Quais questões de fabricação devem ser consideradas no projeto de PCB

1. Prefácio do design de PCB

Com a crescente concorrência no mercado de produtos de comunicação e eletrônicos, o ciclo de vida dos produtos está diminuindo. A atualização dos produtos originais e a velocidade de lançamento de novos produtos desempenham um papel cada vez mais crítico na sobrevivência e no desenvolvimento da empresa. No elo fabril, como obter novos produtos com maior capacidade de fabricação e qualidade de fabricação com menor tempo de produção tem se tornado cada vez mais a competitividade buscada pelas pessoas de visão.

Na fabricação de produtos eletrônicos, com a miniaturização e complexidade dos produtos, a densidade de montagem das placas de circuito é cada vez maior. Conseqüentemente, a nova geração de processos de montagem SMT que tem sido amplamente utilizada exige que os projetistas considerem a capacidade de fabricação desde o início. Uma vez que a baixa capacidade de fabricação é causada pela má consideração no design, ela está fadada a modificar o design, o que inevitavelmente prolongará o tempo de introdução do produto e aumentará o custo de introdução. Mesmo que o layout do PCB seja ligeiramente alterado, o custo de refazer a placa impressa e a placa de Telefonea de impressão com pasta de solda SMT é de até milhares ou até dezenas de milhares de yuans, e o circuito analógico ainda precisa ser re-depurado. O atraso no prazo de importação pode fazer com que o empreendimento perca a oportunidade no mercado e fique em uma posição estratégica muito desvantajosa. Porém, se o produto for fabricado sem modificações, inevitavelmente apresentará defeitos de fabricação ou aumentará os custos de fabricação, que serão mais onerosos. Portanto, quando as empresas projetam novos produtos, quanto mais cedo for considerada a capacidade de fabricação do design, mais propícia à introdução eficaz de novos produtos.

2. Conteúdos a serem considerados no projeto de PCB

A capacidade de fabricação do design de PCB é dividida em duas categorias: uma é a tecnologia de processamento para produção de placas de circuito impresso; A segunda refere-se ao circuito e estrutura dos componentes e placas de circuito impresso do processo de montagem. Para a tecnologia de processamento de produção de placas de circuito impresso, os fabricantes de PCB em geral, devido à influência de sua capacidade de fabricação, fornecerão aos projetistas requisitos muito detalhados, o que é relativamente bom na prática. Mas, segundo o entendimento do autor, o real que na prática não tem recebido atenção suficiente é o segundo tipo, ou seja, o projeto de manufaturabilidade para montagem eletrônica. O foco deste artigo também é descrever as questões de fabricação que os projetistas devem considerar na fase de projeto de PCB.

O projeto de fabricação para montagem eletrônica exige que os projetistas de PCB considerem o seguinte no início do projeto de PCB:

2.1 Seleção apropriada do modo de montagem e layout dos componentes no projeto de PCB

A seleção do modo de montagem e do layout dos componentes é um aspecto muito importante da capacidade de fabricação da PCB, que tem um grande impacto na eficiência da montagem, no custo e na qualidade do produto. Na verdade, o autor entrou em contato com bastante PCB e ainda falta consideração em alguns princípios muito básicos.

(1) Selecione o método de montagem apropriado

Geralmente, de acordo com diferentes densidades de montagem de PCB, os seguintes métodos de montagem são recomendados:

Como engenheiro de projeto de circuito, devo ter um entendimento correto do processo de montagem de PCB, para evitar cometer alguns erros em princípio. Ao selecionar o modo de montagem, além de considerar a densidade de montagem da PCB e a dificuldade de fiação, é necessário considerar o fluxo de processo típico deste modo de montagem e o nível de equipamento de processo do próprio empreendimento. Se a empresa não tiver um bom processo de soldagem por onda, escolher o quinto método de montagem na tabela acima pode lhe trazer muitos problemas. Também é importante notar que se o processo de soldagem por onda for planejado para a superfície de soldagem, deve-se evitar complicar o processo colocando alguns SMDS na superfície de soldagem.

(2) Layout dos componentes

O layout dos componentes do PCB tem um impacto muito importante na eficiência e no custo da produção e é um índice importante para medir o design da conectividade do PCB. De modo geral, os componentes são dispostos da maneira mais uniforme, regular e organizada possível, e dispostos na mesma direção e distribuição de polaridade. O arranjo regular é conveniente para inspeção e contribui para melhorar a velocidade do remendo/plug-in, a distribuição uniforme contribui para a dissipação de calor e otimização do processo de soldagem. Por outro lado, para simplificar o processo, os projetistas de PCB devem estar sempre cientes de que apenas um processo de soldagem de grupo de soldagem por refluxo e soldagem por onda pode ser usado em cada lado do PCB. Isto é especialmente notável na densidade de montagem, a superfície de soldagem do PCB deve ser distribuída com mais componentes de remendo. O projetista deve considerar qual processo de soldagem em grupo usar para os componentes montados na superfície de solda. De preferência, um processo de soldagem por onda após a cura do remendo pode ser usado para soldar os pinos dos dispositivos perfurados na superfície do componente ao mesmo tempo. No entanto, os componentes do remendo de soldagem por onda têm restrições relativamente rígidas, apenas resistência ao chip de tamanho 0603 e acima, soldagem SOT, SOIC (espaçamento entre pinos ≥1 mm e altura inferior a 2,0 mm). Para componentes distribuídos na superfície de soldagem, a direção dos pinos deve ser perpendicular à direção de transmissão do PCB durante a soldagem em crista de onda, de modo a garantir que as extremidades ou cabos de soldagem em ambos os lados dos componentes estejam imersos na soldagem ao mesmo tempo. A ordem de disposição e o espaçamento entre componentes adjacentes também devem atender aos requisitos da soldagem em crista de onda para evitar o “efeito de blindagem”, conforme mostrado na FIG. 1. Ao usar SOIC de soldagem por onda e outros componentes multipinos, deve ser ajustado na direção do fluxo de estanho em dois (cada lado 1) pés de solda, para evitar soldagem contínua.

Componentes de tipo semelhante devem ser dispostos na mesma direção na placa, facilitando a montagem, inspeção e soldagem dos componentes. Por exemplo, ter os terminais negativos de todos os capacitores radiais voltados para o lado direito da placa, ter todos os entalhes DIP voltados para a mesma direção, etc., pode acelerar a instrumentação e facilitar a localização de erros. Conforme mostrado na Figura 2, como a placa A adota esse método, é fácil encontrar o capacitor reverso, enquanto a placa B leva mais tempo para encontrá-lo. Na verdade, uma empresa pode padronizar a orientação de todos os componentes da placa de circuito que fabrica. Alguns layouts de placa podem não permitir isso necessariamente, mas deve ser um esforço.

Quais questões de fabricação devem ser consideradas no projeto de PCB

Além disso, tipos de componentes semelhantes devem ser aterrados juntos, tanto quanto possível, com todos os pés dos componentes na mesma direção, conforme mostrado na Figura 3.

No entanto, o autor realmente encontrou um grande número de PCBS, onde a densidade de montagem é muito alta, e a superfície de soldagem do PCB também deve ser distribuída com componentes elevados, como capacitor de tântalo e indutância de patch, bem como SOIC e TSOP com espaçamento fino. Neste caso, só é possível utilizar remendo de pasta de solda impressa frente e verso para soldagem por refluxo, e os componentes plug-in devem ser concentrados tanto quanto possível na distribuição dos componentes para se adaptarem à soldagem manual. Outra possibilidade é que os elementos perfurados na face do componente sejam distribuídos tanto quanto possível em algumas linhas retas principais para acomodar o processo seletivo de soldagem por onda, o que pode evitar a soldagem manual e melhorar a eficiência, além de garantir a qualidade da soldagem. A distribuição discreta de juntas de solda é um grande tabu na soldagem por onda seletiva, o que multiplicará o tempo de processamento.

Ao ajustar a posição dos componentes no arquivo da placa impressa, é necessário atentar para a correspondência um a um entre os componentes e os símbolos da serigrafia. Se os componentes forem movidos sem mover os símbolos da serigrafia ao lado dos componentes, isso se tornará um grande risco de qualidade na fabricação, porque na produção real, os símbolos da serigrafia são a linguagem da indústria que pode orientar a produção.

2.2 A PCB deve ser equipada com bordas de fixação, marcas de posicioNomento e furos de posicioNomento do processo necessários para a produção automática.

Atualmente, a montagem eletrônica é uma das indústrias com grau de automação, os equipamentos de automação utilizados na produção requerem transmissão automática de PCB, de modo que a direção de transmissão da PCB (geralmente para a direção do lado longo), a superior e a inferior cada uma tenha uma borda de fixação de pelo menos 3-5 mm de largura, para facilitar a transmissão automática, evite próximo à borda da placa devido à fixação não poder ser montada automaticamente.

A função dos marcadores de posicioNomento é que o PCB precisa fornecer pelo menos dois ou três marcadores de posicioNomento para o sistema de identificação óptica localizar com precisão o PCB e corrigir erros de usinagem de PCB para o equipamento de montagem que é amplamente utilizado no posicioNomento óptico. Dos marcadores de posicioNomento comumente utilizados, dois devem ser distribuídos na diagonal da PCB. A seleção de marcas de posicioNomento geralmente usa gráficos padrão, como um bloco redondo sólido. Para facilitar a identificação, deve haver uma área vazia ao redor das marcas, sem outras características ou marcas de circuito, cujo tamanho não deve ser inferior ao diâmetro das marcas (conforme mostrado na Figura 4), e a distância entre as marcas e a borda da placa deve ser superior a 5mm.

Na fabricação do próprio PCB, bem como no processo de montagem de plug-in semiautomático, testes de TIC e outros processos, o PCB precisa fornecer dois a três furos de posicioNomento nos cantos.

2.3 Uso racional de painéis para melhorar a eficiência e flexibilidade da produção

Ao montar PCB com tamanhos pequenos ou formatos irregulares, estará sujeito a muitas restrições, por isso é geralmente adotado montar vários PCB pequenos em PCB de tamanho apropriado, conforme mostrado na Figura 5. Geralmente, PCB com tamanho de lado único inferior a 150 mm pode ser considerado para adotar o método de emenda. Por dois, três, quatro, etc., o tamanho de um PCB grande pode ser emendado na faixa de processamento apropriada. Geralmente, PCB com largura de 150 mm ~ 250 mm e comprimento de 250 mm ~ 350 mm é o tamanho mais apropriado na montagem automática.

Outra forma de placa é organizar o PCB com SMD em ambos os lados de uma grafia positiva e negativa em uma placa grande, tal placa é comumente conhecida como Yin e Yang, geralmente para considerar a economia no custo da placa de Telefonea, ou seja, através de tal placa, originalmente precisava dos dois lados da placa de Telefonea, agora só precisa abrir uma placa de Telefonea. Além disso, quando os técnicos preparam o programa de execução da máquina SMT, a eficiência de programação do PCB de Yin e Yang também é maior.

Quando a placa é dividida, a conexão entre as subplacas pode ser feita de ranhuras em forma de V de dupla face, furos longos e furos redondos, etc., mas o projeto deve ser considerado o mais longe possível para fazer a linha de separação em linha reta, a fim de facilitar a placa, mas também considere que o lado de separação não pode ficar muito próximo da linha da PCB para que a PCB seja fácil de danificar quando a placa.

Existe também uma placa muito econômica e não se refere à placa PCB, mas sim à malha da placa gráfica em grade. Com a aplicação de uma impressora automática de pasta de solda, a impressora mais avançada atual (como DEK265) permitiu o tamanho de malha de aço de 790 × 790 mm, configurou um padrão de malha PCB multifacetada, pode obter um pedaço de malha de aço para a impressão de vários produtos, é uma prática muito econômica, especialmente adequada para as características do produto de pequenos lotes e variedade de fabricantes.

2.4 Considerações sobre projeto de testabilidade

O projeto de testabilidade do SMT é principalmente para a situação atual dos equipamentos de TIC. Problemas de teste para fabricação pós-produção são levados em consideração em projetos de SMB de circuitos e PCB montados em superfície. Para melhorar o projeto de testabilidade, dois requisitos de projeto de processo e projeto elétrico devem ser considerados.

2.4.1 Requisitos de desenho de processos

A precisão do posicioNomento, o procedimento de fabricação do substrato, o tamanho do substrato e o tipo de sonda são fatores que afetam a confiabilidade da sonda.

(1) orifício de posicioNomento. O erro de posicioNomento dos furos no substrato deve estar dentro de ±0,05 mm. Defina pelo menos dois orifícios de posicioNomento o mais afastados possível. O uso de furos de posicioNomento não metálicos para reduzir a espessura do revestimento de solda não atende aos requisitos de tolerância. Se o substrato for fabricado como um todo e depois testado separadamente, os orifícios de posicioNomento deverão estar localizados na placa-mãe e em cada substrato individual.

(2) O diâmetro do ponto de teste não é inferior a 0,4 mm e o espaçamento entre pontos de teste adjacentes é superior a 2,54 mm, não inferior a 1,27 mm.

(3) Componentes cuja altura seja superior a *mm não devem ser colocados na superfície de teste, o que causará mau contato entre a sonda do dispositivo de teste online e o ponto de teste.

(4) Coloque o ponto de teste a 1,0 mm de distância do componente para evitar danos por impacto entre a sonda e o componente. Não deve haver componentes ou pontos de teste dentro de 3,2 mm do anel do orifício de posicioNomento.

(5) O ponto de teste não deve ser definido dentro de 5 mm da borda da PCB, que é usada para garantir o dispositivo de fixação. A mesma vantagem do processo geralmente é necessária em equipamentos de produção de correias transportadoras e equipamentos SMT.

(6) Todos os pontos de detecção devem ser estanhados ou materiais condutores de metal com textura macia, fácil penetração e não oxidação devem ser selecionados para garantir contato confiável e prolongar a vida útil da sonda.

(7) o ponto de teste não pode ser coberto por resistência de solda ou tinta de texto, caso contrário, reduzirá a área de contato do ponto de teste e reduzirá a confiabilidade do teste.

2.4.2 Requisitos para projeto elétrico

(1) O ponto de teste SMC/SMD da superfície do componente deve ser conduzido até a superfície de soldagem através do furo, tanto quanto possível, e o diâmetro do furo deve ser maior que 1 mm. Dessa forma, leitos de agulhas unilaterais podem ser usados ​​para testes on-line, reduzindo assim o custo dos testes on-line.

(2) Cada nó elétrico deve possuir um ponto de teste, e cada IC deve possuir um ponto de teste de ALIMENTAÇÃO e TERRA, e o mais próximo possível deste componente, dentro da faixa de 2,54mm do IC.

(3) A largura do ponto de teste pode ser ampliada para 40mil quando definida no roteamento do circuito.

(4) Distribua uniformemente os pontos de teste na placa impressa. Se a sonda estiver concentrada em uma determinada área, a pressão mais alta deformará a placa ou o leito da agulha sob teste, impedindo ainda mais que parte da sonda alcance o ponto de teste.

(5) A linha de fonte de alimentação na placa de circuito deve ser dividida em regiões para definir o ponto de interrupção do teste, de modo que quando o capacitor de desacoplamento de energia ou outros componentes na placa de circuito aparecerem em curto-circuito com a fonte de alimentação, encontre o ponto de falha com mais rapidez e precisão. Ao projetar pontos de interrupção, a capacidade de transporte de energia após a retomada do ponto de interrupção de teste deve ser considerada.

A Figura 6 mostra um exemplo de projeto de ponto de teste. A almofada de teste é colocada perto do terminal do componente pelo fio de extensão ou o nó de teste é usado pela almofada perfurada. O nó de teste é estritamente proibido de ser selecionado na junta de solda do componente. Este teste pode fazer com que a junta de soldagem virtual seja extrudada para a posição ideal sob a pressão da sonda, de modo que a falha de soldagem virtual seja encoberta e ocorra o chamado "efeito de mascaramento de falha". A sonda pode atuar diretamente no ponto final ou pino do componente devido à polarização da sonda causada pelo erro de posicioNomento, o que pode causar danos ao componente.

Quais questões de fabricação devem ser consideradas no projeto de PCB?

3. Observações finais sobre design de PCB

Os itens acima são alguns dos princípios principais que devem ser considerados no projeto de PCB. No projeto de fabricação de PCB orientado para montagem eletrônica, há muitos detalhes, como o arranjo razoável do espaço correspondente com as peças estruturais, distribuição razoável de gráficos e texto em serigrafia, distribuição adequada de dispositivos de aquecimento pesados ​​​​ou grandes localização, Na fase de projeto do PCB, é necessário configurar o ponto de teste e o espaço de teste na posição apropriada, e considerar a interferência entre a matriz e os componentes distribuídos próximos quando os acoplamentos são instalados pelo processo de rebitagem de puxar e pressionar. Um projetista de PCB não considera apenas como obter um bom desempenho elétrico e um layout bonito, mas também um ponto igualmente importante que é a capacidade de fabricação no projeto de PCB, a fim de alcançar alta qualidade, alta eficiência e baixo custo.