Verifica del design della scheda

L'editor PCB è un ambiente di progettazione basato su regole in cui è possibile definire numerosi tipi di vincoli di progettazione da verificare per garantire l'integrità della scheda. La funzione DRC online monitora le regole abilitate mentre lavori ed evidenzia immediatamente le violazioni di progettazione rilevate. In alternativa, puoi anche eseguire un DRC batch per verificare che il progetto rispetti le regole e generare un report che descrive in dettaglio le regole abilitate e le eventuali violazioni rilevate.

In precedenza, nel tutorial, hai esaminato e configurato alcuni vincoli di progettazione, tra cui la distanza di isolamento elettrico, la larghezza delle piste e lo stile dei via di routing. Oltre a questi, esistono numerose altre regole di progettazione che vengono definite automaticamente quando si crea una nuova scheda.

Configurazione ed esecuzione di un controllo delle regole di progettazione (DRC)

Main page: Impostazione ed esecuzione di un DRC

Il progetto viene verificato per individuare eventuali violazioni eseguendo il controllo delle regole di progettazione (DRC). Sia il DRC online sia quello batch vengono configurati nella finestra di dialogo Design Rule Checker, accessibile selezionando il comando Tools » Design Rule Check dai menu principali.

Il controllo delle regole di progettazione viene eseguito facendo clic sul pulsante  nella parte inferiore della finestra di dialogo. Il DRC viene eseguito, quindi si apre il pannello Messages, che elenca tutte le violazioni rilevate. Se nella finestra di dialogo è stata abilitata l'opzione Create Report File, si aprirà un Design Rule Verification Report in una scheda documento separata. Il report descrive in dettaglio le regole abilitate per il controllo, il numero di violazioni rilevate e i dettagli specifici di ciascuna violazione.

1. Seleziona il comando Tools » Design Rule Check dai menu principali per aprire la finestra di dialogo Design Rule Checker.

2. Nella pagina Report Options della finestra di dialogo, assicurati che l'opzione Create Report File sia abilitata.

   

3. Nella pagina Rules to Check della finestra di dialogo, fai clic con il pulsante destro del mouse nell'area della griglia e seleziona la voce Batch DRC - Used On.

   

4. Disabilita il DRC batch per le regole dei punti di test. Per farlo, seleziona la sezione Testpoint nell'albero e deseleziona le caselle di controllo Batch per i quattro tipi di regole di questa categoria.

   

5. Fai clic sul pulsante nella parte inferiore della finestra di dialogo per eseguire il DRC. La finestra di dialogo Design Rule Checker si chiuderà e si aprirà il report. Includerà (almeno):

   • 4 violazioni della larghezza minima del ponticello di solder mask: la larghezza minima di una striscia di solder mask è inferiore al valore consentito.

   • 4 violazioni del vincolo di distanza di isolamento: il valore misurato della distanza di isolamento elettrico tra gli oggetti sui layer di segnale è inferiore al minimo specificato.

   
   La sezione superiore del report descrive in dettaglio le regole abilitate per il controllo e il numero di violazioni rilevate. Fai clic su una regola per passare alle relative violazioni ed esaminarle.

   
   La sezione inferiore del report mostra ogni regola violata, seguita da un elenco degli oggetti che la violano. Fai clic sulla voce di una violazione per passare all'oggetto corrispondente sul PCB.

   Le violazioni rilevate saranno elencate anche nel pannello Messages che si apre. 

   

Individuazione e risoluzione delle violazioni

Main page: Analisi e risoluzione delle violazioni di progettazione

In qualità di progettista, devi individuare una violazione sul PCB, determinarne la natura e l'entità effettiva e identificare il modo più appropriato per risolverla.

Risoluzione delle violazioni della distanza di isolamento

Nel progetto del tutorial sono presenti quattro violazioni del vincolo di distanza di isolamento tra le piazzole dei footprint dei transistor. Esistono due modi per risolvere queste violazioni:

• Ridurre le dimensioni delle piazzole dei footprint dei transistor per aumentare la distanza di isolamento tra le piazzole, oppure

• Configurare il vincolo per consentire una distanza di isolamento inferiore tra le piazzole dei footprint dei transistor.

Poiché la distanza di isolamento di 0.25 mm è piuttosto ampia e quella effettiva è molto vicina a questo valore (0.22 mm), una buona scelta in questa situazione consiste nel configurare le regole per consentire una distanza inferiore. Questa soluzione è accettabile in questo caso perché l'unico altro componente con piazzole a foro passante è il connettore, le cui piazzole distano 1 mm l'una dall'altra. Se così non fosse, la soluzione migliore sarebbe aggiungere un secondo vincolo di distanza di isolamento applicabile solo alle piazzole dei transistor, come è stato fatto per le regole di espansione della solder mask.

1. Fai clic sulla scheda del documento PCB nella parte superiore dell'area di progettazione per renderlo il documento attivo.

2. Seleziona il comando Design » Constraint Manager dai menu princi pali per aprire Constraint Manager.

3. Nella vista Clearances di Constraint Manager, fai clic all'interno della cella All Nets / All Nets nella matrice delle distanze di isolamento.

4. Modifica il valore TH Pad – to – TH Pad impostandolo su 0.22 mm nell'area della griglia in basso. Per farlo, fai clic sulla cella, digita 0.22 e premi Enter.

   

   

    

5. Salva le modifiche in Constraint Manager (File » Save to PCB).

Risoluzione delle violazioni della larghezza minima del ponticello di solder mask

La solder mask è uno strato sottile, simile a una vernice, applicato alla superficie esterna della scheda per fornire una copertura protettiva e isolante al rame. Nella maschera vengono create delle aperture per consentire la saldatura di componenti e fili al rame. Sono queste aperture a essere visualizzate come oggetti sul layer della solder mask nell'editor PCB (nota che il layer della solder mask è definito in negativo: gli oggetti visualizzati diventano aperture nella solder mask effettiva).

Durante la fabbricazione, la solder mask viene applicata con tecniche diverse. Il metodo più economico consiste nell'applicarla mediante serigrafia sulla superficie della scheda attraverso una maschera. Per compensare eventuali problemi di allineamento dei layer, le aperture della maschera sono in genere più grandi delle piazzole, come riflette il valore di espansione di 4 mil (~0.1 mm) utilizzato nella regola di progettazione predefinita.

Esistono altre tecniche per applicare la maschera di saldatura che offrono un allineamento più preciso degli strati e una definizione più accurata delle forme. Se si utilizzano queste tecniche, l'espansione della maschera di saldatura può essere ridotta o persino nulla. Ridurre l'apertura della maschera diminuisce la probabilità che si formino sottili strisce di maschera di saldatura o che si verifichino violazioni della distanza tra serigrafia e maschera di saldatura.

Una violazione relativa a una striscia di maschera di saldatura. Il viola rappresenta l'espansione della maschera di saldatura attorno a ciascun pad.

Violazioni come questi problemi della maschera di saldatura non possono essere risolte senza tenere conto della tecnica di fabbricazione che verrà utilizzata per realizzare la scheda finita.

Ad esempio, se si trattasse di una scheda multistrato complessa per un prodotto di alto valore, verrebbe probabilmente impiegata una tecnologia di applicazione della maschera di saldatura di alta qualità, che consentirebbe un'espansione ridotta o nulla. Tuttavia, una semplice scheda a doppia faccia come quella di questo tutorial sarà più probabilmente realizzata come prodotto a basso costo, richiedendo quindi una tecnologia di applicazione della maschera di saldatura economica. Ciò significa che risolvere le violazioni relative alle strisce di maschera di saldatura riducendo l'espansione della maschera sull'intera scheda non è una soluzione appropriata.

Come per molti aspetti della progettazione PCB, la soluzione consiste nell'adottare compromessi ponderati e mirati per ridurne al minimo l'impatto.

Per risolvere questa violazione, puoi:

• Aumentare l'apertura della maschera di saldatura per rimuovere completamente la maschera tra i pad dei transistor, oppure

• Ridurre la larghezza minima accettabile della striscia di maschera, oppure

• Ridurre l'apertura della maschera per allargare la striscia fino a una larghezza accettabile.

Si tratta di una decisione progettuale da prendere sulla base della conoscenza del componente e della tecnologia di fabbricazione e assemblaggio che verrà utilizzata. Allargare l'apertura della maschera per rimuovere completamente la striscia tra i pad dei transistor comporta una maggiore probabilità di creare ponti di saldatura tra questi pad; riducendo invece l'apertura della maschera, rimarrà comunque una striscia, che potrebbe essere accettabile o meno, e si introdurrà anche la possibilità di problemi di allineamento tra maschera e pad.

Per questo tutorial, combinerai la seconda e la terza opzione, riducendo la larghezza minima della striscia a un valore adatto alle impostazioni utilizzate su questa scheda e riducendo anche l'espansione della maschera, ma solo per i pad dei transistor.

1. Il primo passaggio consiste nel ridurre la larghezza minima consentita della striscia. Apri la vista All Rules del Constraint Manager facendo clic sul pulsante corrispondente nella parte superiore del Constraint Manager.

2. Nell'albero a sinistra, individua e seleziona il tipo di regola Solder Mask Sliver nella categoria Manufacturing, quindi seleziona la regola esistente denominata MinimumSolderMaskSliver nell'area principale della griglia.

3. Un valore pari alla distanza tra i pad di 0,22 mm (~8,7 mil) sarà accettabile per un progetto come questo. Imposta il valore Minimum Solder Mask Sliver su 0.22 nella sezione dei vincoli della regola.

   

4. Il passaggio successivo consiste nell'aggiungere una regola di espansione della maschera solo per i transistor, che riduca l'espansione a zero. In questo modo, l'apertura nella maschera di saldatura avrà le stesse dimensioni del pad, rendendo la larghezza della striscia di maschera tra i pad uguale alla distanza tra i pad (0,22 mm). Fai clic sul tipo di regola Solder Mask Expansion nella categoria Mask dell'albero a sinistra per visualizzare le regole esistenti di questo tipo. Dovrebbe essere presente una regola denominata SolderMaskExpansion che specifica un valore di espansione di 0,1016 mm (4 mil).

   

   Poiché solo i pad dei transistor presentano violazioni, non modificherai questo valore. Creerai invece una nuova regola.

5. Per aggiungere una nuova regola Solder Mask Expansion, fai clic con il pulsante destro del mouse in uno spazio libero dell'area principale della griglia e seleziona Add Custom Rule dal menu contestuale. Verrà creata una nuova regola denominata SolderMaskExpansion_1.

   

6. Fai doppio clic sul nome della nuova regola nell'area principale della griglia e digita SolderMaskExpansion_Transistor per modificarne il nome.

7. Fai clic sulla regola per visualizzarne le impostazioni nella parte inferiore del Constraint Manager.

8. Definisci l'ambito di applicazione della nuova regola. Puoi creare una query per l'ambito di applicazione utilizzando la funzione Query Builder. Fai clic sul pulsante  accanto al campo Object Match e seleziona il comando Open Query Builder. Nella finestra di dialogo Building Query from Board che si apre, seleziona Associated with Footprint dal menu a discesa nella colonna Condition Type / Operator, quindi seleziona ONSC-TO-92-3-29-11 dal menu a discesa nella colonna Condition Value. Dopo aver fatto clic su OK nella finestra di dialogo, la query HasFootprint('ONSC-TO-92-3-29-11') apparirà nel campo Object Match.

   ❯ ❮ Javascript ID: Tutorial_CM_SolderMaskExpansion_New_Query_AD25_2

9. Imposta 0 per i valori Expansion top e Expansion bottom.

   

10. Salva le modifiche nel Constraint Manager (File » Save to PCB).

11. Chiudi il Constraint Manager facendo clic con il pulsante destro del mouse sulla relativa scheda nella parte superiore dell'area di progettazione e selezionando il comando Close Multivibrator.PcbDoc [Constraints] dal menu contestuale.

12. Salva il documento PCB in locale facendo clic con il pulsante destro del mouse sulla relativa voce nel pannello Projects e selezionando Save dal menu contestuale.

Esecuzione di un controllo delle regole di progettazione dopo la risoluzione delle violazioni

Ora esegui nuovamente il DRC per assicurarti che tutte le violazioni siano state risolte.

1. Apri la finestra di dialogo Design Rule Checker (Tools » Design Rule Check) e assicurati che l'opzione Create Report File sia abilitata nella pagina Report Options.

2. Fai clic su  il pulsante .

3. Verrà generato un nuovo report, che si aprirà in una scheda documento separata. Assicurati che non contenga violazioni delle regole.

   

   Se sono presenti violazioni, risolvile, quindi genera nuovamente il report.

4. Rimuovi dal progetto il report DRC generato. Verrà generato durante il processo di rilascio del progetto. Per farlo, individua il file del report sotto la voce Generated\Documents nel pannello Projects, fai clic su di esso con il pulsante destro del mouse e seleziona il comando Remove from Project. Nella finestra di dialogo Remove from project che si apre, scegli l'opzione Delete file.

   

5. Chiudi tutti i documenti attualmente aperti. Per farlo, fai clic con il pulsante destro del mouse su una scheda documento nella parte superiore dell'area di progettazione e seleziona il comando Close All Documents dal menu contestuale.

6. Salva il progetto nel Workspace. Per farlo, fai clic sul controllo Save to Server accanto alla voce del progetto nel pannello Projects pannello, inserisci un commento significativo nel Comment campo della Save to Server finestra di dialogo che si apre (ad esempio, PCB design complete), quindi fai clic sul OK pulsante.