sprawdzenie zgodności z procesem produkcyjnym: Zapewnienie wykonalności produkcji

DRC dostosowuje reguły na podstawie parametrów sprzętu produkcyjnego Kingfield i możliwości technologicznych, aby zagwarantować płynną kompatybilność między projektem a rzeczywistym procesem wytwarzania:

• Sprawdzenie szerokości linii/odstępów: Sprawdzenie, czy szerokość przewodnika spełnia minimalne wymagania technologiczne, unikając zerwania trawienia i niewystarczającej nośności prądowej spowodowanej zbyt małą szerokością linii;

• Weryfikacja poprzez parametry: Sprawdź, czy średnica przelotki, grubość ścianki i rozmiar pola pasuje do procesów wiercenia i powlekania miedzi, unikając zablokowania przelotki i słabego połączenia;

• Weryfikacja projektu pól: Upewnij się, że rozmiar i rozmieszczenie pól są zgodne z obudową elementu, unikając zbyt dużych/małych pól, które mogą powodować zimne lutowanie i mostki lutownicze, oraz zapewniając kompatybilność z procesami montażu SMT i lutowania wtórnego;

• Sprawdzenie maski lutownej/sitodruku: Sprawdź, czy otwory w masce lutownej pokrywają pola (unikając zakrycia maską, które uniemożliwia lutowanie) oraz czy sitodruk nie nachodzi na siebie (wpływa na identyfikację elementów), zapewniając dokładne pozycjonowanie elementów podczas produkcji;

• Weryfikacja obróbki miedzi: Sprawdź sposób połączenia miedzi z polami i przelotkami, wyspy miedziane (aby uniknąć pozostałości trawienia) oraz dostosowanie do wymagań procesu trawienia płytek PCB i nanoszenia maski lutownej.

III. Kontrola struktury mechanicznej i projektowania termicznego: Poprawa niezawodności produktu

DRC optymalizuje projekt pod kątem struktury fizycznej i stabilności termicznej, zapewniając wytrzymałość mechaniczną oraz zdolność do odprowadzania ciepła płytki PCBA przez cały okres jej eksploatacji:

• Weryfikacja rozmieszczenia komponentów: Sprawdza, czy odstępy między komponentami spełniają wymagania dotyczące chłodzenia oraz czy nie występuje interferencja mechaniczna, zapewniając wystarczającą przestrzeń montażową i do odprowadzania ciepła;

• Sprawdzanie odległości od krawędzi płyty: Weryfikuje minimalną odległość komponentów, przelotek i śladów miedzianych od krawędzi płyty PCB, unikając uszkodzeń obwodu i niedostatecznej wytrzymałości mechanicznej spowodowanej cięciem krawędzi;

• Weryfikacja projektu chłodzenia: Dla komponentów o dużej mocy sprawdza, czy projekt podkładów chłodzących i przelotek termicznych jest racjonalny, zapewniając szybkie przewodzenie ciepła i unikanie jego gromadzenia się, które może prowadzić do starzenia się komponentów;

• Weryfikacja otworów mechanicznych: Sprawdza, czy rozmiar i położenie otworów na śruby oraz otworów pozycjonujących są zgodne z obudową i strukturą montażową, unikając awarii podczas montażu spowodowanych odchyleniami otworów.

IV. Sprawdzenie zgodności urządzenia i obudowy: minimalizowanie ryzyka montażu

Sprawdzenie zgodności projektu weryfikuje spójność między obudowami urządzeń a dokumentacją projektową, aby uniknąć problemów z montażem spowodowanych błędami obudowy:

• Sprawdzenie zgodności obudowy: Potwierdza, że obudowa urządzenia odpowiada rzeczywiście wybranemu urządzeniu, unikając sytuacji "niedopasowania obudowy do urządzenia", która uniemożliwia lutowanie;

• Weryfikacja komponentów polaryzowanych: Sprawdza, czy polaryzacja obudowy komponentów polaryzowanych, takich jak diody, kondensatory i układy scalone, jest zgodna z logiką projektu, unikając lutowania odwrotnego, które może spowodować uszkodzenie urządzenia;

• Sprawdzenie miejsc montażowych komponentów: Badanie nieokreślonych pakietów i zduplikowanych komponentów, zapewniające pełne dopasowanie informacji o komponentach w BOM (liście materiałów) do informacji o komponentach w dokumentach projektowych.

V. Specjalna inspekcja dla procesów o wysokiej gęstości i specjalnych: Adaptacja do złożonych projektów

W przypadku płytek PCB z procesami specjalnymi, takimi jak HDI, płytki sztywno-elastyczne oraz przelotki ukryte/cięte, DRC oferuje dostosowane, specjalizowane funkcje inspekcyjne:

• Inspekcja procesu HDI: Weryfikuje, czy średnica przelotek, dokładność ich położenia oraz struktura warstw spełniają wymagania procesu HDI, aby zapobiec awariom połączeń przelotkowych;

• Weryfikacja przelotek ukrytych/ciętych: Sprawdza przewodność przelotek ukrytych/ciętych oraz ich połączenie z obwodami warstwy zewnętrznej, aby zapewnić stabilną transmisję sygnałów między warstwami;

• Inspekcja płytek sztywno-elastycznych: Weryfikuje, czy projekt przejścia między obszarami elastycznymi i sztywnymi oraz promień gięcia spełniają wymagania procesu elastycznych płytek PCB, aby zapobiec przerwaniu obwodu podczas gięcia.

VI. Inspekcja Zgodności i Norm Branżowych: Spełnianie Wymagań Specyficznych dla Danego Zastosowania

DRC obejmuje obowiązkowe standardy z różnych branż, aby zapewnić, że produkty PCBA spełniają wymagania zgodności dla swoich scenariuszy zastosowań: Kontrole Zgodności Elektromagnetycznej (EMC): Weryfikacja, czy układ kondensatorów filtrujących, integralność płaszczyzny masy oraz projekt ekranowania sygnałów są zgodne ze standardami EMC w celu zmniejszenia promieniowania i zakłóceń elektromagnetycznych; Weryfikacja specyficznych dla branży standardów:

• Elektronika samochodowa: Zgodność ze standardem IATF 16949, sprawdzanie odległości izolacyjnej pomiędzy obwodami wysokiego i niskiego napięcia oraz projektowanie odporności na wibracje;

• Sprzęt medyczny: Zgodność ze standardem ISO 13485, weryfikacja integralności sygnałów i projektu izolacji w celu zapewnienia dokładnej diagnostyki sprzętu;

• Automatyka przemysłowa: Sprawdzanie projektu odporności na zakłócenia oraz adaptacyjności w szerokim zakresie temperatur, aby spełnić wymagania stabilności w środowiskach przemysłowych;

• Kontrole zgodności z wymogami bezpieczeństwa: W przypadku płytek PCB zasilanych z sieci, sprawdź, czy odstępy powietrzne i drogi upływu są zgodne ze standardami bezpieczeństwa, takimi jak IEC 60950, aby uniknąć ryzyka porażenia prądem.

VII. Funkcja sugestii optymalizacji projektu: Poprawa efektywności projektowania

Zaawansowane narzędzia DRC nie tylko „wykrywają problemy”, ale również zapewniają inteligentne sugestie optymalizacji, pomagając inżynierom szybko iterować projekty:

• Automatyczne oznaczanie lokalizacji problemów: Dokładne oznaczanie miejsc naruszeń za pomocą interfejsu wizualnego, z obsługą skoku jednym kliknięciem do odpowiadającego obszaru w pliku projektowym;

• Rekomendacje rozwiązań optymalizacyjnych: Zapewnienie konkretnych rozwiązań dla naruszeń, np. „niewystarczająca szerokość ścieżki, sugerowane zwiększenie do 0,15 mm” lub „zbyt mała odległość między polami, sugerowane zwiększenie do 0,3 mm”;

• Funkcja naprawy zbiorczej: Obsługuje automatyczną zbiorczą naprawę powtarzających się prostych naruszeń, znacznie zwiększając efektywność modyfikacji projektu.

Funkcja konfiguracji reguł niestandardowych: Dostosowanie do indywidualnych potrzeb

DRC obsługuje tworzenie bibliotek reguł na podstawie charakterystyki procesu Kingfield oraz konkretnych wymagań klientów, aby osiągnąć weryfikację dostosowaną do indywidualnych potrzeb:

• Parametry procesu niestandardowego: Można wprowadzić kluczowe parametry procesu firmy Kingfield, aby zagwarantować idealne dopasowanie zasad kontroli do możliwości produkcyjnych;

• Osadzone wymagania klientów: Można dodać wyłączne reguły dla konkretnych wymagań klientów, aby zapewnić, że projekt spełnia oczekiwania klientów;

• Ustawienia priorytetów reguł: Obsługiwane są ustawienia priorytetów reguł, aby zapewnić pierwszeństwo krytycznym problemom i poprawić skuteczność weryfikacji.