Progettazione de le sagome delle piazzole PCB secondo lo standard IPC-7351

Zachariah Peterson
|  Creato: September 8, 2020  |  Aggiornato: October 20, 2021
Progettazione delle piazzole PCB con standard IPC-7351

Le sagome delle piazzole sono fondamentali per poter collegare i componenti al PCB e spetta al progettista crearne di conformi. Spesso i progettisti alle prime armi si chiedono che dimensioni devono avere le piazzole. Tecnicamente, le uniche restrizioni per le sagome delle piazzole di un PCB sono quelle imposte dai requisiti DFM del produttore. Tuttavia, molti progettisti decidono di realizzarle in conformità con lo standard IPC-7351, il quale stabilisce i requisiti per le dimensioni delle piazzole SMD nei footprint PCB.

Non è una tragedia se non progetti le piazzole basandoti sullo standard IPC-7351, ma sarebbe meglio tenere conto degli standard sulle sagome delle piazzole. Questi standard, infatti, aiutano a rispettare la spaziatura e le tolleranze sulle dimensioni dei componenti, evitando i difetti SMD più comuni come i ponti di saldatura in fase di assemblaggio. Ecco cosa devi sapere per progettare una sagoma delle piazzole PCB conforme all'IPC-7351 e su come sfruttare i tuoi strumenti di progettazione a questo scopo.

Cosa prevede lo standard IPC-7351?

Lo standard IPC-7351 specifica alcune dimensioni importanti per realizzare una sagoma delle piazzole PCB per un footprint SOIC, ovvero la larghezza delle piazzole (X), la spaziatura tra piazzole (G) e le dimensioni da un estremo all'altro delle piazzole (Z). L'immagine seguente mostra le tre variabili all'interno del footprint di un componente. Oltre a questi tre parametri, ce ne sono altri che descriveremo a breve. Per il momento, considera che dobbiamo calcolare X, G e Z per la sagoma delle piazzole PCB. Gli altri valori che ci servono per le dimensioni delle piazzole possono essere ricavati da altri input.

Dimensioni delle sagome delle piazzole PCB
Primo set di equazioni e dimensioni del modello di terreno. Qui, il passo P tra i pad è uguale alla distanza ideale tra le saldature.

Qui la sagoma delle piazzole deve essere progettata in modo da lasciare lo spazio per il filetto di saldatura su ciascun bordo dei terminali del componente, che viene quantificato con i tre valori J. Il parametro S viene misurato tra il bordo esterno del componente, mentre L si misura dalle estremità dei terminali. W è semplicemente la larghezza della porzione del terminale del componente che entrerà in contatto con la piazzola. I pedici “min” e “max” si riferiscono rispettivamente alla dimensione minima o massima, il che significa che devono comprendere le tolleranze dimensionali. I valori C rappresentano le tolleranze per ciascuna dimensione. Un riepilogo di questi valori è presente nella tabella di seguito.

Parametro

Analogo a...

Tolleranza

S: distanza da bordo a bordo del package

G

Cs

W: larghezza del terminale del componente

X

Cw

L: distanza da terminale a terminale

Z

Cl

 

Tolleranza di fabbricazione e standard IPC-735*

 

Infine, F è la tolleranza di fabbricazione. Una buona macchina pick-and-place avrà tolleranze di fabbricazione 3 sigma di 0,01 mm (0,4 millesimi di pollice). Questo valore è paragonabile a ciascun valore C ma è molto più piccolo di P. Per un'approssimazione valida per i componenti, P deve essere di alcuni millesimi di pollice o più. F e i tre valori C possono essere ignorati.

Tieni presente che lo standard IPC-7351 ha lo scopo di fornire una descrizione generale delle sagome delle piazzole SMD. Tuttavia, esistono altri standard della serie IPC-735* che indicano requisiti più specifici per i diversi componenti, tra cui piedini ad ala di gabbiano a due e quattro lati, J-lead, componenti BGA e altri ancora. Dai un'occhiata a questo documento (consulta l'ultima pagina) per un elenco degli standard della serie IPC-735* sui vari componenti.

Cos'altro prevede lo standard IPC-7351?

Lo standard IPC-7351 ha creato una libreria CAD unica per tutto il mondo con le informazioni sui componenti utilizzate nelle piattaforme CAD. Un aspetto fondamentale nello standardizzare e favorire l'automazione della fabbricazione e dell'assemblaggio dei PCB, consiste nel raggiungere un'uniformità nei footprint PCB. Lo standard IPC-7351 per le sagome delle piazzole PCB stabilisce che i componenti elettronici debbano avere un orientamento fisso zero, in modo che tutte le immagini CAD siano ruotate nello stesso modo.

Il footprint dei componenti è molto più di un semplice disegno su carta. Nel software CAD, include la sagoma delle piazzole del PCB, le marcature serigrafiche, qualsiasi apertura della maschera di saldatura e il profilo del componente definito nel layer meccanico. Gli strumenti CAD che decidi di utilizzare dovrebbero permetterti di creare tutti questi elementi chiave del footprint PCB e la sagoma delle piazzole desiderata.

Tieni presente che le equazioni sulla sagoma delle piazzole indicate sopra sono orientative e definiscono solo le dimensioni minime o massime della sagoma. Larghezza, densità e dimensioni delle piazzole dipendono in realtà anche dai requisiti DFM e dalle capacità di assemblaggio del produttore. Anche se è raro, se il produttore stabilisce una dimensione per le piazzole che supera i limiti definiti nell'equazione precedente, è necessario adottare tale valore, purché non violi altri standard o causi alcuni dei più comuni problemi di assemblaggio SMD.

Un generatore di footprint dei componenti può ridurre i tempi di progettazione

Se nel software CAD è presente uno strumento per generare simboli e footprint conformi all'IPC, puoi risparmiarti inutili calcoli durante la creazione di nuovi componenti. I tuoi strumenti CAD devono aiutarti a realizzare:

  • Simboli dello schematico: dai un'occhiata a questo articolo di Mark Harris se ti serve aiuto per creare rapidamente simboli dello schematico con un numero elevato di pin.
  • Footprint conformi all'IPC: uno strumento per generare footprint dei componenti è fondamentale per ridurre i calcoli necessari alla creazione di un footprint. Leggi questo articolo per scoprire come usare questo strumento in Altium Designer.

Quando sei pronto per progettare una sagoma delle piazzole PCB per un componente, prova a usare il generatore di footprint dei componenti in Altium Designer®. Questo strumento ti aiuterà a creare rapidamente footprint di componenti e sagome delle piazzole conformi allo standard IPC-7351. Inoltre, ti permetterà di sfruttare una serie completa di funzionalità CAD 2D e 3D per creare il layout e la co-progettazione MCAD.

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Sull'Autore

Sull'Autore

Zachariah Peterson ha una vasta esperienza tecnica nel mondo accademico e industriale. Prima di lavorare nel settore dei PCB, ha insegnato alla Portland State University. Ha condotto la sua Fisica M.S. ricerche sui sensori di gas chemisorptivi e il suo dottorato di ricerca in fisica applicata, ricerca sulla teoria e stabilità del laser casuale. Il suo background nella ricerca scientifica abbraccia temi quali laser a nanoparticelle, dispositivi semiconduttori elettronici e optoelettronici, sistemi ambientali e analisi finanziaria. Il suo lavoro è stato pubblicato in diverse riviste specializzate e atti di conferenze e ha scritto centinaia di blog tecnici sulla progettazione di PCB per numerose aziende. Zachariah lavora con altre società del settore PCB fornendo servizi di progettazione e ricerca. È membro della IEEE Photonics Society e dell'American Physical Society.

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