Guida alla Progettazione per la Produzione

Cos'è il Design for Manufacturing?

L'obiettivo di questa guida è semplice - ottenere sempre una buona scheda. E la metodologia applicata per farlo è il Design for Manufacturing (DFM). Potresti aver sentito parlare di DFM in passato, ma cosa significa esattamente?

Il Design for Manufacturing (DFM) è il processo di progettazione di un PCB che sia allo stesso tempo realizzabile, funzionale e affidabile.

Con questa definizione in mente, abbiamo diversi obiettivi chiari da raggiungere adottando le pratiche di progettazione presenti in questa guida:

1. Eliminare la necessità di più riprogettazioni della scheda a causa di dettagli specifici per la produzione che sono stati trascurati nel processo di progettazione.
2. Progettare e produrre schede che siano sia realizzabili che funzionino come previsto seguendo un insieme di migliori pratiche stabilite da veterani della progettazione di PCB.
3. Ridurre il tempo speso in revisioni di progettazione e in definitiva incontrare costantemente gli obiettivi di tempo per il mercato seguendo un insieme di migliori pratiche per la disposizione della scheda e la documentazione.

Per raggiungere questi obiettivi, abbiamo strutturato questa guida per essere idealmente letta dall'inizio alla fine per allinearsi con il tuo flusso di lavoro di progettazione. Mentre leggi ogni sezione nei capitoli seguenti sarai in grado di applicare la conoscenza ad ogni fase del tuo processo di progettazione di PCB.

Cosa Troverai in Questa Guida

Questa guida è sia teorica che pratica, e applica scienze del design affidabili e accettate che hanno portato alla produzione costante di schede fabbricabili. Le sezioni principali di questa guida includono:

Sezione 1: Linee Guida di Progettazione per una Fabbricazione di Successo

In questa sezione tratteremo le pratiche di progettazione che produrranno un layout di scheda sia funzionale che fabbricabile. Questa sezione includerà:

• Capitolo 1: Comprendere il tipico processo di fabbricazione delle PCB e le sue varie fasi.
• Capitolo 2: Selezionare i materiali giusti per la tua PCB per soddisfare le specifiche esigenze di progettazione.
• Capitolo 3: Strategizzare il layout della tua PCB includendo la posizione di via/fori, strati di soldermask e documentazione serigrafica.
• Capitolo 4: Posizionare e orientare i tuoi componenti per garantire il giusto spazio e assemblaggio.
• Capitolo 5: Configurare i requisiti dei punti di test per un test della scheda di successo da parte del tuo produttore.

Sezione 2: Linee Guida per la Documentazione per una Fabbricazione e Assemblaggio di Successo

Con il tuo design completato e pronto per la fabbricazione, passeremo quindi a documentare correttamente una PCB per fornire un'intenzione di design cristallina al tuo produttore. Questa sezione includerà:

• Capitolo 6: Comprendere quali sono i fattori principali nel processo di documentazione della PCB e cosa bisogna inviare al proprio produttore.
• Capitolo 7: Assemblare il disegno principale della propria PCB per rappresentare accuratamente tutti i dettagli fini necessari per la fabbricazione di una scheda.
• Capitolo 8: Comprendere cosa è necessario includere nella documentazione di assemblaggio per avere la propria scheda nuda creata con i componenti selezionati.
• Capitolo 9: Comprendere perché i file di produzione sono importanti e quali file specifici inviare al proprio produttore inclusi Gerber, ODB++, IPC-2581 e Distinta dei Materiali.

Alla fine di questa guida sarai ben attrezzato per implementare le pratiche di progettazione e documentazione nel tuo flusso di lavoro personale per produrre PCB pronti per la fabbricazione.

Linee Guida di Progettazione per una Produzione di Successo

Una Giornata nel Processo di Produzione di una PCB

Prima di intraprendere un processo di Progettazione per la Fabbricazione, è importante comprendere il processo sottostante alla produzione di una PCB fisica. Indipendentemente dalle varie tecnologie presenti in ogni stabilimento, la grande maggioranza dei produttori leader del settore segue un insieme specifico di passaggi per trasformare il tuo progetto da bit digitali a schede fisiche. I passaggi di questo processo sono delineati nella Figura 1 e includono:

Processo Standard di Produzione PCB

Trasferimento dati dal cliente: Gerber, GerberX2, IPC-2581, ODB++, Netlist, NC-Drill, Disegno di Fabbricazione, Specifiche

Preparazione Dati: Conversione dei dati forniti dal cliente in attrezzature (Panelizzazione, Artwork, Programmi di Foratura e Sagomatura)

Cuori/Laminati: Materiale laminato sottile costituito da substrato di vetro epossidico rivestito di rame sui lati (FR-4 è il materiale più comunemente utilizzato per il design delle PCB)

 

Rivestimento con Film Resist a Secco: Utilizzando calore e pressione, un film fotosensibile viene applicato sulla superficie di rame del nucleo.

 

Posizionamento Artwork: I modelli di artwork forniti dal cliente (circuiti e pattern di contatto) vengono posizionati sulle superfici del nucleo rivestite di film. Ogni superficie ha il proprio modello di artwork.

Esposizione dei Pannelli alla Luce Ultravioletta: Questo crea un'immagine latente della scheda circuitale.

Sviluppo Pannelli (rimozione resist): Rimozione chimica del resist dalle aree non indurite facendo passare il nucleo esposto attraverso una soluzione chimica.

 

Incisione: Per rimuovere chimicamente il rame dal nucleo in tutte le aree non coperte dal film resist, creando un modello di rame discreto.

 

Rimozione del Resist a Strisce: Rimuovere chimicamente il resist a film secco sviluppato.

 

Rivestimento di Ossido: Trattare chimicamente il rame per rendere ruvida la superficie e migliorare l'adesione al prepreg durante il ciclo di laminazione.

 

Laminazione Multistrato: Fogli di rame, prepreg (colla per multistrati) e nuclei vengono uniti insieme sotto calore e pressione.

Laminazione Primaria: Si forano buchi attraverso un impilamento di pannelli (inizia qui per quelli a doppia faccia/singola faccia).

 

Sbavatura e Pulizia: Rimuovere meccanicamente le sbavature di rame e pulire i detriti dai fori di trapano.

Desmear: Rimuovere chimicamente il rivestimento di resina dalla parete del foro.

Deposizione di Rame: Deposito chimico di un sottile strato sulla superficie del pannello e sulle pareti dei fori.

 

Applicazione del Fotoresist a Film Secco: Utilizzando calore e pressione, viene applicato un film fotosensibile sulla superficie del rame.

 

Esposizione & Sviluppo: Simile al processo del strato interno per il nucleo.

 

Placcatura del Modello di Rame (elettroplaccatura): Ulteriore rame (così come lo stagno) viene placcato elettricamente sulle superfici di rame senza elettrolisi esposte, così come lo stagno.

 

Incisione: Il rame viene rimosso da qualsiasi area non coperta dallo stagno.

 

Rimozione Resist: Il resist a film secco sviluppato viene chimicamente rimosso. Le tende che sono state posizionate hanno impedito la placcatura nelle forature “non placcate”.

 

Maschera di Saldatura e Cura: Una maschera fotoimmaginabile liquida viene applicata su ogni superficie e asciugata al tatto. Anche l'artwork viene applicato ed esposto. Il pannello viene sviluppato, lasciando il modello della maschera definito dall'artwork.

 

Livellamento della Saldatura ad Aria Calda (finitura superficiale PCB più comune): I pannelli vengono processati attraverso un bagno di saldatura fuso, che copre tutte le superfici di rame esposte.

 

Finiture Superficiali: Conforme o non conforme RoHS.

Livellamento ad Aria Calda (HAL, HASL): Convey il PCB attraverso la stazione di flussaggio, il bagno di saldatura e poi attraverso coltelli ad aria (per rimuovere l'eccesso di saldatura livellato).

Legenda e Cura: Sovrapposizioni superiori e inferiori (serigrafie) vengono inchiostrate su ciascun lato del pannello secondo l'artwork del cliente, poi i pannelli vengono cotti per curare l'inchiostro.

 

Fabbricazione e Routing: La scheda viene tagliata a misura (noto anche come routing, scoring, punching o profiling). Durante questa fase vengono aggiunti anche slot e smussi.

 

Test Elettrico/Ispezione Finale: La scheda viene testata per l'integrità elettrica (e l'impedenza se richiesto). Cortocircuiti e circuiti aperti vengono riparati in questo punto. Per lotti più piccoli vengono solitamente utilizzati sonde volanti, mentre per volumi maggiori si usano dispositivi di test a letto di chiodi. Altre funzioni solitamente eseguite durante questa fase includono: l'ispezione ottica automatica (AOI) che confronta i driver di costo degli strati interni ed esterni sulla PCB contro i dati CAM scaricati per integrità e regole di progettazione, test di affidabilità e controllo statistico del processo (SPC) quando richiesto dai clienti.

Con l'ultima indurimento della tua scheda completato, un produttore inizierà quindi il processo di test elettrico con i punti di test che hai stabilito sul layout della tua scheda. Tutte le schede che superano questo processo di verifica sono considerate complete e poi procedono attraverso la spedizione e il trasporto.

Driver di Costo Tipici nel Processo di Produzione delle PCB[1-1]

Il costo per la produzione della tua scheda è largamente determinato dai materiali specifici e dalle parti che specifichi durante la fase di progettazione. Gli ingegneri informati impiegheranno il loro tempo per bilanciare attentamente i fattori che influenzano il costo con la necessità di soddisfare i requisiti funzionali previsti come delineato nelle specifiche del loro prodotto. Alcuni dei più comuni fattori che influenzano il costo e le strategie per la riduzione dei costi nel processo di produzione sono riassunti nella tabella sottostante e includono:

 

Prendere Decisioni di Progettazione Consapevoli della Produzione

Comprendendo le conoscenze sopra menzionate riguardo al tipico processo di produzione delle PCB, sarai ben avviato verso la realizzazione di scelte più informate al momento della progettazione per quanto riguarda la selezione di materiali e parti. Con una comprensione del processo di produzione alle nostre spalle, è ora il momento di immergersi in un pratico processo di Progettazione per la Produzione, iniziando con la selezione dei materiali.

Selezionare i Tuoi Materiali

Introduzione

Ogni processo di progettazione inizia con la selezione dei materiali, e questo capitolo si concentra sulla selezione dei materiali giusti per il tuo design PCB date le particolari esigenze di progettazione che delinei nelle tue specifiche. Ci concentreremo in gran parte su FR-4 poiché è il materiale più comunemente utilizzato per il design delle PCB. Se i tuoi specifici requisiti materiali non sono elencati nelle sezioni sottostanti, si prega di contattare il tuo produttore per ulteriori indicazioni.

Processo Base di Selezione dei Materiali

Quando si progetta un PCB, ci sono diverse scelte di materiali da considerare in base alle proprie esigenze di design uniche. Prima di selezionare un materiale, si raccomanda di definire prima le funzionalità e i requisiti di affidabilità che la tua scheda deve soddisfare. Questi requisiti includeranno tipicamente:

• Proprietà elettriche
• Proprietà termiche
• Interconnessioni (componenti saldati, connettori, ecc…)
• Integrità strutturale della scheda
• Densità del circuito

Come regola generale, ricorda che più aumenti la complessità del design e le proprietà, più costi incontrerai durante il tuo processo di produzione. Dovrebbe sempre essere realizzato un equilibrio attentamente studiato per soddisfare sia il budget, sia le funzionalità, sia gli obiettivi di affidabilità per le tue esigenze di design particolari. Vedi la Figura 2 per una visualizzazione su come iniziare il tuo processo di selezione dei materiali[2-1].

Figura 2 - Mappa di Selezione dei Materiali per Designer/Utente Finale[2-1]

Criteri Aggiuntivi per la Selezione dei Materiali

Mentre inizi a costruire un composito dai tuoi materiali scelti, vorrai prestare particolare attenzione alle caratteristiche di temperatura. In pratica, il materiale con la valutazione più bassa determinerà la temperatura massima del prodotto finale. Altri elementi che dovrebbero essere considerati quando si confrontano diversi materiali includono:

• Formula della resina
• Resistenza alla fiamma
• Stabilità termica
• Resistenza strutturale
• Proprietà elettriche
• Resistenza alla flessione
• Temperatura massima di esercizio sicura continua
• Temperatura di transizione vetrosa (Tg)
• Materiale del foglio di rinforzo
• Dimensioni e tolleranze non standard
• Lavorabilità o punzonabilità
• Coefficienti di espansione termica (CTE)
• Stabilità dimensionale
• Tolleranze dello spessore complessivo

Le sezioni che seguono approfondiranno alcune delle varie proprietà dei materiali in dettaglio per i componenti principali che costituiscono un progetto di PCB, inclusi le proprietà elettriche, FR-4 e rame.

Proprietà dei Materiali in Dettaglio

Proprietà Elettriche

Le proprietà più critiche da considerare per i requisiti elettrici sono la resistenza elettrica, la costante dielettrica e la resistenza all'umidità. Fare riferimento alla Figura 3 per un elenco di alcuni dei materiali più comuni e dei relativi valori di proprietà. Ricordarsi di consultare il proprio produttore per dati più specifici sulle proprietà elettriche.

Figura 3 - Proprietà Tipiche dei Materiali Dielettrici Comuni [2-2]

Valori Predefiniti FR-4

I valori predefiniti nella Figura 4 qui sotto per l'FR-4 possono essere utilizzati come linea di base per determinare le specifiche esigenze del tuo materiale. Questi valori cambieranno a seconda del materiale di base e dello spessore specificati come mostrato nelle sezioni successive.

Figura 4 - Valori predefiniti del materiale FR-4[2-3]

Materiale di base e spessore dell'FR-4

I valori nella Figura 5 qui sotto elencano i materiali FR-4 più comuni utilizzati oggi per i progetti di schede multistrato e ti aiuteranno a scegliere lo spessore appropriato per il tuo FR-4. Lo spessore di specifiche variazioni di FR-4, inclusi GETEK®, Rogers®, FR-406 e FR-408, è simile e può anche essere calcolato utilizzando questa tabella.

Figura 5 - Riferimento per lo spessore del materiale FR-4[2-4]

Designazione e spessore del Prepreg FR-4

Il Prepreg (Pre-impregnato) è il materiale in foglio (ad es. tessuto di vetro) che è indurito con una resina e portato a uno stadio intermedio di indurimento. La maggior parte dei produttori di PCB fornirà cinque tipi di prepreg, inclusi 106, 1080, 2113, 2116 e 7628. Fare riferimento alla Figura 6 per le specifiche di spessore specifiche per ogni tipo di prepreg.

Nota: Ci sono limitazioni riguardo al tipo e al numero di fogli di prepreg che possono essere posizionati tra gli strati del circuito stampato. Consulta il tuo produttore riguardo le specifiche esigenze del layout del tuo circuito per determinare la corretta designazione e spessore del prepreg.

Figura 6 - Designazione e Spessore del Prepreg FR-4[2-4]

Tipi di Lamina di Rame

I produttori offrono tipicamente vari tipi di lamina di rame tra cui scegliere, i più comuni sono il Rame Elettrodepositato (ED Copper) e il Rame Laminato. I circuiti rigidi utilizzano tipicamente la lamina di rame elettrodepositata mentre i circuiti rigido-flessibili utilizzano la lamina di rame laminato. Indipendentemente dal tipo di lamina di rame che scegli, tutti soddisferanno i requisiti standard IPC-MF-150[2-5]. Se scegli un tipo di lamina alternativo come il nichel o l'alluminio, assicurati di specificare le caratteristiche sul tuo disegno principale per evitare qualsiasi incomprensione o problema di produzione.

Valori di Resistenza del Rame

Man mano che i circuiti diventano più densi e complessi, diventa sempre più importante calcolare la resistenza distribuita del tuo rame. Puoi usare la formula[2-6] sottostante per calcolare facilmente la resistività nelle tue tracce di rame:

R = ρ*L/A

dove:

R è la resistenza da un capo all'altro della traccia in Ohm

ρ è la resistività del materiale della traccia in Ohm Metri

L è la lunghezza della traccia in metri

A è l'area della sezione trasversale della traccia in metri quadrati

Puoi anche utilizzare uno degli strumenti gratuiti qui sotto per calcolare rapidamente la tua resistività del rame senza dover eseguire calcoli manuali:

• Circuit Calculator[2-7]
• EEWeb Trace Resistance Calculator[2-8] 
• Endmemo Resistance Calculator[2-9] 

Capacità di Portata di Corrente del Rame

Nella Figura 7 può essere usata come riferimento per comprendere la capacità di portata di corrente degli strati interni per spessori di rame comuni e livelli di temperatura superiori all'ambiente. La capacità di portata di corrente per gli strati esterni è approssimativamente il doppio di quella degli strati interni. Per dati più dettagliati su larghezze di linea e requisiti di spaziatura fare riferimento a IPC2221[2-10].

Figura 7 - Larghezze di Conduttori Incapsulati[2-10]

Spessore della Scheda Finita

Nel processo di selezione del materiale finale, vorrai calcolare lo spessore della tua scheda finita. Questa misura è fatta da rame a rame e rappresenterà lo spessore massimo della tua scheda finita. Alcuni dettagli da tenere a mente riguardo al calcolo dello spessore della scheda includono:

• Lo spessore della scheda determinerà come il tuo produttore configurerà le proprie macchine di lavorazione.
• Lo spessore della scheda influenzerà le limitazioni della tua scheda durante la fabbricazione, inclusi i rapporti di aspetto.
• I produttori offrono tipicamente spessori di laminazione tra 0,0008” e 0,240”, inclusa la maschera di saldatura.
• Schede con uno spessore inferiore a 0,05” richiederanno tipicamente una manipolazione e una lavorazione speciali, il che potrebbe comportare costi più elevati e tempi di lavorazione più lunghi.

Finalizzare le tue scelte di materiali

Ora hai le conoscenze necessarie per finalizzare le tue scelte di materiali di base per il tuo prossimo design di PCB pronto per la produzione. Per riassumere, i materiali di base e i valori delle proprietà richiesti prima di iniziare il tuo processo di design includono:

 

Con questi valori in mano, potrai quindi calcolare lo spessore massimo della tua scheda, che avrà un impatto diretto sia sui costi di fabbricazione sia sui requisiti di lavorazione da parte del tuo produttore. La prossima sezione coprirà come strategizzare il layout del tuo PCB per la fabbricazione, inclusa la collocazione di via/fori, strati di maschera di saldatura, documentazione serigrafica e altro ancora.

Strategizzare il tuo layout PCB

Introduzione

Con le selezioni dei materiali finalizzate, è ora il momento di immergersi nei dettagli specifici del layout del vostro PCB. Sebbene i flussi di lavoro ingegneristici individuali possano differire da un progettista all'altro, esistono una serie di considerazioni di progettazione primarie che necessitano di requisiti DFM precisi per considerare una scheda 100% pronta per la produzione. Nelle sezioni seguenti imparerete i dettagli specifici per strategizzare il layout del vostro PCB includendo specifiche SMT e through-hole, documentazione serigrafica, applicazioni di maschera di saldatura e altro ancora.

Decidere tra Through-hole o SMT

Quando si progetta un PCB, è tipico scegliere tra la tecnologia di montaggio superficiale (SMT) o il through-hole per le applicazioni dei componenti. Se si utilizzano entrambi i metodi di produzione, allora la vostra scheda è considerata un PCB ibrido. Basandosi sulle attuali tendenze dell'industria nel design dei PCB, si raccomanda che la maggior parte dei vostri componenti sia dispositivi montati in superficie (SMD), poiché questa tecnologia domina il mercato del design dei PCB dagli anni '90 e include molti vantaggi tra cui densità di scheda più elevate a un costo inferiore. Tenete presente quanto segue quando decidete tra SMT e through hole:

• Le PCB con dispositivi a foro passante (PTH) vengono saldate a onda, mentre le PCB con dispositivi a montaggio superficiale (SMD) possono essere saldate a onda o a riflusso.
• Mescolare queste due tecnologie comporterà processi separati per la produzione della tua scheda e aumenterà il tempo e i costi di produzione complessivi.
• Alcuni produttori installeranno manualmente i componenti a foro passante, il che aumenterà il tempo e i costi di produzione complessivi.

Il metodo di applicazione dei componenti che scegli avrà un impatto diretto sui tuoi costi complessivi e sul tempo di produzione. Si raccomanda di attenersi alla SMT per i progetti di schede professionali poiché ciò comporta tempi di realizzazione più rapidi e una maggiore affidabilità.

Serigrafia e ID Componenti

Tutti i contorni dei componenti sulla tua serigrafia dovrebbero essere contrassegnati con un designatore di riferimento e indicatori di polarità (se applicabile). È importante assicurarsi che questi designatori e indicatori siano leggibili e visibili anche dopo l'installazione dei componenti per una facile verifica post-produzione. La figura 8 include linee guida consigliate su dove posizionare i designatori di riferimento e le marcature di polarità sulla tua serigrafia:

Figura 8 - Posizionamento per le Designazioni di Riferimento dei Componenti

Designatori di Riferimento dei Componenti

La Figura 9 include un elenco di designatori di riferimento standard dell'industria tratti dalla norma IPC-2612[3-1] per la generazione di simboli schematici. Si raccomanda di utilizzare questi designatori in tutti i layout delle vostre schede per mantenere tutti i vostri progetti consistenti.

Figura 9 - Designatori di Riferimento dei Componenti[3-1]

*Non una lettera di classe, ma comunemente utilizzato per designare i punti di test per scopi di manutenzione.

Nota: L'elenco sopra non è esaustivo. Vedere l'elenco standard delle lettere di designazione di classe in ANSI Y32.2/IEEE Std 315 [3-2], Sezione 22 e l'Indice.

Maschera di Saldatura

La maschera di saldatura è uno strato sottile, simile a una lacca, applicato come rivestimento finale alla vostra PCB per proteggere varie caratteristiche, inclusi i tracciati di rame e i piani di massa che non dovrebbero essere saldati. Alcuni dei benefici della mascheratura di saldatura includono:

• Proteggere la vostra PCB contro i danni da ossidazione.
• Prevenire il furto e i ponti di saldatura (cortocircuiti) tra conduttori e piazzole.
• Prevenire lo sfaldamento durante il processo di assemblaggio se posizionata direttamente sopra il rame nudo.

Requisiti di Base per la Distanza di Sicurezza della Maschera di Saldatura

Ovunque sia necessaria la saldatura o il contatto elettrico (intorno ai pad SMD e PTH, fori di posizionamento, aree di contatto dello schermo, fiduciali, ecc...) è richiesta una distanza di sicurezza della maschera di saldatura. Specificare una distanza di sicurezza della maschera di saldatura assicura che non ci sia invasione della maschera di saldatura sui pad durante la fabbricazione, il che può risultare in un cordone di saldatura più piccolo o pad completamente disconnessi se i requisiti di distanza adeguati non sono specificati. Fare riferimento alla Figura 10 qui sotto per i requisiti di distanza adeguati per la maschera di saldatura su pad e tracce:

 

Nell'esempio sopra, se la distanza minima tra il pad e la traccia (colonna B) è inferiore a quella richiesta, allora la maschera di saldatura verrà applicata al pad o al metallo esposto sulla traccia e potrebbe risultare in un malfunzionamento della scheda.

Maschera di Saldatura tra i Pad SMD

Se è necessaria una maschera di saldatura tra i pad SMD e non c'è abbastanza spazio per applicarla, si raccomanda di tenere a mente due cose:

• La distanza minima fornita tra i pad.
• La dimensione minima della maschera di saldatura che il tuo produttore può realizzare con successo.

Tenendo a mente questi due requisiti, si raccomanda di aumentare la distanza tra i pad per l'applicazione della maschera di saldatura o consultare il proprio produttore per determinare alternative aggiuntive.

Vie e Fori

Le vie sono una parte critica di ogni progetto di PCB e sono responsabili della trasmissione della corrente elettrica tra i vari strati. Possono anche rappresentare un notevole onere per i costi di produzione se non si seguono linee guida consistenti per la distanza di sicurezza e le dimensioni. Le sezioni sottostanti copriranno le specifiche delle distanze di sicurezza e delle dimensioni di vie e fori, oltre a specifiche applicazioni delle vie.

Requisiti di Distanza di Sicurezza delle Vie

Le vie standard dovrebbero mantenere delle distanze minime dai conduttori adiacenti, e la distanza dipenderà in gran parte dal fatto che la via sia coperta o esposta. Spesso si trova che le vie esposte richiedono maggiori distanze di sicurezza per chiudere le connessioni elettriche esposte rispetto alle vie mascherate.

Linee Guida per le Dimensioni delle Vie

Quando si progettano fori passanti metallizzati, si raccomanda di mantenere un rapporto 1:1 tra il diametro del foro e lo spessore del substrato. Questa regola generale assicurerà che si accumuli una quantità adeguata di metallo di rame in tutto il foro durante il processo di fabbricazione. Ad esempio, in un substrato spesso 0,20 pollici, i fori dovrebbero avere almeno 0,20 pollici di diametro. Tuttavia, la maggior parte dei produttori ha una vasta selezione di dimensioni di fori e di solito soddisfa i requisiti al di fuori di questa raccomandazione generale. Una cosa da ricordare quando si sceglie una dimensione del foro è che un foro passante metallizzato finito sarà più stretto a causa della metallizzazione. La figura 11 mostra le dimensioni standard tipiche dei fori di trapano:Figura 11 - Dimensioni standard per fori e vie

Figura 11 - Dimensioni standard delle punte per fori e vie

Anelli Annuari

L'anello annuario è la differenza tra il diametro del pad e il diametro corrispondente della foratura; in altre parole, l'area sul pad che circonda la via. La Figura 12 mostra come calcolare facilmente la larghezza di un anello annuario:

Larghezza Anello Annuario = (diametro del pad - diametro del foro) /2

Figura 12 - Larghezza consigliata per l'Anello Annuario

Ci sono molte condizioni che possono causare che il foro non sia esattamente al centro durante la fabbricazione. Se è accettabile includere la "tangenza" sui pad del prodotto finito, allora si raccomanda di verificare con il proprio produttore le loro linee guida per le larghezze minime degli anelli annuari.

Per garantire un anello anulare minimo di 0,001 pollici sul prodotto finito, tutti i pad del tuo progetto dovrebbero essere più grandi di 0,0008 pollici (2 x 0,0004 pollici) rispetto al foro trapanato. Questo garantirà che il foro trapanato sia tangente al bordo del pad. Se non metallizzi i fori passanti del tuo progetto, ciò può risultare in anelli anulari più piccoli, che potrebbero causare il sollevamento dell'anello durante la saldatura o la rottura durante le normali operazioni della scheda. Questo si verifica a causa della mancanza di supporto da un barilotto metallizzato.

Figura 13 - Diametri del foro trapanato e metallizzato

Vie Esposte

Le vie esposte sono connessioni elettriche esposte che non sono coperte da maschera di saldatura. Le distanze libere per le vie esposte da altre vie o piste non adiacenti al pad dovrebbero essere di minimo 0,15 pollici, con 0,20 pollici preferiti.

Vie Protette

La copertura di una via con il soldermask, che copre sia il foro della via che l'anello anulare, dovrebbe essere impostata come metodo predefinito nel vostro flusso di lavoro di progettazione. Tenete presente che di solito non vengono intrapresi passaggi aggiuntivi dal vostro produttore per garantire che un'apertura della via rimanga chiusa. Se volete assicurarvi che la vostra via sia chiusa e coperta, dovreste specificare nel vostro disegno di fabbricazione che volete che queste vie siano riempite con maschera, ciò che viene anche chiamato riempimento con maschera. Questo è particolarmente importante per i progetti BGA dove le vie si trovano vicino ai pad SMD del BGA.

Vedi la Figura 14 per esempi di applicazioni consigliate per la copertura delle vie:

Figura 14 - Applicazioni consigliate per la copertura delle vie su un BGA

Vie nei pad e Microvie

Le vie nei pad permettono un posizionamento vicino dei condensatori di bypass e facilitano il routing per qualsiasi BGA con passo delle palle, oltre ad aiutare con la gestione termica e la messa a terra. Seguite le linee guida sottostanti quando il vostro progetto richiede vie nei pad:

• Le vie nei pad dovrebbero essere coperte con un cappuccio di rame. Inoltre, il lato opposto delle vie dovrebbe essere coperto con un cappuccio di rame (se utilizzato come punto di test in circuito (ICT)), o mascherato per garantire che i prodotti chimici di placcatura non rimangano intrappolati all'interno della via.
• Se i via-in-pad non sono sigillati, potrebbero sorgere costi aggiuntivi di assemblaggio per gestire il wicking del saldante (ridistribuzione del saldante lontano dal giunto previsto) e il saccheggio del saldante (mancanza di saldante sufficiente e vuoti nei giunti previsti).

Vie Cieche e Sepolte

Similmente ai fori passanti, le vie cieche e/o sepolte (BBV) sono fori che collegano uno o più strati. In questo processo, una via cieca collega uno strato esterno a uno o più strati interni ma non ad entrambi gli strati esterni, e una via sepolta collega uno o più strati interni, ma non a uno strato esterno. Questo è importante poiché questo tipo di vie permette di ottenere schede più dense e può risparmiare spazio sulla scheda non richiedendo spazio sugli strati dei componenti. Vedere la Figura 15 per un esempio di applicazione di via cieca e sepolta:

Figura 15 - Vie Cieche e Sepolte

Un particolare dettaglio a cui prestare attenzione quando si utilizzano vie cieche è la profondità di foratura (da uno strato esterno a uno interno). Ad esempio, se si ha una scheda spessa 0,062” con 8 strati, la profondità massima del foro della via cieca non può superare 0,018” (per una via di 0,035” con un foro di 0,018”).

Come linea guida generale, mantenere i pad delle vie degli strati interni circa 0,016” oltre la dimensione del trapano, poiché ciò fornirà una buona resa per il vostro produttore. Si raccomanda di consultare il proprio produttore per comprendere meglio i loro vincoli di progettazione BBV per il peso del rame, la dimensione minima del trapano e i requisiti del rapporto di aspetto massimo.

Vie Sotto i BGA

I processi di riflusso possono causare lo spostamento o lo sbilanciamento dei componenti a chip, risultando in un cortocircuito di un lato del componente a chip con una via esposta vicina. Per questo motivo, si raccomanda di proteggere le vie dei BGA come impostazione predefinita nelle regole di progettazione. Utilizzare le linee guida sottostanti per lo spazio di distanza raccomandato per l'area esposta da tenere libera:

• Se una via è adiacente a un pad SMD, dovrebbe essere al minimo del 50% della larghezza di terminazione del componente.
• Se una via si trova alla fine di un pad SMD, dovrebbe essere al minimo di 0,15” (preferibilmente 0,20”).

La figura 16 mostra alcuni esempi di buone pratiche di progettazione per le vie che sono posizionate vicino ai componenti a chip:

 

Figura 16 - Linee guida per il posizionamento delle vie vicino ai componenti a chip

Pad a Goccia

Lo scopo dell'aggiunta di un pad a forma di lacrima è quello di ridurre lo stress meccanico e termico nel punto in cui la traccia si unisce al pad, fornendo un supporto aggiuntivo in rame/metallo. Questo aiuta anche a garantire che vengano realizzate e mantenute buone connessioni, poiché aumenta la tolleranza del produttore di PCB quando viene eseguita la foratura di un ordine e si verifica una disallineamento.

Il processo di tear dropping prevede l'aggiunta di rame alla giunzione tra un pad esistente e l'uscita di una traccia. È importante aggiungerli principalmente ai fori passanti, dove si potrebbe avere un piccolo rapporto traccia-pad. Dovrebbero essere aggiunti anche ai percorsi di circuito da un pad (solido o via pad), e questa pratica diventa più importante man mano che una traccia si restringe. Per tracce più grandi di 0,20”, i teardrops di solito non sono necessari. Come regola generale, se il tuo design non è un dispositivo RF o ad alta frequenza, aggiungi i teardrops nella fase finale del tuo design. La figura 17 mostra vari esempi di teardrop e i loro requisiti raccomandati di spaziatura e forma:

Figura 17 - Forme di Teardrop Raccomandate

Rapporto d'Aspetto Placcatura

Il rapporto di aspetto è il rapporto tra lo spessore della scheda e la dimensione del foro praticato (prima della metallizzazione)[3-4]. Questo rapporto guiderà il tuo produttore affinché non superi le capacità meccaniche delle loro attrezzature di foratura. La figura 18 mostra un esempio visivo di come vengono determinati i rapporti di aspetto su un PCB:

Figura 18 - Determinazione di un Rapporto di Aspetto per un PCB

Ad esempio, un PCB che ha uno spessore di 0,065″ e consiste in una dimensione del foro di 0,020″ avrà un rapporto di aspetto pari a 3:1. Questo rapporto è importante in quanto si riferisce anche al processo di metallizzazione. Dimensioni dei fori troppo piccole rispetto allo spessore della scheda (rapporti di aspetto più elevati), potrebbero non ottenere una metallizzazione del rame accettabile quando le soluzioni di metallizzazione scorrono attraverso il foro. La figura 19 fornisce un insieme generale di linee guida per stabilire i rapporti di aspetto:

Figura 19 - Matrice del Rapporto di Aspetto per Specifici Spessori di Scheda[3-5]

Linee Guida per Spaziatura, Posizionamento e Routing delle Vie

Con le dimensioni e i tipi delle tue vie stabiliti, è ora il momento di iniziare a posizionarle e a tracciarle sul layout della tua scheda. Qui sotto troverai diverse linee guida per il posizionamento da tenere a mente, specialmente per layout di schede che utilizzano componenti passanti o pacchetti di tipo SIP.

Raccomandazioni per il Posizionamento delle Vie per Componenti Passanti

Quando il tuo progetto include componenti passanti, si raccomanda di mantenere le vie lontane da questi dispositivi poiché la via può causare la risalita della saldatura e danneggiare tali componenti. Si raccomanda inoltre di tenere le vie lontane, circa 0.100 pollici, dai pacchetti SIP, poiché questi pacchetti possono essere inseriti in modo errato.

Raccomandazioni Generali per il Posizionamento delle Vie

Dato che la saldatura può risalire attraverso le vie, non è consigliato posizionare le vie sotto i componenti a chip poiché ciò può risultare in un componente danneggiato, in cortocircuito o sollevato. Questo è importante anche perché a volte i componenti a chip devono essere incollati o fissati con resina epossidica alla scheda, e una via sotto o vicino ad essi può interferire con quella zona (vedi Figura 20 per un esempio).

Figura 20 - Linee Guida per la Distanza delle Vie nella Saldatura ad Onda

Quando si collega il bordo di una via al bordo di un pad del componente, non si raccomandano distanze inferiori a 0.010 pollici a meno che non si stia progettando una scheda densa. Se la tua scheda è densa, allora sarà necessario coprirle con maschera di saldatura. Si raccomanda di consultare il proprio produttore sulle distanze minime richieste per schede più dense. Vedi Figura 21 per un esempio di collegamenti consigliati delle vie ai pad dei componenti:

Figura 21a - Connessioni consigliate di vie ai componenti pad (Buon Design)

Figura 21b - Connessioni non consigliate di vie ai componenti pad (Design Scadente)

Quando non si collega una via a un pad del componente, si raccomanda una distanza minima di 0,025 pollici per lo spazio di sgombero, e questa distanza dovrebbe essere aumentata a 0,040 pollici se la via si trova sul lato saldatura della scheda.

Vedi la Figura 22 e prendi nota della direzione della saldatura ad onda:

Figura 22 - Spaziatura dei componenti via per la saldatura ad onda

Finalizzare i Requisiti delle Tue Vie

Le vie sono un elemento critico di ogni progetto elettronico e assicurarsi che le tue distanze di sgombero, dimensioni, tipi e metodi di routing rimangano consistenti in tutta la scheda contribuirà notevolmente alla progettazione di una scheda fabbricabile ed efficiente in termini di costi. La prossima sezione si concentrerà su ulteriori strategie di layout della scheda e altre opzioni da tenere in considerazione durante il processo di progettazione.

Routing delle Tracce ai Land dei Componenti

Quando hai un terminale di un componente che potrebbe generare calore ed è connesso a una traccia grande, il trasferimento di calore prodotto può portare a una giunzione di saldatura scadente. Questo può anche risultare in giunzioni di saldatura aperte per connessioni senza maschera di saldatura, poiché il saldante può migrare lontano dal terminale del componente.

Per risolvere questo problema, il restringimento della traccia può aiutare con l'equilibrio termico e prevenire che la saldatura e il calore si allontanino dal pad.

Restringimento di una Traccia

Una linea guida generale per il restringimento di una traccia è mantenerla non più larga di 0,010 pollici dove si collega al pad e farla correre almeno 0,010 pollici prima di collegarla alla traccia grande. Se devi collegare una traccia larga a un land del componente, queste dovrebbero avere la stessa larghezza mantenendo le dimensioni il più piccole possibile. La Figura 23 mostra un esempio di questo processo:

Figura 23a - Collegamento di Tracce Larghe ai Land dei Componenti (Buon Design)

Figura 23b - Collegamento di Tracce Larghe ai Land dei Componenti (Buon Design)

Collegamento di Tracce di Terra Larghe ai Land dei Componenti

Quando è necessario collegare grandi piste di massa a piazzole dei componenti, si dovrebbe restringere le piste per garantire un buon equilibrio e per prevenire il trasferimento di calore che potrebbe causare la migrazione della saldatura verso l'ampia area del conduttore. È possibile anche avere più piste che collegano i pattern di piazzola alle grandi piste e ai piani di massa. Si raccomanda di mantenere la larghezza della pista (quando si restringe) dalla piazzola a un massimo di 0,010” e 0,010” come lunghezza minima dalla piazzola a un grande piano o pista. Vedere la Figura 24 per un esempio di queste raccomandazioni di spaziatura:

Figura 24a - Collegamento delle Piazzole dei Componenti ai Grandi Conducenti (Buon Design)

Figura 24b - Collegamento delle Piazzole dei Componenti ai Grandi Conducenti (Cattivo Design)

Collegamento delle Piazzole di Componenti Vicini

Quando si collegano le piazzole di componenti a chip molto vicini, si raccomanda di far passare le piste all'esterno e poi di nuovo verso le piazzole piuttosto che avere piste che passano direttamente tra le piazzole o sopra di esse. Questo aiuterà a prevenire cortocircuiti che verranno erroneamente riparati, prevenire il tombstoning a causa di squilibri termici scadenti, e evitare giunti di saldatura freddi e lo spostamento dei componenti. Vedere la Figura 25 per un esempio su come collegare correttamente le piazzole ai componenti:

Figura 25a - Collegamento delle Piazzole di Componenti Vicini (Buon Design)

Figura 25b - Collegamento dei pad di componenti molto vicini (Cattivo Design)

Figura 25c - Collegamento dei pad di componenti molto vicini (Cattivo Design)

Collegamento dei Pad alle Tracce

Ogni pad dovrebbe essere collegato alla propria traccia, ed è consigliato avere il routing o dall'esterno o dall'interno dei bordi dei pad mantenendo il routing simmetrico. Questo è importante e critico in aree senza soldermask, poiché aiuta a prevenire che la saldatura si allontani dal pad e impedisce lo spostamento dei componenti. In generale, la maggior parte dei produttori vorrà vedere una quantità bilanciata di rame che collega i pad dei componenti. Vedere la Figura 26 per esempi di routing delle tracce e metodi preferiti di collegamento delle tracce ai pad dei chip.

Routing preferito: (le frecce indicano la migrazione della saldatura)

 

Routing accettabile:

 

Routing non preferito: (le frecce indicano la migrazione della saldatura)

Figura 26 - Collegamento delle Tracce ai Land dei Componenti Quando si Usa il Soldermask

Quando si effettua il routing di componenti SMD con terminali, è consigliato far passare la traccia sopra e poi di nuovo dentro, formando una configurazione a “U” rovesciato, piuttosto che formare una “H” passando direttamente tra i land. Vedere la Figura 27 per un esempio di questa configurazione a forma di “U”:

Figura 27 - Configurazione "U" per il Routing dei Componenti SMD con Terminali

Piani e Tracce

Si raccomanda di avere i piani di alimentazione e di terra sempre su strati interni, simmetrici e centrati. Questo aiuterà a prevenire la flessione della scheda e contribuirà anche al posizionamento accurato e al collocamento dei componenti. La maggior parte dei produttori di assemblaggi consente una curvatura e torsione dello 0,7%-0,75% sia per PCB a doppio strato che per PCB multistrato con uno spessore della scheda di 0,06”.

Lo stesso insieme di raccomandazioni si applica alle tracce. Dovrebbero essere disposte il più equamente possibile sia sull'asse X che sull'asse Y e preferibilmente in multi-orientamento su tutti gli strati per aiutare a prevenire il torcimento della scheda.

Opzioni di Placcatura

Per le schede con fori passanti (PTH), si utilizza il rame elettroless per rendere il percorso del foro abbastanza conduttivo da permettere un ulteriore accumulo di metallo di rame fino a uno spessore specificato dal progettista, che di solito è di 0,001”. Il processo di rame elettroless aggiunge anche in media 0,0013” di rame alle linee esterne, in aggiunta al foglio di rame originale (0,5 oz o 1 oz). La figura 28 riassume i tipi di finitura più comuni per tutta la circuitazione esposta su una scheda. Si raccomanda di consultare il proprio produttore per una guida sulla selezione di una finitura che ridurrà il degrado del materiale e migliorerà la consistenza superficiale quando si collegano componenti sulla propria scheda.

Figura 28 - Confronto delle Finiture di Placcatura Finale[3-6]

Alleggerimento Termico

Il sollievo termico è fondamentale per la saldatura ad onda, il processo SMT e la saldatura manuale. Questo diventa più importante su assemblaggi con alto contenuto di rame e schede multistrato poiché il rame può trasformarsi in un dissipatore di calore che attira la maggior parte del calore dalle aree di saldatura. Questo può rendere difficile mantenere le temperature del processo, e la presenza di un sollievo termico facilita la saldatura di componenti attraverso foro rallentando la velocità di dissipazione del calore attraverso i fori metallizzati. Non avere un sollievo termico potrebbe risultare in un riempimento dei fori insufficiente e giunzioni di saldatura fredde, e può anche impattare le capacità di riparazione. Alcuni dei benefici dell'aggiunta di un sollievo termico sulla tua scheda includono:

• Miglior controllo sulle dimensioni dei fori.
• Maggiore consistenza nello spessore della placcatura.
• Ispezione delle giunzioni di saldatura più rapida e semplice.

Come regola generale, si raccomanda di utilizzare un modello di sollievo termico per qualsiasi via o foro che sia connesso a un piano di massa o di alimentazione. Si raccomanda anche di evitare l'uso di sollievo termico sui fori dei componenti a pressione e considerare l'utilizzo della capacità termica corrente nei calcoli. Vedere la Figura 29 per un esempio di un tipico modello di sollievo termico su un layout di scheda:

Figura 29 - Modello Tipico di Sollievo Termico

Preparare il Terreno

Questo capitolo ha gettato le basi per il vostro processo di progettazione, permettendovi di strategizzare le basi del layout della vostra scheda, inclusa l'uso di componenti through-hole o SMT, documentando chiaramente il vostro silkscreen, comprendendo l'importanza della maschera di saldatura e, infine, specificando le dimensioni e il posizionamento delle vie. Siamo ora pronti ad immergerci nelle specifiche linee guida per il posizionamento e l'orientamento dei componenti sul layout della vostra scheda per avere il vostro PCB prodotto con successo.

Posizionamento e Orientamento dei Vostri Componenti

Introduzione

Con i tipi di componenti preferiti già stabiliti, è ora il momento di decidere come posizionare ed orientare in modo efficiente queste parti sulla vostra scheda. Questo processo avrà un grande effetto su come utilizzate lo spazio disponibile sul layout della vostra scheda, e può essere uno dei passaggi più sfidanti nel vostro processo di progettazione. Qui sotto troverete raccomandazioni specifiche su come ottimizzare il posizionamento dei vostri componenti per renderli sia fabbricabili che capaci di soddisfare le vostre specifiche esigenze di progettazione.

Linee Guida Generali per il Posizionamento e la Spaziatura dei Componenti

Prima di entrare nei dettagli del posizionamento e dell'orientamento dei componenti, ci sono diverse linee guida generali da tenere a mente:

• Per una saldatura e un posizionamento efficienti, si raccomanda di orientare i componenti simili nella stessa direzione.
• Evita di posizionare componenti sul lato saldatura della scheda che si troverebbero dietro componenti con fori metallizzati.
• Per minimizzare il numero di processi richiesti per assemblare una scheda, cerca di posizionare tutti i tuoi componenti SMD sullo stesso lato della scheda e tutti i componenti con fori passanti (se misti) sul lato superiore della scheda.
• Quando hai componenti di tecnologia mista (fori passanti in alto e SMT su entrambi i lati), i produttori potrebbero richiedere un processo aggiuntivo per incollare i componenti inferiori, il che aumenterà i tuoi costi di produzione complessivi.
• Dovresti terminare tutte le piste con un solo tracciato e definire i tuoi pad con la maschera di saldatura.

Seguendo solo le linee guida sopra menzionate, sarai ben avanti rispetto a un tipico progettista di PCB nell'utilizzo efficiente del layout della tua scheda, garantendo anche che la tua scheda sia prodotta senza ritardi. Le sezioni successive tratteranno specifiche raccomandazioni su posizionamento dei componenti, orientamento e terminazione.

Linee Guida Specifiche per il Posizionamento dei Componenti e l'Orientamento della Scheda

Avere uno spazio adeguato tra i tuoi componenti è critico per una corretta saldatura, eseguire lavori di riparazione, testare la tua scheda e un processo di assemblaggio fluido. Una scarsa distanza tra i componenti potrebbe portare al posizionamento manuale a causa dell'incapacità di una macchina pick-and-place di svolgere correttamente il suo lavoro.

A volte non si può evitare di disperdere componenti a chip sulla parte inferiore della scheda. Per evitare ombreggiature e terminazioni non saldate, si raccomanda di mantenere uno spazio di 0,100 pollici tra ciascun componente, come mostrato in Figura 30:

Figura 30 - Spaziatura dei Componenti per Evitare Ombreggiature e Terminazioni Non Saldati

Si raccomanda che lo spazio tra componente e componente sia pari a 1x l'altezza del componente (o al minimo ½ della sua altezza). La Figura 31a e b mostra la spaziatura minima raccomandata tra i componenti per alcuni dei tipi di pacchetto più comuni. Per informazioni più dettagliate sulla spaziatura dei componenti si prega di fare riferimento a IPC-7351[4-1].

Figura 31a - Spaziatura Minima Raccomandata tra Componenti SMD Basata sulla Densità SMT

Spaziatura tra Componenti

Figura 31b - Requisiti Standard di Distanza per la Spaziatura dei Componenti Basati sul Tipo[4-2]

NOTA: I socket (per PLCC e DIP) e i connettori dovrebbero essere lontani dai componenti BGA e CSP per prevenire la crepatura delle giunzioni saldate a causa dello stress possibile esercitato durante il secondo caricamento/rimozione di schede aggiuntive o componenti IC.

(*) Solo per il lato primario. Per il lato secondario è richiesta una distanza di 0,125 pollici per tutti i componenti SMT dai pin DIP che richiedono un dispositivo di saldatura ad onda selettiva. I connettori a pressione sono un'eccezione e non richiedono questa distanza sul lato secondario.

(**) Opzione avanzata se assolutamente necessaria:

I componenti 0402 possono essere distanti 20 mils.

I componenti 0603 possono essere distanti 25 mils.

Questi numeri si applicano solo a Viasystems e richiedono un'impostazione speciale da parte loro.

Viasystems dovrebbe essere notificata prima della costruzione della scheda.

Orientamento dei Componenti e della Scheda

È importante dedicare tempo all'orientamento accurato dei tuoi componenti poiché influisce direttamente sulla fabbricabilità della tua scheda e sull'affidabilità del processo di assemblaggio. Alcune variabili determineranno come la tua scheda verrà posizionata e saldata attraverso l'attrezzatura di assemblaggio del tuo produttore, inclusi i fori di attrezzaggio, la posizione dei connettori, i componenti ai bordi e il contorno della PCB. Vedi la Figura 32 per un confronto tra layout di schede con componenti posizionati male e quelli con spaziatura adeguata.

Figura 32a - Raggruppare Componenti Grandi Richiede Reflusso ad Alta Temperatura (può danneggiare i chip)

Questa scheda dovrà essere rifluita ad una temperatura più alta, il che potrebbe causare danni ai componenti a chip. Questo a causa della presenza di componenti grandi situati in un'area particolare della scheda.

Figura 32b - Distribuire i Componenti Grandi per una Migliore Distribuzione Termica

Per una migliore distribuzione termica è meglio distribuire i componenti grandi in tutta la scheda.

Figura 33: Terminazione Allontanata dal Pad del Componente a Causa di uno Squilibrio Termico (Tombstoning) 

Se la tua scheda è composta da componenti di grandi dimensioni con altezze superiori a 0,20 pollici, si raccomanda di rendere la spaziatura tra i componenti uguale all'altezza del pacchetto del componente più grande. Questa strategia offre ampio spazio per l'ispezione visiva e facilita le operazioni di riparazione.

Per ottenere un migliore equilibrio termico della tua scheda durante il riflusso, dovresti distribuire i componenti il più uniformemente possibile in tutta la scheda. Ciò garantirà che nessuna area della tua scheda sarà sostanzialmente più calda di un'altra. Si raccomanda anche di evitare di concentrare componenti grandi in un'unica area della scheda per aiutare a minimizzare la deformazione e la torsione, fornendo al contempo una distribuzione termica equilibrata.

Orientamento della Scheda per la Saldatura ad Onda

I produttori preferiscono tipicamente che una scheda sia orientata lungo il suo asse lungo quando passa attraverso una macchina per la saldatura. Ciò minimizzerà la complessità della configurazione e impedirà che la scheda si incurvi verso il basso durante la saldatura. Vedi la Figura 34 per un esempio che mostra un orientamento della scheda non preferito dettato dal connettore a bordo scheda, che interferirebbe con l'assemblaggio di presa se ruotato verso l'asse lungo preferito.

Figura 34 - Orientamento Scheda-Saldatura non Preferito

Orientamento dei Componenti

La posizione geografica di un componente su una PCB è importante per una corretta fabbricazione della scheda. Si raccomanda di orientare i componenti rispetto al contorno della scheda e al processo di saldatura sull'asse lungo della PCB, dove i vostri piccoli circuiti integrati a montaggio superficiale (SOIC) sono impostati in parallelo alla direzione del flusso di saldatura come mostrato nelle Figure 35 a e b.

Figura 35a: La scheda in questa Orientazione (Superiore & Inferiore) è Saldato nell'Asse Lungo (Orientamento Preferito)

Figura 35b: Orientamento dei Componenti sul Lato Inferiore per la Saldatura ad Onda (Non Preferito)

Per i componenti a chip, entrambe le terminazioni dovrebbero essere parallele all'onda di saldatura in modo che possano essere saldate contemporaneamente. Evitate l'ombreggiatura non posizionando componenti a chip perpendicolarmente l'uno all'altro. Questo aiuterà anche a evitare giunti di saldatura irregolari (e salti) che di solito mettono sotto stress le saldature. La Figura 36 mostra un esempio visivo di corretta orientazione dei componenti a chip.

Figura 36a: Buona Orientazione dei Componenti a Chip

Figura 36b: Cattiva Orientazione dei Componenti a Chip

Più ombreggiatura hai sui componenti più piccoli sulla tua scheda a causa dell'onda di saldatura, più è probabile che il tuo PCB finisca con giunzioni di saldatura aperte. Assicurati che la direzione di saldatura della tua scheda sia posizionata in modo che i componenti grandi non ombreggino i componenti a chip più piccoli come mostrato nella Figura 37 qui sotto.

Figura 37a: Buona disposizione dei componenti

Figura 37b: Disposizione dei componenti non ottimale (Ombreggiatura)

Orientamento BGA

Si raccomanda di posizionare i BGA sulla parte superiore della scheda per eliminare la possibilità di connessioni di saldatura aperte durante il secondo passaggio di riflusso. Il tuo produttore potrebbe richiedere passaggi aggiuntivi nel processo di assemblaggio se hai componenti BGA su entrambi i lati della tua scheda.

Questi passaggi aggiuntivi garantiranno un supporto temporaneo all'altro lato di un BGA durante il processo di riflusso del secondo passaggio.

Evita di posizionare componenti BGA e pacchetti quad flat più grandi (QFP) al centro del PCB per prevenire la deformazione della scheda causata da parti più pesanti. Non seguire questa linea guida può risultare in connessioni di saldatura aperte come mostrato nella Figura 38, ed è una preoccupazione per le schede standard da 0.062” quando l'area della scheda è maggiore di 25 pollici quadrati.

Figura 38 - Esempio dell'effetto di curvatura e torsione sui dispositivi BGA

Se il tuo progetto include componenti BGA su entrambi i lati della scheda, si raccomanda di disporre ogni BGA in modo sfalsato per facilitare la rilavorazione e agevolare l'ispezione delle sfere di saldatura come mostrato in Figura 39.

Figura 39 - Strategia di Montaggio BGA

Posizionamento del Chip Sotto il Dispositivo

Quando si specifica un chip sotto un dispositivo, ciò può rendere le ispezioni, la rilavorazione e i test più difficili. Se posizionati sotto i socket BGA o i socket ZIF, sarà necessario tenere conto del collasso della sfera BGA, che è tipicamente intorno al 25% del diametro della sfera. Si raccomanda di tenere in considerazione le tolleranze dello stackup con questi tipi di progetti poiché rendono impossibile ispezionare i dispositivi nascosti e rendono difficile eseguire la rilavorazione.

Limitazioni nel Posizionamento dei Pacchetti di Resistori (R-Pack)

I pacchetti di resistori con terminazione di tipo convesso e giunti di saldatura esterni sono preferiti dai produttori di PCB. Questi tipi di pacchetti di resistori hanno una migliore spaziatura e una saldatura di terminazione più semplice, il che facilita il controllo visivo e l'ispezione dei giunti di saldatura.

Posizionamento dei Condensatori

Per mantenere il tuo progetto coerente e assistere nel processo di assemblaggio, si raccomanda di posizionare tutti i condensatori polarizzati in un'orientazione in cui l'estremità positiva sia a destra o in basso. Come hai visto in precedenza, la polarità dovrebbe essere indicata sulla serigrafia sul contorno del pacchetto. I condensatori di disaccoppiamento dovrebbero sempre essere posizionati il più vicino possibile al pin di alimentazione dell'IC e orientati perpendicolarmente ai componenti SOIC e al flusso di saldatura.

Schede Double-Sided

La distanza tra i pad (da terra a terra) che sono perpendicolari e paralleli alla direzione della saldatura dovrebbe essere di almeno 0,025” per evitare ponti di saldatura. Si raccomanda inoltre di mantenere una distanza minima di 0,025” da un pad passante o dal bordo di una via fino a un pad montato in superficie o un'altra via.

Componenti e Saldatura ad Onda

Tutti i componenti utilizzati sui lati di un assemblaggio destinati alla saldatura ad onda dovrebbero prima essere approvati dal tuo produttore per l'immersione in un bagno di saldatura. Per componenti alti (più alti di 0,0100”) come i condensatori al tantalio, si raccomanda di avere almeno 0,100” di spazio libero da terra a terra (da tutte le direzioni) per evitare salti e connessioni aperte durante l'operazione di saldatura ad onda.

Alcuni tipi di componenti sono sensibili alla saldatura ad onda a temperature elevate, e non è consigliato posizionarli sul lato inferiore del tuo circuito stampato (strato inferiore) dove l'onda di saldatura entrerebbe in contatto con il componente. I componenti che non sono consigliati per il posizionamento sul lato inferiore di un circuito includono:

• Componenti BGA.
• Induttori non incapsulati.
• Componenti QFP.
• Dispositivi con terminali a "J".
• Connettori.
• Qualsiasi altro dispositivo che non può essere immerso nella saldatura.

Componenti Through-hole

Quando determini la dimensione finale richiesta per il PTH, tieni presente che se il PTH è troppo grande, il componente non rimarrà in posizione e potrebbe disallinearsi, aumentando la probabilità di "sollevamento" e creando cortocircuiti a causa dell'inondazione di saldatura durante la saldatura ad onda. Se il PTH è troppo piccolo, il componente potrebbe non adattarsi nel PTH e potrebbe risultare in un riempimento di saldatura insufficiente. È facile disorientare un componente through-hole, quindi i pacchetti direzionali sono preferiti rispetto a quelli bidirezionali. La Figura 40 fornisce un insieme generale di linee guida per determinare le dimensioni finite del PTH:

Figura 40 - Raccomandazioni Pin-to-Hole per Componenti Through-hole[4-3]

Con le informazioni presentate in questo capitolo, ora sei ben attrezzato per iniziare il processo di posizionamento e orientamento dei componenti per soddisfare i requisiti fondamentali di fabbricabilità. Prima di iniziare il processo di posizionamento dei componenti, si raccomanda di consultare il tuo produttore per discutere eventuali requisiti specifici di posizionamento che non sono stati delineati nelle sezioni precedenti. Ora che il tuo progetto è ben avviato verso il completamento, è il momento di finalizzare il processo di layout della scheda configurando i tuoi requisiti per i punti di test nel prossimo capitolo.

Configurare i Tuoi Requisiti per i Punti di Test

Definire i punti di test appropriati su un layout di scheda durante il tuo processo di progettazione è critico per avere il tuo PCB testato e verificato dal tuo produttore. I punti di test che stabilisci determineranno in ultima analisi l'affidabilità del tuo PCB e permetteranno al tuo produttore di identificare e diagnosticare eventuali problemi potenziali prima che la tua scheda lasci l'impianto di lavorazione. Questo capitolo coprirà i requisiti generali di test per il tuo PCB e poi entrerà nei dettagli del posizionamento dei pad di test e della panelizzazione.

Requisiti Generali per i Punti di Test

Prima di entrare nei dettagli dei requisiti per i punti e i pad di test, ci sono diverse linee guida generali da tenere a mente:

• Ogni nodo sulla tua scheda dovrebbe avere almeno un punto di prova per la sonda (preferibilmente due), inclusi i pin dei componenti che si collegano a quel nodo.
• Non è consigliato utilizzare i terminali dei componenti come punti di prova poiché questo metodo può risultare in giunzioni saldate mancanti o incrinature.
• Si raccomanda di distribuire i punti di prova su tutta la scheda, piuttosto che concentrarli in una singola area, in quanto ciò aiuterà a evitare perdite d'aria nel processo di sigillatura sottovuoto della scheda imballata.

Punti di Prova

I punti di prova possono essere via/pad, un pad di componente (PTH) o un Punto di Prova (TP) specificato con il proprio designatore di riferimento.

Vedi la Figura 41 per un esempio di via di prova passante.

Figura 41 - Via di Prova Passante

Per le sonde di prova, utilizzare i diametri dei pad di prova sottostanti per garantire risultati di test appropriati durante il processo di produzione:

• Per sonde di prova standard da 0.100”, 0.070” o 0.050”, il diametro dei pad di prova dovrebbe essere tra 0.015” e 0.040” e dovrebbero avere abbastanza superficie saldata per un contatto affidabile della sonda.
• Se il tuo design richiede l'uso di sonde da 0.030” a 0.015” (ad es. dispositivi a passo fine), i pad di prova dovrebbero avere uno spazio adeguato intorno a loro (non meno di 0.050”).
• Le sonde da 0,030” a 0,015” sono più fragili, più costose, meno affidabili e il loro uso dovrebbe essere ridotto al minimo.
• Per schede di dimensioni maggiori (più di 12” per lato), mantenere la dimensione del pad di test al minimo di 0,040”.
• In generale, i pad di prova non dovrebbero trovarsi a meno di 0,125” dal bordo della scheda.

Spaziatura dei Pad di Test e Requisiti di Attrezzaggio

La spaziatura tra i pad di test (da centro a centro) dovrebbe essere mantenuta a 0,100”. Questo consentirà l'uso di sonde più grandi che sono meno costose da configurare e forniscono una lettura più affidabile.

Minore è la spaziatura tra i pad di test, maggiore è la probabilità che il tuo produttore debba utilizzare sonde più piccole, più costose e meno affidabili come mostrato nella Figura 42.

Figura 42 - Spaziatura dei Pad di Test

Pad di Test per Schede SMT

I componenti sulle schede SMT che sono alti 0,35 pollici (o più) sono difficili da sondare, quindi si raccomanda di mantenere una distanza di 0,100 pollici tra i pad di test e il bordo di questi componenti. Questo eviterà la necessità di ritagli o alleggerimenti nella piastra di sonda se la distanza pad-componente scende sotto il minimo richiesto come mostrato in Figura 43.

Figura 43 - Distanza Pad di Test a Componente per Componenti Alti più di .200 pollici

Per i componenti meno alti di 0,35 pollici, i pad di test dovrebbero essere posizionati a non meno di 0,040 pollici dal bordo del componente.

Questo eviterà di danneggiare sia la sonda che il componente a causa delle tolleranze nel posizionamento dei componenti e nel fissaggio come mostrato in Figura 44.

Figura 44 - Distanza Pad di Test a Componente per Componenti con Altezza Inferiore a 0.200 pollici

Requisiti degli Strumenti di Test

Al minimo, sono richiesti due fori di attrezzaggio sulla PCB. Dovrebbero essere il più lontani possibile, posizionati diagonalmente, e avere un diametro di 0,125 pollici. L'area di zona libera intorno ai fori di attrezzaggio dovrebbe avere un raggio anulare di 0,125 pollici.

Panelizzazione

La panelizzazione, nota anche come metodo step-and-repeat, è il metodo di posizionamento di due o più PCB su un unico pannello, che consente di fissare le schede durante la fabbricazione, la spedizione e l'assemblaggio. Poiché il costo del tuo PCB è calcolato per pannello, il tuo costo sarà direttamente influenzato dal numero di PCB che possono essere fabbricati su un pannello. La panelizzazione può anche farti risparmiare tempo elaborando più schede contemporaneamente in blocco come mostrato nella Figura 45.

Figura 45 - Circuiti rettangolari in un singolo pannello con fori per attrezzi e linguette di rottura

Le immagini dei PCB su un pannello possono essere di un singolo design o di un gruppo di vari design. Un certo numero di fori viene praticato in diverse posizioni lungo il bordo del pannello, con il contorno della scheda non completamente fresato per creare una linguetta. Una volta sul pannello, le schede possono quindi essere facilmente staccate prima o dopo essere state popolate con componenti.

Si raccomanda di consultare il proprio produttore per determinare se la panelizzazione è necessaria per la fabbricazione della propria scheda. I fattori che determineranno quante PCB possono essere inserite su un pannello includono:

• Dimensione del singolo design.
• Peso totale dei componenti posizionati.
• Dimensione del pannello dell'attrezzatura di assemblaggio.
• Spazio aggiuntivo necessario per i componenti sporgenti.

Man mano che il numero di circuiti all'interno di un pannello aumenta, la sua resistenza meccanica si indebolisce e può causare la flessione del pannello sotto il proprio peso durante l'assemblaggio e il riflusso. Sebbene un pannello più piccolo contenente meno schede possa essere più resistente, potrebbe non essere il modo più efficiente per utilizzare le dimensioni standard del pannello di fabbricazione del produttore di PCB e aggiungerà costi aggiuntivi durante il processo di assemblaggio.

Linee Guida Generali per i Pannelli

Il pannello medio è approssimativamente della dimensione di un foglio di carta A4. Le seguenti specifiche dovrebbero essere incluse per una panelizzazione standard:

• Le strisce di distacco dovrebbero misurare circa 0.400”.
• I fiduciali dovrebbero essere almeno a 0.125” di distanza da un bordo della scheda o dal bordo del telaio del pannello.
• I disegni dei pannelli dovrebbero avere fori di utensili non placcati di 0.125” situati a 0.2” dagli angoli del telaio (o secondo le linee guida del vostro produttore).
• Un disegno del design del pannello che include:
  • Dimensioni del pannello lunghezza e larghezza.
  • Dimensioni del binario di distacco.
  • Dimensioni e posizioni dei bersagli fiduciali.
  • Dimensioni e posizioni dei fori di utensili.

Strisce di Attrezzaggio

Poiché un PCB deve essere tenuto fermo dall'attrezzatura di assemblaggio, di solito è necessaria un'area priva di componenti di 0,200 pollici su entrambi i lati della scheda. Se i componenti sono più vicini di così, sarà necessaria una striscia di attrezzaggio e sarà richiesta un'area di scarto aggiuntiva di 0,400 pollici intorno ai bordi della scheda. Se il tuo progetto ha componenti che sporgono oltre i bordi del PCB, la larghezza della cornice di attrezzaggio dovrebbe essere aumentata di conseguenza. Anche se non richiesto, avere una smussatura di 0,100 pollici sull'angolo delle barre di attrezzaggio renderà più facile per l'attrezzatura di assemblaggio allinearsi con la scheda e aiuterà a evitare qualsiasi rischio di inceppamento. La figura 45 mostra un pannello standard con le strisce di attrezzaggio, i fori e le cornici incluse.

Le strisce di attrezzaggio vengono scartate dopo che l'assemblaggio è completato e i circuiti individuali sono rimossi. Se il tuo progetto non contiene componenti sporgenti e il componente più vicino al bordo è distante almeno 0,100 pollici, le strisce di attrezzaggio lungo i bordi superiore e inferiore saranno incluse come mostrato nella Figura 47 qui sotto:

Figura 47 - Strisce di Attrezzaggio Lungo i Bordi Superiore e Inferiore di un PCB

Fori di Attrezzaggio

I fori di posizionamento sono necessari per allineare e posizionare con precisione il circuito stampato nelle macchine e nei dispositivi di fissaggio per essere lavorato (ad esempio, dispositivi di fresatura, processo di stampa della pasta di saldatura, trapani, dispositivi di test, ecc.). La configurazione minima dovrebbe includere almeno due fori non metallizzati, uno in ogni angolo (opposti tra loro), con un diametro di 0,125″ e distanti 0,200” dal bordo della scheda. Un terzo foro è desiderabile, se lo spazio lo consente, poiché migliorerà l'accuratezza dell'allineamento e può essere utilizzato per garantire che la scheda non venga posizionata nel dispositivo di fissaggio nell'orientamento sbagliato.

A causa della limitazione delle teste di inserimento automatico e dei contatti degli strumenti, dovrebbe essere mantenuta una zona libera da componenti di circa 0,400” dal centro del foro. Questi requisiti possono variare a seconda della macchina di inserimento, quindi si raccomanda di consultare il proprio produttore di PCB per garantire la migliore configurazione. Il posizionamento corretto dei fori di posizionamento può essere visto nella Figura 48:

Figura 48 - Posizionamento corretto dei fori di posizionamento su un PCB

Processo di Depanelizzazione

Ci sono diversi metodi di depanelizzazione descritti di seguito, ognuno dei quali ha i suoi vantaggi a seconda dei vincoli fisici della forma della tua scheda e dei componenti associati. I tuoi requisiti di progettazione specifici determineranno quale processo di depanelizzazione utilizzare, e si raccomanda di consultare il tuo produttore per selezionare la soluzione ideale.

Linguette di Rottura

Per sostenere le singole PCB durante il processo di assemblaggio e poterle rimuovere una volta completato l'assemblaggio, vengono aggiunte diverse piccole linguette di rottura intorno al perimetro del profilo della PCB.

Per una maggiore stabilità, sono necessarie almeno due linguette su ciascun bordo della tua scheda. Queste linguette dovrebbero essere fori non metallizzati con un diametro tra i 20 mils e i 30 mils e distanziati tra i 40 mils e i 50 mils come mostrato nella Figura 49. Questo metodo ha il vantaggio di essere facile da staccare la scheda dal pannello, ma lascerà un bordo ruvido. Se hai tolleranze strette per un involucro meccanico, i fori possono essere spostati all'interno della PCB per eliminare qualsiasi materiale oltre il bordo della PCB.

Figura 49 - Linguette di Rottura

Durante la separazione, alcuni stress verranno applicati sul laminato e i componenti SMT posizionati vicino alle linguette possono essere danneggiati. Per minimizzare i danni, si raccomanda di orientare questi componenti a 90° rispetto al bordo della scheda. In generale, componenti, piste, vie e piani degli strati interni non dovrebbero trovarsi entro 0,100 pollici dai fori di separazione.

Separazione Solida

Il metodo di separazione solida è più resistente e utilizza meno materiale rispetto alle linguette di separazione, e inoltre non richiede un roditore per rimuovere una scheda da un pannello. Dopo che la PCB è stata separata, la scheda tende a lasciare un po' di materiale indesiderato sul suo bordo, che potrebbe richiedere una certa rifinitura per livellare la scheda. La Figura 50 mostra una sezione trasversale di una separazione solida su una PCB:

Figura 50 - Sezione Trasversale di Separazione Solida

Scanalatura a V

La scanalatura a V, o punteggio a V, è un'altra alternativa per separare le schede dal pannello, ed è spesso una buona opzione per schede senza componenti sporgenti. Questo metodo alternativo di depanelizzazione costa meno da implementare ed è ideale per la produzione in volume. Una sezione trasversale del metodo di scanalatura a V è mostrata nella Figura 5:

Figura 51a - Sezione Trasversale della Scanalatura a V

Staccare le schede dal pannello utilizzando l'incisione a V creerà una certa tensione lungo l'area che viene spezzata, quindi si raccomanda di posizionare i componenti SMT ad almeno 0,100 pollici dal bordo della scheda. L'incisione a V produrrà anche un bordo della scheda grezzo e non rifinito dopo che è stato segnato dal produttore di PCB. La figura 51b mostra le linee di incisione richieste su un pannello per il metodo di incisione a V:

Figura 51b - Linee di Incisione Richieste e Dettagli su Pannello Inciso a V

Schede PCB di Forma Irregolare

Se stai progettando una PCB di forma irregolare, si raccomanda di utilizzare la tecnica di panelizzazione durante il processo di assemblaggio per semplificare il processo di produzione per la tua scheda.

Questo fornirà alcuni pezzi di scarto di materiale come mostrato nella Figura 52:

Figura 52 - Scheda Irregolare con Pannelli di Riempimento

Finalizzare il Layout della Tua Scheda

Aggiungendo punti di test adeguati su una scheda, aumenterete significativamente la probabilità di rilevare eventuali errori legati alla produzione durante il processo di validazione post-produzione. Dato che ogni progetto ha le sue limitazioni e vincoli fisici unici, è sempre consigliato consultarsi con il proprio produttore per determinare la collocazione ideale dei punti di test. Con il processo di layout della vostra scheda completamente completato, è ora il momento di passare al processo di documentazione post-progetto per comunicare chiaramente l'intento progettuale al produttore scelto.

Documentare la Vostra PCB per la Fabbricazione

Prima di poter inviare il vostro progetto alla produzione, dovrete assicurarvi che sia adeguatamente documentato per comunicare chiaramente il vostro intento progettuale. Sebbene i file elettronici come Gerber e ODB++ forniscano abbastanza informazioni di base per realizzare la vostra scheda, non includono tutti i dettagli minuziosi nella vostra testa su come intendete far produrre la vostra scheda.

La fase di documentazione è la tua occasione per documentare con precisione il layout della tua scheda ed evitare qualsiasi tipo di incomprensione riguardante l'intento progettuale che tipicamente si verifica quando gli obiettivi di progettazione non sono chiaramente trasmessi. Questo capitolo si concentrerà sulla creazione di un modello standard di documentazione per PCB e descriverà tutti i dettagli necessari che vorrai includere per aumentare la comprensione da parte del tuo produttore. Il capitolo seguente tratterà poi gli aspetti specifici del tuo disegno principale. Questo e il capitolo seguente attingono informazioni dallo standard, IPC-D-325A[6-1].

Dimensioni del Disegno

Il primo passo per creare un disegno principale è selezionare un'area di disegno appropriata per contenere tutti i tuoi disegni. Le dimensioni della tua area di disegno sono riferite come la dimensione del disegno e dovrebbero essere conformi alle dimensioni standard ANSI-Y 14.1[6-1] come mostrato nella Figura 53[6-2]. Se possibile, le dimensioni dei disegni dovrebbero essere mantenute consistenti per tutta la documentazione, pur aderendo alle politiche di documentazione della tua azienda.

Figura 53 - Dimensioni Standard del Disegno per la Documentazione PCB

Blocchi Primari di un Modello PCB per la Fabbricazione e l'Assemblaggio

Ci sono diversi blocchi che devono essere inclusi nel tuo disegno PCB. Un blocco include dettagli e specifiche aggiuntive che aiuteranno a definire chiaramente i tuoi requisiti di progettazione per la produzione e dovrebbe essere completamente dettagliato per evitare potenziali ritardi o errori nella produzione. La figura 54 mostra uno spazio di disegno vuoto con i blocchi evidenziati.

Figura 54 - Spazio di Disegno PCB Vuoto con Blocchi Evidenziati

Zonizzazione

La zonizzazione è utilizzata per fornire un riferimento a un disegno ed è particolarmente utile con disegni multi-pagina. Sebbene tu possa zonizzare un disegno in diversi modi, si raccomanda di scegliere un metodo e utilizzarlo in tutti i tuoi progetti per una questione di coerenza. Il metodo presentato in questa guida include le seguenti linee guida (vedi Figura 55):

• I bordi orizzontali (superiore e inferiore) del foglio di disegno devono essere etichettati iniziando con "A" nella parte più a sinistra in alto del disegno e aumentando alfabeticamente man mano che ti sposti verso destra.
• Sui lati verticali (sinistro e destro) inizia con "1" in alto e continua verso il basso aumentando numericamente man mano che ti sposti verso il basso.
• Tutte le lettere devono essere maiuscole.

Figura 55 - Esempio di Metodo di Zonizzazione

Blocco Titolo

Il Blocco Titolo è una parte importante del tuo progetto PCB, in quanto comunica al tuo produttore le informazioni di base necessarie per la fabbricazione della tua scheda. Quando crei il Blocco Titolo per il tuo progetto PCB ci sono molte diverse sezioni che dovrai fornire, incluse:

• Titolo
• Scala
• Numero del disegno
• Codice gabbia
• Blocco di approvazione

Le figure sottostanti mostrano queste sezioni in dettaglio sul blocco titolo e forniscono dettagli aggiuntivi su ciò che deve essere incluso:

Titolo e Sottotitolo

Il Titolo e il Sottotitolo forniscono una descrizione breve e precisa del PCB e dovrebbero essere scritti in lettere maiuscole.

Figura 56 - Blocco Titolo e Sottotitolo

Scala

La Scala è il rapporto tra il progetto reale e l'immagine e dovrebbe essere descritta in forma frazionaria.

Figura 57 - Blocco Scala

Numero del Disegno (DWG. NO.)

Il Numero del Disegno è usato per l'archiviazione e l'identificazione del Progetto PCB.

Figura 58 - Blocco Numero del Disegno

Codice Gabbia (se applicabile)

Il Codice Gabbia è una stringa di cinque caratteri usata dal governo federale per identificare un'attività commerciale.

Figura 59 - Blocco Codice Gabbia

Blocco di Approvazione

Il Blocco di Approvazione è utilizzato affinché gli individui (disegnatori, progettisti, verificatori, ecc.) possano approvare un progetto.

Figura 60 - Blocco di Approvazione

Sebbene i requisiti possano variare a seconda degli standard CAD stabiliti dalla tua organizzazione, le cinque sezioni sopra sono considerate i requisiti minimi necessari per un blocco titolo. Dovresti lavorare per stabilire i tuoi standard di blocco titolo per i progetti futuri. I blocchi mostrati nelle figure sottostanti includono dettagli opzionali che potrebbero essere rilevanti per le specifiche del tuo progetto.

Blocco Applicazione

Il Blocco Applicazione è opzionale e suddiviso in due parti, la prima è la sezione ‘USED ON’ e l'altra è la sezione ‘NEXT ASSY’. La sezione ‘NEXT ASSY’ indica all'ingegnere il prossimo assemblaggio in cui verrà utilizzata la parte, mentre ‘USED ON’ si riferisce all'assemblaggio principale che ospita il prossimo assemblaggio.

Figura 61 - Blocco Applicazione

Blocco Revisioni

Il Blocco Revisioni è utilizzato per tenere traccia della revisione del progetto e può essere visto nella Figura 62 qui sotto. Assicurati di attenerti allo schema di revisione della tua azienda, ma se non esiste uno schema, utilizza lo schema di revisione suggerito di seguito:

• La prima revisione è indicata con una "A"
• La seconda revisione è indicata con una "B" e così via
• Se si esauriscono le lettere, introdurre una seconda lettera. "AA" → "AB"

Figura 62 - Blocco di Revisione

Numero del Contratto

Il Numero del Contratto, noto anche come numero dell'ordine di acquisto, è utilizzato per collegare e tracciare un progetto.

Figura 63 - Numero del Contratto

Chiave di Distribuzione

La Chiave di Distribuzione è utilizzata per la distribuzione interna a determinati dipartimenti della tua organizzazione e dovrebbe essere posizionata direttamente sopra il Blocco del Titolo.

Figura 64 - Chiave di Distribuzione

Blocco dei Materiali

Il Blocco dei Materiali contiene numeri corrispondenti alle note appropriate, specificando i materiali utilizzati.

Figura 65 - Blocco dei Materiali

Blocco dello Stato di Revisione

Il Blocco dello Stato di Revisione contiene informazioni che si trovano sulla prima pagina del disegno principale e mostra lo stato di revisione per ogni singolo foglio del disegno. Questo blocco dovrebbe essere situato nell'angolo in alto a destra del tuo template di PCB.

Figura 66 - Blocco dello Stato di Revisione

Blocco del Foglio di Continuazione

Il Blocco di Continuazione viene utilizzato per le pagine successive alla prima. Un Blocco di Continuazione deve essere posizionato nell'angolo in basso a destra della pagina come mostrato nella Figura 67 e dovrebbe includere:

• Blocco di approvazione (se necessario)
• Codice gabbia
• Numero del disegno
• Revisione del disegno (opzionale)
• Numero della pagina
• Scala
• Dimensione

Figura 67 - Fogli di Continuazione

Blocchi Principali di un Template PCB per la Fabbricazione e l'Assemblaggio

Blocco Titolo Schematica

Sebbene un Blocco Titolo Schematica condivida molte delle stesse informazioni del suo corrispettivo PCB, inclusi dimensione del disegno, data, titolo e revisione (vedi Figura 67), presenta anche una serie di differenze come descritto di seguito:

Figura 68 - Blocco Titolo Schematica

Blocco Documenti di Riferimento

Il Blocco Documenti di Riferimento elenca la documentazione di produzione del progetto richiesta.

Figura 68 - Blocco Documenti di Riferimento

Numero del Disegno di Assemblaggio

Il Numero del Disegno di Assemblaggio è il numero unico assegnato al Disegno di Assemblaggio. Il Disegno di Assemblaggio è una rappresentazione dettagliata dell'intera struttura della scheda con tutti i componenti posizionati.

Numero del Disegno di Fabbricazione

Il Numero di Disegno di Fabbricazione è il numero unico assegnato al Disegno di Fabbricazione. Il Disegno di Fabbricazione rappresenta le aree sulla scheda che richiedono costruzione, come lo stack di strati e la tabella di foratura.

Numero Documento BOM

Il Numero Documento BOM è il numero unico assegnato al documento della Distinta dei Materiali (BOM). Il BOM integra tutti gli aspetti del tuo progetto per produrre il tuo prodotto finito. Il BOM è discusso in modo più dettagliato più avanti in questa guida.

Numero Disegno PCB

Il Numero Disegno PCB è il numero unico assegnato al Disegno PCB.

Progetto

Questo blocco è utilizzato per inserire il nome o il numero del progetto principale.

 

Nome File

Il nome del file si riferisce al nome del file salvato, inclusa l'estensione.

 

Nome e Indirizzo Azienda

Questa area è per il nome della tua azienda e l'indirizzo postale.

 

Finalizzare la Tua Documentazione di Base per la Fabbricazione

Comunicare le informazioni di base sul proprio progetto sia al produttore che agli stakeholder riduce i rischi di incomprensioni riguardo l'intento progettuale. È vivamente consigliato utilizzare i blocchi opzionali che meglio si adattano alle esigenze specifiche del proprio progetto per facilitare l'organizzazione della documentazione di progetto. Una documentazione organizzata renderà più semplice far comprendere l'intento progettuale attraverso la documentazione. Ora che abbiamo affrontato la denominazione e l'organizzazione dei nostri documenti, diamo un'occhiata al contenuto del disegno principale.

Documentare il Tuo Disegno Principale

 

Il Design for Manufacturing (DFM) non riguarda solo il processo di progettazione, ma anche la consapevolezza di ciò che accade sia prima che dopo aver completato il layout della scheda, dal primo componente che si posiziona digitalmente all'ultimo pezzo che una macchina pick-and-place posiziona fisicamente sul tuo PCB. Nel suo nucleo, il DFM è tanto un'arte quanto una scienza, richiedendo agli ingegneri di essere consapevoli non solo delle proprie preoccupazioni e necessità nel processo di progettazione, ma anche delle esigenze di ogni stakeholder. È responsabilità del progettista comprendere il processo di fabbricazione dei PCB in modo da poter implementare con successo le pratiche DFM nel loro PCB.

In questa guida, abbiamo esaminato approfonditamente il DFM per la progettazione di PCB da due prospettive: fabbricazione e assemblaggio. In termini di fabbricazione, i progettisti saranno limitati dalle capacità di elaborazione e devono assicurarsi che il layout fisico nel loro sistema non violi questi vincoli. In termini di assemblaggio, il progettista deve ancora garantire che il loro layout fisico non interferisca con gli aspetti fondamentali del processo di assemblaggio e porterà a rese elevate. Per progettare un PCB di successo al primo tentativo, è necessario guardare attraverso una lente più ampia e vedere il design che si produce nel dominio digitale come un piccolo pezzo di un puzzle più grande.

L'obiettivo di questa guida è fornire ai progettisti meno esperti gli strumenti di cui hanno bisogno per assicurarsi di non violare i vincoli DFM/DFA all'interno del processo di fabbricazione dei PCB. Offriamo linee guida semplici ma importanti sui seguenti argomenti:

• Una panoramica del processo di fabbricazione
• Elementi importanti da includere nei footprint dei PCB che aiuteranno nella fabbricazione e nell'assemblaggio
• Proprietà dei materiali importanti che si applicano nella selezione dei materiali per la maggior parte dei PCB
• Consigli per strategizzare un layout di PCB per garantire una fabbricazione di successo
• Documentare il tuo PCB utilizzando disegni di fabbricazione e assemblaggio

Per saperne di più su altri importanti argomenti di progettazione PCB, dai un'occhiata alla nostra pagina dei Guide Books sul hub delle risorse di Altium.

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