Weryfikacja projektu płytki PCB

Edytor PCB to środowisko projektowe oparte na regułach, w którym można definiować wiele typów ograniczeń projektowych, które mogą być sprawdzane w celu zapewnienia integralności płytki. Funkcja DRC online monitoruje włączone reguły podczas pracy i natychmiast wyróżnia wszelkie wykryte naruszenia projektu. Alternatywnie można także uruchomić wsadowy DRC, aby sprawdzić, czy projekt jest zgodny z regułami, oraz wygenerować raport zawierający szczegóły dotyczące włączonych reguł i wykrytych naruszeń.

Wcześniej w samouczku przeanalizowano i skonfigurowano niektóre ograniczenia projektowe, w tym odstęp elektryczny, szerokość ścieżek i styl przelotek. Oprócz nich istnieje także szereg innych reguł projektowych, które są automatycznie definiowane podczas tworzenia nowej płytki.

Konfigurowanie i uruchamianie sprawdzania reguł projektowych (DRC)

Main page: Konfigurowanie i uruchamianie DRC

Projekt jest sprawdzany pod kątem naruszeń przez uruchomienie sprawdzania reguł projektowych (DRC). Zarówno DRC online, jak i wsadowy DRC są konfigurowane w oknie Design Rule Checker, do którego można uzyskać dostęp, wybierając polecenie Tools » Design Rule Check z menu głównego. Okno dialogowe udostępnia ogólne opcje raportowania (Report Options – ) oraz możliwość skonfigurowania testowania określonych typów reguł (Rules to Check – ).

Sprawdzanie reguł projektowych uruchamia się przez kliknięcie przycisku  u dołu okna dialogowego. DRC zostanie uruchomione, a następnie otworzy się panel Messages, w którym zostaną wyświetlone wszystkie wykryte naruszenia. Jeśli w oknie dialogowym włączono opcję Create Report File, w osobnej karcie dokumentu otworzy się Design Rule Verification Report. Raport zawiera szczegóły reguł włączonych do sprawdzania, liczbę wykrytych naruszeń oraz szczegółowe informacje o każdym naruszeniu.

1. Wybierz z menu głównego polecenie Tools » Design Rule Check, aby otworzyć okno dialogowe Design Rule Checker.

2. Na stronie Report Options tego okna dialogowego upewnij się, że opcja Create Report File jest włączona.

   

3. Na stronie Rules To Check okna dialogowego kliknij prawym przyciskiem myszy w obszarze siatki i wybierz pozycję Batch DRC - Used On.

   

4. Wyłącz wsadowy DRC dla reguł punktów testowych. Aby to zrobić, wybierz w drzewie sekcję Testpoint i wyłącz pola wyboru Batch dla czterech typów reguł w tej kategorii.

   

5. Kliknij przycisk u dołu okna dialogowego, aby uruchomić DRC. Okno dialogowe Design Rule Checker zostanie zamknięte, a raport zostanie otwarty. Będzie on zawierał (co najmniej):

   • 4 naruszenia Minimum Solder Mask Sliver – minimalna szerokość paska maski lutowniczej jest mniejsza niż dozwolona wartość.

   • 4 naruszenia Clearance Constraint – zmierzona wartość odstępu elektrycznego między obiektami na warstwach sygnałowych jest mniejsza niż określona wartość minimalna.

   
   Górna część raportu zawiera szczegóły reguł włączonych do sprawdzania oraz liczbę wykrytych naruszeń. Kliknij regułę, aby przejść do tych naruszeń i je przeanalizować.

   
   Dolna część raportu pokazuje każdą naruszaną regułę, a następnie listę obiektów powodujących naruszenie. Kliknij wpis naruszenia, aby przejść do tego obiektu na PCB.

   Wykryte naruszenia będą również widoczne w otwartym panelu Messages. 

   

Lokalizowanie i usuwanie naruszeń

Main page: Analiza i usuwanie naruszeń projektowych

Jako projektant musisz zlokalizować naruszenie na PCB, ustalić jego charakter i stopień niezgodności oraz określić najbardziej odpowiedni sposób rozwiązania problemu.

Usuwanie naruszeń Clearance

W projekcie z samouczka występują cztery naruszenia ograniczenia Clearance między padami obudów tranzystorów. Istnieją dwa sposoby rozwiązania tych naruszeń:

• Zmniejszyć rozmiar padów obudowy tranzystora, aby zwiększyć odstęp między padami, lub

• Skonfigurować ograniczenie tak, aby dopuszczało mniejszy odstęp między padami obudowy tranzystora.

Ponieważ odstęp 0,25 mm jest dość duży, a rzeczywisty odstęp jest bardzo zbliżony do tej wartości (0,22 mm), dobrym wyborem w tej sytuacji będzie skonfigurowanie reguł tak, aby dopuszczały mniejszy odstęp. To rozwiązanie jest tutaj akceptowalne, ponieważ jedynym innym komponentem z padami przewlekanymi jest złącze, którego pady są oddalone od siebie o 1 mm. Gdyby tak nie było, najlepszym rozwiązaniem byłoby dodanie drugiego ograniczenia Clearance, skierowanego tylko do padów tranzystora, tak jak zrobiono to dla reguł rozszerzenia maski lutowniczej.

1. Kliknij kartę dokumentu PCB u góry obszaru roboczego, aby uczynić go aktywnym dokumentem.

2. Wybierz z menu głównego polecenie Design » Constraint Manager z mai n menus, aby otworzyć Constraint Manager.

3. W widoku Clearances w Constraint Manager kliknij w komórce All Nets / All Nets w macierzy odstępów.

4. Zmień wartość TH Pad – to – TH Pad na 0,22 mm w obszarze siatki na dole. Aby to zrobić, kliknij komórkę, wpisz 0.22 i naciśnij Enter.

   

   

    

5. Zapisz zmiany w Constraint Manager (File » Save to PCB).

Usuwanie naruszeń Minimum Solder Mask Sliver

Maska lutownicza to cienka warstwa przypominająca lakier, nakładana na zewnętrzną powierzchnię płytki i zapewniająca ochronne oraz izolujące pokrycie miedzi. W masce tworzone są otwory dla komponentów i przewodów, które mają być przylutowane do miedzi. To właśnie te otwory są wyświetlane jako obiekty na warstwie maski lutowniczej w edytorze PCB (należy pamiętać, że warstwa maski lutowniczej jest definiowana negatywowo – obiekty, które widzisz, stają się otworami w rzeczywistej masce lutowniczej).

Podczas produkcji maska lutownicza jest nakładana różnymi technikami. Najtańsze podejście polega na nadrukowaniu jej metodą sitodruku na powierzchnię płytki przez maskę. Aby uwzględnić problemy z wyrównaniem warstw, otwory w masce są zwykle większe niż pady, co odzwierciedla wartość rozszerzenia 4 mil (~0,1 mm) używana w domyślnej regule projektowej.

Istnieją także inne techniki nakładania maski lutowniczej, które oferują wyższą jakość pasowania warstw i dokładniejsze odwzorowanie kształtów. Jeśli stosowane są takie techniki, rozszerzenie maski lutowniczej może być mniejsze lub nawet zerowe. Zmniejszenie otworu maski ogranicza ryzyko wystąpienia wąskich pasków maski lutowniczej lub naruszeń odstępu między sitodrukiem a maską lutowniczą.

Naruszenie dotyczące wąskiego paska maski lutowniczej. Kolor fioletowy przedstawia rozszerzenie maski lutowniczej wokół każdego padu.

Naruszeń takich jak te problemy z maską lutowniczą nie da się rozwiązać bez uwzględnienia techniki produkcyjnej, która zostanie użyta do wykonania gotowej płytki.

Na przykład, gdyby była to złożona, wielowarstwowa płytka dla produktu o wysokiej wartości, prawdopodobnie zastosowano by wysokiej jakości technologię maski lutowniczej, która pozwalałaby na małe lub zerowe rozszerzenie maski lutowniczej. Jednak prosta, dwustronna płytka, taka jak płytka z tego samouczka, z większym prawdopodobieństwem będzie produkowana jako wyrób niskokosztowy, wymagający użycia taniej technologii maski lutowniczej. Oznacza to, że rozwiązanie naruszeń dotyczących wąskich pasków maski lutowniczej przez zmniejszenie rozszerzenia maski dla całej płytki nie jest odpowiednim rozwiązaniem.

Jak w wielu aspektach projektowania PCB, rozwiązanie polega na świadomym wprowadzaniu kompromisów w ukierunkowany sposób, aby zminimalizować ich wpływ.

Aby usunąć to naruszenie, możesz:

• Zwiększyć otwarcie maski lutowniczej, aby całkowicie usunąć maskę między padami tranzystora, lub

• Zmniejszyć minimalną dopuszczalną szerokość paska, lub

• Zmniejszyć otwarcie maski, aby poszerzyć pasek do akceptowalnej szerokości.

Jest to decyzja projektowa, którą podejmuje się w świetle wiedzy o komponencie oraz technologii produkcji i montażu, jaka będzie stosowana. Otwarcie maski w celu całkowitego usunięcia paska maski między padami tranzystora oznacza większe ryzyko powstania mostków lutowniczych między tymi padami, natomiast zmniejszenie otwarcia maski nadal pozostawi pasek, który może być akceptowalny lub nie, a także wprowadzi możliwość problemów z pasowaniem maski do padów.

W tym samouczku zastosujesz połączenie drugiej i trzeciej opcji: zmniejszysz minimalną szerokość paska do wartości odpowiedniej dla ustawień używanych na tej płytce, a także zmniejszysz rozszerzenie maski, ale tylko dla padów tranzystora.

1. Pierwszym krokiem jest zmniejszenie dopuszczalnej szerokości wąskiego paska maski. Otwórz widok All Rules w Constraint Manager, klikając odpowiedni przycisk u góry okna Constraint Manager.

2. W drzewie po lewej stronie znajdź i wybierz typ reguły Solder Mask Sliver w kategorii Manufacturing, a następnie wybierz istniejącą regułę o nazwie MinimumSolderMaskSliver w głównym obszarze siatki.

3. Wartość równa odstępowi między padami 0,22 mm (~8,7 mil) będzie akceptowalna dla takiego projektu. Edytuj wartość Minimum Solder Mask Sliver na 0.22 w obszarze ograniczeń reguły.

   

4. Kolejnym krokiem jest dodanie reguły rozszerzenia maski tylko dla tranzystorów, która zmniejsza rozszerzenie maski do zera. Oznacza to, że otwarcie w masce lutowniczej będzie miało taki sam rozmiar jak pad, dzięki czemu szerokość paska maski lutowniczej między padami będzie równa odległości między padami (0,22 mm). Kliknij typ reguły Solder Mask Expansion w kategorii Mask w drzewie po lewej stronie, aby wyświetlić istniejące reguły tego typu. Powinna tam być jedna reguła o nazwie SolderMaskExpansion , która określa wartość rozszerzenia 0,1016 mm (4 mil).

   

   Ponieważ naruszenie dotyczy tylko padów tranzystorów, nie będziesz edytować tej wartości. Zamiast tego utworzysz nową regułę.

5. Aby dodać nową regułę Solder Mask Expansion, kliknij prawym przyciskiem myszy w wolnym miejscu głównego obszaru siatki i wybierz Add Custom Rule z menu kontekstowego. Zostanie utworzona nowa reguła o nazwie SolderMaskExpansion_1.

   

6. Kliknij dwukrotnie nazwę nowej reguły w głównym obszarze siatki i wpisz SolderMaskExpansion_Transistor , aby zmienić jej nazwę.

7. Kliknij regułę, aby wyświetlić jej ustawienia w dolnej części okna Constraint Manager.

8. Zdefiniuj zakres nowej reguły. Zapytanie zakresu można utworzyć za pomocą funkcji Query Builder. Kliknij przycisk  obok pola Object Match i wybierz polecenie Open Query Builder. W otwartym oknie dialogowym Building Query from Board wybierz Associated with Footprint z listy rozwijanej w kolumnie Condition Type / Operator, a następnie wybierz ONSC-TO-92-3-29-11 z listy rozwijanej w kolumnie Condition Value . Po kliknięciu OK w oknie dialogowym zapytanie HasFootprint('ONSC-TO-92-3-29-11') pojawi się w polu Object Match.

   ❯ ❮ Javascript ID: Tutorial_CM_SolderMaskExpansion_New_Query_AD25_2

9. Ustaw wartości 0 dla Expansion top i Expansion bottom .

   

10. Zapisz zmiany w Constraint Manager (File » Save to PCB).

11. Zamknij Constraint Manager, klikając prawym przyciskiem myszy jego kartę u góry obszaru projektowego i wybierając polecenie Close Multivibrator.PcbDoc [Constraints] z menu kontekstowego.

12. Zapisz dokument PCB lokalnie, klikając prawym przyciskiem myszy jego pozycję w panelu Projects i wybierając Save z menu kontekstowego.

Uruchamianie kontroli reguł projektowych po usunięciu naruszeń

Teraz uruchom ponownie DRC, aby upewnić się, że wszystkie naruszenia zostały usunięte.

1. Otwórz okno dialogowe Design Rule Checker (Tools » Design Rule Check) i upewnij się, że opcja Create Report File jest włączona na stronie Report Options.

2. Kliknij  przycisk .

3. Zostanie wygenerowany nowy raport i otwarty w osobnej karcie dokumentu. Upewnij się, że nie zawiera żadnych naruszeń reguł.

   

   Jeśli występują naruszenia, usuń je, a następnie wygeneruj raport ponownie.

4. Usuń wygenerowany raport DRC z projektu. Zostanie on wygenerowany podczas procesu wydania projektu. Aby to zrobić, znajdź plik raportu pod pozycją Generated\Documents w panelu Projects, kliknij go prawym przyciskiem myszy i wybierz polecenie Remove from Project. W otwartym oknie dialogowym Remove from project wybierz opcję Delete file.

   

5. Zamknij wszystkie aktualnie otwarte dokumenty. Możesz to zrobić, klikając prawym przyciskiem myszy kartę dokumentu u góry obszaru projektowego i wybierając polecenie Close All Documents z menu kontekstowego.

6. Zapisz projekt do Workspace. Aby to zrobić, kliknij kontrolkę Save to Server obok pozycji projektu w panelu Projects, wpisz znaczący komentarz w polu Comment w otwartym oknie dialogowym Save to Server (np. PCB design complete), a następnie kliknij przycisk OK .