A nyomtatott áramköri lapok tervezésekor természetes, hogy elsődlegesen az elektromos funkcionalitásra összpontosítjuk figyelmünket. Mindazonáltal végül le is kell gyártanunk azt, és ez olyan kérdéseket vet fel, amelyekkel jobb, ha a tervezési folyamat során a lehető legkorábban foglalkozunk. A courtyard fontos tervezési eszköz, amely abban segít, hogy nyomtatott áramköri lapjaink következetesen és megbízhatóan gyárthatók legyenek.
Mi a courtyard, és miért van rá szükségünk?
A courtyard egy virtuális terület, amelyet egy alkatrész fizikai körvonalától bizonyos távolságban határozunk meg. Az alkatrész szintjén kerül létrehozásra a láblenyomat (footprint) meghatározásának részeként, és arra szolgál, hogy megmondja a tervezőeszközeinknek, hogy hová nem léphet be más courtyard.
A courtyard az alkatrész peremének fizikai határától mért távolság. A courtyard területe mínusz az alkatrész területe a minimális elektromos és mechanikai távolság az alkatrész körül (courtyard excess).
Íme néhány példa arra miért szeretnénk, hogy az alkatrészek körüli terület más alkatrészektől mentes legyen:
- A legtöbb PCB gyártási lépés az illesztési pontatlanságok miatt regisztrációs tűréssel rendelkezik, ami minden gyártási folyamat velejárója. Amennyiben a legrosszabb esetet alapul véve is hagyunk helyet az illesztési pontatlanságoknak, biztosíthatjuk, hogy az alkatrészek ne “csússzanak” össze több gyártási folyamat során.
- A Pick & Place beültetőgép fejének olyan pici helyeken kell manővereznie, ahol a már elhelyezett alkatrészek útban lehetnek. A nagyobb hely lehetővé teszi, hogy ezt anélkül tegye meg, hogy az alkatrészek sérülését okozza.
- A courtyard segíti az optikai ellenőrzést, hogy a beültetés után könnyebben fel lehessen fedezni a problémákat.
- Az alkatrészek közötti nagyobb tér a nagyobb légáramlás révén segít csökkenteni a hősűrűséget.
- Néha a nagyméretű alkatrészek árnyékot vetnek a mellettük elhelyezett kisebb alkatrészekre. Ez “hidegpont” kialakulását okozhatja, ahol a beütetés során a forraszpaszta lassabban olvad meg, mint a lap más területein, ami hibákhoz vezethet.
- Az esetleges utómunkálatok során a nagyobb hely felbecsülhetetlen.
Az olyan alkatrészek esetében, mint a transzformátorok és hűtőbordák, melyek a PCB fölé “lógnak”, korlátozás válik szükségessé, hogy mi kerülhet alájuk. Egy courtyard képes néhány ilyen korlátozást kikényszeríteni.
A Pick & Place beültetőgép fejének olyan pici helyeken kell manővereznie, ahol a már elhelyezett alkatrészek útban lehetnek. Egy courtyard érvényesíthet egy minimális távolságot, amely megfelel a gyártó technológiai képességeinek.
Az IPC-7351B szabványban az IPC az courtyardot úgy határozza meg, mint “a legkisebb téglalap alakú terület, amely minimális elektromos és mechanikai távolságot (courtyard excess) biztosít a kombinált alkatrésztest és a síkidom határai körül”. A téglalapok azonban nem túl előnyösek, mivel túl sok helyet “foglalnak” egy alkatrész körül, mint például egy QFP sarkai, amelyeket passzív alkatrészek elhelyezésére lehetne használni. Értelmezésem szerint a specifikáció “C” változatának tervezete a hatékonyabb “sokszögeket” használja, bár úgy tűnik, hogy az iparág már ott tart, hogy az courtyardokat a gyakorlatban hogyan használja.
A courtyard meghatározánál több terület áll rendelkezésre sokszög esetén, mintha téglalapot használnánk.
Az IPC előírása courtyard méretére vonatkozóan három különböző alkatrészsűrűségi szinttől függ. Nem szabad azonban elfelejtenünk, hogy az IPC némileg konzervatív irányelveket ad meg, mivel a eszközök képességeinek minél szélesebb skálájára kívánják alkalmazni. Tehát a valóságban – és az IPC szerint is – a courtyard tényleges méretét az általunk használt konkrét gépek, a kézi forrasztási képességeink, vagy akár az adott alkatrésznek a lapon lévő többi alkatrészhez viszonyított elhelyezkedése határozza meg.
A courtyard hatékony használata
A courtyard hatékonysága két dologtól függ. Egyrészt a tervezőtől, akinek precízen kell meghatároznia őket, valamint megfelelően kell beállítania az EDA-eszközök DRC ellenőrzését. Másrészt azon, hogy a DRC valóban képes-e felismerni az összes problémát. Ezeket a beállításokat össze kell egyeztetni a gyártó előírásaival, hogy megbizonyosodjunk arról, nincs összeférhetetlenség.
Amennyiben azonban két egyforma alkatrészt helyezünk egymás mellé, és csak a courtyardokat “ütköztetjük”, akkor gyakorlatilag megduplázzuk a courtyard távolságot. Ebben az esetben tudnunk kell, hogy a fenti listában mitől véd minket az courtyard, és hogy mennyire gyártóspecifikusan tervezünk. Amennyiben olyan lapot akarunk, amely bárhol gyártható, akkor az IPC előírásaihoz érdemes ragaszkodni. A gyárthatóság szempontjából minden rendben lesz, annak ellenére, hogy az EDA a courtyard megsértése miatt DRC hibát mutat. Mindezek akkor lehetnek igazán fájdalmasak, amikor a prototípusgyártásból sorozatgyártásba szeretnénk átmenni két gyártó között, de végül újratervezés válik szükségessé. Érdemes minél körültekintőbben átgondolni az egészet az elején.
Az első képen a KiCAD nézete látható a DRC ellenőrzés után a courtyard problémákra mutató nyilakkal (Q1-Q4). A második képen az Eurocircuits Visualiser CPL szerkesztő nézete látható. A CPL ellenőrző elfogadja a Q1 és Q2 közötti távolságot, mivel az Eurocircuits gyártási képességeit veszi figyelembe, nem pedig az IPC szabályait. (Minazonáltal ez egy tökéletes alkalom arra, hogy megvizsgáljuk milyen IPC szabálysértések vannak, hogy szükség esetén javítani lehessen őket.) Az utolsó képen a CPL ellenőrző a Q3 és Q4 közötti courtyard szabálytalanságokat mutatja: Ez az Eurocircuits esetében nem gyártható!!
Néhány tervező az alkatrész pozíció rétegét használja látszólagos courtyard meghatározásként, de ez a következők miatt nem szerencsés:
- A DRC nem fogja észrevenni a problémákat, így a courtyard egyik fő előnye veszik el.
- A pozíció réteg vonalvastagságának minimális határértéke van, ami elég széles a mostani apró alkatrészek kontextusában. Ez azt jelenti, hogy a képernyőn ez egy domináns, zavaró és pontatlan jellemző.
- A pozíció réteg illesztése pontatlanabb, mint réz vagy forrasztásgátló lakk rétegeké, így a fizikai lapon rendezetlen és olvashatatlan lesz.
- Ahogy a lapok egyre finomabb rajzolatúvá válnak, egyre kevesebb hely marad a pozíció rétegnek, ezek a vizuális elemek pedig az elsők között tűnnek el hely szűkében.
Összefoglalva, ne használjunk vizuális elemet DRC-képes megkötéssel. A tervezés előrehaladtával ezek az elemek óhatatlanul konfliktusba kerülnek, és akkor mindkettő elveszíti hatékonyságát és célját. Jobb ezt elkerülni! Szánjon időt a courtyardok meghatározására a footprint létrehozásakor, és élvezze a DRC előnyeit, a pozíció réteget pedig használja arra, amire eredetileg való.
Miben segít az Eurocircuits Visualizer?
A Visualiser egy hatékony eszköz, amely segít Önnek és nekünk is abban, hogy a gyártás elsőre megfelelő legyen (Right First Time). A vizualizációnak köszönhetően egyrészt nézegetőként használhatja, hogy a szembetűnő problémákat azonnal kiszűrhesse.
Assembly Visualiserünk mindazonáltal képes értékelni a láblenyomatok helyességét a feltöltött anyagjegyzék (BOM) és az alkatrész elhelyezési lista (CPL) alapján, illetve ha a footprint szerepel az adatbázisunkban. A courtyard problémákra is felhívja a figyelmet, amelyek akadályozzák a PCB beültetését. Amennyiben a Visualiser nem rendelkezik a láblenyomat információval adatbázisában, akkor nem tudja ellenőrizni automatikusan a láblenyomat helyességét. Érdemes a tervezés során ezt figyelmbe venni, amennyiben van rá lehetőség és olyan alkatrészeket használni, amelyek már szerepelnek az adatbázisunkban, egyéb esetben kérjen árajánlatot és ügyfélszolgálati munkatársaink készséggel segítenek.
A Visualiserünk figyelmeztetni fogja Önt, amennyiben a PCB nem gyártható, és jelezni fogja, hogy az alkatrészek elhelyezése megfelel-e az IPC courtyard előírásainak. Az újratervezés elkerülése érdekében fontos megbizonyosodni arról, hogy a courtyardok megfelelnek mind a prototípus gyártójának, mind pedig a sorozatgyártó technológiai lehetőségeinek.
A fent leírtakhoz kapcsolódó hasznos linkek:
- Alkatrész távolság
http://www.eurocircuits.hu/pcb-beultetesi-utmutato/alkatresz-tavolsag/ - Hidegpont/Melegpont
http://www.eurocircuits.hu/pcb-beultetesi-utmutato/hidegpont-melegpont/ - A Gerber X3 alkatrész információ egy courtyard mezőt tartalmaz
http://www.eurocircuits.hu/gerber-x3/ - Fine-pitch alkatrészek
http://www.eurocircuits.hu/pcb-beultetesi-utmutato/bga-qfn-lga/
Értesüljön legfrissebb híreinkről elsőként! Kövessen minket!
