Kontrola návrhových pravidiel

Kontrola návrhových pravidiel

Kontrola pravidiel dizajnu, častejšie označovaná ako DRC v priemysle DPS, je fyzický návrhový proces na určenie, či fyzické usporiadanie spĺňa radu pravidiel alebo odporúčaných parametrov definovaných výrobcami polovodičov. DRC zahŕňa tiež kontrolu LVS (usporiadania a schémy), XOR kontrolu, ERC (kontrolu elektrických pravidiel) a kontrolu antény.

Návrh a výroba dosiek plošných spojov je veľmi komplexný proces vyžadujúci efektívne riadenie tisícov komponentov a spojov na viacvrstvových doskách. Zabezpečenie výstupu pri výrobe je kľúčové a kontrola návrhových pravidiel je hlavnou metódou na jeho zlepšenie. DRC je kritickým overovacím krokom v procese návrhu DPS, pri ktorom sa pomocou nástrojov EDA automaticky skontroluje, či rozmiestnenie DPS spĺňa preddefinované návrhové pravidlá a výrobné obmedzenia, čím sa zabezpečí výrobná schopnosť a spoľahlivosť návrhu.

Tieto pravidlá zvyčajne zahŕňajú:

• Elektrické pravidlá: napríklad minimálna šírka spojov, vzdialenosť medzi spojmi a špecifikácie pripojenia plôšok a spojov, aby sa predišlo skratom alebo rušeniu signálov;

• Výrobné pravidlá: napríklad minimálny priemer otvoru, šírka prechodového kontaktu (via) a veľkosť otvorenia spájkovej masky (solder mask) podľa výrobných možností výrobne dosiek plošných spojov;

• Pravidlá výrobného procesu: napríklad nastavenie vzdialenosti súčiastok a referenčných bodov pre zabezpečenie presnosti zariadení na SMT montáž. Základnou funkciou DRC je detekcia potenciálnych návrhových chýb a porušení pravidiel, čím sa zníži potreba dodatočnej opravy vo výrobe, znížia sa náklady a skráti sa vývojový cyklus.

Kľúčová hodnota a dôležitosť kontroly návrhových pravidiel (Design Rule Check – DRC) vo výrobe PCBA

Kontrola návrhu je kľúčovým krokom kontroly kvality v celom procese PCBA od návrhu až po sériovú výrobu. Nastavením priemyselných noriem, výrobných obmedzení a požiadaviek na spoľahlivosť sa automatizovane alebo manuálne overujú dokumenty návrhu dosky plošných spojov. Jej význam zahŕňa celý reťazec overenia návrhu, kontroly nákladov, zabezpečenia sériovej výroby a zlepšovania kvality. Je to kľúčový predproces pre spoločnosť Kingfield, ktorý zaisťuje konkurencieschopnosť jej produktov PCBA.

I. Vyhnite sa chybám v návrhu a znížte riziká sériovej výroby

DRC dokáže presne identifikovať skryté problémy v návrhu, vrátane nezhodnej šírky/vzdialenosti spojov, abnormálnych rozmerov prechodiek, nezodpovedajúcich kontaktov a obalov súčiastok, chabých spojov medi a konfliktov usporiadania napájacích a uzemnených sietí. Ak sa tieto problémy počas fázy návrhu nezistia, môžu viesť k fatálnym zlyhániam, ako sú skraty/rozpojenia na doske plošných spojov, nemožnosť osadiť súčiastky alebo rušenie signálov počas prototypovania alebo sériovej výroby. To nielen plýtvá surovinami, ale tiež oneskuruje dodanie projektu. Spoločnosť Kingfield využíva prísny proces DRC na čo najskoršie odhalenie chýb v návrhu, riadenie rizík už v zárodku a zabezpečenie, že návrh spĺňa požiadavky výrobnej realizovateľnosti.

II. Prispôsobenie výrobných procesov za účelom zabezpečenia efektivity výroby

Rôzni výrobcovia PCBA majú odlišné výrobné zariadenia a procesné schopnosti. DRC môže prispôsobiť kontrolné pravidlá na základe kľúčových procesných parametrov spoločnosti Kingfield, aby sa zabezpepilo vysoké zhodnotenie medzi návrhovými dokumentmi a skutočnými výrobnými kapacitami. Napríklad pri návrhoch mikrodiriek na vysokej hustote PCB môže DRC overiť, či priemer otvoru spĺňa presnosť vŕtacieho zariadenia, čím sa predchádza prerušeniam výroby a zníženiu výnosov kvôli nekompatibilite procesov. DRC tak dosahuje bezproblémovú integráciu „navrhovanie–výroba“, výrazne zvyšuje výrobnú efektívnosť a skracuje dodaciu dobu.

III. Kontrola stratiek nákladov a optimalizácia alokácie zdrojov

Konštrukčné chyby vedúce k opakovanému spracovaniu/prevýrobe sú jedným z hlavných dôvodov prekročenia nákladov v projektoch PCBA. Napríklad, ak dôjde ku skratu na doske plošných spojov kvôli nadmernému priblíženiu vodičov, doska musí byť znova vyrobená, súčiastky znova zakúpené a vyžaduje sa sekundárne spracovanie, čo priamo zvyšuje náklady na materiál a prácu. Ak sa problémy zistia až po spustení sériovej výroby, straty sa exponenciálne zosilnia. Spoločnosť Kingfield využíva DRC na predbežné odhalenie problémov, čím minimalizuje mieru opráv a predchádza plytvaniu materiálom spôsobenému nevhodným návrhom, dosahuje tak presnú kontrolu nákladov a zvyšuje rentabilitu projektu.

IV. Zabezpečte spoľahlivosť výrobku a posilnite renomé značky

Spoľahlivosť výrobkov PCBA priamo závisí od rozumnosti ich návrhu. DRC môže overiť návrhové riešenie z viacerých hľadísk vrátane elektrických vlastností, mechanického usporiadania a tepelnej stability:
Elektrický výkon: Overiť logiku poklesu napätia v sieti, impedančné prispôsobenie signálu a návrh uzemnenia, aby sa predišlo poruchám produktu spôsobeným interferenciou signálu alebo nestabilitou napájania;
Mechanická štruktúra: Skontrolovať, či usporiadanie komponentov spĺňa požiadavky na odvod tepla a či konektory majú dostatočný priestor na pripojenie a odpojenie, aby sa predišlo skráteniu životnosti produktu kvôli hromadeniu tepla alebo mechanickému zásahu;
Prispôsobenosť prostrediu: Pre špeciálne scenáre, ako sú priemyselné a automobilové aplikácie, môže DRC overiť, či návrh spĺňa environmentálne normy, ako je odolnosť voči vibráciám a vysokým teplotám. DRC zabezpečuje stabilný chod produktov počas celého ich životného cyklu, zníženie nákladov na servis po predaji a posilnenie renomé značky Kingfield a jej trhovej konkurencieschopnosti v odvetví PCBA.

V. Prispôsobenie priemyselným normám a splnenie požiadaviek na zhodu

Výrobky PCBA pre rôzne aplikácie musia spĺňať príslušné priemyselné štandardy. DRC môže zahrnúť povinné požiadavky týchto štandardov, aby zabezpečilo certifikáciu zhody výrobkov. Napríklad pri návrhu elektroniky pre automobilový priemysel môže DRC overiť izolačnú vzdialenosť medzi vysokonapäťovými a nízkonapäťovými obvodmi, aby spĺňala bezpečnostné štandardy pre automobilovú elektroniku; v prípade lekárskych zariadení môže DRC skontrolovať návrh integrity signálu, aby zabezpečilo presnosť diagnostiky zariadenia. Spoločnosť Kingfield zabezpečuje zhodu výrobkov s priemyselnými štandardmi prostredníctvom DRC a ponúka zákazníkom vyhovujúce a spoľahlivé individuálne riešenia.

Kontrola návrhových pravidiel, ako kľúčový nástroj pre overenie návrhu PCBA, vykonáva komplexné a podrobné kontroly dokumentov návrhu PCB prostredníctvom štandardizovanej súpravy pravidiel a inteligentnej logiky overovania. Jej funkcie zahŕňajú kľúčové oblasti ako elektrický výkon, výrobná realizovateľnosť, mechanická štruktúra a dodržiavanie predpisov a predstavujú kľúčovú technologickú podporu pre spoločnosť Kingfield pri zabezpečovaní kvality návrhu PCBA a spoľahlivosti hromadnej výroby. Nasledujúce body detailne popisujú jej osem základných funkcií:

I. Overenie elektrických pravidiel: Zabezpečenie stabilnej funkcie obvodu

Elektrický výkon je jadrom výrobkov PCBA. DRC presne overuje elektrickú logiku návrhu obvodu, aby už od zdroja predišiel problémom ako sú odchýlky signálu alebo nestabilita napájania:

• Kontrola pravidiel vzdialenosti: Overí minimálnu izolačnú vzdialenosť medzi vodičmi, ploškami, prechodovými kontaktmi a mediakami, aby sa predišlo skratom a preskakovaniu prúdu spôsobenému nedostatočnou vzdialenosťou, čo je obzvlášť vhodné pre prísne požiadavky vysokonapäťových obvodov a vysokohustotných dosiek plošných spojov;

• Overenie sieťovej konektivity: Detekuje problémy v sieti, ako sú prerušenia, skraty a uvoľnené pripojenia, aby sa zabezpečilo, že konektivita napájacích, signálových a uzemňovacích sietí spĺňa návrhové špecifikácie, a tak sa predišlo funkčným poruchám spôsobeným prerušením siete;

• Overenie impedančného prispôsobenia: Pre vysokorýchlostné signály skontroluje, či šírka prenosovej trasy, vzdialenosť medzi linkami a hrúbka dielektrika spĺňajú prednastavené hodnoty impedancie, čím sa zníži odraz signálu a interferencia a zabezpečí sa celistvosť signálu;

• Overenie napájacej siete: Overí, či šírka napájacieho vodiča spĺňa požiadavky na vodivosť (zamedzenie prehriatiu pri preťažení) a či je rozvod napätia a zeme vyvážený (zníženie poklesu napätia), čím sa zabezpečí stabilný prísun energie;

• Kontrola návrhu uzemnenia: Skontrolujte, či je spôsob uzemnenia (jednobodové, viacbodové) primeraný a či je počet prechodov uzemnenia dostatočný na zabránenie rušenia pozemnej slučky a zlepšenie odolnosti obvodu voči rušeniu.

II. Kontrola kompatibility s výrobným procesom: Zabezpečenie výrobnej uskutočniteľnosti

DRC prispôsobuje pravidlá na základe parametrov výrobného vybavenia a výrobných možností spoločnosti Kingfield, aby sa zabezpečila bezproblémová kompatibilita medzi návrhom a skutočným výrobným procesom:

• Kontrola šírky vodiča/vzdialenosti: Overenie, že šírka vodiča spĺňa minimálne spracovateľné požiadavky, a tým sa predchádza prerušeniu leptania a nedostatočnej vodivosti kvôli nadmernému zúženiu vodiča;

• Overenie parametrov: Skontrolujte, či priemer vývrtu, hrúbka steny a veľkosť plôšky zodpovedajú procesom vŕtania a medeného platenia, aby sa predišlo ucpatiu vývrtov a zlým spojom;

• Overenie návrhu plôšok: Potvrďte, že veľkosť a rozostup plôšok zodpovedajú pouzdru súčiastky, aby sa predišlo príliš veľkým/malým plôškam, ktoré spôsobujú chladné spájky a mostíkovanie cínu, a zabezpečte kompatibilitu s procesmi SMT montáže a reflow spájkovania;

• Kontrola spájkovej masky/tlačového nápisu: Skontrolujte, či otvorenie laku preteká cez plôšky a či potlač prekrýva, čo zabezpečuje presné umiestnenie súčiastok počas výroby;

• Overenie úpravy medi: Skontrolujte spôsob pripojenia medi k plôškam a prechodovým otvorom, ostrovy medi, a prispôsobte sa požiadavkám procesu leptania DPS a laku.

III. Kontrola mechanického štruktúry a tepelného návrhu: Zvyšovanie spoľahlivosti produktu

DRC optimalizuje návrh z hľadiska fyzickej štruktúry a tepelnej stability, čím zabezpečuje mechanickú pevnosť a schopnosť odvádzania tepla dosky PCBA počas celého životného cyklu:

• Overenie rozmiestnenia súčiastok: Skontroluje, či medzery medzi súčiastkami vyhovujú požiadavkám na chladenie a či nedochádza k mechanickému zásahu, pričom zohľadňuje dostatočný priestor pre montáž a chladenie;

• Kontrola vzdialenosti od okraja dosky: Overuje minimálnu vzdialenosť súčiastok, prechodových kontaktov a mediálnych pásov od okraja dosky PCB, aby sa predišlo poškodeniu obvodu a nedostatočnej mechanické pevnosti spôsobenej orezávaním okraja dosky;

• Overenie návrhu chladiaceho systému: U výkonových súčiastok skontroluje, či je návrh chladiacich plôšok a chladiacich prechodových kontaktov primeraný, čím sa zabezpečí rýchle odvádzanie tepla a predíde sa tepelnému nahromadeniu vedúcemu k starnutiu súčiastok;

• Overenie mechanických otvorov: Skontroluje, či veľkosť a poloha skrutkovacích otvorov a vodiacich otvorov zodpovedajú skrinke a montážnej konštrukcii, čím sa predchádza zlyhaniu montáže kvôli odchýlkam otvorov.

IV. Kontrola kompatibility zariadenia a balenia: Znižovanie rizík pri montáži

Kontrola kompatibility dizajnu overuje zhodu medzi balením zariadení a dizajnovou dokumentáciou, aby sa predišlo problémom pri montáži spôsobeným chybami v balení:

• Kontrola zhody balenia: Potvrdzuje, že balenie zariadenia zodpovedá skutočne vybranému zariadeniu, čím sa predchádza „nezhode balenia a zariadenia“, ktorá bráni spájkovaniu;

• Overenie polarity súčiastok: Skontroluje, či polarita balenia polarizovaných súčiastok, ako sú diódy, kondenzátory a integrované obvody, zodpovedá dizajnovej logike, čím sa predchádza opačnému spájkovaniu, ktoré by mohlo zariadenie spáliť;

• Kontrola miest pre súčiastky: Vyšetruje nešpecifikované balíčky a zdvojené komponenty, zabezpečuje, že informácie o komponentoch v BOM (zozname materiálov) presne zodpovedajú informáciám o komponentoch v návrhových dokumentoch.

V. Špeciálna kontrola pre vysokohustotné a špeciálne procesy: Prispôsobenie sa komplexným dizajnom

Pre dosky plošných spojov so špeciálnymi procesmi, ako sú HDI, tuho-pružné dosky a zapustené/slepé prechody, ponúka DRC prispôsobené špeciálne kontrolné funkcie:

• Kontrola HDI procesu: Overuje, či priemer otvoru, presnosť polohy a štruktúra vrstvenia vyhovujú požiadavkám HDI procesu, aby sa predišlo poruchám prepojenia otvorov;

• Overenie zapustených/slepých prechodov: Skontroluje vodivosť zapustených/slepých prechodov a ich pripojenie k vonkajším obvodom, aby sa zabezpečil stabilný prenos signálu medzi vrstvami;

• Kontrola tuho-pružných dosiek plošných spojov: Overuje, či prechodový dizajn medzi pružnými a tuhými oblasťami a ohybový polomer vyhovujú požiadavkám procesov pružných dosiek plošných spojov, aby sa predišlo prerušeniu obvodu pri ohýbaní.

VI. Kontrola dodržiavania predpisov a priemyselných noriem: Splnenie požiadaviek špecifických pre daný scenár

DRC zahŕňa povinné normy z rôznych priemyselných odvetví, aby sa zabezpečilo, že produkty PCBA spĺňajú požiadavky na zhodu s cieľovými aplikačnými scenármi: Kontroly elektromagnetickej kompatibility (EMC): Overenie, či usporiadanie filtračných kondenzátorov, celistvosť uzemnenia a návrh krytia signálov zodpovedajú normám EMC, čím sa zníži elektromagnetické vyžarovanie a rušenie; Overenie špecifických priemyselných noriem:

• Automobilová elektronika: Spĺňa normy IATF 16949, kontroluje izolačnú vzdialenosť medzi vysokonapäťovými a nízkonapäťovými obvodmi a návrh odolnosti voči vibráciám;

• Lekársky prístrojstvo: Spĺňa normy ISO 13485, overuje celistvosť signálov a izolačný návrh, aby sa zabezpečila presná diagnostika prístrojov;

• Priemyselné riadenie: Kontroluje návrh odolnosti voči rušeniu a prispôsobenia širokému teplotnému rozsahu, aby spĺňal požiadavky na stabilitu v priemyselných prostrediach;

• Kontroly dodržiavania bezpečnostných predpisov: U plošných spojov napájaných zo siete skontrolujte, či vzdialenosti povrchového preboja a vzdušné vzdialenosti vyhovujú bezpečnostným normám, ako je IEC 60950, aby sa predišlo riziku úrazu elektrickým prúdom.

VII. Funkcia návrhu optimalizačných odporúčaní: Zvýšenie efektivity návrhu

Pokročilé nástroje DRC nielen „zisťujú problémy“, ale poskytujú aj inteligentné optimalizačné návrhy, ktoré pomáhajú inžinierom rýchlo iterovať návrhy:

• Automatické označenie miest problémov: Presne označte miesta porušení prostredníctvom vizuálneho rozhrania s podporou prechodu jedným kliknutím do zodpovedajúcej oblasti v návrhovom súbore;

• Odporúčania riešení optimalizácie: Poskytnite konkrétne riešenia pre porušenia, napríklad „nedostatočná šírka drôtu, odporúča sa upraviť na 0,15 mm“ alebo „príliš malá vzdialenosť plôšok, odporúča sa zväčšiť na 0,3 mm“;

• Funkcia hromadnej opravy: Podporuje hromadnú automatickú opravu opakujúcich sa jednoduchých porušení, čím výrazne zvyšuje efektivitu úprav návrhu.