Kontrola navržené desky s ohledem na její výrobu

Navržená deska, která projde kontrolou v návrhovém systému, může obsahovat chyby, které se mohou při výrobě projevit jako kritické a kterých si přitom návrhář desky nemusí být vůbec vědom.

Důvodem je, že kontroly v návrhových systémech (DRC) netestují desku z pohledu vzniku různých problémů, které mohou při výrobě nastat. O co se může jednat? Na desce mohou být například spoje, jimž hrozí při výrobě podleptání. Nedostatečná nepájivá maska zase nemůže zabránit zkratům při pájení, různé měděné výčnělky automaticky vylévané mědi mezi pájecími ploškami se mohou během procesu výroby odtrhnout a způsobit zkrat. Nevhodné termální odlehčení může způsobit, že se k vývodu nedostane potřebné napájení. A co když výstupní podklady v podobě Gerber a/nebo vrtacích dat jsou chybné v důsledku nastavení při jejich zhotovení nebo i špatnou interpretací geometrie navržené desky? Takové i jiné problémy se mohou projevit až během výroby desky či jejího osazování. Tyto závady většinou způsobují nepříjemné zpoždění výroby i dodatečné finanční náklady.

Obr. 1 DFMStream: kontrola netlistu

Zatímco výrobci desek a elektroniky znají všechny kritické aspekty spojené s výrobou desek, málokdy dobře funguje zpětná vazba k návrhářům desek, a tak se většinou opakují stále tytéž chyby. K nežádoucím problémům při výrobě může dojít také tím, že je návrh desky dodatečně upravován, aniž by byl poté zkontrolován na pracovišti, kde původní návrh vznikl.

Pro kontrolu navržené desky z pohledu výroby (Design For Manufacturing – DFM) existují různé programy, např. velmi precizní DFM software od firmy Valor (nyní Mentor Graphics), ale ty jsou poměrně nákladnou záležitostí, navíc práce s nimi vyžaduje specializované odborníky. Běžným návrhářům často nezbývá, než při předávání dat do výroby doufat, že problémy nenastanou.

I to bylo možná motivací pro firmu Downstream Technologies, u nás známé svými programy CAM350 a BluePrint, aby přišla se softwarem DFMStream, který umožňuje provést komplexní analýzy navržené desky s ohledem na možný vznik problémů při její výrobě a osazování. DFMStream je určen pro návrháře desek, stejně jako pro techniky ve výrobě, aby bylo možné zachytit případné problémy hned při jejich vzniku. Výhodou také je, že tento výkonný nástroj nevyžaduje ani vysoký rozpočet na vybavení ani experta k jeho používání.

Obr. 2 DFMStream: kontrola mezery mezi mědí a obrysem desky

DFMStream také využívá některé analýzy ze „sesterského“ technologického programu CAM350 pro přípravu dat pro výrobu DPS. Podívejme se tedy, jak program DFMStream funguje a které typy analýz nabízí.

Deska se do programu načítá buď přímo z návrhového programu (PADS, Allegro, Orcad a další), nebo přes ODB++, IPC-2581 či Gerber a vrtací data.

Design Analyzer

Design Analyzer je pojítkem mezi návrhářem a výrobcem desky, protože shromažďuje všechny důležité informace o desce a prezentuje je v jednoduchém, přehledném hlášení. Na jeho základě může výrobce provést kvalifikovaný odhad možností výroby dané desky i jejích nákladů nebo navrhnout změny v návrhu za účelem zjednodušení výroby, a tím i snížení nákladů. Výstupními údaji jsou informace, jako je min./max. tloušťka spojů, počet vrstev, velikost desky, velikost vrtacích otvorů a jejich počet, typy a velikosti via otvorů atd.

„Streams“ Analysis

Pod tímto pojmem se skrývá možnost nastavení vzájemné návaznosti jednotlivých vybraných analýz, které si uživatel nadefinuje podle svých potřeb. Tím, že jsou jednotlivé vybrané analýzy dopředu seřazeny, a tak spuštěny v určitém sledu, není nutné je spouštět jednotlivě, probíhají automaticky jedna po druhé. Pod analýzami se rozumí např. porovnání netlistu a porovnání vrstev desky, DRC, verifikace desky pro výrobu nebo osazování atd. Jednou sestavené „streams“ analýzy lze uložit a kdykoli znovu použít podle potřeby.

Hierarchical Analysis

Někdy je potřeba provést analýzy na desce z pohledu jejího provedení, hustoty či použitých součástek. DFMStream umožňuje nastavit sadu analýz pro každý tento aspekt odděleně a potom je spouštět. Tak se např. spustí nejdříve analýzy holé desky, potom analýzy podle hustoty dané desky a nakonec analýzy pro určité typy součástek.

Design Rule Compliance

Cílem těchto analýz je zjistit, zda výstupní data (Gerber, vrtací data, IPC-2581 nebo ODB++) vygenerovaná návrhovým systémem skutečně odpovídají navržené desce. Toho se docílí jejich porovnáním s daty desky. Současně proběhne porovnání návrhových pravidel s pravidly vyžadovanými výrobcem, aby byla jistota, že navržená deska bude vyhovovat požadavkům výroby.

Bare Board Analysis for Fabrication

Jedná se o velmi specifické analýzy holé (neosazené) desky z pohledu její výroby – porovnávají se vnější a vnitřní vrstvy, prokovené a neprokovené otvory, kontrolují se mezery mezi obrysem desky a měděnými plochami atd.

Mask and Screen Analysis for Assembly

Tyto analýzy se provádí s ohledem na možné problémy vznikající v souvislosti s pájením součástek při osazování desky. Kontroluje se např. možnost vytváření vodivých můstků kvůli nedostatečné nepájivé masce, možnost zanesení pájecích plošek zbytky potisku jdoucí přes ně nebo chybějící pájecí pasta na pájecí plošce či její nevhodné množství atd.

PCB Assembly Analysis

Analýzy osazení desky odhalí nedostatečné mezery mezi součástkami při jejich osazování, přičemž uživatel si může definovat více potřebných kritérií pro různé typy součástek v závislosti na procesu osazování.

Design Delta Analysis

Porovnání dat jedné desky z několika různých zdrojů může odhalit rozdíly, a tím i chyby. Tak lze např. porovnat netlist získaný z Gerber a dalších dat s netlistem IPC-D-356 generovaným přímo z návrhového systému. Cílem je odhalit možné chyby ve výstupních datech v podobě Gerber, NC a ODB++. Analýza provádí několik typů porovnání, jako např. vrstvu proti vrstvě, Gerber proti grafice desky, Gerber proti vrtacím datům atd.

PCB CAD Cross-Probing

DFMStream umožňuje vizualizovat výsledky DFM analýz přímo v návrhovém programu pomocí tzv. Cross- -Probing. To umožňuje návrháři desky opravit zjištěné závady přímo ve zdroji. PCB CAD Cross-Probing pracuje s návrhovými systémy PADS, Expedition, OrCAD a Allegro.

Další analýzy a možnosti

DFMStream nabízí ještě několik dalších analýz, jako např. Fast Assembly Panel Creation, stejně jako různé optimalizační funkce (například Gerber and NC Editing and Optimization). Aby DFMStream mohl provádět všechny potřebné úkony, umí načítat různé typy formátů dat, jako jsou např. IPC-2581, IPC-D-356 ODB++, Gerber, GenCAD, vrtací data, DXF, HPGL atd. Hlavně ale také DFMStream přímo načítá data desky z návrhových systémů, jakými jsou např. PADS, Altium, Expediton, Orcad, Cadstar, Allegro a mnoho dalších.

Obr. 3 Ukázky možných závad nalezených programem DFMStream na DPS

Podrobnější informace o programu DFMStream jsou k dispozici na stránkách www.downstreamtech.com.