česky english Vítejte, dnes je úterý 29. listopad 2022

Kontrola výrobních dat pro výrobu DPS na straně výrobce

DPS 1/2011 | Výroba - články
Autor: Jan Šebesta, CUBE CZ

V tomto článku bychom Vám chtěli ukázat některé chyby a jejich možné opravy v datech pro výrobu desek plošných spojů. Tyto chyby jsou generovány buď přímo návrhovým systémem, ale častěji jsou způsobeny jeho chybným nastavením a používáním, případně dodatečnou ruční úpravou dat, a mohou mít vliv i na samotnou výrobu a cenu desky.

Kontrola výrobních dat pro výrobu DPS na straně výrobce 1.jpg

Obr. 1 Mezera mezi vodiči

Tyto chyby lze najít a většinu také opravit i na straně výrobce při prověřování a kontrole výrobních dat ještě před zahájením výroby desek. Tak lze předejít případným potížím při výrobě a pomoci tak zákazníkovi. Zaměříme se pouze na chyby v motivech s ohledem na výrobu samotnou, pomineme tedy zatím oblast nepájivé masky, potisků a umístění součástek a jejich osazování.

Kontrola výrobních dat pro výrobu DPS na straně výrobce 2.jpg

Obr. 2 Oprava mezery

Všeobecně platí, že každý skutečný výrobce, nemyslíme tím obchodní firmy, si výrobní data pro desku před výrobou musí zkontrolovat, posoudit jejich srozumitelnost a úplnost, technickou správnost a hlavně technologickou vyrobitelnost samotné desky. Zde se uplatní hlavně zkušenost technika potažmo technologa a neméně také softwarové vybavení, na kterém mohou pracovat. Základní kontroly dat jako je lokalizace nejmenší isolační mezery, nejmenšího vodiče, mezikruží, vrtáku a podobně, běžně označující se jako DRC (Design Rule Controls), umí víceméně každý nám známý program. Další velkou oblastí je DFM (Design for Manufacturing), kde již některé programy pokulhávají a spousta návrhářů si ani neuvědomuje případné riziko pro výrobu samotné desky.

Kontrola výrobních dat pro výrobu DPS na straně výrobce 3.jpg Kontrola výrobních dat pro výrobu DPS na straně výrobce 4.jpg
Obr. 3 Mezera mezi vodičem a ploškami

Obr. 4 Oprava mezery

Pojďme se nyní na některé konkrétní problémy podívat. Veškeré obrázky jsou z programu Genesis 2000. Lokalizaci problematických oblastí a návrh jejich oprav jsme provedli pomocí automatických nástrojů tohoto softwaru ve společnosti CUBE CZ. Upozorňujeme také minimálně na slušnost, ne-li pravidlo, jakékoli změny v datech předem konzultovat se zákazníkem.

Kontrola výrobních dat pro výrobu DPS na straně výrobce 5.jpg Kontrola výrobních dat pro výrobu DPS na straně výrobce 6.jpg

Obr. 5 Mezera mezi vodičem a mědí

Obr. 6 Oprava mezery

První oblast je již dříve zmíněná isolační mezera. Ukážeme Vám příklady jejího absolutně nevhodného použití. Na obrázku č. 1 vidíte zbytečně malou, 90 μm isolační mezeru mezi vodiči. Na obrázku č. 2 pak její možnou opravu na mezeru 150 μm. Obrázek č. 3 ukazuje podobný problém, ale mezi vodičem a ploškami, a následuje jeho oprava na obrázku č. 4. Na obrázku č. 5 pak vidíte „chybně vylitou“ měď se zbytečně malou isolační mezerou 100 μm vůči vodičům se zvýrazněnou další chybou – ploška u otvoru zmenšuje opět isolační mezeru. Obrázek č. 6 ukazuje zvětšení isolační mezery rozlité mědi od vodičů a odstranění plošky. Všechny tyto „chyby“ vznikly chybným nastavením parametrů v návrhovém systému. Většina výrobců by tuto desku pravděpodobně uměla vyrobit i bez dodatečných úprav, ale za jakou cenu. Mezera okolo 90 μm je pro většinu z nich již limitující a nechají si to samozřejmě zaplatit. Dále je pravděpodobné, že pokud výrobce „jede na doraz“ svých technologických limitů, tak tato deska „neprojde“ výrobou bez dodatečných oprav zkratů, což bývá u některých aplikaci nevhodné. Ve výše zmíněném softwaru lze toto opravit přibližně za 5 minut a dostat se tak na již zcela standardní mezeru 150 μm a také na standardní cenu.

Kontrola výrobních dat pro výrobu DPS na straně výrobce 7.jpg Kontrola výrobních dat pro výrobu DPS na straně výrobce 8

Obr. 7 Chybné termální můstky

Obr. 8 Pohled na vrstvu TOP

Dále přejděme k napojení termálních můstků v negativních vnitřních vrstvách a k „odpojení oblastí“. Většina návrhových systémů povolí návrhářovi pro PWR a GND vrstvy použít negativní vrstvy a v nich termální můstky. Bohužel nevhodným tvarem, rozmístěním nebo natočením těchto můstků občas vznikají velmi pochybná propojení a v krajním případě i rozpojení. Tyto termální můstky bývají navíc často použity i pro via otvory, což popírá jejich původní účel ve spojitosti se snížením odvodu tepla při pájení. Na obrázku č. 7 vidíte zcela chybný návrh negativní vrstvy a připojení vnitřních zvýrazněných otvorů. Uvědomte si, že budoucí měď je na obrázku černě, takže propojení zvýrazněných otvorů s okolní mědí je realizováno mezi krajovými otvory konektoru „vodičem“ o síle 45 μm. Toto lze opravit zmenšením isolačních plošek u krajových otvorů případně jejich „oříznutím“.

Kontrola výrobních dat pro výrobu DPS na straně výrobce 9.jpg Kontrola výrobních dat pro výrobu DPS na straně výrobce 10.jpg

Obr. 9 Vnitřní negativní vrstva

Obr. 10 Oprava geometrie můstku

Následuje ukázka závažné funkční chyby „přebíjejících se můstků“ u via otvorů, které měly původně odvádět teplo od součástky do vnitřní vrstvy (obrázek č. 8 vrstva TOP a č. 9 vrstva GND). Tuto chybu lze opravit buď změnou geometrie můstků (obrázek č. 10) a nebo ještě lépe jejich úplným vymazáním (obrázek č. 11). Chybou v geometrii termálních můstků by došlo k odizolování vnitřních šesti prokovů a snížení účinnosti chlazení. Tato chyba by mohla mít zásadní vliv na konečnou funkčnost součástky, neboť odvod tepla může být snížen o více jak polovinu a navíc je zcela neodhalitelná elektrickým testováním desek z důvodu propojení všech prokovů ve vrstvě TOP.

Kontrola výrobních dat pro výrobu DPS na straně výrobce 11.jpg Kontrola výrobních dat pro výrobu DPS na straně výrobce 12.jpg

Obr. 11 Úplné vymazání můstků

Obr. 12 Chybně napojené vodiče

Následují ukázky několika drobnějších a méně závažných chyb, přesto jejich opravou lze pomoci výrobě DPS. Obrázek č. 12 ukazuje neúplné napojení vodičů, obrázek č. 13 pak neukončený vodič. Toto neukončení vodiče není z hlediska výroby problém, ale z hlediska zapojení součástky však může být. Následují obrázky č. 14 a 15 ukazující zbytečně chybné vylití mědi způsobující velmi tenké „vodiče“ (60–90 μm) v mědi. Mohou při výrobě způsobovat zkraty s okolím z důvodu jejich neukončení ploškou a nedostatečné adheze k podkladovému materiálu.

Kontrola výrobních dat pro výrobu DPS na straně výrobce 13.jpg

Obr. 13 Neukončený vodič

Co závěrem? Toto byla pouze malá ukázka toho, co lze v datech najít a opravit, pokud k tomu máte potřebné zkušenosti, prostředky a softwarové vybavení. Neexistuje bezchybný návrhový systém a ani neexistuje bezchybný výrobce, ale jsou oblasti, ve kterých může návrhář desky značně výrobu ulehčit a předejít tak zbytečným komplikacím a ztrátám. Myslíme si, že důslednou dodatečnou kontrolou výrobních dat a to i na straně výrobce, optimalizací problematických míst a vzájemnou komunikací lze jedině oboustranně získat. Informujte se proto u Vašeho výrobce desek, co všechno umí a co je schopen najít a případně opravit v datech ještě před zahájením samotné výroby desek plošných spojů.

Kontrola výrobních dat pro výrobu DPS na straně výrobce 14.jpg Kontrola výrobních dat pro výrobu DPS na straně výrobce 15.jpg

Obr. 14 a 15 Chybné vylití mědi (velmi tenké „vodiče“)

Partneři

eipc
epci
imaps
ryston-logo-RGB-web
mikrozone
mcu
projectik