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Verifica delle regole di progettazione (DRC) è un processo di verifica comunemente utilizzato nella creazione di elettricodesign e circuito stampato produzione. Verifica che il layout di un circuito stampato sia conforme a Regole della RDC che sono stati definiti per evitare i difetti di fabbricazione e a migliorare l'affidabilità del circuito.
In questo articolo si discuterà di cosa sono le regole DRC e di casi di studio reali sull'importanza delle regole DRC. ELEPCB vi mostreremo come seguirlo in modo flessibile in questo blog.
Diagramma di flusso per il controllo delle regole di progettazione dei PCB
Come seguire la regola del DRC
per ottenere i massimi vantaggi come ingegnere?
Gli ingegneri senior sanno che il vero valore di un Il test DRC non supera meccanicamente un'ispezione ma applicando le regole a arrivare alla soluzione ottimale per le prestazioni, costo e producibilità. Quindi, prima del ispezioneLa prima cosa che dobbiamo fare non è un cervello per spedire il PCB per l'ispezione, ma il posizionamento del primo prodotto PCB.
Per fare un semplice esempio, per elettronica di consumo schede madri, se si tratta di elettronica di consumo scheda madreil nostro obiettivo primario è naturalmente quello di prendere in considerazione la costo, come indirizzare il fondo finale costo-efficace per garantire la qualità, e poi prima del test, la mia preparazione in anticipo è come impostare il limite della larghezza della linea che potrebbe essere raggiunto dal costruttore; e se per scheda radar militarenon ci dispiace affatto compromettere il costo di affidabilità del consiglio di amministrazioneAllora la cosa più preziosa a cui prestare attenzione dovrebbe essere il controllo della ridondanza della spaziatura e della resistenza.
| Tipo | Pesi di costo | Pesi delle prestazioni | Pesi di affidabilità |
| scheda madre di elettronica di consumo | 5/5 | 4/5 | 3/5 |
| scheda radar militare | 3/5 | 4/5 | 5/5 |
La seconda cosa da tenere in considerazione in anticipo è la tabella delle capacità del processo del documento delle regole (ad esempio, laser perforazione apertura minima, spessore del rame tolleranza) e linee guida speciali per il processo (ad es, Scheda HDI limiti dei fori sfalsati) e altri importanti dati di produzione dei PCB.
Inoltre, è necessario accertare alcuni dei paraocchi, ossia che alcuni produttori di PCB notino che "la larghezza di linea di 6mil" è in realtà si riferisce allo strato esterno della lineaLo strato interno può accettare 5mil, che devono essere autorizzati in anticipo. È inoltre possibile elencare una tabella o Codice colore dei requisiti non negoziabili e requisiti negoziabili trasmessi al vostro produttore.
In che modo il DRC previene i difetti di produzione?
Assicurarsi che il layout di un PCB sia conforme ai vincoli di produzione è uno degli obiettivi del DRC. Alcuni dei problemi che possono verificarsi a causa di violazioni delle regole del DRC sono:
- Integrità del segnale problemi
- Componente disallineamento
Regole della RDC da rispettare
Sicurezza elettrica Distanza di dispersione
Per quanto riguarda la distanza di dispersione per la sicurezza elettrica, devono essere applicati i seguenti requisiti:
- Nel caso del modulo di alimentazione a 12 V, in base alle indicazioni del Standard IPC-2221la distanza di dispersione deve essere essere ≥0,5 mm.
- Per il modello 220V AC input, tenendo conto delle esigenze del Certificazione UL, la distanza di dispersione deve essere ≥3,2 mm.
Suggerimenti per le aree di posa del rame
In rame-Per ottenere il massimo della sicurezza è necessario adottare la tecnologia del "trenching" invece dell'isolamento totale. dissipazione del calore e spazio di sicurezza.
Controllo del ponte di Soldermask
Per QFN pacchetti, il maschera di saldatura ponte tra i pin deve ≥3milche può evitare il cortocircuito di saldare perline.
Marcatura delle norme di sicurezza
- Secondo Requisiti per la certificazione CE, il alta tensione Le aree devono essere stampate con il marchio ⚡ e avere una zona di isolamento di 2 mm.
- Per medico dispositivi, i percorsi di segnale critici devono essere serigrafiacon l'etichetta "Non attraversare".
Rapporto fori perforati/padelle
- Per foro passante dispositivi, la dimensione del pad durante il processo di produzione deve essere ≥ forata dimensione +8mil (1mil = 0,0254mm), che possono prevenire la rottura dei fori.
- Per fori ciechiLa dimensione del tampone inferiore dei fori ciechi deve essere ≥ alla dimensione del foro praticato. + 4 milioni.
Regole PCB DRC Suggerimenti utili
Considerazioni sui progetti ad alta velocità/alta frequenza
- Corrispondenza della lunghezza della coppia differenzialeTolleranza: 5% di lunghezza totale o 0,1 mm per segmento (il minore dei due).Strategia di compensazione: Il percorso della serpentina deve dare priorità alle regioni a basso accoppiamento (ad esempio, lontano da vias o piani di potenza) per la regolazione della lunghezza.
- Integrità del piano di riferimento
Compromessi progettuali in layout di controllo con vincoli di spazio
Regole di esclusione della serigrafia
BGA Area di esenzione:
- La serigrafia può coprire temporaneamente BGA pastiglie (richiede la rimozione post-manuale).
- I parametri critici (ad esempio, la marcatura del pin 1) devono essere etichettati. con mini-font da 0,8 mm.
Zona di esclusione Ottimizzazione
Fori di montaggio sul bordo della scheda:
Il keep-out predefinito di 5 mm può essere ridotto a 2 mm quando:
- Vengono utilizzate viti a testa svasata.
- Nessun segnale ad alta velocità esistono negli strati adiacenti.
Regole di progettazione orientate ai costi
- Via Linee guida per il trattamentoProduzione in lotti (>10k unità):
- Copertura completa della maschera di saldatura sui vias per evitare che SMT difetti.
Prototipo/Piccolo lotto:- I vias finestrati hanno permesso di ridurre i costi di allineamento della maschera di saldatura.
- Efficienza della pannellizzazioneTaglio a V Tolleranza: ±0,2 mm errore di posizione consentito.Layout della matrice sfalsata:
- Aumenta l'utilizzo a 92% mantenendo l'integrità strutturale.
Strategie per le funzioni DRC del software
Migliori pratiche di Altium Designer
Gerarchia di priorità delle regole:
- Spaziatura delle coppie differenziali: 6 milioni.
- Connessioni in rame del piano di alimentazione: Larghezza minima di 15 mil (in base ai calcoli della capacità di trasporto di corrente).
- Da serigrafia a pad Liquidazione: 4 mil (per evitare lo sconfinamento della maschera di saldatura).
Attuazione di regole specifiche per l'area:
- DDR4 Zona di instradamento: Applicare la regola delle 3W (distanza tra centro e centro della traccia ≥ 3× larghezza della traccia).
- Zone di segnalazione generale: Mantenere la regola predefinita 2W.
Rilevamento dei difetti critici
RF Esenzioni dal modulo:
- Escludere definitivamente il rame flottante nelle regioni delle antenne dai controlli DRC.
- Annotate i pad termici non standardmeccanico connessioni dei fori come "Intento progettuale".
Rilevamento delle interferenze fisiche:
- Identificare le collisioni tra componenti che non sono state rilevate dal DRC (ad esempio, la distanza tra il corpo del condensatore elettrolitico e la busta < 0,5 mm).
- Supporto all'integrazione del modello STEP con l'analisi di compensazione del CTE (coefficiente di espansione termica).
Metodi automatizzati
Elaborazione batch basata su script (esempio Tcl)
foreach pad [get_pads -of_objects [get_cell]] {
if {[get_property $pad LAYER] == "BOTTOM"} {
set_property SOLDERMASK_EXPANSION $pad 0.1mm
}
}
| Livello | Colore | Azione richiesta | Esempi |
| Critico | Rosso | Correzione obbligatoria | Violazione dell'autorizzazione (< 4 mil) |
| Consulenza | Giallo | Consigliato | Piano di riferimento discontinuo |
| Info | Verde | Accettabile | Sovrapposizione serigrafica per l'etichettatura |
Strategie del Gruppo DRC
- Gruppo di verifica della pre-produzione: Disabilita i controlli irrilevanti per le capacità del fab (ad esempio, rapporti di aspetto delle punte non standard).
- Gruppo di progettazione ad alta velocità: Include tolleranza di impedenza (±10%) e controlli di integrità del percorso di ritorno.
Caso di studio: Guasto alla via termica del PCB del controller di Tesla Model 3
Le Tesla Model 3 sono state richiamate nel 2020 per crepe termiche sul controllore PCB attraverso cicli ad alta temperatura. La causa principale del fallimento è stata la mancanza di vincoli di produzione cruciali all'interno della libreria di regole DRC, che ha portato a difetti di progettazione nella fase di produzione [2].
Perché fallire?
- Difetto critico: Lo scarto termico di 2 mil tra via e anti-pad ha violato i limiti di processo del produttore (IPC-7093D richiede ≥4 mil [1]).
- Rilevamento Blindspot: La regola è stata esclusa dai controlli DRC e pertanto non è accessibile ai flussi di lavoro standard di analisi SI/PI.
- Protocollo di prova: Cicli di temperatura conformi a JESD22-A104 [4] (-40℃↔125℃ a 1 ciclo/ora).
- Modalità di guasto: Cricche anulari complete osservate dopo 200 cicli (Fig. 1), con una concentrazione molto elevata in corrispondenza delle transizioni tra gli strati 4-6 [2].
Soluzioni
1. Impostare una regola DRC gerarchica (Lisp)
;; Regola 1: Definizione di segnale critico (secondo i requisiti dell'FPGA Intel Agilex 7 [3])
(regola "Segnali_critici"
;;; Condizione: Si applica alle classi di rete PCIe5 o USB4
(condizione "NetClass == 'PCIe5' || NetClass == 'USB4'")
;; Vincolo 1: Larghezza minima della traccia 4,5 mm (per il trasporto di corrente di 20 A)
(vincolo min_width 4.5mm)
;; Vincolo 2: spazio minimo 4,5 mm (soppressione della diafonia)
(vincolo clearance 4,5 mm)
)
Convalida Metodo:
- Capacità di corrente calcolata con le equazioni IPC-2221 [1], convalidate con PCB Toolkit [5] (ΔT ≤15℃ @25℃ ambiente).
- 3D simulazioni con solutore di campo per segnali DDR4 (tolleranza di impedenza ±7%).
2. Miglioramento dell'affidabilità
Strutturale Ottimizzazione: Utilizzato il "collegamento a goccia + a croce" tramite array per ridurre al minimo le sollecitazioni da mismatch CTE.
Compensazione del processo: Aumento del peso del rame a 2 oz per percorsi >3A con validazione termica Ansys Icepak.
Conclusione
Controllo delle regole di progettazione è un processo importante nella progettazione dei circuiti stampati per garantire che i circuiti stampati progettati seguano i criteri di standard di settore e limiti di produzione. Utilizzando regole DRC rigorose, i progettisti possono individuare i difetti, evitare le inefficienze elettriche, e migliorare l'affidabilità del prodotto. Un efficace processo di verifica delle regole di progettazione DRC consente di risparmiare tempo, ridurre i costi e garantire una transizione senza soluzione di continuità dalla progettazione alla produzione.
Riferimenti
-
IPC, Progettazione e affidabilità dei PCB ad alta densità, IPC-7093D, 2017.
-
NHTSA, Rapporto sul richiamo della Tesla Model 3, 2020. [Online]. Disponibile: https://www.nhtsa.gov/vehicle/2020/TESLA/MODEL%2525203/4%252520DR/RWD#recalls
-
Intel, FPGA Agilex 7 PCB Linee guida per la progettazione, 2023. [Online]. Disponibile: https://www.intel.com/content/www/us/en/docs/programmable/683864/current/pcb-design-guidelines.html
-
JEDEC, Test di ciclismo termico Standard, JESD22-A104, 2020.
-
A. Brooks, PCB Toolkit: Attuale Capacità Calcolatrice, 2024. [Online]. Disponibile: https://saturnpcb.com/saturn-pcb-toolkit/
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