Проверка проекта печатной платы

Редактор печатных плат — это среда проектирования на основе правил, в которой можно задать множество типов проектных ограничений и проверять их соблюдение для обеспечения корректности платы. Функция оперативной проверки DRC отслеживает включенные правила во время работы и немедленно подсвечивает все обнаруженные нарушения. Кроме того, можно запустить пакетную проверку DRC, чтобы проверить соответствие проекта правилам и сформировать отчет с подробной информацией о включенных правилах и обнаруженных нарушениях.

Ранее в этом учебном руководстве вы изучили и настроили некоторые проектные ограничения, включая электрический зазор, ширину трассировки и тип переходных отверстий. Помимо них существует ряд других правил проектирования, которые автоматически задаются при создании новой платы.

Настройка и запуск проверки правил проектирования (DRC)

Main page: Настройка и запуск DRC

Для выявления нарушений в проекте выполняется проверка правил проектирования (DRC). Как оперативная, так и пакетная проверка DRC настраиваются в диалоговом окне Design Rule Checker, которое открывается командой Tools » Design Rule Check из главного меню.

Проверка правил проектирования запускается нажатием кнопки  в нижней части диалогового окна. После выполнения DRC открывается панель Messages со списком всех обнаруженных нарушений. Если в диалоговом окне включен параметр Create Report File, на отдельной вкладке документа откроется Design Rule Verification Report. В отчете приводятся сведения о правилах, включенных в проверку, количестве обнаруженных нарушений и подробная информация о каждом нарушении.

1. Выберите команду Tools » Design Rule Check в главном меню, чтобы открыть диалоговое окно Design Rule Checker.

2. На странице Report Options диалогового окна убедитесь, что параметр Create Report File включен.

   

3. На странице Rules to Check диалогового окна щелкните правой кнопкой мыши в области таблицы и выберите пункт Batch DRC - Used On.

   

4. Отключите пакетную проверку DRC для правил контрольных точек. Для этого выберите раздел Testpoint в дереве и снимите флажки Batch для четырех типов правил в этой категории.

   

5. Нажмите кнопку в нижней части диалогового окна, чтобы запустить DRC. Диалоговое окно Design Rule Checker закроется, и откроется отчет. Он будет содержать как минимум следующие нарушения:

   • 4 нарушения минимальной ширины перемычки паяльной маски (Minimum Solder Mask Sliver) — ширина полоски паяльной маски меньше допустимого значения.

   • 4 нарушения ограничения зазора (Clearance Constraint) — измеренный электрический зазор между объектами на сигнальных слоях меньше заданного минимального значения.

   
   В верхней части отчета приведены сведения о правилах, включенных в проверку, и количестве обнаруженных нарушений. Щелкните правило, чтобы перейти к соответствующим нарушениям и изучить их.

   
   В нижней части отчета показано каждое нарушенное правило, за которым следует список объектов, вызывающих нарушение. Щелкните запись о нарушении, чтобы перейти к этому объекту на печатной плате.

   Обнаруженные нарушения также будут перечислены на открывшейся панели Messages. 

   

Поиск и устранение нарушений

Main page: Анализ и устранение нарушений правил проектирования

Как разработчик, вы должны найти нарушение на печатной плате, определить его характер и величину отклонения от допустимого значения, а затем выбрать наиболее подходящий способ устранения.

Устранение нарушений зазора

В учебном проекте есть четыре нарушения ограничения зазора между контактными площадками посадочных мест транзисторов. Эти нарушения можно устранить двумя способами:

• Уменьшить размер контактных площадок посадочных мест транзисторов, чтобы увеличить зазор между ними, или

• Настроить ограничение так, чтобы допускался меньший зазор между контактными площадками посадочных мест транзисторов.

Поскольку зазор 0,25 мм достаточно велик, а фактический зазор довольно близок к этому значению (0,22 мм), в данной ситуации разумно настроить правила так, чтобы допускался меньший зазор. Такое решение здесь приемлемо, поскольку единственный другой компонент с контактными площадками сквозного монтажа — это разъем, у которого расстояние между площадками составляет 1 мм. В противном случае лучшим решением было бы добавить второе ограничение зазора, действующее только на контактные площадки транзисторов, как это было сделано для правил расширения паяльной маски.

1. Щелкните вкладку документа печатной платы в верхней части рабочей области, чтобы сделать его активным.

2. Выберите команду Design » Constraint Manager в главном меню, чтобы открыть диспетчер ограничений (Constraint Manager).

3. В представлении Clearances диспетчера ограничений щелкните ячейку All Nets / All Nets в матрице зазоров.

4. В таблице в нижней части измените значение TH Pad – to – TH Pad на 0,22 мм. Для этого щелкните ячейку, введите 0.22 и нажмите Enter.

   

   

    

5. Сохраните изменения в диспетчере ограничений (File » Save to PCB).

Устранение нарушений минимальной ширины перемычки паяльной маски

Паяльная маска — это тонкий лакоподобный слой, наносимый на внешнюю поверхность платы для защиты и изоляции меди. В маске создаются окна, позволяющие припаивать компоненты и провода к меди. Именно эти окна отображаются как объекты на слое паяльной маски в редакторе печатных плат (обратите внимание, что слой паяльной маски задается в негативе: отображаемые объекты становятся отверстиями в фактической паяльной маске).

При изготовлении платы паяльную маску наносят различными способами. Самый дешевый способ — нанесение на поверхность платы методом шелкографии через трафарет. Для компенсации возможного несовмещения слоев окна маски обычно делают больше контактных площадок. Это отражено в значении расширения 4 мил (около 0,1 мм), используемом в правиле проектирования по умолчанию.

Существуют и другие технологии нанесения паяльной маски, обеспечивающие более точное совмещение слоев и воспроизведение контуров. При использовании таких технологий расширение паяльной маски может быть меньше или даже равняться нулю. Уменьшение окна в маске снижает вероятность появления слишком узких перемычек паяльной маски или нарушений зазора между шелкографией и паяльной маской.

Нарушение минимальной ширины перемычки паяльной маски. Фиолетовым показано расширение паяльной маски вокруг каждой контактной площадки.

Подобные нарушения, связанные с паяльной маской, нельзя устранить без учета технологии изготовления готовой платы.

Например, для сложной многослойной платы, предназначенной для дорогостоящего изделия, скорее всего, будет применяться высокоточная технология нанесения паяльной маски, допускающая небольшое или нулевое расширение. Однако простая двусторонняя плата, такая как в этом учебном примере, скорее всего, будет изготавливаться как недорогое изделие с применением недорогой технологии нанесения паяльной маски. Поэтому уменьшать расширение паяльной маски для всей платы, чтобы устранить нарушения ширины перемычек, в данном случае нецелесообразно.

Как и во многих других аспектах проектирования печатных плат, решение заключается в продуманных компромиссах, применяемых локально, чтобы свести их влияние к минимуму.

Чтобы устранить это нарушение, можно:

• Увеличить окно в паяльной маске, полностью удалив маску между контактными площадками транзистора, или

• Уменьшить минимально допустимую ширину перемычки, или

• Уменьшить окно в маске, увеличив ширину перемычки до допустимого значения.

Это проектное решение следует принимать с учетом ваших знаний о компоненте, а также о технологиях изготовления и сборки, которые будут использоваться. Увеличение окна до полного удаления перемычки маски между контактными площадками транзистора повышает вероятность образования перемычек припоя между этими площадками. При уменьшении окна перемычка маски сохраняется, что может быть как допустимо, так и недопустимо; кроме того, возникает риск неточного совмещения маски с контактными площадками.

В этом учебном примере вы совместите второй и третий варианты: уменьшите минимальную ширину перемычки до значения, подходящего для настроек этой платы, а также уменьшите расширение маски, но только для контактных площадок транзисторов.

1. Сначала уменьшите допустимую ширину перемычки. Откройте представление All Rules в Constraint Manager, нажав соответствующую кнопку в верхней части Constraint Manager.

2. В дереве слева найдите и выберите тип правил Solder Mask Sliver в категории Manufacturing, затем в основной таблице выберите существующее правило MinimumSolderMaskSliver.

3. Для такого проекта допустимо значение, равное расстоянию между контактными площадками: 0,22 мм (около 8,7 мил). В области ограничений правила измените значение Minimum Solder Mask Sliver на 0.22.

   

4. Далее добавьте правило расширения маски только для транзисторов, которое уменьшит расширение до нуля. В результате окно в паяльной маске будет совпадать по размеру с контактной площадкой, а ширина перемычки маски между площадками будет равна расстоянию между ними (0,22 мм). Нажмите тип правил Solder Mask Expansion в категории Mask дерева слева, чтобы отобразить существующие правила этого типа. Должно отображаться одно правило с именем SolderMaskExpansion, задающее расширение 0,1016 мм (4 мил).

   

   Поскольку нарушения есть только у контактных площадок транзисторов, изменять это значение не нужно. Вместо этого создайте новое правило.

5. Чтобы добавить новое правило расширения паяльной маски, щелкните правой кнопкой мыши в свободном месте основной таблицы и выберите Add Custom Rule в контекстном меню. Будет создано новое правило с именем SolderMaskExpansion_1.

   

6. Дважды щелкните имя нового правила в основной таблице и введите SolderMaskExpansion_Transistor, чтобы переименовать его.

7. Нажмите правило, чтобы отобразить его настройки в нижней части Constraint Manager.

8. Задайте область действия нового правила. Запрос для области действия можно создать с помощью конструктора запросов Query Builder. Нажмите кнопку  рядом с полем Object Match и выберите команду Open Query Builder. В открывшемся диалоговом окне Building Query from Board выберите Associated with Footprint из раскрывающегося списка в столбце Condition Type / Operator, затем выберите ONSC-TO-92-3-29-11 из раскрывающегося списка в столбце Condition Value. После нажатия OK в диалоговом окне запрос HasFootprint('ONSC-TO-92-3-29-11') появится в поле Object Match.

   ❯ ❮ Javascript ID: Tutorial_CM_SolderMaskExpansion_New_Query_AD25_2

9. Установите 0 для значений Expansion top и Expansion bottom.

   

10. Сохраните изменения в Constraint Manager (File » Save to PCB).

11. Закройте Constraint Manager, щелкнув правой кнопкой мыши его вкладку в верхней части рабочей области и выбрав команду Close Multivibrator.PcbDoc [Constraints] в контекстном меню.

12. Сохраните документ печатной платы локально, щелкнув правой кнопкой мыши его запись на панели Projects и выбрав Save в контекстном меню.

Запуск проверки правил проектирования после устранения нарушений

Теперь повторно запустите DRC, чтобы убедиться, что все нарушения устранены.

1. Откройте диалоговое окно Design Rule Checker (Tools » Design Rule Check) и убедитесь, что на странице Report Options включен параметр Create Report File.

2. Нажмите  кнопку .

3. Будет сформирован новый отчет, который откроется на отдельной вкладке документа. Убедитесь, что он не содержит нарушений правил.

   

   Если нарушения есть, устраните их, а затем сформируйте отчет повторно.

4. Удалите сформированный отчет DRC из проекта. Он будет сформирован в процессе выпуска проекта. Для этого найдите файл отчета в разделе Generated\Documents на панели Projects, щелкните его правой кнопкой мыши и выберите команду Remove from Project. В открывшемся диалоговом окне Remove from project выберите вариант Delete file.

   

5. Закройте все открытые документы. Для этого можно щелкнуть правой кнопкой мыши вкладку документа в верхней части рабочей области и выбрать команду Close All Documents в контекстном меню.

6. Сохраните проект в рабочей области Workspace. Для этого нажмите элемент управления Save to Server рядом с записью проекта на панели Projects панели введите содержательный комментарий в поле Comment открывшегося диалогового окна Save to Server (например, PCB design complete), затем нажмите кнопку OK.