Preverjanje pravil oblikovanja

Preverjanje pravil oblikovanja

Preverjanje pravil oblikovanja, bolj znano kot DRC v industriji tiskanih vezij (PCB), je fizični postopek oblikovanja za ugotavljanje, ali fizična postavitev izpolnjuje niz pravil ali priporočenih parametrov, ki jih določijo proizvajalci polprevodnikov. DRC vključuje tudi pregled LVS (postavitev in shema), XOR pregled, ERC (električni pregled pravil) ter pregled antene.

Oblikovanje in izdelava tiskanih vezij je zelo zapleten proces, ki zahteva učinkovito upravljanje tisočev komponent in priključkov na večplastnih ploščah. Zagotavljanje donosnosti proizvodnje je ključno, preverjanje pravil oblikovanja pa je pomembna metoda za njeno izboljševanje. DRC je bistvena preveritvena stopnja v postopku oblikovanja tiskanih vezij, pri kateri se s pomočjo orodij za elektronsko oblikovanje (EDA) samodejno preverja, ali razporeditev vezij na plošči ustrezajo predhodno določenim pravilom oblikovanja in omejitvam proizvodnje, da se zagotovi izvedljivost in zanesljivost končnega izdelka.

Ta pravila običajno vključujejo:

• Električna pravila: na primer najmanjša širina sledi, razmik med sledmi ter specifikacije priključitve ploščic in sledi, da se izognemo kratkim stikom ali motnjam signalov;

• Proizvodna pravila: kot so najmanjši premer luknje, širina prehodnega vodnika in velikost odpiranja zaponke (solder mask) za prilagoditev zmogljivosti izdelave plošč PCB;

• Pravila procesa: kot so razmiki med komponentami in nastavitve referenčnih točk za pozicioniranje, da bi izpolnili natančnostne zahteve opreme za SMT sestavljanje. Osnovna funkcija DRC-ja je zaznati morebitne napake v načrtovanju in kršitve, s čimer se zmanjša ponovno delo v kasnejših fazah proizvodnje, znižajo stroški in skrajša razvojni cikel.

Osnovna vrednost in pomembnost preverjanja konstrukcijskih pravil (DRC) pri izdelavi PCBA

Preverjanje oblikovanja je ključni korak kontrole kakovosti v celotnem procesu izdelave tiskanih vezij (PCBA) od načrtovanja do serijske proizvodnje. S postavljanjem industrijskih standardov, omejitev proizvodnega procesa in zahtev za zanesljivost avtomatizira ali ročno preverja dokumente oblikovanja tiskanega vezja. Njegova pomembnost sega skozi celotno verigo preverjanja oblikovanja, kontrole stroškov, zagotavljanja serijske proizvodnje in izboljšave kakovosti. To je osrednji predhodni postopek za podjetje Kingfield, da zagotovi konkurenčnost svojih PCBA izdelkov.

I. Preprečevanje napak pri oblikovanju in zmanjševanje tveganj pri serijski proizvodnji

DRC lahko natančno prepozna skrite težave v zasnovi, vključno s širino/spremembami sledi, ki ne ustrezajo predpisom, nenormalnimi dimenzijami prehodov, neujemanjem med ploščicami in ohišji naprav, slabimi povezavami bakra ter konflikti pri postavitvi napajalnih in ozemljitvenih omrežij. Če teh težav med fazo načrtovanja ni mogoče ugotoviti, lahko pride do usodnih okvar, kot so kratek stik/delovanje odprtih tokokrogov na tiskanem vezju, nemogočnost vpenjanja komponent ali motnje signalov med izdelavo prototipa ali serijsko proizvodnjo. To ne le zapravlja surovine, temveč zakasni tudi pri dostavi projekta. Podjetje Kingfield uporablja strogen DRC postopek za čim prejšnje prepoznavanje napak v zasnovi, s čimer nadzoruje tveganja že v izvoru in zagotavlja, da zasnova ustreza zahtevam izdelave.

II. Prilagoditev proizvodnih procesov za zagotovitev učinkovitosti proizvodnje

Različni proizvajalci tiskanih vezij (PCBA) imajo različno proizvodno opremo in različne zmogljivosti procesov. DRC lahko prilagodi pravila pregleda na podlagi osnovnih procesnih parametrov podjetja Kingfield, da zagotovi visoko raven ujemanja med konstrukcijskimi dokumenti in dejanskimi proizvodnimi zmogljivostmi. Na primer, pri zasnovah mikro-prebodov na visoko gostih tiskanih vezijih DRC preveri, ali premer lukenj ustrezna natančnosti vrtalne opreme, s čimer se preprečijo motnje v proizvodnji in zmanjševanje izkoristka zaradi nezdružljivosti procesov. DRC omogoča brezševno integracijo »konstrukcija-proizvodnja«, kar znatno izboljša proizvodno učinkovitost in skrajša dobavne cikle.

III. Nadzorovanje izgub stroškov in optimizacija porabe virov

Nedostatki v načrtovanju, ki vodijo k predelavi/predelanju, so eden glavnih razlogov za prekoračitev stroškov v projektih PCBA. Na primer, če pride do kvarčnega stika na tiskanem vezju zaradi preveč tesnega razmika sledi, je treba ploščo ponovno izdelati, komponente ponovno kupiti in opraviti sekundarno obdelavo, kar neposredno poveča stroške materiala in dela. Če se težave odkrijejo po začetku serijske proizvodnje, se izgube eksponentno povečajo. Kingfield uporablja DRC za predhodno prepoznavanje težav, zmanjšuje stopnjo predelave in preprečuje porabo materiala zaradi neracionalnega načrtovanja, s čimer dosega natančen nadzor stroškov in izboljša rentabilnost projekta.

IV. Zagotavljanje zanesljivosti izdelka in izboljšanje ugleda blagovne znamke

Zanesljivost izdelkov PCBA neposredno odvisna od racionalnosti njihovega načrtovanja. DRC lahko preveri načrtovalno rešitev iz več vidikov, vključno z električnimi lastnostmi, mehanskimi strukturami in toplotno stabilnostjo:
Električne zmogljivosti: Preverite racionalnost padca napetosti v omrežju, usklajevanje impedanc signalov in zasnovo ozemljitve, da se izognete okvaram izdelka zaradi motenj signalov ali nestabilnosti napajanja;
Mehanska konstrukcija: Preverite, ali razporeditev komponent ustrezajo zahtevam po hlajenju in ali imajo priključki dovolj prostora za vstavljanje in odstranjevanje, da se prepreči zmanjšanje življenjske dobe izdelka zaradi kopičenja toplote ali mehanskih ovir;
Prilagodljivost na okolje: Za posebne primere uporabe, kot so industrijske in avtomobilske aplikacije, DRC preveri, ali zasnova ustreza okoljskim standardom, kot so odpornost proti vibracijam in visokim temperaturam. DRC zagotavlja stabilno delovanje izdelkov skozi celotno življenjsko dobo, zmanjšuje stroške servisnega vzdrževanja po prodaji ter utrjuje ugled blagovne znamke Kingfield in njen položaj na trgu v industriji PCBA;

V. Prilagoditev standardom industrije in izpolnjevanje zahtev glede skladnosti

Izdelki PCBA za različne aplikacije morajo izpolnjevati ustrezne industrijske standarde. DRC lahko vgradi obvezne zahteve teh standardov, da zagotovi skladnost izdelkov s potrdili. Na primer, pri načrtovanju avtomobilske elektronike PCBA lahko DRC preveri izolacijsko razdaljo med visoko- in nizkonapetostnimi vezji, da izpolni standarde varnosti avtomobilske elektronike; pri medicinskih napravah PCBA pa lahko preveri načrtovanje celovitosti signala, da zagotovi natančnost diagnostike naprave. Kingfield zagotavlja skladnost izdelkov z industrijskimi standardi prek DRC-ja ter ponuja kupcem skladne in zanesljive prilagojene rešitve.

Preverjanje oblikovalskih pravil, kot osnovno orodje za preverjanje načrtovanja PCBA, izvaja celovite in podrobne preglede dokumentov načrtovanja tiskanih vezij s pomočjo standardizirane pravilne baze in inteligentne preverjalne logike. Njegove funkcije pokrivajo ključne vidike, kot so električne lastnosti, izdelovalnost, mehanska struktura in skladnost, ter predstavljajo jedrni tehnološki temelj za zagotavljanje kakovosti načrtovanja PCBA in zanesljivosti masovne proizvodnje pri Kingfieldu. Spodaj so navedene njegove osem osnovnih funkcij:

I. Preverjanje električnih pravil: Zagotavljanje stabilne delovanja vezja

Električne lastnosti so jedro izdelkov PCBA. DRC natančno preverja električno racionalnost načrtovanja vezij, da na sami osnovi prepreči težave, kot so nenavadni signali in nestabilna napajanja:

• Preverjanje pravil razmika: Preveri najmanjšo izolacijsko razdaljo med vodniki, ploščicami, prehodi in bakrenimi tirnicami, da se izognemo kratekim stikom in preskoku, ki nastane zaradi premajhne razdalje, zlasti primeren za strogih zahtev visokonapetostnih tokokrogov in visoko gostih tiskanih vezij;

• Preverjanje omrežne povezanosti: Zaznava težave z omrežjem, kot so odprti tokokrogi, kratek stiki in ohlapne povezave, da zagotovi, da povezanost napajalnih, signalnih in ozemljitvenih omrežij ustreza konstrukcijskim specifikacijam, ter tako prepreči funkcijske okvare zaradi prekinjenih omrežij;

• Preverjanje usklajevanja impedanc: Pri visokofrekvenčnih signalih preveri, ali širina prenosne linije, razmik med linijami in debelina dielektrika ustrezajo prednastavljenim vrednostim impedance, da se zmanjša odboj signala in motnje med sosednjimi linijami ter zagotovi celovitost signala;

• Preverjanje napajalnega omrežja: Preveri, ali širina tokovnega tirnika ustreza zahtevom za nosilnost toka (izogibanje segrevanju zaradi preobremenitve) ter ali je porazdelitev napajanja in mase uravnotežena (zmanjšanje padca napetosti), kar zagotavlja stabilno oskrbo z energijo;

• Preverjanje zemljitev: Preveri, ali je način zemljitve (eno-točkovna zemljitev, večtočkovna zemljitev) smiseln in ali je število zemljiščnih prehodov dovolj, da se izognemo motnjam zaradi zank v masi in izboljšamo odpornost vezja proti motnjam.

II. Preverjanje združljivosti s proizvodnim procesom: Zagotovi izvedljivost proizvodnje

DRC prilagaja pravila glede na parametre opreme in zmogljivosti postopkov proizvodnje podjetja Kingfield, da se zagotovi brezhibna združljivost med načrtovanjem in dejanskim proizvodnim procesom:

• Preverjanje širine vodnikov/razmika: Preveri, ali širina prevodnika ustreza najmanjšim zahtevam za obdelavo, da se izogne lomljenju zaradi prefinjenja in nezadostni nosilnosti toka zaradi preozkih vodnikov;

• Preverjanje parametrov prehodov: Preverite, ali premer prehoda, debelina stene in velikost ploščice ustrezata vrtanju in procesoma prevleke s bakrom, da se izognete zamašitvi prehodov in slabi povezavi;

• Preverjanje konstrukcije ploščic: Potrdite, da velikost in razmik ploščic ustrezata ohišju naprave, da se izognete prevelikim/prenehnim ploščicam, ki povzročajo mrzle lotne spoje in lotne mostove ter zagotovite združljivost s postopki montaže SMT in ponovnega taljenja;

• Preverjanje laka proti lepljenju/tekstilnega tiska: Preverite, ali odpiranje zaščitnega laka pokriva ploščico in ali se svetlika prekriva, da se zagotovi natančno pozicioniranje naprave med proizvodnjo;

• Preverjanje obdelave bakra: Preverite način povezave bakrenih površin s ploščicami in preboji, otoki bakra ter prilagoditev zahtevam postopka graviranja in nanosa zaščitnega laka na tiskanem vezju.

III. Preverjanje mehanske strukture in toplotnega načrtovanja: Izboljševanje zanesljivosti izdelka

DRC optimizira načrtovanje z vidika fizične strukture in toplotne stabilnosti ter zagotavlja mehansko trdnost in zmogljivost odvajanja toplote vezja PCBA skozi celoten življenjski cikel:

• Preverjanje razporeditve komponent: Preveri, ali razmik med komponentami ustreza zahtevam za hlajenje in ali obstaja mehanska ovira, ter pusti dovolj prostora za sestavo in odvajanje toplote;

• Preverjanje razdalje do roba plošče: Preveri najmanjšo razdaljo od komponent, premostitev (vias) in bakrenih tircev do roba tiskane vezave (PCB), da se izognemo poškodbam vezij in nezadostni mehanski trdnosti zaradi odrezovanja robov plošče;

• Preverjanje načrta toplotnega odvajanja: Pri visokozmožnostnih komponentah preveri, ali je načrtovanje toplotnih podlag in toplotnih premostitev smiselno, da se zagotovi hitra prevodnost toplote in se izogne kopičenju toplote, ki vodi do staranja komponent;

• Preverjanje mehanskih lukenj: Preveri, ali se velikost in položaj vijakovnih lukenj ter pozicionirnih lukenj ujemajo s hiškom in montažno konstrukcijo, da se izognemo napakam pri sestavljanju zaradi odstopanj lukenj.

IV. Preverjanje združljivosti naprave in paketa: Zmanjševanje tveganj pri sestavljanju

Preverjanje združljivosti oblikovanja preveri skladnost med paketi naprav in dokumenti oblikovanja, da se izogne težavam pri sestavljanju, povzročenim zaradi napak v paketih:

• Preverjanje ujemanja paketa: Potrdi, da se paket naprave ujema z dejansko izbrano napravo, da se izognemo »neujemanju paketa in naprave«, ki preprečuje lemljenje;

• Preverjanje komponent s polariteto: Preveri, ali se polariteta paketa polariziranih komponent, kot so diode, kondenzatorji in integrirana vezja, ujema z oblikovalsko logiko, da se izogne obratnemu lemljenju, ki bi lahko povzročilo pregorevanje naprave;

• Preverjanje rezervnih mest komponent: Preverja neposredno določene pakete in podvojene komponente ter zagotavlja, da se informacije o komponentah v seznamu materialov (BOM) popolnoma ujemajo z informacijami o komponentah v projektantskih dokumentih.

V. Posebni pregled za visoko gostote in posebne procese: Prilagajanje kompleksnim dizajnom

Za tiskane vezije s posebnimi postopki, kot so HDI, trdno-elastična vezija in zakopani/slepi premostitveni vodniki, ponuja DRC prilagojene funkcije posebnega pregleda:

• Pregled postopka HDI: Preveri, ali premer premostitvenih vodnikov, točnost položaja in struktura naslanjanja ustrezata zahtevam postopka HDI, da se preprečijo okvare povezav prek premostitvenih vodnikov;

• Preverjanje zakopanih/slepih premostitvenih vodnikov: Preveri prevodnost zakopanih/slepih premostitvenih vodnikov in njihovo povezavo s krogi zunanjih slojev, da se zagotovi stabilen prenos signalov med sloji;

• Pregled trdno-elastičnih tiskanih vezij: Preveri, ali prehodna konstrukcija med elastičnimi in trdnimi območji ter upogibni radij ustrezata zahtevam postopkov za elastična tiskana vezja, da se prepreči prelom kroga med upogibanjem.

VI. Pregled skladnosti in standardov industrije: Izpolnjevanje zahtev določenih poslovnih primerov

DRC vključuje obvezne standarde iz različnih industrij, da se zagotovi, da izdelki PCBA izpolnjujejo zahteve glede skladnosti z določenimi poslovnimi primeri: Preverjanje elektromagnetne združljivosti (EMC): Preveri, ali razporeditev filtrirnih kondenzatorjev, celovitost mase in načrtovanje ekraniranja signalov ustrezata standardom EMC, da se zmanjša elektromagnetno sevanje in motnje; Preverjanje standardov za določene industrije:

• Avtomobilska elektronika: Izpolnjuje standarde IATF 16949, preverja izolacijsko razdaljo med visoko- in nizkonapetostnimi vezji ter načrtovanje za odpornost proti vibracijam;

• Medicinska oprema: Izpolnjuje standarde ISO 13485, preverja celovitost signalov in izolacijsko načrtovanje, da se zagotovi natančna diagnostika opreme;

• Industrijsko krmiljenje: Preverja načrtovanje za odpornost proti motnjam in prilagodljivost pri delovanju v širokem temperaturnem območju, da se izpolnijo zahteve po stabilnosti v industrijskem okolju;

• Preverjanje skladnosti z varnostnimi predpisi: Pri tiskanih vezjih, napajanima iz omrežja, preverite, ali razdalje po površini in preskoki ustrezajo varnostnim standardom, kot je IEC 60950, da se izognete nevarnosti električnega udara.

VII. Funkcija predlogov za optimizacijo oblikovanja: izboljšanje učinkovitosti oblikovanja

Napredna orodja DRC ne le »najdejo težave«, temveč ponujajo tudi inteligentne predloge za optimizacijo, ki pomagajo inženirjem hitro izvajati iteracije oblikovanja:

• Samodejno označevanje lokacij težav: Točno označite mesta kršitev prek vizualnega vmesnika, s podporo za skok na ustrezno območje v datoteki oblikovanja s samo enim klikom;

• Priporočila rešitev za optimizacijo: Ponudite določene rešitve za kršitve, na primer »premalo širina traku, priporočamo prilagoditev na 0,15 mm« ali »premajhna razdalja med ploskvami, priporočamo povečanje na 0,3 mm«;

• Funkcija za večkratno popravljanje: Podpira avtomatsko večkratno popravljanje ponavljajočih se preprostih kršitev, kar znatno izboljša učinkovitost spreminjanja oblikovanja.