Linee Guida per il Progetto di PCB Attraverso CAD per la Produzione: Come L’instradamento può Influenzare i Giunti di Saldatura

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Un paio di settimane fa sono stato ad un concerto tributo per Stan Kenton, un musicista famoso per essere stato leader di varie band musicali. Amo i grandi gruppi jazz per varie ragioni, una delle quali è osservare la configurazione dei musicisti e degli strumenti. Di solito in questo tipo di band sono presenti tra i 15 e i 20 musicisti che suonano strumenti diversi e ognuno di essi ha un ruolo preciso. Basta un errore effettuato da una sola persona per rovinare il bilanciamento così attentamente progettato dal compositore.

L’importanza di ciascun elemento dell’orchestra mi ha fatto venire in mente quanto sia importante avere un circuito stampato prodotto in maniera corretta. Basta un solo componente saldato in modo errato per produrre guasti intermittenti o per far sì che la scheda non funzioni per nulla. Esattamente come una brutta nota suonata da un sassofono può rovinare l’intero pezzo, un cattivo giunto di saldatura può rovinare l’intera scheda. Per fortuna le regole di progetto per la produzione (DFM) possono evitare queste evenienze.

C’è un’area sorprendente dove le regole DFM rivestono una notevole importanza. Il tracciamento dei PCB ha un effetto notevole sui problemi di saldatura e le regole DFM forniscono utili linee guida in questo campo. Andiamo a vedere come il tracciamento può causare problemi come giunti di saldatura freddi o il cosiddetto tombstoning e come evitare questi problemi in futuro.

Tracce con Angoli Acuti

Il primo problema che andiamo ad analizzare è quello costituito dalle tracce con angoli acuti. Anche se questa situazione non causa direttamente problemi di saldatura produce un problema di tracciamento riportato nelle linee guida DFM per PCB.

Si considerano angoli acuti gli angoli delle tracce superiori a 90 gradi. Essi fanno sì che le tracce ritornino verso loro stesse. La forma a cuneo creata dalla traccia con angolo acuto può intrappolare elementi chimici acidi durante il processo di fabbricazione. Questi elementi intrappolati non sempre vengono ripuliti come dovrebbero nella fase della pulizia del processo di produzione e danneggiano la traccia. Ciò può, alla lunga, causare rotture nelle tracce stesse o connessioni intermittenti.

^{Instradamento di tracce su un PCB}

Tombstoning Causato dalla Larghezza delle Tracce

Il cosiddetto Tombstoning si verifica quando due piccoli pin, come nelle resistenze a montaggio superficiale, si vanno a posizionare al di sopra di uno dei pad durante la saldatura. Ciò causa uno squilibrio nel calore tra i due pad durante il riflusso di saldatura. Il lato che si fonde per primo trascina in quella direzione l’intero componente causando l’effetto conosciuto come “tombstoning”.

Una delle cause di questo problema è l’utilizzo di tracce di diverse dimensioni sui due pad. Più è larga la traccia maggiore è il tempo necessario al pad connesso ad essa per riscaldarsi. Se un pad è collegato ad una traccia molto stressa e l’altro ad una molto larga, è altamente probabile che si verifichi uno squilibrio nel riflusso di saldatura e un pad potrà sciogliersi prima dell'altro.

Spesso gli ingegneri elettrici vogliono tracce di alimentazione che sono troppo ampie per far sì che il processo di saldatura del produttore sia davvero affidabile. Le linee guida per il progetto di PCB forniscono indicazione sulle larghezze minime e massime consigliate per le tracce, ma questo da solo potrebbe non essere sufficiente a risolvere il problema. Il punto chiave è quello di trovare un bilanciamento tra le esigenze del reparto di ingegneria e di quello della produzione e pervenire ad un accordo. In questo modo tutte le parti in causa possono vedere i propri requisiti soddisfatti.

^{Le regole DFM possono aiutarvi a risolvere i problemi di produzione della scheda}

Giunti di Saldatura Freddi

Un altro problema che si può verificare, quando si procede all'instradamento di tracce più spesse è la creazione di un giunto di saldatura freddo. Un giunto di saldatura freddo è un giunto nel quale la saldatura non è rifluita in modo corretto per creare una buona connessione o uno nel quale la saldatura è stata allontanata dalla connessione. Quando si effettua l’instradamento di una traccia particolarmente larga che fuoriesce da un pad, le sue dimensioni possono far sì che la saldatura fuoriesca dalla zona del pad dove essa è necessaria che rimanga per creare la connessione al componente.

La soluzione a questo problema è creare tracce la cui larghezza sia inferiore a quella del pad. Alcune linee guida DFM suggeriscono che le tracce non siano più grandi di 0.010 mils anche se questo numero può essere modificato in funzione delle esigenze del reparto di ingegneria elettrica e meccanica.

Le linee guida per il progetto di PCB  contengono molto di più che semplici consigli sulle dimensioni delle tracce. Forniscono anche suggerimenti utili sulla disposizione dei componenti, sulle dimensioni dei footprint e su vari aspetti diversi del progetto. Rispettarle fa sì che i vostri progetti abbiano un numero di errori il più basso possibile. Una scheda che non presenta errori durante il processo di fabbricazione riflette una fase di progettazione impeccabile, perfetta come l’esecuzione di  Intermission da parte della band di Stan Kenton.

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