Produksjonsklart mønsterkortdesign i sanntid - Elektronikknett
DesignTrue_DfM

Produksjonsklart mønsterkortdesign i sanntid

Fag_vignett

Programvare for mønsterkortlayout har til nå kun verifisert avstander og elektriske regler som online sjekk av designregler (DRC). OrCAD og Allegro fra Cadence Design Systems har nå en sanntids DFM (Design for Manufacturability)-sjekk med 2.500 integrerte regler for produksjon. Regler som legges inn i «Constraint Manager» gir sanntidssjekking og viser spesifikasjoner for forskjellige produksjonslinjer under layoutprosessen. Dette forbedrer designkvalitet og sparer tid og kostbare iterasjoner gjennom DFM-sjekk som en etterprosess.

Til nå har DFM-tester vært en nedstrømsprosess og etterlayout med tilleggsprogrammer. Et komplett sett av produksjonsdata genereres av mønsterkortverktøyet og eksporteres til mønsterkortprodusenten eller en intern planleggingsavdeling. En spesialist sjekker de importerte dataene for produksjonskvalitet. Tre mulige scenarier kan skje: Datakvalitetene er aksepterbar og de kan brukes i produksjon.

Imildertid, dersom det er brudd på DFM-reglene i produksjonsdataene, må produsenten informere og be mønsterkortdesignere om å redigere og redesigne kretsen. I de fleste tilfeller sendes en epost med detaljert rapport vedlagt og som fremhever hvert avvik med en skjermdump og koordinater for hvor regelbruddene er på kortet. Designeren vil så gå gjennom rapporten og gjøre endringer eller rute om området for å møte DFM-kravene, og generere et nytt sett produksjonsdata. Mens fabrikken analyserer produksjonsdataene er designprosessen forstyrret en stund. Når designeren får en endringsforespørsel etter flere dager, må han/hun forstå designet på nytt.

Et tredje tilfelle er mer signifikant og kritisk for en bedrift. Mønsterkortprodusenten fikser feilene i produksjonsdataene selv uten å gi beskjed til designeren. Dette kan fungere dersom det bare er noen små endringer, og kortet vil virke til slutt. Men med økende grad av miniatyrisering og kompleksitet, er mulighetene for å løse problemer hos produsenten mindre. Selv små endringer kan påvirke signalintegritet og føre til krysstale eller diskontinuitet i impedansen. Når det gjelder kraftintegritet kan endringene påvirke impedansen i kraftleveringssystemet og forårsake ustabilitet i kretsen under bruk.

Begge parter burde være interessert i å utveksle informasjon om endringer som kan påvirke ytelsen i kretsene. Mange designere er ikke klar over slike uavhengige endringer og hvordan de kan påvirke produktet. Når designdata og de endelige produksjonsdataene ikke stemmer, kan du ikke bare bytte produsent. En alternativ produsent kan kanskje gjøre andre endringer som igjen fører til en helt annen oppførsel for sluttbrukeren. Med økt kompleksitet i kortene flyttes ansvaret for nøyaktige og verifiserte produksjonsdata fra fabrikk til mønsterkortdesigneren.

Høsten 2017 introduserte Cadence 2.500 nye DFM designregler som er verifisert i sanntid i Allegro PCB Editor. Et subsett av disse reglene er også implementert i nye versjoner i OrCAD PCB Editor, gratis. Designkvaliteten vil bedres under layout uten å bruke tilleggstid ved hjelp av denne nye metoden med DFM-regler på innsiden av layoutverktøyet.

Å bytte mønsterkortleverandør er mulig, dersom produksjonsinformasjon allerede er verfisert i designdata før det eksporteres. DFM designregler beskriver fabrikasjonsevne/-egenskaper og designet lages i henhold til dette. Å kunne sjekke DFM-regler mens man gjør en layout sparer verdifull tid for iterasjoner mellom designer og CAM-kontrollere hos produsenten. Dersom alle DFM-problemer allerede er funnet i layoutfasen, vil CAM-sjekken gi godkjent og antall redesign og iterasjoner  går ned.

DfM 1 Fig. 1: Over: Iterasjoner mellom designer og EMS. Under: Sanntids DFM-sjekk

Så langt har det vært nødvendig med programvare fra tredjepart for å kunne gjøre DFM-sjekk. Data måtte eksporteres og importeres igjen. Feil rapporteres som vedlegg og kartlegges manuelt i designet. Nå legges designregler i den sentrale delen av Constraint Manager i mønsterkortprogramvaren. Designregelsjekk gjøres i sanntid mens layout gjøres. Designeren kan endre regelsettet lagret i biblioteket avhengig av produsent og får umiddelbar respons om designet kan produseres hos en annen produsent. Denne synligheten korter ned på den totale designprosesstiden og forbedrer produktkvaliteten uten å bruke mer tid.

Fem DFM-regelkategorier
DFM-regler kategoriseres ved: Outline, maske, kobberringer, kobberavstander og silkeduk. Reglene i kategorien kobberavstand beskriver alle sjekkpunkter mellom pinne til pinne, pad til pad, pad til bane, osv. Detaljnivået i disse sjekkene er viktig for å sikre tilstrekkelige avstander slik at det ikke oppstår kortslutning mellom signaler eller kraftbaner under etseprosessen.

Andre kategorier beskriver detaljerte regler for loddemaske eller konturen. Disse reglene beskrivere en annen prosess i fremstillingen, som kutting rundt kortprofilen for å frigjøre det fra produksjonspanelet.

DfM 2 Fig. 2: Håndtere DFM-regler i den sentrale Constraint Manager med sanntids DRC.

Reglene er definert slik at de dynamisk kan tilpasse seg forskjellige lagoppsett (stackup) i flerlagskort. Avstandsregler kan være forskjellige for de ytre lagene (topp og bunn) og de indre lagene, eller kraftlag.

et komplett sett produksjonsregler er tilgjengelig spesielt for kombinasjonen fleksible- og stive kort (rigid-flex). Pålitelige rigid-flex-applikasjoner krever soner med spesialregler i grenseland mellom den stive og fleksible delen av kortet. Disse sonene har ingen boresoner eller krever forskjellige avstander eller sporbredder. Spesielt ved behov for miniatyrisering er grenseverdiene presset ytterligere og er mer detaljerte for å gi pålitelige resultater.

DRC browser
Antall designregler har i flere år økt eksponensielt. Denne overveldende mengden regler er vanskelig å håndtere når man skal starte layout av et mønsterkort. En beste praksismetode er å slå av alle regler i starten og plassere de viktigste komponentene først. Etter en del arealplanlegging kan regelsjekk slås på etter kategorier og løse dem på på en kontrollert måte i prioritert rekkefølge.

I 2017 ble en DRC browser lagt til i OrCAD- og Allegro PCB Editor som støtter og forenkler denne metoden. Med DRC Browser kan DRCer gjøres synlig eller usynlig per kategori uten at DRC-sjekken på kortet må gjenoppfriskes. I vinduet vil du se det totale antall eller gjenstående feilmeldinger, og dynamisk sortering og filtrering gjør at man kan sette prioriteringer for neste opprtyddingsoppgave. Avhengig av applikasjon og hvilken løsning som har størst innvirkning, kan designeren løse DFM-regler eller elektriske regler for signalintegritet først. I tillegg kan problemområder med mange regelbrudd per kategori, gjøres synlig i grafer.

DfM 3 Fig. 3: Sortering og filtrering av regelbrudd i DRC browser

Designreglebrudd kan sorteres og filtreres per verdi, areale eller koordinater. På grunn av økende antall forskjellige og mer detaljerte regler, er det lagt til en online forklaring ved siden av rapporten som et verktøyhint. Denne detaljerte beskrivelsen av feiltype, som inkluderer noe grafikk, vil lede designeren mot en riktig tilnærming til en løsning gjennom visualisering. Designeren vet da med en gang hva som må endres.

DfM 4 Fig. 4: Visning av DRC-beskrivelse i DRC browser.

Bedre sluttprosess for produksjon
Når man fanger opp alle relevante DFM-regler i «Constraint Manager» allerede i layoutfasen, kan reglene håndteres enklere. Reglene er også lagret sammen med designinformasjonen i samme database og holde seg samlet. DFM-sjekk og verifikasjon gjøres nå i sanntid mens mønsterkortets layout lages, og skaper ikke lenger forsinkelser i designprosessen. Tidkrevende iterasjoner på grunn av DFM-brudd er redusert til et minimum. All informasjon om design og produksjon er lagret elektronisk i én database og er lett å forstå, hvorfor det ble designet på den måten og hvordan det skal produseres og testes. Databasen inkluderer all verifisert informasjon for produsenten.

Ingen tilleggsdokumentasjon og produksjonsveiledning er nødvendig. Produksjonsdataene kan genereres på tradisjonell måte med materialliste (BOM), Gerber- og borefiler. Men den nye standarden IPC-2581 kan også brukes til å overføre all informasjon til én fil til mønsterkortprodusent eller en kontraktprodusent (EMS). Dette er ikke bare mulig for mønsterkort, men også for rigid-flex, MCM-moduler, SiP-, IC-pakker eller bonded flip-chip.

En enkeltfil med all informasjon i standardisert form gjør ekstra epost og telefonsamtaler overflødig, og reduserer menneskelige feil.

DFM-paramtre kan eksporteres, slik at produsenten enten kan tilføre sine egne regelsett eller se på regelsettene som benyttes og sikre at de kan produsere kortet uten å modifisere designdata. Denne muligheten øker fleksibiliteten til å velge alternative leverandører med konstant kvalitet. Designets intensjon er lagret med produksjonsmuligheter i én database og den komplette design-IPen er under kontroll av designeren.

Dersom feil identifiseres tidlig blir den totale tiden til designprosessen redusert og feilpåvirkning minimaliseres. Dette sparer utviklingstid og produktet kommer raskere ut i markedet. Aksept av disse verktøyene er avhengig av brukervennlighet og hvor mye ekstratid man må bruke på å gjøre disse sjekkene. Når reglene er importert gjøres DFM-løsningen i sanntid og gir mer synlighet for brukeren. Denne tilleggsinformasjonen hjelper brukeren til å fokusere på å gjøre jobben riktig første gang.

Kommentarer