DFM: 12 pravil, ki vam prihranijo drage napake pri izdelavi vezja

DFM (Design for Manufacturability) pomeni, da vezje načrtujete tako, da ga je mogoče izdelati, položiti in testirati brez posebnih ukrepov, izjem in dopisovanja s proizvajalcem. Vezje, ki na zaslonu deluje popolno, lahko v tovarni povzroči nižji izkoristek, napake pri polaganju ali celo nedelujoče kose. Spodaj je dvanajst pravil, ki jih preverjamo pri vsakem vezju, preden gre v proizvodnjo.

1. Držite se zmožnosti proizvajalca, ne minimuma

Vsak proizvajalec objavi svoje tehnološke zmožnosti: minimalno širino povezave, minimalni razmik, najmanjšo luknjo, minimalni obroček. Tipične vrednosti za standardno tehnologijo:

Pravilo: v layoutu uporabite vsaj 20 odstotkov varnostne rezerve nad minimumom. Vezje s povezavami 0,2 mm in razmiki 0,2 mm bo imelo boljši izkoristek, nižjo ceno in bo primerno za več proizvajalcev kot vezje na meji 0,1 mm.

2. Zadostni obročki lukenj (annular ring)

Obroček je baker okoli luknje po vrtanju. Vrtalnik ima toleranco približno 0,05 do 0,1 mm, zato premajhen obroček pomeni prebito luknjo (breakout) in slab ali prekinjen spoj. Za vije uporabite pad vsaj 0,25 mm večji od luknje (npr. luknja 0,3 mm, pad 0,6 mm), za THT komponente pa pad vsaj 0,5 mm večji od luknje. Za konektorje z velikimi silami obroček še povečajte.

3. Razdalja bakra do roba in izrezov

Pri rezkanju roba je toleranca približno 0,1 do 0,2 mm. Baker, ki sega do roba, se lahko odlušči ali povzroči kratek stik z ohišjem. Držite vsaj 0,3 mm (raje 0,5 mm) med bakrom in robom, pri V-cut rezih pa vsaj 0,4 mm od sredine reza. Bakrene ploskve (GND) naj imajo v pravilih nastavljen odmik od obrisa.

4. Spajkalna maska med padi

Pri finih ohišjih (QFN, QFP z 0,5 mm pitchem) je pomembno, da med padi ostane most spajkalne maske širine vsaj 0,1 mm. Preverite razširitev maske (mask expansion) v footprintih: če je prevelika, se sosednje odprtine združijo in spajka lažje tvori mostičke. Kadar mostu ni mogoče ohraniti, se odločite za skupno odprtino, a to zahteva natančnejšo šablono.

5. Sitotisk, ki ne moti

Sitotisk je za ljudi, ne za stroj, kljub temu pa lahko povzroči težave:

• besedilo naj bo visoko vsaj 1 mm z debelino črte 0,15 mm, sicer je neberljivo;
• sitotisk ne sme sekati padov, ker se tam pri spajkanju ne omoči;
• oznake komponent naj bodo zunaj footprinta in enotno orientirane (v dveh smereh, ne v štirih);
• polarnost diod, kondenzatorjev in pin 1 na čipih naj bo nedvoumno označena;
• na vezje dodajte ime, revizijo in datum, da boste čez leto vedeli, kaj držite v roki.

6. Fiducial oznake za polaganje

Fiduciali so okrogli bakreni krogi (premer 1 mm) brez maske v premeru 3 mm, ki jih stroj pick-and-place uporabi za poravnavo. Pravila:

• vsaj dva, bolje trije na vezju, v vogalih, asimetrično postavljeni, da orientacije ni mogoče zamenjati;
• vsaj 5 mm od roba vezja in panela;
• pri finih BGA dodajte lokalna fiduciala ob komponenti;
• na panelu dodajte tudi fiduciale na okvir.

Brez fiducialov polaganje 0402 in QFN komponent ni zanesljivo, saj so tolerance izreza vezja večje od tolerance polaganja.

7. Termični mostički pri padih na ploskvah

Pad, ki je neposredno spojen na veliko bakreno ploskev, odvaja toploto tako hitro, da se spajka ne stopi pravilno; posledica so hladni spoji in nagnjene komponente (tombstoning). Uporabite termične mostičke (thermal reliefs) s štirimi kraki širine 0,3 do 0,5 mm za THT komponente in pasivne SMT komponente. Izjema so močnostni padi (npr. izpostavljen pad pod QFN ali regulatorji), kjer je toplotni stik namerno poln; tam pomagajo termične vije in nekoliko debelejša plast paste.

8. Enakomerna porazdelitev bakra

Neenakomerna količina bakra na plasteh (ena stran polna, druga skoraj prazna) povzroči zvijanje vezja med izdelavo in reflowom. Dodajte bakrene ploskve tudi na redko zasedene plasti in razmislite o mrežastem polnjenju pri zelo velikih ploskvah. Pri večplastnih vezjih naj bo stackup simetričen.

9. Vije v padih in nepokrite vije

Vija znotraj SMT pada posrka spajko in ustvari slab spoj, razen če je vija zapolnjena in prekrita (via-in-pad, plugged and capped), kar je dražja tehnologija. Pri standardnih vezjih vije premaknite iz padov vsaj 0,3 mm in jih po možnosti pokrijte s spajkalno masko (tented), da preprečite kratke stike pri testiranju in korozijo. Vije, ki bodo služile kot testne točke, pustite odprte.

10. Testne točke in dostop za testiranje

Že v layoutu predvidite, kako boste vezje testirali:

• testne točke (padi premera 1 mm ali več) na vseh napajalnih linijah, resetu, komunikacijskih vodilih in ključnih signalih;
• vse testne točke na eni strani, z razmikom vsaj 2,54 mm, če pričakujete testno pripravo z iglami;
• programski konektor ali padi za sondo (npr. Tag-Connect) za nalaganje firmwara brez konektorja;
• razmislite o JTAG/SWD dostopu tudi v serijskem izdelku, le pokrit in nezaseden.

11. Panelizacija za polaganje

Vezja, manjša od približno 50 x 50 mm, ali vezja nepravilnih oblik se položijo v panel, da jih stroj lahko obdela. Pravila:

• panel naj ima vsaj 5 mm širok okvir z dvema fiducialoma in luknjami za pozicioniranje;
• izberite V-cut za pravokotna vezja (cenejši, brez ostankov) ali mouse bites in rezkane reže za zaobljene oblike;
• pri V-cut ne postavljajte komponent bližje kot 1 mm od reza, pri mouse bites vsaj 2 mm;
• komponente, ki segajo čez rob vezja (konektorji), zahtevajo rezkanje in dodatni prostor;
• naročite panel z nastavljenimi dimenzijami, ki jih podpira vaš izvajalec polaganja (tipično do 250 x 350 mm).

12. Popolna in usklajena dokumentacija

Največ zamud povzroči neskladje med Gerberji, BOM in datoteko položajev (pick-and-place):

• BOM naj vsebuje oznako (R1, C3), vrednost, ohišje, proizvajalca in proizvajalčevo številko, po možnosti tudi alternativo;
• datoteka položajev naj ima koordinate v milimetrih glede na isti izvor kot Gerberji, z rotacijo po standardu (pin 1 dogovor);
• označite komponente, ki se ne polagajo (DNP);
• priložite sestavno risbo z označeno polarnostjo in posebnimi navodili (npr. višina konektorja, momenti vijakov);
• določite revizijo; ista revizija pomeni iste datoteke.

Hitri DFM kontrolni seznam

• Širine in razmiki z rezervo nad minimumom proizvajalca
• Obročki vij vsaj 0,15 mm, THT padi vsaj 0,5 mm širši od luknje
• Baker vsaj 0,3 mm od roba
• Maska med padi finih ohišij
• Sitotisk brez prekrivanja padov, jasna polarnost
• Trije fiduciali, asimetrično
• Termični mostički na ploskvah, polni stik pri močnostnih padih
• Enakomeren baker, simetričen stackup
• Vije zunaj padov, pokrite z masko
• Testne točke na eni strani
• Panel z okvirjem, fiduciali in ustreznimi razmiki
• BOM, položaji in Gerberji iz iste revizije

Potrebujete pomoč?

DFM pregled je del vsakega projekta, ki ga pri Selektroniku pripeljemo v proizvodnjo, saj je popravek v layoutu vedno cenejši od popravka na stotih vezjih. Če imate vezje pripravljeno, ga lahko izdelate prek selektronik.si/pcb; če želite pred naročilom neodvisen DFM pregled ali pomoč pri panelizaciji in pripravi dokumentacije za polaganje, se obrnite na naše storitve PCB layouta in polaganja komponent.