Weryfikacja projektu płytki PCB

Edytor PCB to środowisko projektowe oparte na regułach, w którym można definiować wiele rodzajów ograniczeń projektowych, a następnie sprawdzać ich przestrzeganie, aby zapewnić poprawność płytki. Funkcja DRC online monitoruje włączone reguły podczas pracy i natychmiast wyróżnia wszelkie wykryte naruszenia. Można również uruchomić wsadowe sprawdzanie DRC, aby sprawdzić zgodność projektu z regułami i wygenerować raport zawierający szczegóły włączonych reguł oraz wykrytych naruszeń.

We wcześniejszej części samouczka omówiono i skonfigurowano niektóre ograniczenia projektowe, w tym odstępy elektryczne, szerokość ścieżek i typ przelotek używanych podczas trasowania. Oprócz nich istnieje szereg innych reguł projektowych, które są automatycznie definiowane podczas tworzenia nowej płytki.

Konfigurowanie i uruchamianie kontroli reguł projektowych (DRC)

Main page: Konfigurowanie i uruchamianie DRC

Projekt jest sprawdzany pod kątem naruszeń poprzez uruchomienie kontroli reguł projektowych (DRC). Zarówno sprawdzanie DRC online, jak i wsadowe konfiguruje się w oknie dialogowym Design Rule Checker, otwieranym za pomocą polecenia Tools » Design Rule Check z menu głównego.

Kontrolę reguł projektowych uruchamia się przez kliknięcie przycisku  u dołu okna dialogowego. Po zakończeniu DRC otwiera się panel Messages z listą wszystkich wykrytych naruszeń. Jeśli w oknie dialogowym włączono opcję Create Report File, w osobnej karcie dokumentu otworzy się Design Rule Verification Report. Raport zawiera szczegółowe informacje o regułach włączonych do sprawdzania, liczbie wykrytych naruszeń oraz każdym z naruszeń.

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

2. Na stronie Report Options 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 tabeli i wybierz pozycję Batch DRC - Used On.

   

4. Wyłącz wsadowe sprawdzanie DRC dla reguł punktów testowych. W tym celu wybierz sekcję Testpoint w drzewie i usuń zaznaczenie pól 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 i otworzy się raport. Będzie on zawierał (co najmniej):

   • 4 naruszenia minimalnej szerokości paska maski lutowniczej – szerokość paska maski lutowniczej jest mniejsza od dozwolonej wartości.

   • 4 naruszenia ograniczenia odstępu – zmierzony odstęp elektryczny między obiektami na warstwach sygnałowych jest mniejszy od określonej wartości minimalnej.

   
   Górna część raportu zawiera szczegółowe informacje o regułach włączonych do sprawdzania oraz liczbie wykrytych naruszeń. Kliknij regułę, aby przejść do jej naruszeń i je przeanalizować.

   
   Dolna część raportu przedstawia każdą naruszoną regułę wraz z listą obiektów, które ją naruszają. Kliknij wpis dotyczący naruszenia, aby przejść do danego obiektu na PCB.

   Wykryte naruszenia zostaną również wyświetlone w panelu Messages, który się otworzy. 

   

Lokalizowanie i usuwanie naruszeń

Main page: Analizowanie i usuwanie naruszeń reguł projektowych

Jako projektant musisz zlokalizować naruszenie na PCB, ustalić jego charakter i stopień przekroczenia ograniczenia, a następnie określić najodpowiedniejszy sposób jego usunięcia.

Usuwanie naruszeń odstępu

W projekcie z samouczka występują cztery naruszenia ograniczenia odstępu między polami lutowniczymi footprintów tranzystorów. Można je usunąć na dwa sposoby:

• Zmniejszyć rozmiar pól lutowniczych footprintów tranzystorów, aby zwiększyć odstęp między polami, lub

• Skonfigurować ograniczenie tak, aby dopuszczało mniejszy odstęp między polami lutowniczymi footprintów tranzystorów.

Ponieważ odstęp 0,25 mm jest dość duży, a rzeczywisty odstęp jest zbliżony do tej wartości (0,22 mm), dobrym rozwiązaniem w tej sytuacji będzie skonfigurowanie reguł tak, aby dopuszczały mniejszy odstęp. Takie rozwiązanie jest tutaj akceptowalne, ponieważ jedynym innym elementem z polami lutowniczymi do montażu przewlekanego jest złącze, którego pola są oddalone od siebie o 1 mm. W przeciwnym razie najlepszym rozwiązaniem byłoby dodanie drugiego ograniczenia odstępu, dotyczącego wyłącznie pól lutowniczych tranzystorów, tak jak zrobiono to w przypadku reguł rozszerzenia maski lutowniczej.

1. Kliknij kartę dokumentu PCB u góry obszaru projektowego, aby ustawić go jako aktywny dokument.

2. Wybierz polecenie Design » Constraint Manager z menu głównego , aby otworzyć menedżer ograniczeń.

3. W widoku Clearances menedżera ograniczeń kliknij komórkę All Nets / All Nets w macierzy odstępów.

4. Zmień wartość TH Pad – to – TH Pad na 0,22 mm w obszarze tabeli u dołu. W tym celu kliknij komórkę, wpisz 0.22 i naciśnij Enter.

   

   

    

5. Zapisz zmiany w menedżerze ograniczeń (File » Save to PCB).

Usuwanie naruszeń minimalnej szerokości paska maski lutowniczej

Maska lutownicza to cienka warstwa przypominająca lakier, nakładana na zewnętrzną powierzchnię płytki w celu ochrony i izolacji miedzi. W masce tworzy się otwory umożliwiające przylutowanie elementów i przewodów 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 w negatywie – widoczne obiekty stają się otworami w rzeczywistej masce lutowniczej).

Podczas produkcji maskę lutowniczą nakłada się różnymi metodami. Najtańszą metodą jest nanoszenie jej na powierzchnię płytki metodą sitodruku przez szablon. Aby uwzględnić niedokładności wyrównania warstw, otwory w masce są zazwyczaj większe od pól lutowniczych, co odzwierciedla wartość rozszerzenia 4 mil (~0,1 mm) stosowana w domyślnej regule projektowej.

Istnieją inne techniki nakładania maski lutowniczej, które zapewniają lepsze pasowanie warstw i dokładniejsze odwzorowanie kształtów. W przypadku ich zastosowania rozszerzenie maski lutowniczej może być mniejsze, a nawet zerowe. Zmniejszenie otworu w masce ogranicza ryzyko powstawania zbyt wąskich pasków maski lutowniczej lub naruszeń odstępu między warstwą opisową a maską lutowniczą.

Naruszenie minimalnej szerokości paska maski lutowniczej. Kolor fioletowy oznacza rozszerzenie maski lutowniczej wokół każdego pola lutowniczego.

Naruszeń takich jak te problemy z maską lutowniczą nie można rozwiązać bez uwzględnienia technologii produkcji gotowej płytki.

Na przykład w przypadku złożonej, wielowarstwowej płytki przeznaczonej do produktu o wysokiej wartości prawdopodobnie zastosowano by wysokiej jakości technologię nakładania maski lutowniczej, która pozwala na małe lub zerowe rozszerzenie maski. Natomiast prosta płytka dwustronna, taka jak w tym samouczku, będzie raczej produkowana przy niskich kosztach, co wymaga zastosowania niedrogiej technologii nakładania maski lutowniczej. Oznacza to, że rozwiązanie naruszeń minimalnej szerokości paska maski przez zmniejszenie rozszerzenia maski lutowniczej na całej płytce nie jest właściwym rozwiązaniem.

Podobnie jak w wielu innych aspektach projektowania PCB, rozwiązanie polega na świadomym stosowaniu kompromisów w wybranych miejscach, aby zminimalizować ich wpływ.

Aby usunąć to naruszenie, możesz:

• Zwiększyć otwór w masce lutowniczej, aby całkowicie usunąć maskę między polami lutowniczymi tranzystora, lub

• Zmniejszyć minimalną dopuszczalną szerokość paska maski, lub

• Zmniejszyć otwór w masce, aby poszerzyć pasek maski do akceptowalnej szerokości.

Jest to decyzja projektowa, którą należy podjąć na podstawie wiedzy o komponencie oraz technologii produkcji i montażu, która zostanie zastosowana. Powiększenie otworu w masce w celu całkowitego usunięcia paska maski między polami lutowniczymi tranzystora zwiększa ryzyko powstania mostków lutowniczych między tymi polami. Zmniejszenie otworu w masce pozostawi natomiast pasek maski, co może być dopuszczalne lub nie, a dodatkowo stwarza ryzyko problemów z pasowaniem maski względem pól lutowniczych.

W tym samouczku połączysz drugą i trzecią opcję: zmniejszysz minimalną szerokość paska maski do wartości odpowiedniej dla ustawień zastosowanych na tej płytce, a także zmniejszysz rozszerzenie maski, ale tylko dla pól lutowniczych tranzystorów.

1. Pierwszym krokiem jest zmniejszenie dopuszczalnej szerokości paska maski. Otwórz widok All Rules w menedżerze Constraint Manager, klikając odpowiedni przycisk w jego górnej części.

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 tabeli.

3. Wartość równa odległości między polami lutowniczymi, czyli 0,22 mm (~8,7 mil), będzie akceptowalna w takim projekcie. Zmień wartość Minimum Solder Mask Sliver na 0.22 w sekcji ograniczeń reguły.

   

4. Następnym krokiem jest dodanie reguły rozszerzenia maski tylko dla tranzystorów, która zmniejszy rozszerzenie maski do zera. Dzięki temu otwór w masce lutowniczej będzie miał taki sam rozmiar jak pole lutownicze, a szerokość paska maski między polami będzie równa odległości między nimi (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 znajdować się jedna reguła o nazwie SolderMaskExpansion, która określa wartość rozszerzenia wynoszącą 0,1016 mm (4 mil).

   

   Ponieważ naruszenie dotyczy tylko pól lutowniczych tranzystorów, nie będziesz zmieniać tej wartości. Zamiast tego utworzysz nową regułę.

5. Aby dodać nową regułę rozszerzenia maski lutowniczej, kliknij prawym przyciskiem myszy w pustym miejscu głównego obszaru tabeli 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 tabeli i wpisz SolderMaskExpansion_Transistor, aby zmienić jej nazwę.

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

8. Określ zakres nowej reguły. Zapytanie określające zakres 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 0 dla wartości Expansion top i Expansion bottom.

   

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

11. Zamknij menedżer 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.

Sprawdzanie reguł projektowych po usunięciu naruszeń

Teraz ponownie uruchom sprawdzanie 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 ponownie wygeneruj raport.

4. Usuń wygenerowany raport DRC z projektu. Zostanie on wygenerowany podczas procesu wydawania projektu. W tym celu 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 w przestrzeni roboczej. W tym celu kliknij element sterujący Save to Server obok pozycji projektu w panelu Projects panelu wprowadź opisowy komentarz w polu Comment w otwartym oknie dialogowym Save to Server (np. PCB design complete), a następnie kliknij przycisk OK.