Ein Portal zum einfachen Austausch projektbezogener DFM-Regeln

Das DFM-Portal von Cadence ist eine Plattform zum Austausch exakter DFM-Regeln in elektronischer Form für Leiterplattenhersteller und PCB Layouter. Der Export aller Regeln für einen Entwurf (Hochstrom-Board oder Logik-PCB) erfolgt in eine einzige Datei.

Die Vielfalt an Parametern, die bei der Fertigung von Leiterplatten zu berücksichtigen sind, wird immerfort größer. Aufgrund steigender technischer Anforderungen gilt das per se für Schaltungsträger in leistungselektronischen Systemen, aber auch für Boards der Datenkommunikation, Automotive und für alle anderen Anwendungen. Bereits innerhalb einer Domäne haben die Leiterplatten unterschiedliche Lagenaufbauten mit Kupferdicken und Prepreg, verschiedene Technologien wie Starrflex und Embedded Components; sie können zudem impedanzkontrolliert sein oder Laserbohrungen enthalten.

Für jegliche Kombination an Technologien gibt es besondere Vorgaben, die ein Layouter zu berücksichtigen hat. Um bestmögliche Produzierbarkeit der Leiterplatten sicherzustellen, stellt Cadence für die Leiterplattenfertiger mit dem DFM-Portal eine kostenlose Online-Plattform zum projektbezogenen Austausch exakter Entwurfsregeln in elektronischer Form zur Verfügung.

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Das Verwalten der Fertigungsvorgaben für Leiterplatten wird durch die Vielfalt der unterschiedlichen Technologien immer umfangreicher und nur schwer überschaubar. Früher konnten Leiterplatten mit den üblichen Standardeinstellungen als 2- oder 4-Lagen-Leiterplatten ohne Rückfragen in Auftrag gegeben werden. Diese einfachen Platinen kann jeder Leiterplattenhersteller fertigen. Heute aber haben die elektronischen Schaltungen höhere Taktraten mit High-Speed-Anforderungen, und der Formfaktor wird durch Anforderungen nach Miniaturisierung stetig kleiner, was zur Folge hat, dass die Leiterplatten immer komplexer werden. Mehrlagige, impedanzkontrollierte Starrflex-Leiterplatten mit HDI-Technologie sind heute keine Seltenheit mehr. In diesem Fall muss der PCB Designer deutlich mehr Vorgaben für die Fertigung berücksichtigen.

Leiterplattenhersteller bieten häufig eine Dokumentation der Design-Regeln für die Fertigung in Papier- oder PDF-Form an. Darin werden die Regeln für die einzelnen Technologien beschrieben. Diese Dokumentationen sind meist nur allgemeine Regelwerke, und es ist für viele Leiterplattenhersteller zu zeitaufwendig, Sonderfälle oder Kombinationen der Regeln eindeutig zu beschreiben. Häufig sind die Regeln allgemein beschrieben, sodass stets genügend Toleranzen eingeplant sind und sich die Platinen immer fertigen lassen. Für innovative Projekte lassen sich diese Toleranzen reduzieren und die Regeln dann auf Nachfrage anpassen. Hier spielen Leiterplattendicke, Kupferstärke, Lagenaufbau und verwendete Technologien eine Rolle.

Um projektbezogene DFM-Regeln zu erstellen, schaut sich der Experte beim Leiterplattenhersteller nicht nur die eingesetzten Technologien an, sondern auch seinen Maschinenpark, die Stückzahlen und die Fertigungsauslastung. Hat der Hersteller zwei unterschiedliche Fertigungslinien mit unterschiedlichen Maschinen, so verfügen diese Fertigungslinien meist über unterschiedliche Regeln und darüber hinaus lassen sich manche Losgrößen auf bestimmten Linien kostengünstiger fertigen. Somit kann das Zusammenstellen von projektbezogenen Regeln beliebig komplex werden und verursacht einen nicht zu unterschätzenden Aufwand. Üblicherweise werden solche Regeln dann per E-Mail kommuniziert und sind vom Layouter einzuhalten.

Durchgängige Kommunikation ohne Fehlinterpretationen

Mit der neuen Plattform DesignTrue DFM hat Cadence jetzt eine DFM-Lösung sowohl für PCB Layouter als auch für Leiterplattenfertiger. Über ein Anwenderportal können PCB Designer ihr Projekt technisch beschreiben und die Anfrage direkt an den technischen Ansprechpartner bei einem oder auch an mehrere Leiterplattenhersteller gleichzeitig versenden. In einem separaten Portal können registrierte Leiterplattenhersteller die Vielzahl ihrer Maschinenparameter elektronisch verwalten und zusammen mit der Anfrage des Anwenders einen projektbezogenen DFM-Regelsatz erzeugen.

Dieser Regelsatz wird dem PCB Designer zugesandt und der wiederum liest diesen Technologie-Datensatz dann in die Cadence-PCB-Umgebung für OrCAD oder Allegro ein. Seit dem Release 17.2 unterstützt Cadence bis zu 2500 neue DFM-Regeln, welche nur die Fertigung betreffen. Diese hohe Anzahl an möglichen Parametern zeigt die Komplexität der DFM-Regeln. Wenn der Regelsatz geladen ist und der Layouter ein Bauteil platziert bzw. eine Leitung verlegt, bekommt er in Echtzeit Feedback, sollte er gegen eine DFM-Regel verstoßen. Somit halten die fertigen Designs alle fertigungsbezogenen Regeln ein und die Anzahl an Rückfragen wird deutlich minimiert.

Eine standardisierte Anfrage der DFM-Regeln

Zur Anfrage eines Design-for-Manufacturing-Regelsatzes geben registrierte Anwender auf der DesignTrue-DFM-Webseite ihre Kontaktdaten ein und beschreiben ihre Leiterplatte. Hier sind beispielsweise Angaben zum minimalen Pin-Abstand (Pitch) und die minimale Anschlussflächengröße (Pad size) erforderlich. Außerdem kann eine Auswahl bezüglich Technologie getroffen werden: Micro Via, Blind/Burried Via, Back Drilling oder Embedded Komponenten. Darüber hinaus werden Angaben über den Lagenaufbau mit Kupferstärken und Bestückungsdruck hinterlegt.

Diese standardisierte Anfrage ist für den Empfänger beim Leiterplattenhersteller leicht verständlich und führt zu weniger Missverständnissen als der bisher übliche Weg per E-Mail-Anfrage. In der Portal-Maske des Leiterplattenherstellers kann der Bearbeiter die Regeln für die unterschiedlichen Technologien entsprechend der Anfrage schnell mit den hinterlegten, fertigungsabhängigen Regeln zu einem individuellen DFM-Regelsatz kombinieren.

„Das Portal hilft uns beim Austausch von Design-Regeln für Kundenprojekte; Regeln aus unserer Fertigung werden für den Kunden verständlich in elektronischer Form per E-Mail verschickt und können direkt im PCB Tool eingelesen werden“, bestätigt Andreas Schilpp von Würth Elektronik. Weitere Leiterplattenhersteller können sich kostenfrei für das Portal registrieren und Anfragen für DFM-Regeln erhalten.

Den Leiterplattenhersteller unterstützt das Portal bei der Regelverwaltung, damit er nicht für jedes Projekt alle Werte manuell zusammenstellen muss. Ein Export des gesamten Regelwerks für ein Design erfolgt in einer einzigen Datei. Dieser Datensatz kann mit direkter Kommunikation per E-Mail oder FTP versandt werden. Damit kommt es nicht mehr zu fehlenden Werten oder gar zu Tippfehlern bei der manuellen Eingabe auf Seiten des Kunden. Cadence speichert weder die Daten der Anfrage noch die erzeugten DFM-Regeln. Mit diesem Vertrauensschutz ist garantiert, dass auch Daten, die der Geheimhaltung unterliegen, sicher ausgetauscht werden.

DesignTrue DFM-Regeln automatisch prüfen

Für den Layouter bedeuten die Design-for-Manufacturing-Regeln eine erhebliche Erleichterung. Seit dem Release 17.2 unterstützt Cadence 2500 DFM-Regeln in OrCAD und Allegro. Die DFM-Regeln sind in fünf Kategorien gegliedert: Outline, Mask, Annular Ring, Copper Spacing und Silkscreen. Alle Regeln in der Kategorie Kupferabstände prüfen beispielsweise alle möglichen Kombinationen von Abständen, wie beispielsweise Pin zu Pin, Pin zu Pad, Pad zu Leitung und so weiter. Die unterschiedlichen Abstände sind wichtig, damit es beim Ätzen sicher zu Freistellungen zwischen den Elementen kommt und fertigungsbedingte Kupferreste später nicht zu Kurzschlüssen führen.

In den anderen Kategorien gibt es entsprechende Regeln für Bestückungsdruck, Lötpasten oder die PCB-Kontur. So müssen Bauteile, Durchkontaktierungen oder Leitungen einen bestimmten Abstand zur Außenkante der Leiterplatte aufweisen, damit sie beim Aussägen oder Herausbrechen der Leiterplatte aus dem Fertigungsnutzen keinen Schaden nehmen. Diese Abstände spielen für das elektrische Verhalten eine untergeordnete Rolle, führen aber bei Unterschreitung in der Produktion zu Problemen.

Sind die Regeln im Tool hinterlegt, werden DFM-konforme Fertigungsdaten ohne Mehraufwand erzeugt, da Verstöße sofort sichtbar sind und sogleich behoben werden können. Zusätzlich lassen sich Designs mit unterschiedlichen Regelsätzen auch für die Fertigung auf zwei unterschiedlichen Produktionslinien prüfen, sollte eine Alternative (Second Source) erforderlich sein. Die Anzahl an Rückfragen aus der Fertigungsvorbereitung des Leiterplattenherstellers steigt mit der Komplexität der verwendeten Technologien.

Zu diesen Rückfragen kommt es erst, wenn die Produktionsdaten den Leiterplattenhersteller erreichen, also zu einem späten Zeitpunkt im Design-Zyklus. Bei der Eingangsprüfung in der CAM-Abteilung des Leiterplattenherstellers wird geprüft, ob sich die Daten für die Fertigung eignen und anschließend werden die Fertigungsdaten für die Produktionsmaschinen aufbereitet. Wenn festgestellt wird, dass die Daten nicht zum Fertigungsprozess passen, ist eine Rückfrage beim Designer erforderlich, da der Leiterplattenhersteller nicht einfach die PCB-Daten ändern darf. Diese zusätzlichen Zyklen lassen sich durch das beschriebene DFM-Portal vermeiden.

Fazit

Mit einer Prüfung in Echtzeit während des Layoutens kommt es zu deutlich weniger Beanstandungen bei der Dateneingangsprüfung in der CAM-Abteilung des PCB-Herstellers und somit zu weniger zeitraubenden Rückfragen. Die Anzahl der fertigungsbedingten Re-Designs, Anpassungen und Freigaben wird deutlich reduziert. Da alle Beteiligten die Daten standardisiert austauschen, verbessert sich die Kommunikation entscheidend und fehlende Werte bzw. falsche manuelle Einträge werden vermieden. Die Speicherung der fertigungsbezogenen Daten in nur einem File ermöglicht es, die Vielzahl an Regeln gut zu verwalten. Die Nutzung des Portals ist kostenfrei. Weder die Daten einer Anfrage noch die erzeugten DFM-Regeln werden von Cadence gespeichert, das ist garantiert. Die gemeinsamen Ziele: aufwändige Rückfragen bzw. Projektverzögerungen vermeiden, Produktionsabläufe verbessern und Kosten sparen.

CAF: Kurzschluss auf der Leiterplatte bei hohen Spannungen

* Dirk Müller ist Geschäftsführer der FlowCAD EDA-Software Vertriebs GmbH, Feldkirchen.

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