Universal Scientific Industrial

在傳統PCB開發歷程中，往往為了符合開發時程表的期程，我們發現Layout工程師及各個功能開發團隊，時常被要求必須在一周內完整解決檢查報告中的每一項違規點。檢查報告中的違規點數量，以單顆CPU為例，約有三、四千個，雙CPU則經常多達七、八千個。由此可見，這一項要求的背後，需要的是硬體及電源開發工程師即時審查及修正。同時，也必須要有4至5名Layout工程師每天熬夜趕工，以手動進行細部修正所有的違規項目。


傳統PCB審查歷程的四大痛點

在時間極度壓縮的情況下，如何提升效率、增加處理時間，成為了第一要務。因此，環旭電子CE 研發團隊在累積的開發案中歸納出四大關鍵痛點，其中又以第一點最為重要。

1. 如何提升修正Layout違規點的效率，並加快進入出圖生產(Gerber Out)的過程？ 
2. 如何整合來自不同來源的檢查需求，減少工程師的彙整負擔？
3. 如何統一各功能的檢查標準，避免人為標準的落差？
4. 如何記憶各項檢查項目及規範細節，降低工程師每次執行檢查的作業量？

從四大痛點中，環旭電子CE 研發團隊整合多年經驗，設計出「前端設計與模擬自動化平台(FEDS)」，其中自動化電路佈局審查工具，將審查工具進行標準化以提高檢查效率，進一步優化整個「PCB審查歷程」的作業效率。


解決方案 - 什麼是前端設計與模擬自動化平台(FEDS)？ 

前端設計與模擬自動化平台 (FEDS) 是一套由USI環旭電子自主開發，專為提升電子產品設計效率與品質而生的工具平台。它的核心概念是將設計過程中許多重複性高、易出錯的任務自動化。從一開始的物料清單生成與檢查，到後續的電路圖、PCB佈局檢查，甚至是複雜的電磁模擬，它都能提供全方位的自動化支援。不僅能大幅縮短產品開發週期，更能有效降低人為錯誤的發生機率。

你可以將FEDS想像成Google平台，此平台不僅提供電路佈局審查功能，同時，它也擁有非常多樣的延伸應用工具，例如：原物料清單(BOM)生成與檢查、線路圖檢查 (Schematic Check)、模擬仿真電性特性(RF \PI Simulation)符合電性規定、RF線上協同作業(RF Matching) 包含：優化RF特性、RF測試自動化、RF測試模擬結果比對…等等。

自動化平台 (FEDS) 最大的差異化優勢，就在於極度靈活的客製化能力。傳統的商業化EDA工具往往功能過於通用，而FEDS允許企業根據自身產品特性與設計流程，自行開發並整合各種檢查規則與模擬工具，能夠更精準地滿足企業的需求，提升設計效率。


自動化電路佈局審查

PCB開發工程師在進行電路佈局審查時最需要的需求主要有四項：

1. 常被用於檢查CPU訊號介面是否符合其規範的第三方工具。
2. 不同平台設計指南(PDG)對各個訊號介面的規範要求。
3. 公司內部各研發單位或製造部門的設計經驗與需求。
4. 戶研發工程師對產品的特殊檢查需求。

上述需求都被整合在自動化電路佈局審查工具中，它具備不斷擴充功能，可建立新檢查項目並幫助工程師即時修正佈線。自動檢測完成後，可輸出報告供研發工程師檢視。此外，系統會收集檢測數據以進行統計分析和設計檢討。

目前自動化電路佈局審查工具有五大類，包括Routing Check, Pad and Placement及Via Check等。此外，自動化電路佈局審查可針對產品的特殊需求，開發專利檢查項目，如：差動訊號出線對稱性檢查、避免串擾效應的檢查，以及電源完整性優化的接地過孔密度檢查。

1)    差動訊號出線對稱性檢查：確保差動訊號在焊墊及通孔出線時的走線對稱。
2)    避免串擾(CrossTalk)效應：確保差動訊號的焊墊及通孔之間不被其他訊號穿越，以減少干擾。
3)    接地過孔密度檢查：此功能可在Layout工程師初步完成走線時，快速檢查電源網路(PDN)，提前解決電源完整性問題，大幅節省時間和資源。


導入成效 

圖1. 透過自動化審查工具，PCB Layout開發時程的優化比較

自動化電路佈局審查工具主要可以在電路圖完成70%的佈線之前，自動找出違規並修正，在整體開發過程中，可顯著發現兩大項的優化成長：

1.  查找Board file上違規點的正確性與一致性

•    導入前: 倚賴經驗豐富工程師，意見不一，耗時且效率低。
•    導入後: 自動化檢查，統一標準，縮短檢查及修正違規點的總時數。

2.  自動化檢查與人工檢查效率比較

•    導入前: 人工檢查耗時長，尤其是大型專案。
•    導入後: 自動化檢查速度快，大幅提升效率，可降低工程師所需的重複性工作。

從2023年的Layout專案加以分析、比較自動化與人工檢查的工時，圖2明顯可看出兩者的差距已超過十倍，甚至是百倍以上，由此可知自動化對於布局審查作業，有顯著提高效率的貢獻。
 

圖2. 人工檢查與自動化檢查的耗時比較

綜上所述，自動化檢測系統的導入，為企業帶來了多方面的效益：

• 大幅加速產品開發效率： 縮短Layout檢查時間，加速產品上市時程。
• 提升檢查結果的一致性與可靠性： 降低人為因素造成的錯誤。
• 自動化平台的靈活性：能針對不同產品、不同製程，客製化開發所需的檢查項目。
• 提高產品品質：及早發現並解決設計問題，降低產品瑕疵率。

展望未來，隨著產品設計的複雜度將持續增加，對Layout檢查的要求也將越來越高。透過自動化系統，企業能將工程師從繁瑣的重複性工作中解放出來，使其能夠專注於更具創新性的工作，提升效率、優化品質。「前端設計與模擬自動化平台」已然是環旭電子開發服務中不可或缺的一環。