Проверка правил проектирования

Проектирование и производство печатных плат — это сложный процесс, требующий эффективного управления тысячами компонентов и соединений на многослойных платах. Обеспечение выхода годной продукции имеет решающее значение, а проверка правил проектирования (DRC) является ключевым методом его повышения. DRC — это важный этап проверки в процессе проектирования печатных плат, при котором с помощью инструментов автоматизированного проектирования (EDA) автоматически проверяется соответствие топологии платы заранее заданным правилам проектирования и производственным ограничениям, что гарантирует возможность изготовления и надежность конструкции.

Эти правила обычно включают:

• Электрические правила: например, минимальная ширина проводников, расстояние между проводниками, а также спецификации соединений контактных площадок и проводников, чтобы избежать коротких замыканий или помех сигналам;

• Производственные правила: такие как минимальный диаметр отверстия, ширина переходного отверстия и размер открытия паяльной маски (паяльная маска) для соответствия производственным возможностям фабрики печатных плат;

• Правила производства: например, расстояние между компонентами и настройки опорных точек позиционирования для соответствия требованиям точности оборудования SMT-монтажа. Основная функция DRC — выявление потенциальных ошибок проектирования и нарушений, что снижает необходимость переделок на последующих этапах производства, уменьшает затраты и сокращает цикл разработки.

Основная ценность и важность проверки проектных правил (DRC) в производстве PCBA

Проверка проекта по правилам проектирования является критически важным этапом контроля качества во всем процессе PCBA от разработки до массового производства. Устанавливая отраслевые стандарты, ограничения производственного процесса и требования надежности, она автоматически или вручную проверяет документы проекта печатной платы. Ее важность охватывает всю цепочку проверки проекта, контроля затрат, обеспечения массового производства и улучшения качества. Это ключевой предварительный процесс для Kingfield, обеспечивающий конкурентоспособность его продуктов PCBA.

I. Исключение проектных ошибок и снижение рисков массового производства

DRC может точно выявлять скрытые проблемы в проекте, включая несоответствие ширины/расстояния трасс, аномальные размеры переходных отверстий, несоответствие контактных площадок и корпусов компонентов, плохие соединения меди, а также конфликты разводки питания и заземления. Если эти проблемы не будут выявлены на этапе проектирования, это может привести к фатальным сбоям, таким как короткое замыкание/обрыв на печатной плате, невозможность пайки компонентов и помехи сигналов при создании прототипов или массовом производстве. Это не только приводит к потере сырья, но и задерживает сроки сдачи проекта. Компания Kingfield использует строгий процесс DRC для раннего выявления дефектов проекта, устраняя риски на начальном этапе и обеспечивая соответствие проекта требованиям технологичности производства.

II. Согласование производственных процессов для обеспечения эффективности производства

Разные производители PCBA обладают различным производственным оборудованием и технологическими возможностями. DRC может настраивать правила проверки на основе ключевых технологических параметров Kingfield, обеспечивая высокую степень соответствия между проектной документацией и реальными производственными возможностями. Например, для конструкций с микропереходными отверстиями на высокоплотных печатных платах DRC может проверить, соответствует ли диаметр отверстий точности сверлильного оборудования, избегая тем самым перебоев в производстве и снижения выхода годных изделий из-за несовместимости процессов. DRC обеспечивает бесшовную интеграцию «проектирование-производство», значительно повышая производительность и сокращая циклы поставки.

III. Снижение потерь затрат и оптимизация распределения ресурсов

Конструктивные недостатки, приводящие к переделке или перепроизводству, являются одной из основных причин превышения сметных затрат в проектах PCBA. Например, если короткое замыкание на печатной плате возникает из-за чрезмерно малого расстояния между проводниками, плату необходимо изготавливать заново, компоненты — повторно закупать, а также выполнять вторичную обработку, что напрямую увеличивает расходы на материалы и оплату труда. Если проблемы обнаруживаются после начала массового производства, потери возрастают в геометрической прогрессии. Kingfield использует DRC для своевременного выявления проблем, минимизируя количество переделок и избегая потерь материалов из-за необоснованного проектирования, что позволяет точно контролировать затраты и повышать рентабельность проектов.

IV. Обеспечение надёжности продукции и укрепление репутации бренда

Надёжность изделий PCBA напрямую зависит от рациональности их конструкции. DRC позволяет проверить проект по нескольким параметрам, включая электрические характеристики, механическую конструкцию и тепловую стабильность:
Электрические характеристики: проверка корректности падения напряжения в сети питания, согласования импеданса сигнала и конструкции заземления для предотвращения сбоев в работе продукта, вызванных помехами сигналов или нестабильностью питания;
Механическая конструкция: проверка соответствия размещения компонентов требованиям теплоотвода и наличия достаточного пространства для подключения и отключения разъёмов, чтобы избежать сокращения срока службы продукта из-за накопления тепла или механических помех;
Адаптация к окружающей среде: для специальных сценариев, таких как промышленное и автомобильное применение, DRC может проверить соответствие конструкции таким экологическим стандартам, как устойчивость к вибрациям и высоким температурам. DRC обеспечивает стабильную работу изделий на протяжении всего жизненного цикла, снижает затраты на послепродажное обслуживание и укрепляет репутацию бренда Kingfield и его конкурентоспособность на рынке PCBA;

V. Соответствие отраслевым стандартам и выполнение требований нормативной документации

Продукты PCBA для различных применений должны соответствовать соответствующим отраслевым стандартам. DRC может встраивать обязательные требования этих стандартов, чтобы обеспечить соответствие продукции сертификационным требованиям. Например, при проектировании электроники для автомобилей DRC может проверять расстояние изоляции между высоковольтными и низковольтными цепями, чтобы соответствовать стандартам безопасности автомобильной электроники; в медицинских устройствах PCBA она может проверять проектирование целостности сигналов, чтобы обеспечить точность диагностики устройств. Kingfield обеспечивает соответствие продукции отраслевым стандартам посредством DRC, предоставляя клиентам соответствующие и надежные индивидуальные решения.

Проверка проектных правил (Design Rule Check) как основной инструмент верификации проекта печатных плат выполняет всестороннюю и детальную проверку проектной документации PCB с использованием стандартизированной базы правил и интеллектуальной логики проверки. Ее функции охватывают ключевые аспекты, такие как электрические характеристики, технологичность производства, механическая конструкция и соответствие требованиям, и она является основой технологической поддержки Kingfield для обеспечения качества проекта PCBA и надежности серийного производства. Ниже приведены восемь ее основных функций:

I. Проверка электрических правил: обеспечение стабильной работы схемы

Электрические характеристики являются основой изделий PCBA. DRC точно проверяет электрическую корректность схемотехнического решения, чтобы избежать проблем, таких как аномалии сигналов и нестабильность питания, на начальном этапе:

• Проверка правил зазоров: Проверяет минимальный зазор изоляции между проводниками, контактными площадками, переходными отверстиями и токопроводящими дорожками для предотвращения коротких замыканий и поверхностных разрядов, вызванных недостаточным зазором, особенно подходит для строгих требований высоковольтных цепей и плотных печатных плат;

• Проверка сетевого соединения: Выявляет сетевые проблемы, такие как обрывы цепи, короткие замыкания и ненадежные соединения, чтобы обеспечить соответствие соединений силовых, сигнальных и заземляющих сетей проектным спецификациям, избегая функциональных сбоев из-за разрыва сети;

• Проверка согласования импеданса: Для высокоскоростных сигналов проверяет, соответствуют ли ширина линии передачи, расстояние между линиями и толщина диэлектрика заданным значениям импеданса, чтобы уменьшить отражение сигнала и перекрестные наводки, обеспечивая целостность сигнала;

• Проверка силовой сети: Проверяет, соответствует ли ширина силовой шины требованиям по токовой нагрузке (во избежание перегрева при перегрузке) и сбалансировано ли распределение питания и заземления (для уменьшения падения напряжения), обеспечивая стабильное электропитание;

• Проверка конструкции заземления: Проверьте, является ли метод заземления (одноточечное заземление, многоточечное заземление) разумным и достаточно ли переходных отверстий для заземления, чтобы избежать помех от контуров заземления и повысить устойчивость схемы к внешним воздействиям.

II. Проверка совместимости с производственным процессом: обеспечение технологичности производства

DRC настраивает правила на основе параметров производственного оборудования и технологических возможностей Kingfield, чтобы гарантировать бесшовную совместимость между проектом и реальным производственным процессом:

• Проверка ширины линий/расстояния между ними: Убедитесь, что ширина проводника соответствует минимальным производственным требованиям, во избежание обрывов при травлении и недостаточной токовой нагрузки из-за чрезмерно узких линий;

• Проверка параметров: Проверьте, соответствуют ли диаметр переходного отверстия, толщина стенки и размер контактной площадки процессам сверления и меднения, чтобы избежать засорения отверстий и плохого соединения;

• Проверка конструкции контактных площадок: Убедитесь, что размер и шаг контактных площадок соответствуют корпусу компонента, избегайте слишком больших или малых площадок, вызывающих непропай и перемычки при пайке, и обеспечьте совместимость с процессами монтажа SMT и пайки в печи рефлоу;

• Проверка паяльной маски и шелкографии: Проверьте, покрывает ли окно паяльной маски контактную площадку (чтобы избежать перекрытия маской, мешающего пайке) и не перекрывается ли шелкография (что затрудняет идентификацию компонентов), обеспечивая точное позиционирование компонентов при производстве;

• Проверка обработки медных участков: Проверьте способ соединения меди с контактными площадками и переходными отверстиями, наличие медных островков (во избежание остатков травления) и соответствие требованиям процессов травления печатной платы и нанесения паяльной маски.

III. Проверка механической конструкции и теплового проектирования: повышение надежности продукции

DRC оптимизирует конструкцию с точки зрения физической структуры и тепловой стабильности, обеспечивая механическую прочность и теплоотвод печатной платы на протяжении всего срока её службы:

• Проверка размещения компонентов: Проверяет, соответствует ли расстояние между компонентами требованиям теплоотвода, а также отсутствие механических помех, предусматривается достаточное место для сборки и теплоотвода;

• Проверка расстояния до края платы: Проверяет минимальное расстояние от компонентов, переходных отверстий и медных проводников до края печатной платы, во избежание повреждения цепи и недостаточной механической прочности из-за обрезки края платы;

• Проверка конструкции теплоотвода: Для высокомощных компонентов проверяется правильность проектирования контактных площадок и переходных отверстий для теплоотвода, обеспечивается быстрая теплопередача и предотвращается накопление тепла, приводящее к старению компонентов;

• Проверка механических отверстий: Проверяет соответствие размера и положения отверстий для винтов и установочных отверстий корпусу и монтажной конструкции, избегая сбоев при сборке из-за отклонений отверстий.

IV. Проверка совместимости устройства и упаковки: снижение рисков сборки

Проверка совместимости конструкции подтверждает соответствие между корпусами устройств и конструкторской документацией, чтобы избежать проблем со сборкой, вызванных ошибками корпуса:

• Проверка соответствия корпуса: Подтверждает, что корпус устройства соответствует фактически выбранному устройству, избегая «несоответствия корпуса и устройства», которое препятствует пайке;

• Проверка компонентов с полярностью: Проверяет, соответствует ли полярность корпуса поляризованных компонентов, таких как диоды, конденсаторы и интегральные схемы, логике проектирования, избегая обратной пайки, которая может привести к выходу устройства из строя;

• Проверка мест установки компонентов: Исследует неопределенные пакеты и дублированные компоненты, обеспечивая полное соответствие информации о компонентах в спецификации (BOM) и информации о компонентах в проектной документации.

V. Специальный контроль для высокоплотных и специальных процессов: адаптация к сложным конструкциям

Для печатных плат со специальными процессами, такими как HDI, жестко-гибкие платы и скрытые/слепые переходные отверстия, DRC предлагает настраиваемые функции специального контроля:

• Проверка процесса HDI: Проверяет, соответствуют ли диаметр переходного отверстия, точность его расположения и структура укладки требованиям процесса HDI, чтобы предотвратить отказы межсоединений;

• Проверка скрытых/слепых переходных отверстий: Проверяет проводимость скрытых/слепых переходных отверстий и их подключение к внешним слоям цепей, чтобы обеспечить стабильную передачу сигналов между слоями;

• Проверка жестко-гибких печатных плат: Проверяет, соответствует ли конструкция перехода между гибкими и жесткими участками и радиус изгиба требованиям технологического процесса гибких печатных плат, чтобы предотвратить разрыв цепи при изгибе.

VI. Проверка соответствия и отраслевых стандартов: выполнение требований, специфичных для сценариев применения

DRC включает обязательные стандарты из различных отраслей, чтобы гарантировать соответствие продукции PCBA требованиям соответствия в конкретных сценариях применения: проверка электромагнитной совместимости (EMC): проверка соответствия размещения фильтрующих конденсаторов, целостности заземляющего слоя и конструкции экранирования сигналов стандартам EMC для снижения электромагнитного излучения и помех; проверка по отраслевым стандартам:

• Автомобильная электроника: Соответствует стандарту IATF 16949, проверяется изоляционное расстояние между высоковольтными и низковольтными цепями, а также конструкция, устойчивая к вибрациям;

• Медицинское оборудование: Соответствует стандарту ISO 13485, проверяются целостность сигнала и изоляционная конструкция для обеспечения точности диагностики оборудования;

• Промышленная автоматика: Проверяются конструкции защиты от помех и адаптации к широкому диапазону температур для обеспечения стабильности в промышленных условиях;

• Проверка соответствия требованиям безопасности: Для печатных плат, работающих от сети, проверьте, соответствуют ли расстояния утечки и зазоры стандартам безопасности, таким как IEC 60950, чтобы избежать риска поражения электрическим током.

VII. Функция оптимизации проекта: Повышение эффективности проектирования

Продвинутые инструменты DRC не только «находят проблемы», но и дают интеллектуальные рекомендации по оптимизации, помогая инженерам быстро выполнять итерации проекта:

• Маркировка мест обнаружения проблем: Точная маркировка мест нарушений с помощью визуального интерфейса с поддержкой перехода в соответствующую область файла проекта одним щелчком мыши;

• Рекомендации по решению проблем: Предоставление конкретных решений для устранения нарушений, например: «недостаточная ширина проводника, рекомендуется увеличить до 0,15 мм» или «слишком малое расстояние между контактными площадками, рекомендуется увеличить до 0,3 мм»;

• Функция группового исправления: Поддержка автоматического группового исправления повторяющихся простых нарушений, что значительно повышает эффективность внесения изменений в проект.

Функция настройки пользовательских правил: адаптация к персонализированным потребностям

DRC поддерживает настройку библиотек правил на основе особенностей процессов Kingfield и конкретных требований заказчиков для обеспечения персонализированной проверки:

• Пользовательские параметры процесса: Могут быть введены основные параметры процесса Kingfield, чтобы гарантировать идеальное соответствие правил проверки производственным возможностям;

• Встроенные требования заказчика: Могут быть добавлены эксклюзивные правила для конкретных требований заказчика, чтобы гарантировать соответствие проекта ожиданиям заказчика;

• Настройка приоритетов правил: Поддерживается настройка приоритетов правил, чтобы гарантировать первоочередное устранение критических вопросов и повысить целенаправленность проверки.