PCB Tecnico - Applicazione della tecnologia DFM nella progettazione PCB

Di fronte allo sviluppo di prodotti elettronici alla miniaturizzazione, ad alta densità e ad alta velocità, la complessità della progettazione PCB è notevolmente aumentata. Come controllare efficacemente la qualità completa della progettazione complessa del PCB è un argomento che stiamo affrontando. Dopo aver introdotto il software Trilogy 5000 di VALOR, è stato descritto il processo di applicazione del DFM (tecnologia di analisi della manufacturability) all'intero processo di progettazione del PCB del prodotto e confrontato con i metodi tradizionali di progettazione e ispezione del PCB. Il meccanismo di revisione della progettazione PCB può aiutare il personale di progettazione, processo, produzione e ispezione di qualità nel controllo di qualità del processo del ciclo di vita del prodotto. Come potente strumento per la revisione automatica prima che la progettazione PCB sia completata alla produzione, migliora il tasso di successo per la prima volta della progettazione PCB. abbreviare il ciclo di sviluppo del prodotto.

Con il rapido sviluppo dei prodotti elettronici, un gran numero di dispositivi ad alta integrazione come BGA, QFP, PGA e CSP sono stati utilizzati nella progettazione PCB. Anche la complessità del PCB è aumentata notevolmente. La successiva progettazione e produzione del PCB sono difficili e difficili da testare. Problemi di produzione come scarsa saldatura, disallineamento del dispositivo e difficile manutenzione. Ciò comporta ritardi nell'intero periodo di costruzione del prodotto, cicli di sviluppo più lunghi, costi aumentati, elevati tassi di riparazione del prodotto e potenziali rischi per la qualità del prodotto. Allo stesso tempo, tali prodotti non possono soddisfare i requisiti di breve tempo, alta affidabilità e alta stabilità dei prodotti militari.

Nell'attuale processo di progettazione e produzione, abbiamo introdotto il concetto di "design for manufacturability" attraverso l'applicazione della funzione VALOR software Trilogy 5000 DFM e abbiamo spostato in avanti il centro qualità della progettazione del prodotto. Incorporare le regole di produzione nella fase di progettazione e stabilire un nuovo processo di progettazione PCB, come mostrato nella Figura 1. Al fine di ridurre l'estensione del ciclo causata dal cambiamento progettuale, la qualità della produzione e l'efficienza sono garantite. Risolvere o scoprire tutti i possibili rischi di qualità nella fase iniziale della produzione, ridurre al minimo il numero di iterazioni dello sviluppo del prodotto, ridurre i costi e migliorare la competitività del mercato dei prodotti. Rende inoltre irrilevante la qualità del prodotto per il software di progettazione utilizzato e non ha nulla a che fare con il livello dei progettisti, consentendo all'azienda di entrare nella gestione standardizzata.

1. Concetto di tecnologia DFM

   
   

La tecnologia DFM, cioè la tecnologia di manufacturability, studia principalmente la relazione tra la progettazione fisica del prodotto stesso e le varie parti del sistema produttivo, e la utilizza nella progettazione del prodotto per integrare l'intero sistema produttivo per l'ottimizzazione complessiva. La tecnologia DFM può ridurre il ciclo di sviluppo e il costo del prodotto, in modo che possa essere messo in produzione più agevolmente. In altre parole, DFM deve trovare e risolvere i problemi all'inizio dell'intero ciclo di vita del prodotto.

2. Applicazione software DFM

L'analisi Trilogy 5000 DFM comprende principalmente l'analisi della progettazione di produzione di pannelli leggeri, l'analisi dell'assemblaggio e l'analisi di netlist.

2.1 Preparazione dell'analisi

La preparazione dell'analisi DFM è molto importante, è la base di tutte le analisi e un prerequisito per se l'analisi DFM possa procedere. I cinque punti seguenti sono i principali preparativi.

2.1.1 Dati ODB++ generati dalla progettazione PCB attraverso lo strumento EDA

I dati ODB++ sono un formato di dati standard del settore. Combina i dati tradizionali di elaborazione e assemblaggio come le informazioni sulla rete PCB, le relazioni di impilamento, le informazioni sui componenti, le informazioni sull'elaborazione della scheda stampata, le informazioni sui materiali e i vari dati di produzione tra cui le procedure di posizionamento e le procedure di prova ecc. sono raccolti insieme. Generato dal generatore di dati ODB++ incorporato nello strumento di progettazione EDA. Fornire una base di ispezione completa e vera per VALOR Trilogy 5000 DFM.

2.1.2 Un elenco BOM completo basato su ogni progetto PCB

La lettura nell'elenco BOM consiste nell'organizzare il BOM del progetto PCB in un formato BOM riconosciuto dal sistema VALOR Trilogy 5000 e corrisponde al produttore e alla libreria di pacchetti VPL di ogni dispositivo. Il problema che abbiamo riscontrato nella produzione di massa (processo di progettazione PCB tradizionale) quando corrisponde alla lista BOM è che il BOM generato automaticamente dal nostro strumento EDA è coerente con il sistema di approvvigionamento dei materiali dell'azienda, e il sistema di approvvigionamento dei materiali è per la leggibilità. Il nome del produttore di dispositivi domestici si riflette principalmente in cinese e il modello del dispositivo di solito contiene alcuni cinesi contrassegnati. Per la corrispondenza dell'elenco BOM nel software VALOR non è possibile ottenere il collegamento corrispondente al produttore. Attraverso ripetuti esperimenti, considerando che il codice materiale corrisponde a ogni dispositivo, non accadrà che dispositivi diversi utilizzino un codice materiale, che è unico. Pertanto, quando interpretiamo il BOM, impostiamo l'attributo del codice materiale a MPN (Manufactor Part Number), e impostiamo gli attributi delle due colonne del produttore e del modello del dispositivo a Descrive, e impostiamo l'attributo codice di questa unità a Manufactor (Manufacturer), c'è solo un produttore corrispondente a tutti i modelli del dispositivo, che è il nome in codice dell'unità. Dopo che questo è stato implementato, i passaggi di corrispondenza all'elenco BOM sono notevolmente semplificati e molti problemi che ci sono stati afflitti, come nomi imprecisi dei produttori e non riconoscimento in cinese, che sono stati generati quando i produttori corrispondenti sono abilmente evitati.

Il processo di lettura nel BOM può verificare l'accuratezza dell'elenco BOM di progettazione PCB e trovare presto il fenomeno che il pacchetto utilizzato nella progettazione PCB non corrisponde alla libreria effettiva di dispositivi dei componenti e generare un rapporto dei risultati dell'ispezione, che è importante per la progettazione PCB. Ha detto che è un ottimo processo di ispezione preliminare. Se il formato BOM dell'azienda è sicuro, il processo di lettura del BOM può essere semplificato di nuovo creando un modello.

2.1.3 Stabilire una libreria di imballaggi effettiva VPL basata sui codici dei materiali aziendali

Consultando il manuale del dispositivo, utilizzare lo strumento libreria PLM VALOR Trilogy 5000 per costruire la libreria di pacchetti effettiva di ogni dispositivo. La libreria VPL contiene la marca del produttore, le specifiche e le dimensioni effettive del pacchetto dei componenti. La libreria VPL è diversa dalla libreria di imballaggio di progettazione PCB, è una libreria di imballaggio di componenti tridimensionale che descrive le dimensioni effettive dei componenti.

Nella denominazione della libreria di pacchetti VPL, usiamo il metodo di denominazione predefinito VPL, ma aggiungiamo l'attributo U_PCB_PACKAGE all'attributo pacchetto e scriviamo il valore di questo attributo nel nome del pacchetto EDA. Il vantaggio di questo è che quando si fa clic sul dispositivo a cui si desidera prestare attenzione durante l'analisi DFM, è possibile visualizzare intuitivamente il nome del pacchetto EDA corrispondente a questo dispositivo, che facilita la posizione e la visualizzazione del pacchetto in questione e fa risparmiare tempo.

La creazione della libreria di pacchetti VPL è un processo di graduale accumulo. Si può iniziare con resistenze e condensatori. Utilizzare il software COPYPART fornito da VALOR per organizzare un pacchetto di resistenze o condensatori in una tabella Excel ed eseguire l'elaborazione batch. La libreria di pacchetti VPL di tutti i dispositivi nella tabella può essere costruita contemporaneamente. Delle migliaia di pacchetti presenti nella libreria EDA di unità generali, due terzi di essi dovrebbero essere composti da resistenze e condensatori. Se si utilizzano i metodi di cui sopra, le resistenze e i condensatori dovrebbero essere stabiliti prima, che getteranno una solida base e fiducia per la creazione della libreria VPL; In secondo luogo, dovrebbero essere stabiliti alcuni componenti importanti come connettori e CPU. Ciò può garantire che, dopo l'analisi del montaggio di ogni cartone stampato, il cartone stampato messo in produzione almeno non appaia inutilizzabile; In secondo luogo, dovrebbe essere stabilito Il pacchetto VPL dei dispositivi più costosi garantisce il primo tasso di successo delle schede stampate contenenti dispositivi di valore. Se i dispositivi costosi vengono danneggiati durante il processo di assemblaggio a causa di errori di imballaggio, sarà una grande perdita per l'azienda. Quindi impostare la libreria VPL dei dispositivi comunemente utilizzati. Man mano che la libreria VPL viene gradualmente arricchita, la libreria VPL viene gradualmente stabilita, in modo che la maggior parte delle schede stampate possa essere analizzata per l'assemblaggio.

2.1.4 Definire le proprietà del dispositivo

Come base per tutte le ispezioni, è fondamentale istituire una banca dati sulla gestione delle norme del FER. Nella progettazione e produzione effettiva, abbiamo raccolto le specifiche di produzione dei produttori di cartoncini stampati, ordinato le specifiche di progettazione e di processo di produzione dell'unità di progettazione, analizzato e confrontato uno per uno e creato un database di gestione delle regole ERF conforme alla nostra azienda. Essa viene gradualmente migliorata nella pratica. La libreria di gestione delle regole ERF include la libreria di gestione delle regole di analisi light board e la libreria di gestione delle regole di analisi assembly.

2.2 Progettazione per l'assemblaggio

Quando il layout PCB della scheda stampata è fondamentalmente completato:

1) Importare dati ODB++;

2) Importare la lista BOM del disegno;

3) Chiama la libreria di imballaggio effettiva VPL e la libreria di gestione delle regole di analisi dell'assemblaggio ERF corrispondenti al codice del materiale stabilito;

4) Secondo i diversi requisiti di assemblaggio del bordo stampato, impostare il processo di assemblaggio corrispondente e dividere l'area di processo per il bordo stampato;

5) Definire gli attributi del dispositivo;

6) Eseguire l'ispezione dell'assemblea, generare grafica visiva e generare automaticamente rapporti di analisi dell'assemblea.

L'ispezione di assemblabilità comprende ispezioni quali ispezione dell'imballaggio dei componenti, ispezione del punto di marcatura, analisi dei componenti, analisi del pad, analisi della corrispondenza dei pad e pin, analisi del punto di prova e analisi dell'apertura del modello. Gli elementi di ispezione di cui sopra includono tutti sottoelementi. Ad esempio, l'analisi dei componenti include spaziatura dei componenti, direzione dei componenti, altezza dei componenti, serigrafia dei componenti e area proibita dei componenti. Attraverso l'ispezione, si può vedere che i componenti e i pad PCB non corrispondono, interferenza di collisione dei componenti e problemi di saldatura dei componenti.

Con la crescente complessità della progettazione PCB, una scheda stampata conterrà migliaia di dispositivi e i dispositivi di interposizione e montaggio superficiale sono molto densamente distribuiti. Dopo che il layout della scheda stampata è completato, migliaia di Regolare la serigrafia di vari dispositivi è anche un sacco di lavoro, e questo tipo di lavoro complicato porterà inevitabilmente a una posizione irragionevole o persino capovolta del tag. Il normale software di progettazione EDA non fornisce elementi di controllo per questo tipo di problema, quindi una volta che questo tipo di problema si verifica, si trova spesso dopo il debug dopo che la scheda stampata è stata elaborata e il dispositivo è installato. Ha portato un sacco di problemi al successivo assemblaggio e debug, ritardato il progresso della ricerca e sviluppo del prodotto e portato perdite economiche. Attraverso l'analisi dei componenti, il problema del disallineamento del numero di bit mostrato nella Figura 2 può essere facilmente controllato. Sostituisce il processo di ispezione manuale dei progettisti di PCB, migliora l'efficienza e garantisce la qualità del nostro design PCB. Questa ispezione è molto significativa per la nostra progettazione PCB.

Figura 2 Disallineamento del numero di bit

L'analisi della spaziatura dei componenti fornisce un metodo per l'ispezione della spaziatura troppo stretta dei dispositivi che spesso incontriamo nella progettazione dei PCB. I requisiti di spaziatura tra i diversi componenti sono diversi e anche l'altezza è diversa, che può essere impostata attraverso la tabella di corrispondenza di ERF e proprietà del dispositivo. Chiamando la libreria VPL, analizziamo se le diverse spaziature dei vari componenti soddisfano i requisiti. Come mostrato nella Figura 3, la distanza tra i due componenti è troppo vicina, il che porta a stagno insufficiente sui perni dei componenti corti a causa della differenza di altezza dei due componenti durante la saldatura ad onda, che può causare saldatura vuota o saldatura virtuale.

Figura 3 La distanza tra i due componenti è troppo vicina

L'analisi dell'imballaggio dei componenti è principalmente per verificare la correttezza dell'imballaggio dei componenti sul PCB. Questa ispezione è particolarmente importante. Nella progettazione PCB, l'errore corrispondente del pacchetto di componenti o l'errore di istituzione della libreria di pacchetti direttamente causa l'inutilizzabilità della scheda stampata elaborata e deve essere ri-prodotta. Ciò non solo spreca i costi, riduce l'efficienza, ma perde anche la competitività del mercato.

Come mostrato nella Figura 4, la casella grigia è la dimensione effettiva del dispositivo della libreria VPL. Rispetto ai dati di progettazione del PCB nero di seguito, è ovvio che il design del pad del pacchetto è irragionevole, la parte della saldatura del pad è riservata troppo breve e la larghezza del pad non è sufficiente, che è facile causare la saldatura durante il processo di saldatura.

Attraverso l'applicazione dell'analisi di assemblabilità, l'accuratezza della progettazione PCB è migliorata. Poiché abbiamo incorporato molti requisiti di elaborazione del produttore di elaborazione nelle regole ERF, il numero di comunicazioni avanti e indietro con il produttore di elaborazione è stato ridotto e l'efficienza e il tasso di successo della prima volta della produzione di cartone stampato sono stati migliorati.

Figura 4 Design irragionevole del cuscinetto

2.3 Analisi della rete

Quando il layout PCB è completato, i dati ODB++ generati durante la progettazione vengono estratti e la netlist viene analizzata. Confrontando la rete standard, l'errore di progettazione (circuito aperto o cortocircuito) dell'integrità della rete sarà identificato direttamente nel grafico. Anche il circuito aperto e il cortocircuito del terreno di alimentazione possono essere segnalati con precisione dalla modalità di ispezione convertita in Pin-Point. Questa funzione può aiutare gli ispettori PCB a trovare il problema dell'ispezione PCB incompleta causata da esperienza insufficiente, in modo che gli ispettori PCB possano verificare l'integrità dei dati di progettazione finale prima che il prodotto venga messo in produzione.

2.4 Analisi delle tavole leggere

Secondo la libreria di gestione delle regole di analisi della scheda luminosa di ERF, estrarre i dati ODB ++ generati dalla progettazione PCB per verificare la fabbricabilità della scheda luminosa PCB. L'analisi della scheda luminosa PCB comprende principalmente l'analisi della perforazione, l'analisi del segnale, l'analisi dello strato di potenza, l'analisi della maschera di saldatura e l'analisi dello schermo della seta.

Poiché diversi progettisti di PCB hanno diversi livelli e metodi di progettazione, nel processo di progettazione PCB, a causa di esperienze diverse, le regole per l'impostazione del layout e del routing sono diverse e anche la qualità del design è molto diversa. Come rendere la qualità PCB è controllata. Rifletteremo tutti i requisiti e le specifiche di progettazione nelle ispezioni dell'analisi della scheda luminosa impostando la libreria di gestione delle regole di analisi della scheda luminosa ERF.

Ad esempio, nella progettazione PCB, la dimensione del pannello frontale termoisolante dovrebbe essere impostata in base ai requisiti di potenza delle diverse fonti di energia. Se la piastra frontale termoisolante è troppo piccola o bloccata, causerà una dissipazione del calore troppo veloce durante la saldatura, una scarsa saldabilità e la connessione non può soddisfare i requisiti di alimentazione, ecc. Tuttavia, finché il software di progettazione PCB soddisfa il requisito di larghezza della linea di connessione, non richiederà un errore.

Come mostrato nella figura 5, è il caso che la piastra frontale termoisolante sia troppo piccola. L'analisi del pannello ottico controllerà secondo l'impostazione delle regole ERF e la classificazione chiederà se soddisfa i requisiti di dissipazione del calore e potenza di connessione ed evita errori causati da fattori come l'esperienza.

Applicazione della tecnologia DFM nella progettazione PCB

Figura 5 La piastra frontale termoisolante è troppo piccola

Inoltre, il nostro strumento di progettazione PCB fornisce solo elementi di ispezione tra linee stampate e pad e non fornisce l'ispezione della distanza tra linee stampate e maschera di saldatura. Come mostrato nella Figura 6, dopo l'analisi della scheda ottica, si può trovare che le linee stampate sono troppo vicine alla maschera di saldatura, il che evita la perdita di rame delle linee stampate prodotte e l'ossidazione del rame influenzerà direttamente la qualità del segnale. Questi problemi di qualità che possono essere esposti dopo un lungo periodo di utilizzo dovrebbero essere presi in considerazione anche quando controlliamo il PCB.

Applicazione della tecnologia DFM nella progettazione PCB

Figura 6 Il filo è troppo vicino alla maschera di saldatura

Nell'analisi dei pannelli luminosi, se si copia ogni fase di ispezione in una checklist (Checklist), è possibile semplificare il funzionamento di ogni ispezione. È inoltre possibile specificare i tasti di scelta rapida ed eseguire l'analisi del pannello luminoso premendo un pulsante, che riduce notevolmente il carico di lavoro dell'ispezione.

2.5 Sincronizzazione software

Una volta letto il database EDA come ODB++, Trilogy 5000 può fornire una grafica intelligente per connettersi allo strumento EDA. Utilizzando i tasti di scelta rapida impostati dal software, il progettista può sincronizzare direttamente dallo schermo Trilogy5000 allo stesso frame e posizione visualizzati sullo strumento EDA, che ci fornisce grande comodità nel trovare il punto di errore nello strumento EDA rapidamente e facilmente.

3. la differenza tra il software DFM e la funzione di controllo della regola del software di progettazione PCB

Gli strumenti software DFM si basano su regole di produzione reali, mentre i controlli software di progettazione PCB si basano solo su regole di progettazione, che sono strumenti in due campi diversi.

L'analisi nel software di progettazione PCB è generalmente applicata al reparto progettazione e i dati vengono controllati al back end della progettazione per garantire che non ci siano problemi che violano le regole elettriche, concentrandosi sulla realizzazione di funzioni logiche; DFM viene applicato al reparto processo e al reparto assemblaggio di produzione per garantire la progettazione I dati soddisfano tutti i requisiti di produzione, assemblaggio e collaudo.

La funzione di analisi di fabbricabilità dei moduli correlati nel software di progettazione PCB è relativamente semplice e le regole non sono abbastanza ricche. Non sono disponibili strumenti quali l'analisi di assemblabilità e l'analisi di testabilità.

4. Conclusione

Il software DFM ci fornisce un programma completo di revisione dell'automazione della progettazione PCB, che rende i nostri prodotti più standardizzati. Anche con diversi software di progettazione PCB e progettisti PCB con esperienza diversa, la qualità dei prodotti progettati dai progettisti PCB è garantita. Fai partecipare la revisione del processo in parallelo a tutte le fasi della progettazione del prodotto, risolvi e scopri tutti i rischi nascosti di qualità della fabbricabilità nella fase di progettazione e migliora notevolmente la qualità del nostro progetto PCB. L'efficienza della lavorazione del circuito stampato, della gestione del processo e del processo delle apparecchiature elettriche è stata notevolmente migliorata, la qualità del prodotto è stata migliorata, il costo del prodotto e il ciclo di sviluppo sono stati ridotti e la competitività del prodotto è stata aumentata.

Inoltre, l'applicazione del software DFM favorisce anche la standardizzazione dei processi. Attraverso le specifiche DFM, i reparti di progettazione e produzione sono collegati organicamente e, allo stesso tempo, viene raggiunta la standardizzazione delle apparecchiature di prova di produzione. Sulla base dell'attuale tendenza dell'outsourcing della produzione di prodotti, sarà possibile realizzare il trasferimento specializzato della tecnologia di prodotto, che è favorevole alla realizzazione di un maggiore sviluppo delle imprese.