PCB 기술 - PCB 설계에서 DFM 기술 활용

요약: 전자 제품이 소형화, 고밀도, 고속화로 발전함에 따라 PCB 설계의 복잡성이 크게 증가했다.복잡한 PCB 설계의 종합적인 품질을 어떻게 효과적으로 제어할 것인가가 우리가 직면한 과제이다.VALOR의 Trilogy 5000 소프트웨어를 소개한 뒤 제조 가능 분석 기술을 제품 PCB 설계 전 과정에 적용하는 과정을 설명하고 기존 PCB 설계 및 검사 방법과 비교했다.PCB 설계 검토 메커니즘은 설계, 공정, 제조 및 품질 검사 직원이 제품 수명 주기 프로세스의 품질 관리를 수행하는 데 도움이 됩니다.PCB 설계가 생산 전에 자동으로 검토되는 강력한 도구로서 PCB 설계의 첫 성공률을 높입니다.제품 개발 주기를 단축하다.

전자 제품이 빠르게 발전함에 따라 BGA, QFP, PGA 및 CSP와 같은 많은 통합 장치가 PCB 설계에 사용됩니다.PCB의 복잡성도 크게 증가했습니다.이후 PCB 설계 및 제조는 어렵고 테스트하기 어렵습니다.용접 불량, 장비 불일치 및 유지 관리 어려움과 같은 생산 문제이로 인해 전체 제품 건설 주기가 지연되고 개발 주기가 연장되며 원가가 증가하고 제품 수리율이 높으며 잠재적인 제품 품질 위험이 존재한다.이와 동시에 이런 제품은 군용제품의 단시간, 높은 신뢰성과 높은 안정성의 요구를 만족시킬수 없다.

실제 설계 및 생산 과정에서 VALOR 소프트웨어 Trilogy 5000 DFM 기능의 적용을 통해"제조 가능한 디자인"이라는 개념을 도입하여 제품 설계 품질 센터를 앞으로 추진했습니다.설계 단계에서 제조 규칙을 결합하여 그림 1과 같이 새로운 PCB 설계 프로세스를 설정합니다.설계 변경으로 인한 주기 연장을 줄이기 위해 생산 품질과 효율을 보장했다.제조 초기에 가능한 모든 품질 위험을 해결하거나 발견하여 제품 개발의 반복 횟수를 최대한 줄이고 원가를 낮추며 제품의 시장 경쟁력을 높인다.또한 제품의 품질을 사용하는 디자인 소프트웨어와 상관없이 디자이너의 수준과 무관하게 하여 기업이 표준화 관리에 들어가도록 한다.

1. DFM 기술 개념

   
   

DFM 기술은 제조성 기술로서 주로 제품 자체의 물리적 설계와 제조 시스템 각 부분 간의 관계를 연구하고 이를 제품 설계에 사용하여 전체 제조 시스템을 통합하여 전체적인 최적화를 진행한다.DFM 기술은 제품의 개발 주기와 비용을 줄여 생산에 더욱 원활하게 투입할 수 있도록 한다.즉, DFM은 전체 제품 수명주기의 초기에 문제를 발견하고 해결하는 것입니다.

2. DFM 소프트웨어 어플리케이션

Trilogy 5000 DFM 분석에는 주로 광판 제조 설계 분석, 조립 분석 및 네트 테이블 분석이 포함됩니다.

2.1 분석 준비

DFM 분석은 모든 분석의 기초이자 DFM 분석이 수행될 수 있는 전제가 되는 매우 중요한 준비 작업입니다.다음 다섯 가지가 주요 준비 작업입니다.

2.1.1 EDA 도구를 통해 PCB 설계에서 생성된 ODB++ 데이터 내보내기

ODB++ 데이터는 업계 표준 데이터 형식입니다.PCB 네트워크 정보, 스태킹 관계, 구성 요소 정보, 인쇄판 가공 정보, 재료 정보, 배치 절차 및 테스트 절차 등을 포함한 다양한 생산 데이터와 같은 전통적인 가공 및 조립 데이터를 결합합니다.EDA 설계 도구가 포함된 ODB++ 데이터 빌더에서 생성됩니다.VALOR Trilogy 5000 DFM에 대한 완전하고 사실적인 검증 근거를 제공합니다.

2.1.2 PCB당 설계에 기반한 전체 BOM 테이블

BOM 테이블 읽기는 PCB가 설계한 BOM을 VALOR Trilogy 5000 시스템에서 인정하는 BOM 형식으로 구성하고 각 장치의 제조업체 및 VPL 패키지 라이브러리에 대응합니다.대량 생산 (기존 PCB 설계 프로세스) 에서 BOM 테이블에 대응하는 동안 발생한 문제는 EDA 도구가 자동으로 생성하는 BOM이 회사의 재료 조달 시스템과 일치하며 재료 조달 시스템은 가독성을 위한 것입니다.국산 설비 제조업체의 명칭은 대부분 중국어로 반영되며, 설비 모델은 보통 일부 표기된 중국어를 포함한다.VALOR 소프트웨어의 BOM 테이블과 일치하는 경우 제조업체에 대한 링크를 설정할 수 없습니다.반복적인 실험을 통해 재료 코드가 각 장치에 해당하고 다른 장치가 하나의 재료 코드를 사용하는 경우가 없다는 것을 고려하여 이것이 유일합니다.따라서 BOM을 설명할 때 재료 코드의 속성을 MPN(제조업체 부품 번호)으로 설정하고 제조업체와 장비 모델의 두 열 속성을 Description으로 설정하고 해당 셀의 코드 속성을 Manufactor(제조업체)로 설정합니다. 모든 장비 모델에 해당하는 제조업체는 한 개, 즉 셀의 코드 이름만 있습니다.구현 후, BOM 테이블의 대응 단계는 크게 간소화되었고, 제조업체 이름이 정확하지 않거나 중국어가 인식되지 않는 등 제조업체에 대응하는 과정에서 발생하는 많은 문제를 교묘하게 피할 수 있었다.

BOM을 읽는 과정은 PCB 설계 BOM 테이블의 정확성을 검증하고 PCB 설계에 사용된 패키지가 구성 요소의 실제 장치 라이브러리와 일치하지 않는 현상을 조기에 발견하고 PCB 설계에 중요한 검사 결과 보고서를 생성합니다.아주 좋은 예비 검사 과정이래요.회사의 BOM 형식이 확실하면 템플릿을 작성하여 BOM을 읽는 프로세스를 다시 단순화할 수 있습니다.

2.1.3 회사 자재 코드에 따라 VPL 실제 포장 라이브러리 구축

디바이스 설명서를 검토하여 VALOR Trilogy 5000 라이브러리 도구인 PLM을 사용하여 각 디바이스의 실제 패키지 라이브러리를 구축합니다.VPL 라이브러리에는 제조업체의 브랜드, 사양 및 어셈블리의 실제 패키지 크기가 포함됩니다.VPL 라이브러리는 PCB 디자인 패키지 라이브러리와 달리 어셈블리의 실제 크기를 설명하는 3D 어셈블리 패키지 라이브러리입니다.

VPL 패키지 라이브러리 이름에서는 VPL 기본 이름 지정 방법을 사용하지만 U_PCB_package 속성을 패키지 속성에 추가하고 해당 속성의 값을 EDA 패키지 이름에 씁니다.이렇게 하면 DFM 분석 과정에서 팔로우하려는 장치를 클릭하면 해당 장치에 해당하는 EDA 패키지의 이름을 직관적으로 볼 수 있어 문제가 있는 패키지를 쉽게 찾고 볼 수 있으며 시간을 절약할 수 있습니다.

VPL 패키지 라이브러리의 구축은 점진적으로 축적되는 과정이다.너는 저항기와 콘덴서로부터 시작할 수 있다.VALOR에서 제공하는 COPYPART 소프트웨어를 사용하여 Excel 테이블에 저항기 또는 콘덴서 패키지를 구성하고 대량 처리합니다.테이블의 모든 장치에 대한 VPL 패키지 라이브러리는 한 번에 구성할 수 있습니다.범용 유닛 EDA 패키지 라이브러리의 수천 개의 패키지 중 3분의 2는 저항기와 콘덴서로 구성되어야 한다.상술한 방법을 채택한다면 먼저 저항기와 콘덴서를 구축해야 하며, 이는 VPL 라이브러리 구축에 튼튼한 기초와 자신감을 다질 것이다.둘째, 커넥터와 CPU와 같은 중요한 구성 요소를 만들어야합니다.이렇게 하면 각 인쇄판을 조립 분석한 후 생산에 투입된 인쇄판이 적어도 사용할 수 없는 상황이 발생하지 않도록 보장할 수 있다;둘째, 더 비싼 장비의 VPL 패키지를 구축하여 가치 있는 장비가 포함된 인쇄판의 첫 성공률을 보장해야 한다.만약 비싼 설비가 조립 과정에서 포장 오류로 인해 파손된다면 이것은 회사에 있어서 막대한 손실이 될 것이다.그런 다음 자주 사용하는 장치에 대한 VPL 라이브러리를 만듭니다.VPL 라이브러리가 점차 풍부해짐에 따라 VPL 라이브러리도 점차 구축되기 때문에 대부분의 인쇄판은 조립성 분석을 할 수 있다.

2.1.4 디바이스 특성 정의

모든 검사의 기초로서 ERF 규칙 관리 데이터베이스를 구축하는 것이 중요합니다.실제 디자인과 생산에서 우리는 인쇄판 제조업체의 제조 규범을 수집하고 디자인 단위의 디자인 규범과 생산 공정 규범을 정리하며 하나하나 분석하고 비교하여 우리 회사에 부합되는 ERF 규칙 관리 데이터베이스를 구축했다.그것은 실천 중에 점차 개선된 것이다.ERF 규칙 관리 라이브러리에는 광판 분석 규칙 관리 라이브러리와 조립 분석 규칙 관리 도서관이 포함됩니다.

2.2 조립 가능한 디자인

인쇄판의 PCB 레이아웃이 거의 완성된 경우:

1) ODB+ 데이터 가져오기

2) 설계의 BOM 테이블 목록 가져오기

3) 구축된 재료 인코딩에 대응하는 VPL 실제 포장 라이브러리와 ERF 조립 분석 규칙 관리 라이브러리를 호출한다;

4) 서로 다른 인쇄판 조립 요구에 따라 상응하는 조립 공정을 설정하고 인쇄판을 위한 공정 구역을 구분한다.

5) 장치 속성을 정의합니다.

6) 부품 검사를 수행하고 시각적 그래픽을 생성하며 부품 분석 보고서를 자동으로 생성합니다.

조립성 검사에는 어셈블리 포장 검사, 마커 포인트 검사, 어셈블리 분석, 용접 디스크 분석, 용접 패드 및 핀의 대응성 분석, 테스트 포인트 분석 및 템플릿 개구 분석 등의 검사가 포함됩니다.위의 검사 항목에는 모두 하위 항목이 포함됩니다.예를 들어, 어셈블리 분석에는 어셈블리 간격, 어셈블리 방향, 어셈블리 높이, 어셈블리 실크스크린 및 어셈블리 제한 영역이 포함됩니다.검사를 통해 어셈블리와 PCB 용접 디스크의 불일치, 어셈블리 충돌 간섭, 어셈블리 용접 문제를 확인할 수 있습니다.

PCB 설계가 갈수록 복잡해짐에 따라 인쇄판 하나에 수천 개의 부품이 포함될 것이며, 삽입 부품과 표면 설치 부품이 매우 밀집되어 있다.인쇄판의 배치가 완성된후 수천수만의 각종 설비의 실크스크린을 조정하는것도 어려운 작업으로서 이런 복잡한 작업은 불가피하게 라벨의 위치가 불합리하거나 심지어 전도될수 있다.일반적인 EDA 설계 소프트웨어는 이러한 문제에 대한 검사 항목을 제공하지 않기 때문에 이러한 문제가 발생하면 인쇄판이 처리되고 설비가 설치된 후 디버깅을 거쳐 발견되는 경우가 많다.그것은 이후의 조립 디버깅에 많은 번거로움을 가져왔고, 제품 연구 개발의 진도를 지연시켰으며, 경제적 손실을 가져왔다.어셈블리 분석을 통해 플롯 2와 같은 자릿수 오프셋 문제를 쉽게 확인할 수 있습니다.PCB 설계자의 수동 검사 프로세스를 대체하여 효율성을 높이고 PCB 설계의 품질을 보장합니다.이번 검사는 우리의 PCB 설계에 매우 의미가 있다.

그림 2 비트 번호 어긋남

컴포넌트 간격 분석은 PCB 설계에서 흔히 볼 수 있는 부품 간격이 너무 가깝다는 검사를 위한 방법을 제공합니다.서로 다른 구성 요소 간의 간격 요구사항이 다르고 높이도 다르므로 ERF와 부품 특성의 대응 테이블을 통해 설정할 수 있습니다.VPL 라이브러리를 호출하여 다양한 구성 요소의 서로 다른 간격이 요구 사항을 충족하는지 분석했습니다.그림 3에서 볼 수 있듯이, 두 부품 사이의 거리가 너무 가까워서 웨이브 용접 과정에서 두 부품의 높이가 다르기 때문에 짧은 부품의 핀에 주석이 부족하여 빈 용접이나 헛용접이 발생한다.

그림 3 두 부품 간의 거리가 너무 가깝습니다.

컴포넌트 패키징 분석은 주로 PCB에서 컴포넌트 패키징의 정확성을 검사합니다.이번 검사는 특히 중요하다.PCB 설계에서 컴포넌트 패키징 대응 오류 또는 패키징 라이브러리 구축 오류로 인해 처리된 인쇄판을 직접 사용할 수 없게 되어 다시 생산해야 합니다.이것은 원가를 낭비하고 효율을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 시장 경쟁력도 잃었다.

그림 4와 같이 회색 상자는 VPL 라이브러리의 실제 장치 크기입니다.아래의 검은색 PCB 설계 데이터와 비교했을 때, 패키징 용접 디스크의 설계가 불합리하고, 용접 디스크의 용접 부분이 너무 짧게 남아 있으며, 용접 디스크의 폭이 부족하여 용접 과정에서 용접을 초래하기 쉽다는 것이 분명하다.

조립 가능한 분석의 적용으로 PCB 설계의 정확성이 향상되었습니다.우리는 가공 제조업체의 많은 가공 요구 사항을 ERF 규칙에 포함시켰기 때문에 가공 제조업체와의 왕복 소통 횟수를 줄이고 인쇄판 생산의 효율과 첫 번째 성공률을 향상시켰다.

그림 4 패드 디자인이 불합리하다

2.3 네트워크 테이블 분석

PCB 레이아웃이 완료되면 설계 과정에서 생성된 ODB++ 데이터를 추출하고 네트 테이블을 분석합니다.표준 네트워크를 비교하여 네트워크 무결성 설계 오류 (회로 또는 단락) 를 그림에서 직접 식별할 수 있습니다.전원 접지의 회로 및 합선이라도 Pin Point의 검사 모드로 변환하여 정확하게 보고할 수 있습니다.이 기능은 PCB 검사원이 경험 부족으로 인한 PCB 검사 불완전 문제를 발견할 수 있도록 도와 PCB 검사원이 제품이 생산되기 전에 최종 설계 데이터의 무결성을 검증할 수 있도록 한다.

2.4 광판 분석

ERF의 광판 분석 규칙 관리 라이브러리에 따라 PCB 설계에서 생성된 ODB++ 데이터를 추출하여 PCB 광판의 제조 가능성을 검사합니다.PCB 광판 분석에는 주로 드릴 분석, 신호 분석, 전원 계층 분석, 용접 저항 분석 및 실크스크린 분석이 포함됩니다.

서로 다른 PCB 설계자는 서로 다른 설계 수준과 방법을 가지고 있기 때문에 PCB 설계 과정에서 경험이 다르기 때문에 배치를 설정하고 배선하는 규칙도 다르고 디자인의 질도 큰 차이가 있다.PCB 품질을 제어하는 방법ERF 램프 분석 규칙 관리 라이브러리를 설정하여 모든 설계 요구사항 및 사양을 램프 분석 체크에 반영합니다.

예를 들어, PCB 설계에서 단열 패널의 크기는 전원 공급 장치의 전력 요구 사항에 따라 설정해야 합니다.단열판이 너무 작거나 막히면 용접 중 발열이 너무 빠르고 용접성이 떨어지며 연결이 전원 요구 사항을 충족시키지 못하는 등의 문제가 발생할 수 있습니다.그러나 PCB 설계 소프트웨어가 연결 선가중치 요구 사항을 충족하는 한 오류가 표시되지 않습니다.

그림 5와 같이 단열 패널이 너무 작은 경우입니다.광학 패널 분석은 ERF 규칙의 설정에 따라 검사되며, 발열 및 연결 전력 요구 사항을 충족하는지 분류하여 제시하여 경험 등으로 인한 오류를 방지합니다.

PCB 설계에서 DFM 기술 활용

그림 5 단열 패널이 너무 작음

또한 PCB 설계 도구는 인쇄 회선과 용접판 사이의 검사 항목만 제공하며 인쇄 회선과 용접판 사이의 거리에 대한 검사는 제공하지 않습니다.그림 6에서 볼 수 있듯이 광판 분석을 통해 인쇄 회선이 용접 방지 덮개와 너무 가까워서 발생하는 인쇄 회선의 구리 누출을 피할 수 있고 구리의 산화는 신호의 질에 직접적인 영향을 줄 수 있다.PCB를 검사할 때 장시간 사용 후 노출될 수 있는 이런 품질 문제도 고려해야 한다.

PCB 설계에서 DFM 기술 활용

그림 6 컨덕터가 저항 용접판에 너무 가깝습니다.

광판 분석에서 각 검사 단계를 검사 테이블(checklist)에 복사하면 각 검사의 작업을 단순화할 수 있습니다.버튼 하나만 누르면 조명 패널 분석을 수행할 수 있는 단축키를 지정할 수도 있어 검사 작업을 크게 줄일 수 있습니다.

2.5 소프트웨어 동기화

EDA 데이터베이스가 ODB++로 읽히면 Trilogy 5000은 EDA 도구에 연결된 지능형 그래픽을 제공합니다.소프트웨어 설정의 단축키를 사용하여 설계자는 Trilogy5000 화면에서 EDA 도구에 표시된 동일한 프레임과 위치로 직접 동기화할 수 있으므로 EDA 도구에서 오류 지점을 빠르고 쉽게 찾을 수 있습니다.

3. DFM 소프트웨어와 PCB 설계 소프트웨어 규칙 검사 기능의 차이점

DFM 소프트웨어 도구는 실제 생산 규칙을 기반으로 하지만 PCB 설계 소프트웨어 검사는 두 가지 다른 영역의 도구인 설계 규칙만을 기반으로 합니다.

PCB 설계 소프트웨어의 분석은 일반적으로 설계 부서에 적용되며 설계 백엔드에서 데이터를 검사하여 논리적 기능 구현에 중점을 둔 전기 규칙 위반 문제가 없는지 확인합니다.DFM은 제조 및 생산 및 조립 부서에 적용되며 설계 데이터가 제조, 조립 및 테스트의 모든 요구 사항을 충족하는지 확인합니다.

PCB 설계 소프트웨어에서 관련 모듈의 제조 가능성 분석 기능은 상대적으로 간단하고 규칙이 풍부하지 않습니다.조립 가능한 분석과 테스트 가능한 분석과 같은 도구는 사용할 수 없습니다.

4. 결론

DFM 소프트웨어는 포괄적인 PCB 설계 자동화 검토 절차를 제공하여 제품을 더욱 표준화합니다.서로 다른 PCB 디자인 소프트웨어와 서로 다른 경험을 가진 PCB 디자이너를 사용하더라도 PCB 디자이너가 디자인한 제품의 품질은 보장된다.공정 평가를 병행하여 제품 설계의 각 단계에 참여시키고 설계 단계의 모든 숨겨진 제조 가능한 품질 위험을 해결하고 발견하여 우리 PCB 설계의 품질을 크게 향상시켰다.인쇄회로기판 가공, 공정 관리와 전기 설비 공정의 효율을 크게 향상시키고 제품의 품질을 향상시켰으며 제품의 원가와 개발 주기를 낮추고 제품의 경쟁력을 증가시켰다.

또한 DFM 소프트웨어의 적용은 프로세스 표준화에도 도움이 됩니다.DFM 사양을 통해 설계 및 제조 부서는 생산 테스트 장비의 표준화와 함께 유기적으로 연결됩니다.현재 제품 제조 아웃소싱의 추세에 따라 제품 기술의 전문화 이전을 실현할 수 있을 것이며, 이는 기업의 더 큰 발전을 실현하는 데 유리할 것이다.