Đảm bảo độ tin cậy của thiết kế sản phẩm điện tử là rất quan trọng. Thiết kế khả năng sản xuất bao gồm ba khía cạnh chính: thiết kế khả năng sản xuất PCB, thiết kế lắp ráp PCBA và thiết kế sản xuất tiết kiệm chi phí. Trong số đó, thiết kế khả năng sản xuất PCB tập trung vào quan điểm sản xuất của bảng mạch PCB, xem xét các thông số quy trình để cải thiện năng suất sản xuất và giảm chi phí truyền thông. Các cân nhắc về thiết kế bao gồm chiều rộng và khoảng cách giữa các đường, khoảng cách từ lỗ đến đường và từ lỗ đến lỗ, tất cả đều phải được giải quyết trong giai đoạn thiết kế.
Tầm quan trọng của thiết kế PCB
Trong quá trình phát triển sản phẩm điện tử, PCB đóng vai trò là phương tiện vật lý cho nội dung thiết kế, hiện thực hóa mọi ý định thiết kế và chức năng sản phẩm. Do đó, thiết kế PCB là mắt xích không thể thiếu trong bất kỳ dự án nào. Thiết kế khả năng sản xuất của PCB đòi hỏi sự chú ý của các kỹ sư để đảm bảo rằng thiết kế phù hợp với khả năng sản xuất.
Những sai lầm phổ biến trong thiết kế
Sau khi hoàn thành thiết kế PCB, bảng mạch vật lý được sản xuất. Thường thì PCB được thiết kế không thể sản xuất được do sự không phù hợp giữa quy trình thiết kế và thiết bị sản xuất. Các kỹ sư thiết kế phải hiểu được khả năng của quy trình sản xuất trong giai đoạn thiết kế để tránh những vấn đề như vậy.
Vai trò của Phân tích DFM
Phần mềm phân tích Thiết kế để sản xuất (DFM) thực hiện kiểm tra khả năng sản xuất trên PCB được thiết kế theo các thông số quy trình sản xuất. Nó giúp các kỹ sư thiết kế xác định các vấn đề khả năng sản xuất tiềm ẩn trước khi sản xuất, đóng vai trò là cầu nối giữa thiết kế và sản xuất.
Nghiên cứu trường hợp mục kiểm tra DFM
Phần mềm phân tích khả năng sản xuất của Wonderfulpcb DFM Services đã phát triển 19 mục chính và 52 quy tắc kiểm tra chi tiết để phân tích bảng mạch trần PCB. Các quy tắc này bao gồm nhiều vấn đề sản xuất tiềm ẩn. Dưới đây là một số trường hợp điển hình mà phân tích DFM đã hỗ trợ người dùng giải quyết các vấn đề:
1. Tệp thiết kế Allegro ngắn mạch
Trong quá trình kiểm tra mạng lưới điện DFM, phát hiện ra hiện tượng đoản mạch giữa nguồn điện và đất. Khi kiểm tra tệp PCB trong Allegro, phát hiện ra rằng các lỗ tiếp địa tản nhiệt của hai miếng đệm SMD bị đoản mạch với lớp nguồn và các lỗ tiếp địa không được cách ly trong lớp nguồn, dẫn đến hiện tượng đoản mạch.
2. Tệp thiết kế PADS 2D Đường dây ngắn mạch
Kiểm tra mạng lưới điện DFM cho thấy có sự cố đoản mạch giữa nguồn điện và đất. Kiểm tra của kỹ sư bố trí cho thấy một đường 2D trên lớp thứ năm không bị hủy khi chuyển đổi tệp Gerber, dẫn đến sự cố đoản mạch trong mạng lưới điện.
3. Mạch mở tệp thiết kế Altium
Kiểm tra mạng lưới điện DFM xác định được một mạch hở trong toàn bộ mạng lưới đất ở lớp thứ hai. Sử dụng Altium Designer để mở tệp cho thấy toàn bộ các lỗ đất đã bị cô lập khỏi lá đồng, gây ra một mạch hở trong mạng lưới đất.
4. Cửa sổ mặt nạ hàn bị thiếu
Kiểm tra bất thường của cửa sổ mặt nạ hàn DFM phát hiện ra rằng mặt nạ hàn bị thiếu ở những khu vực dự định hàn. Nếu không có cửa sổ trong mặt nạ hàn, khu vực đó không thể hàn được, dẫn đến các vấn đề lắp ráp tiềm ẩn.
5. Thiếu khoan
Kiểm tra phân tích khoan bị thiếu đã xác định các lỗ bị thiếu cho chân thiết bị DIP. Nếu không có các lỗ này, các thiết bị DIP không thể được lắp vào và hàn. Nếu khoan được thực hiện sau đó, lỗ có thể không có lớp mạ đồng, dẫn đến mạch hở không thể khắc phục được.
Chức năng phát hiện DFM
1. Phân tích mạch
Độ rộng dòng tối thiểu: Kỹ sư thiết kế phải đảm bảo độ rộng đường dẫn đủ để xử lý dòng điện dự kiến. Độ rộng đường dẫn không đủ có thể dẫn đến quá nhiệt và hỏng hóc tiềm ẩn.
Khoảng cách tối thiểu: Khoảng cách thích hợp giữa các dấu vết là điều cần thiết để ngăn ngừa đoản mạch và nhiễu tín hiệu. Khoảng cách phải đáp ứng yêu cầu về điện áp và khả năng sản xuất.
Khoảng cách SMD: Khoảng cách thích hợp giữa các miếng hàn SMD rất quan trọng để ngăn ngừa hiện tượng cầu hàn và đảm bảo kết nối đáng tin cậy.
Kích thước tấm lót: Kích thước miếng đệm ảnh hưởng đến chất lượng hàn. Miếng đệm quá nhỏ có thể dẫn đến mối hàn kém, trong khi miếng đệm quá lớn có thể khiến linh kiện không thẳng hàng.
Mạ đồng dạng lưới: Trong khi mạ đồng dạng lưới có thể tăng cường khả năng tản nhiệt, khoảng cách giữa các lưới và chiều rộng đường lưới quá nhỏ có thể làm phức tạp quá trình sản xuất.
Kích thước vòng lỗ: Kích thước vòng lỗ thích hợp là cần thiết để hàn đúng cách. Vòng lỗ nhỏ có thể gây khó khăn khi hàn, trong khi vòng lỗ nhỏ có thể gây hở mạch.
Từ lỗ đến đường: Khoảng cách giữa các lỗ và đường dẫn không đủ có thể dẫn đến hiện tượng đoản mạch trong quá trình sản xuất do dung sai quy trình.
Tín hiệu điện: Các lỗi thiết kế như dấu vết bị hỏng hoặc góc nhọn có thể gây ra thách thức trong sản xuất và vấn đề về tính toàn vẹn của tín hiệu.
Đồng đến mép bảng: Các vết đồng quá gần mép ván có thể dẫn đến lộ đồng trong quá trình đúc và các vấn đề tiềm ẩn khi lắp đặt.
Đệm trên lỗ: Các miếng đệm có lỗ có thể ảnh hưởng đến chất lượng hàn và vị trí lắp linh kiện.
Chập mạch hở: Việc phát hiện mạch hở hoặc mạch ngắn do lỗi thiết kế là điều cần thiết để ngăn ngừa các hỏng hóc về chức năng.
2. Phân tích khoan
Khẩu độ khoan: Kích thước lỗ khoan nhỏ có thể làm tăng chi phí sản xuất và có thể vượt quá khả năng sản xuất.
Từ lỗ này sang lỗ khác: Khoảng cách giữa các lỗ không đủ có thể dẫn đến gãy mũi khoan và chập mạch.
Từ lỗ đến mép ván: Các lỗ quá gần mép bảng mạch có thể làm vỡ vòng hàn và ảnh hưởng đến chất lượng hàn.
Mật độ lỗ: Mật độ lỗ cao có thể làm tăng thời gian và chi phí sản xuất. Mật độ lỗ quá mức cũng có thể ảnh hưởng đến giá cả và lịch trình giao hàng.
Lỗ đặc biệt: Các lỗ đặc biệt như lỗ nửa hoặc lỗ vuông cần được chú ý đặc biệt trong quá trình thiết kế để đảm bảo khả năng sản xuất.
Lỗ rò rỉ: Các lỗi thiết kế như thiếu lỗ khoan có thể dẫn đến hở mạch hoặc sự cố lắp ráp.
Lỗ thừa:
