Technologie PCB - Application de la technologie DFM à la conception de PCB

Résumé: Comme l'électronique évolue vers la miniaturisation, la haute densité et la grande vitesse, la complexité de la conception de PCB augmente considérablement. Comment contrôler efficacement la qualité intégrée des conceptions de PCB complexes est le sujet auquel nous sommes confrontés. Sur la base de la présentation du logiciel Trilogy 5000 de Valor, le processus d'application des techniques d'analyse de la fabricabilité à l'ensemble du processus de conception de PCB d'un produit est présenté et comparé aux méthodes traditionnelles de conception et de détection de PCB. Un mécanisme d'examen de la conception de PCB peut aider les concepteurs, les processus, la fabrication et les inspecteurs de la qualité dans le contrôle de la qualité des processus du cycle de vie du produit. En tant qu'outil puissant pour l'examen automatique de la conception de PCB jusqu'à la fin de la production, il augmente le taux de réussite initial de la conception de PCB. Raccourcir le cycle de développement des produits.

Avec le développement rapide de l'électronique, un grand nombre de dispositifs hautement intégrés tels que BGA, qfp, PGA et CSP sont utilisés pour la conception de PCB. La complexité des PCB augmente également considérablement. La conception et la fabrication ultérieures de PCB sont difficiles et difficiles à tester. Problèmes de production tels qu'une mauvaise soudure, un équipement inadapté et des difficultés d'entretien. Cela entraîne des retards dans l'ensemble du cycle de construction du produit, des cycles de développement prolongés, des coûts accrus, des taux de réparation élevés et des risques potentiels pour la qualité du produit. Dans le même temps, ce produit ne peut pas répondre aux exigences de courte durée, de haute fiabilité et de grande stabilité des produits militaires.

Dans le processus réel de conception et de production, nous avons fait progresser notre centre de qualité de conception de produits en appliquant la fonctionnalité Trilogy 5000 DFM du logiciel Valor et en introduisant le concept de « conception pour la fabricabilité». En combinant les règles de fabrication pendant la phase de conception, un nouveau processus de conception de PCB est établi, comme le montre la figure 1. La qualité et l'efficacité de la production sont garanties afin de réduire l'allongement du cycle causé par les changements de conception. Résoudre ou détecter tous les problèmes de qualité qui peuvent survenir au début de la fabrication, minimiser le nombre d'itérations dans le développement du produit, réduire les coûts et améliorer la compétitivité du produit sur le marché. Il rend également la qualité du produit indépendante du logiciel de conception utilisé et du niveau du concepteur, ce qui permet aux entreprises de passer à une gestion standardisée.

1. Concept de technologie DFM

   
   

La technologie DFM, c’est - à - dire la technologie de fabricabilité, étudie principalement la relation entre la conception physique du produit lui - même et les différentes parties du système de fabrication et l’utilise pour la conception du produit afin d’intégrer l’ensemble du système de fabrication pour une optimisation globale. La technologie DFM peut réduire les cycles de développement et les coûts des produits, ce qui permet une mise en production plus fluide. En d'autres termes, le DFM consiste à détecter et à résoudre les problèmes très tôt tout au long du cycle de vie du produit.

2. Applications logicielles DFM

L'analyse Trilogy 5000 DFM comprend principalement l'analyse de la conception de la fabrication de panneaux optiques, l'analyse de l'assemblage et l'analyse de la grille.

2.1 préparation analytique

La préparation de l'analyse DFM est importante, elle constitue la base de toutes les analyses et une condition préalable à la réalisation d'une analyse DFM. Les cinq éléments suivants sont les principales préparations.

2.1.1 sortie des données ODB + + générées par la conception de PCB via l'outil EDA

Les données ODB + + sont un format de données standard de l'industrie. Il combine les données traditionnelles d'usinage et d'assemblage telles que les informations du réseau PCB, les relations d'empilement, les informations sur les composants, les informations sur le traitement des plaques imprimées, les informations sur les matériaux et diverses données de production, y compris les procédures de placement et les procédures d'essai, etc. Généré par un générateur de données ODB + + intégré dans les outils de conception EDA. Base d'inspection complète et réaliste pour Valor Trilogy 5000 DFM.

2.1.2 Tableau Bom complet basé sur chaque conception de PCB

La liste de lecture de Bom est l'Organisation des Bom conçus par PCB dans un format de Bom approuvé par le système Valor Trilogy 5000 et correspondant au fabricant et à la Bibliothèque d'encapsulation VPL de chaque appareil. Le problème que nous rencontrons avec la correspondance des tables Bom dans la production en série (processus de conception de PCB traditionnel) est que la Bom générée automatiquement par notre outil Eda est compatible avec le système d'achat de matériaux de l'entreprise, qui est conçu pour la lisibilité. Les noms des fabricants d'appareils domestiques sont principalement reflétés en chinois, et les modèles d'appareils contiennent généralement quelques marques en chinois. Pour la correspondance des tables Bom dans le logiciel Valor, le lien correspondant au fabricant ne peut pas être implémenté. Par des expériences répétées, étant donné que le Code matériel correspond à chaque appareil, il n'y aura pas de cas où différents appareils utiliseront un code matériel unique. Ainsi, dans l'interprétation de la Bom, nous définissons l'attribut du Code matériel à MPN (numéro de pièce du fabricant), l'attribut à deux colonnes du fabricant et du modèle de l'appareil à description, et l'attribut de code de cette unité à Manufacturer (fabricant), tous les modèles de l'appareil correspondant à un seul fabricant, le nom de code de l'unité. Après la mise en œuvre, les étapes correspondantes de la table Bom sont grandement simplifiées et évitent habilement de nombreux problèmes qui nous dérangent, tels que l'inexactitude du nom du fabricant et la non - reconnaissance de la langue chinoise, qui se posent lorsque le fabricant correspondant.

Le processus de lecture de la Bom permet de vérifier l'exactitude de la table Bom de la conception de PCB et de détecter le plus tôt possible le phénomène selon lequel l'encapsulation utilisée dans la conception de PCB ne correspond pas à la Bibliothèque réelle de périphériques du composant et de générer un rapport sur les résultats de l'inspection, ce qui est important pour la conception de PCB. Dire que c'est un très bon processus d'inspection initiale. Si le format de la Bom de l'entreprise est certain, le processus de lecture de la Bom peut à nouveau être simplifié en créant un modèle.

2.1.3 création d'une bibliothèque d'emballage VPL basée sur le Code matériel de l'entreprise

Utilisez Valor Trilogy 5000 Library Tool PLM pour construire une bibliothèque de paquets réelle pour chaque appareil en consultant le manuel de l'appareil. La Bibliothèque VPL contient la marque du fabricant, les spécifications et les dimensions réelles des composants. La Bibliothèque VPL est différente de la Bibliothèque d'encapsulation de conception de PCB, qui est une bibliothèque d'encapsulation de composants 3D décrivant les dimensions réelles des composants.

Dans le nommage des bibliothèques de paquets VPL, nous utilisons la méthode de nommage par défaut VPL, mais ajoutons l'attribut U - PCB - package à l'attribut package et écrivons la valeur de cet attribut dans le nom du paquet EDA. L'avantage est que lorsque vous cliquez sur l'appareil sur lequel vous souhaitez vous concentrer pendant l'analyse DFM, vous pouvez voir visuellement le nom du package EDA correspondant à cet appareil, ce qui permet de localiser et de visualiser le package en question et de gagner du temps.

La création d'une bibliothèque de paquets VPL est un processus d'accumulation progressive. Vous pouvez commencer avec des résistances et des condensateurs. Utilisez le logiciel copypart fourni par Valor pour organiser les paquets de résistances ou de condensateurs dans des tableaux Excel et les traiter par lots. La Bibliothèque de packages VPL pour tous les périphériques de la table peut être construite en une seule fois. Parmi les milliers de boîtiers dans la Bibliothèque de boîtiers EDA de l'unité universelle, les deux tiers devraient être constitués de résistances et de condensateurs. Si la méthode ci - dessus est appliquée, les résistances et les condensateurs doivent d'abord être construits, ce qui créera une base solide et la confiance dans la création de la Bibliothèque VPL; Deuxièmement, certains composants importants tels que les connecteurs et le CPU devraient être mis en place. Cela permet de garantir qu'après l'analyse de l'assemblage de chaque plaque imprimée, il n'y aura au moins pas d'indisponibilité des plaques imprimées mises en production; Deuxièmement, il convient de mettre en place des boîtiers VPL pour les équipements plus coûteux afin de garantir un premier succès pour les cartes de circuits imprimés contenant des équipements de valeur. Si un équipement coûteux est endommagé lors de l'assemblage en raison d'une erreur d'emballage, ce serait une perte énorme pour l'entreprise. Ensuite, créez une bibliothèque VPL pour les périphériques courants. Au fur et à mesure que la Bibliothèque VPL s'enrichit, la Bibliothèque VPL s'établit progressivement, de sorte que la plupart des plaques imprimées peuvent être analysées pour l'assemblage.

2.1.4 définition des caractéristiques de l'équipement

La mise en place d'une base de données de gestion des règles du fer est essentielle pour toutes les vérifications. Dans la conception et la production réelles, nous avons rassemblé les spécifications de fabrication des fabricants de plaques d'impression, organisé les spécifications de conception et les spécifications de processus de production des unités de conception, analysé les comparaisons une par une, établi une base de données de gestion des règles ERF conforme à notre société. Il est progressivement amélioré dans la pratique. La Bibliothèque de gestion des règles ERF comprend la Bibliothèque de gestion des règles d'analyse de panneaux optiques et la Bibliothèque de gestion des règles d'analyse d'assemblage.

2.2 conception de l'assemblabilité

Lorsque la mise en page PCB de la carte imprimée est essentiellement terminée:

1) importer des données ODB +;

2) importer la liste des tables Bom conçues;

3) Appeler la Bibliothèque d'emballage réelle VPL correspondant au codage de matériel établi et la Bibliothèque de gestion des règles d'analyse d'assemblage ERF;

4) selon les différentes exigences d'assemblage de la plaque d'impression, définissez le processus d'assemblage correspondant et divisez la zone de processus pour la plaque d'impression;

5) Définir les propriétés de l'appareil;

6) Effectuer l'inspection des composants, générer des graphiques visuels et générer automatiquement des rapports d'analyse des composants.

L'inspection de l'aptitude à l'assemblage comprend des inspections telles que l'inspection de l'emballage des composants, l'inspection des points de marquage, l'analyse des composants, l'analyse des garnitures, l'analyse de la correspondance entre les garnitures et les broches, l'analyse des points d'essai et l'analyse de l'ouverture du gabarit. Les éléments d'inspection ci - dessus comprennent tous des sous - éléments. Par exemple, l'analyse des composants comprend l'espacement des composants, l'orientation des composants, la hauteur des composants, le maillage des composants et les zones interdites des composants. L'examen montre que les composants et les plots de PCB ne correspondent pas, que les interférences de collision des composants et les problèmes de soudage des composants.

Avec la complexité croissante de la conception de PCB, une carte imprimée contiendra des milliers de dispositifs et la distribution des dispositifs d'insertion et de montage en surface sera très dense. Des milliers de réglages de la sérigraphie des différents appareils une fois la disposition de la plaque imprimée terminée est également un travail ardu, et ce travail complexe conduit inévitablement à des positions déraisonnables, voire inversées, des étiquettes. Le logiciel de conception EDA général ne fournit pas d'éléments d'inspection pour ce type de problème, donc une fois que ce type de problème se produit, il est souvent découvert après le traitement de la plaque d'impression, l'installation de l'équipement et la mise en service. Il a causé beaucoup de problèmes pour l'assemblage et la mise en service ultérieurs, retardé les progrès de la recherche et du développement du produit et entraîné des pertes financières. Grâce à l'analyse des composants, il est facile de vérifier les erreurs de nombre de bits représentées sur la figure 2. Il remplace le processus d'inspection manuelle des concepteurs de PCB, augmente l'efficacité et garantit la qualité de nos conceptions de PCB. Cette inspection est très significative pour notre conception de PCB.

Figure 2 Numéro de bit mal positionné

L'analyse de l'espacement des composants fournit un moyen de vérifier le sur - espacement des dispositifs que nous rencontrons souvent dans la conception de PCB. Les exigences d'espacement entre les différents composants sont différentes, tout comme la hauteur, et peuvent être définies via la table de correspondance de l'ERF avec les caractéristiques du dispositif. En appelant la Bibliothèque VPL, nous analysons si les différents Espacements des différents composants répondent aux exigences. Comme on peut le voir sur la figure 3, la distance trop proche entre les deux pièces conduit à un manque d'étain sur les broches des pièces courtes lors du soudage à la vague en raison de la différence de hauteur des deux pièces, ce qui conduit à un soudage à vide ou à la soudure par pointillés.

Figure 3 distance trop proche entre les deux composants

L'analyse de l'encapsulation des composants consiste principalement à vérifier l'exactitude de l'encapsulation des composants sur un PCB. Cette inspection est particulièrement importante. Dans la conception de PCB, les erreurs de correspondance d'encapsulation d'élément ou les erreurs d'établissement de bibliothèque d'encapsulation entraînent directement l'inutilisation de la carte d'impression usinée et doivent être produites à nouveau. Cela gaspille non seulement les coûts et réduit l'efficacité, mais aussi la compétitivité du marché.

Comme le montre la figure 4, la case grise est la taille réelle du périphérique de la Bibliothèque VPL. Par rapport aux données de conception de PCB noir ci - dessous, il est clair que la conception de la pastille d'encapsulation n'est pas raisonnable, la réservation de la partie de soudure de la pastille est trop courte, la largeur de la pastille n'est pas suffisante et peut facilement provoquer une soudure pendant le processus de soudage.

La précision de la conception de PCB a été améliorée grâce à l'application de l'analyse d'assemblabilité. Comme nous intégrons de nombreuses exigences d'usinage des fabricants d'usinage dans les règles ERF, nous réduisons le nombre de communications avec les fabricants d'usinage et améliorons l'efficacité et le premier succès de la production de cartes imprimées.

Figure 4 la conception du rembourrage n'est pas raisonnable

2.3 analyse des tableaux Web

Lorsque la mise en page du PCB est terminée, les données ODB + + générées lors de la conception sont extraites et la table Web est analysée. En comparant les réseaux standards, il est possible d'identifier directement sur la figure les erreurs de conception (circuit ouvert ou court - circuit) de l'intégrité du réseau. Même les circuits ouverts et les courts - circuits pour la mise à la terre de l'alimentation peuvent être signalés avec précision via le mode d'inspection converti en pin point. Cette fonctionnalité peut aider les inspecteurs de PCB à détecter les problèmes d'inspection incomplète de PCB en raison d'une expérience insuffisante, ce qui permet aux inspecteurs de PCB de vérifier l'intégrité des données de conception finales avant la mise en production du produit.

2.4 analyse des plaques optiques

Gérez la Bibliothèque selon les règles d'analyse des panneaux optiques d'ERF, extrayez les données ODB + + générées par la conception de PCB, vérifiez la fabricabilité des panneaux optiques de PCB. L'analyse de carte optique de PCB comprend principalement l'analyse de perçage, l'analyse de signal, l'analyse de couche d'alimentation, l'analyse de soudure par résistance et l'analyse de treillis métallique.

Étant donné que différents concepteurs de PCB ont différents niveaux et méthodes de conception, la qualité de la conception varie considérablement au cours du processus de conception de PCB, en raison des expériences différentes, des règles de configuration de la disposition et du câblage. Comment faire pour que la qualité du PCB soit contrôlée. Nous refléterons toutes les exigences de conception et les spécifications dans l'inspection de l'analyse des panneaux lumineux en configurant la Bibliothèque de gestion des règles d'analyse des panneaux lumineux ERF.

Par exemple, dans la conception de PCB, les dimensions des panneaux d'isolation thermique doivent être définies en fonction des exigences de puissance des différentes sources d'alimentation. Si le panneau isolant est trop petit ou bloqué, il peut causer des problèmes tels que la dissipation de chaleur trop rapide pendant le processus de soudage, une mauvaise soudabilité, une connexion ne répondant pas aux exigences de puissance. Cependant, tant que le logiciel de conception de PCB répond aux exigences de largeur de ligne de connexion, aucune erreur n'est suggérée.

Comme le montre la figure 5, c'est le cas où le panneau isolant thermique est trop petit. L'analyse du panneau optique sera vérifiée en fonction des paramètres des règles ERF, en classant les conseils pour répondre aux exigences de dissipation de chaleur et de puissance de connexion et en évitant les erreurs dues à des facteurs tels que l'expérience.

Application de la technologie DFM à la conception de PCB

Figure 5 panneau d'isolation thermique trop petit

De plus, notre outil de conception de PCB ne fournit que des éléments d'inspection entre la ligne imprimée et les Plots et ne fournit pas de vérification de la distance entre la ligne imprimée et la plaque de soudure. Comme le montre la figure 6, après analyse de la plaque optique, on constate que la ligne imprimée est trop proche du capot de soudure par résistance, évitant ainsi les fuites de cuivre de la ligne imprimée résultante, alors que l'oxydation du cuivre aurait un impact direct sur la qualité du signal. Ces problèmes de qualité qui peuvent être exposés après une utilisation prolongée doivent également être pris en compte lorsque nous examinons les PCB.

Application de la technologie DFM à la conception de PCB

Figure 6 le fil est trop proche de la plaque de soudure par résistance

Dans l'analyse de la lame optique, si vous copiez chaque étape d'inspection dans une liste de contrôle (Checklist), vous pouvez simplifier l'opération pour chaque inspection. Vous pouvez également spécifier des raccourcis pour effectuer l'analyse du panneau lumineux en appuyant simplement sur un bouton, ce qui réduit considérablement la charge de travail de l'inspection.

2.5 synchronisation des logiciels

Une fois la base de données EDA lue comme ODB + +, Trilogy 5000 peut fournir des graphiques intelligents connectés aux outils EDA. En utilisant les raccourcis définis par le logiciel, les concepteurs peuvent synchroniser le même cadre et la même position affichés sur l'outil EDA directement à partir de l'écran trilogy5000, ce qui nous permet de trouver rapidement et facilement les points d'erreur dans l'outil EDA.

3. Différence entre le logiciel DFM et la fonction de vérification des règles du logiciel de conception de PCB

L'outil logiciel DFM est basé sur les règles de production réelles, tandis que la vérification du logiciel de conception de PCB est basée uniquement sur les règles de conception, qui sont des outils dans deux domaines différents.

L'analyse dans le logiciel de conception de PCB est généralement appliquée au Département de conception et les données sont vérifiées dans le back - end de conception pour s'assurer qu'il n'y a pas de violation des règles électriques, en mettant l'accent sur la mise en œuvre des fonctions logiques; Le DFM est utilisé dans les départements process et production - assemblage pour s'assurer que les données de conception répondent à toutes les exigences de fabrication, d'assemblage et de test.

Les fonctions d'analyse de fabricabilité des modules associés dans le logiciel de conception de PCB sont relativement simples et les règles ne sont pas assez riches. Les outils tels que l'analyse d'assemblabilité et l'analyse de testabilité ne sont pas disponibles.

4. Conclusion

DFM Software nous fournit un programme complet d'examen automatisé de la conception de PCB, ce qui rend nos produits plus standardisés. La qualité des produits conçus par les concepteurs de PCB est garantie même en utilisant différents logiciels de conception de PCB et des concepteurs de PCB avec différentes expériences. Faire participer les revues de processus en parallèle à toutes les étapes de la conception du produit, résoudre et découvrir tous les dangers cachés de la qualité de la fabricabilité au stade de la conception, améliore considérablement la qualité de nos conceptions de PCB. L'efficacité du traitement de la carte de circuit imprimé, de la gestion des processus et du traitement des équipements électriques a été considérablement améliorée, la qualité des produits a été améliorée, le coût et le cycle de développement des produits ont été réduits et la compétitivité des produits a été accrue.

En outre, l'application du logiciel DFM favorise également la normalisation des processus. Grâce à la spécification DFM, les départements de conception et de fabrication sont organiquement liés, tout en standardisant les équipements de test de production. Conformément à la tendance actuelle à l'externalisation de la fabrication de produits, il sera possible de réaliser un transfert de spécialisation de la technologie des produits, ce qui est bénéfique pour la réalisation d'un plus grand développement de l'entreprise.