Ebook sulla produzione di PCB

Le schede a circuito stampato hanno un ruolo fondamentale nella nostra vita. Si trovano in tutto, dai nostri televisori e computer, alle nostre lavatrici e orologi. Come progettista di PCB, comprendi il sangue, il sudore e le lacrime che rendono ogni scheda e i dispositivi che servono una realtà. È raro che qualsiasi progetto di PCB proceda senza intoppi dall'inizio alla fine. Tuttavia, ci sono una serie di passaggi che puoi intraprendere per aumentare l'efficienza e ridurre il numero di contrattempi nel processo. È di massima importanza che tu rimanga vigile e dedicato ad ogni fase del progetto per assicurarti che il tuo design sia completato in tempo, nel rispetto del budget e proprio come speravi.

Unisciti a noi mentre discutiamo argomenti e consigli relativi al processo di fabbricazione dei PCB, inclusi: 

• Come prevenire errori di posizionamento della serigrafia nella fabbricazione dei PCB
• I marcatori fiduciali sui PCB sono ancora necessari con le moderne capacità di produzione?
• Linee guida per la progettazione di PCB per la fabbricazione: come evitare errori di progettazione critici
• Linee guida per la progettazione CAD di PCB per la fabbricazione: come il tracciamento delle piste può influenzare le saldature
• Consigli per la progettazione e la fabbricazione di PCB per prevenire circuiti aperti durante la fabbricazione dei PCB
• Come il posizionamento dei componenti può influenzare il tuo budget di produzione

COME PREVENIRE GLI ERRORI DI POSIZIONAMENTO DELLA SERIGRAFIA NELLA FABBRICAZIONE DEL PCB

Se ricordate le Olimpiadi del 1996, allora saprete della forte conclusione di Kerri Strug. Ha completato il suo secondo e ultimo salto con una caviglia infortunata, regalando alla squadra degli Stati Uniti la medaglia d'oro e dimostrando l'importanza di perseverare fino alla fine. Eppure, tutti sappiamo quanto sia allettante rilassarsi e abbassare la guardia alla fine di un progetto, anche nella progettazione di circuiti stampati. Una delle ultime cose che facciamo prima di rilasciare un progetto per la fabbricazione è apportare modifiche alle immagini della serigrafia e ai designatori di riferimento della scheda. Tuttavia, la maggior parte delle volte questo passaggio non viene eseguito con la stessa diligenza del resto della progettazione. Questo può portare al rifiuto del design da parte del produttore e alla sua restituzione al progettista per le correzioni. Vediamo alcuni dei potenziali problemi con le serigrafie dei PCB e come i progettisti possono evitarli.

Concludi in forze come un ginnasta.

QUALI SONO I POTENZIALI PROBLEMI DELLA SERIGRAFIA DEI PCB?

Probabilmente vi state chiedendo cosa possa andare storto, ecco alcune delle conseguenze di non apportare le ultime modifiche alla serigrafia prima di inviare il vostro progetto.

Componenti rappresentati in modo errato: Se un serigrafato non rappresenta accuratamente i componenti previsti, può portare a confusione per i tecnici che eseguono il debug o le modifiche. Ciò può includere una forma che rappresenta in modo errato il componente associato o numeri di pin e indicatori di polarità che sono sui pin sbagliati. Si può immaginare il tipo di angoscia che i tecnici della scheda proveranno quando stanno cercando il lato positivo di un condensatore e scoprono che gli indicatori di polarità sono in realtà invertiti.

Testo del serigrafato illeggibile: Se il testo del serigrafato è illeggibile, i tecnici della scheda impiegano più tempo per interpretare i designatori di riferimento. Questo è spesso dovuto all'uso di una dimensione del carattere troppo piccola per essere leggibile o all'uso di una dimensione della larghezza di linea sbagliata. Le larghezze di linea troppo strette non verranno stampate con successo sulla scheda, mentre larghezze di linea troppo grandi si gonfieranno e diventeranno ugualmente illeggibili.

Designatori di riferimento posizionati sui componenti sbagliati: A volte i designatori di riferimento finiscono sui componenti sbagliati. Questo può accadere se un componente viene spostato ma non il designatore di riferimento, oppure può essere un errore da parte del progettista. In ogni caso, i tecnici della scheda che cercano di testare la scheda finiranno per esaminare componenti che non corrispondono a ciò che vedono nello schema.

Designatori di riferimento posizionati in modo che siano coperti dai componenti assemblati: Abbiamo visto anche molti esempi in cui i designatori di riferimento sul serigrafato finiscono sotto parti assemblate. Questo è a volte inevitabile in progetti densi, ma dovremmo fare del nostro meglio per evitare che ciò accada. Immaginate ancora i tecnici della scheda che faticano a trovare “C143” sul vostro progetto quando il designatore di riferimento non è visibile.

Inchiostro del serigrafato che copre il metallo o entra nei fori: L'inchiostro del serigrafato che finisce per coprire il metallo nudo, come i pin per montaggio superficiale o i fori metallizzati, può effettivamente causare lo scarto di una scheda. Inoltre, elementi del serigrafato che collidono con altri elementi del serigrafato o serigrafato che finisce fuori dal bordo della scheda non aiutano nessuno.

LAVORARE CON IL VOSTRO PRODUTTORE

Il primo passo per evitare questo tipo di errori è familiarizzare con le linee guida di design del serigrafato del vostro fabbricante di schede elettroniche. Vi forniranno informazioni sulle dimensioni ottimali e minime dei caratteri e sulla larghezza delle linee. Saranno in grado anche di darvi specifiche di distanza per il serigrafato rispetto ad altri oggetti, inclusi il metallo nudo e i fori metallizzati. Stabilire una buona comunicazione con il vostro fabbricante e capire cosa hanno bisogno prima di sottoporre a loro un progetto è una chiave essenziale per ridurre gli errori di produzione.

Facciamolo!

COSA PUOI FARE COME DESIGNER PER MINIMIZZARE GLI ERRORI NELLA SERIGRAFIA?

Guarda il tuo progetto con un nuovo paio di occhi, come se fossi tu il responsabile delle modifiche e del debug della scheda. Se riesci a visualizzare l'output della serigrafia del tuo progetto attraverso un visualizzatore separato, questo aiuterà nella verifica. Riesci a vedere e leggere tutti i designatori di riferimento? Hai parti con un elevato numero di pin marcate in modo da trovare il pin 1? Hai indicato la polarità corretta sulle parti appropriate? Se non riesci a leggere e interpretare la serigrafia, allora sii certo che nemmeno i tuoi tecnici saranno in grado di farlo.

Infine, utilizza i Controlli DRC della Serigrafia nel tuo sistema CAD. Assicurati di controllare la presenza di serigrafia su metallo nudo, serigrafia che invade i fori e le distanze di sicurezza della serigrafia rispetto ad altri oggetti e ad altri elementi di serigrafia. Questi controlli possono salvarti da molti problemi.

Affrontiamolo; progettare una scheda può essere molto divertente. Infatti, il routing manuale finale può essere molto catartico, specialmente dopo aver completato un posizionamento impegnativo e un routing critico. Tuttavia, il progetto deve essere preparato per i file di output finali e questo può essere un compito noioso e monotono. Non è raro che i progettisti di PCB diano meno attenzione del dovuto alla pulizia del serigrafato e ad altri compiti relativi all'output perché vogliono semplicemente terminare il progetto e passare al successivo. Ma come un ginnasta olimpico, devi finire in forza. Vuoi più idee su come finire il tuo progetto con i DRC del serigrafato? Parla con un esperto su Altium.

LA POSIZIONE DEI MARCATORI FIDUCIALI SULLE PCB È ANCORA NECESSARIA CON LE CAPACITÀ DI PRODUZIONE MODERNE?

Circa 10 anni fa, ho smesso di guardare film horror. Nei miei giorni più giovani mi divertivo davvero ad essere spaventato a morte, ma quando ho iniziato la mia carriera di ingegnere sono diventato più interessato ai generi azione e fantascienza. Questo probabilmente perché stavo ottenendo la mia giusta dose di storie horror sul lavoro quando semplici errori risultavano in incubi post-produzione catastrofici.

Quando ho iniziato la mia carriera nel design di elettronica, i componenti a foro passante erano estremamente popolari e i componenti montati in superficie erano una vista rara. Quando i pacchetti (Quad Flat Package) QFP dei microcontrollori (MCU) sono diventati popolari, non ho avuto altra scelta se non quella di migrare dalla vecchia impronta del plastic leaded chip carrier (PLCC). Questo perché il PLCC richiede un socket aggiuntivo mentre il QFP può essere montato direttamente sulla PCB. Per quanto ne sapevo, era solo questione di tempo prima che i produttori di chip smettessero di produrre MCU in pacchetti PLCC a favore di QFP o pacchetti simili.

Quando i miei fornitori di assemblaggio PCB mi hanno inviato un'email dicendo che non erano in grado di assemblare meccanicamente l'MCU sui 200 pannelli di produzione che avevo ordinato, è iniziato il mio incubo. Essendo abituato ai socket PLCC, che sono componenti a foro passante, non mi è venuto in mente di fornire marcatori fiduciali sulla PCB. Non farlo significava che tutti gli MCU con pacchetti QFP con passi minuscoli dovevano essere assemblati manualmente.

Questo ha portato a una percentuale più elevata di schede rifiutate e innumerevoli ore spese a correggere i difetti dovuti alla saldatura manuale imperfetta. Da allora, mi sono impegnato a utilizzare sempre i marcatori fiduciali nei miei progetti, anche se i miei fornitori mi dicono che hanno aggiornato le loro macchine per lavorare senza i marcatori.

Potresti finire con un vero disastro se ometti i marcatori fiduciali.

COS'È UN MARCATORE FIDUCIALE E COME AIUTA NELLA PRODUZIONE

Nel design delle PCB, un marcatore fiduciale è una forma arrotondata di rame che funge da punto di riferimento per le macchine di assemblaggio pick and place. I marcatori fiduciali aiutano le macchine a riconoscere l'orientamento della PCB e dei suoi componenti montati in superficie con pacchetti che hanno passi molto piccoli come Quad Flat Package (QFP), Ball Grid Arrays (BGAs) o Quad Flat No-Lead (QFN).

Ci sono due tipi di marcatori fiduciali comunemente trovati nei design delle PCB: marcatori fiduciali globali e marcatori fiduciali locali. I marcatori fiduciali globali sono un riferimento in rame posizionato sul bordo della PCB che permette alla macchina di determinare l'orientamento della scheda rispetto all'asse X-Y. Le macchine di posizionamento utilizzano anche il marcatore fiduciale per compensare eventuali distorsioni quando la PCB è serrata.

I marcatori fiduciari locali sono marcatori in rame che vengono posizionati all'esterno dell'angolo di un componente montato in superficie con confezione quadrata. Vengono utilizzati dalle macchine di assemblaggio per localizzare con precisione l'impronta di un componente e riducono gli errori nel posizionamento dei componenti. Questo è particolarmente importante quando si hanno componenti con confezione quadrata di grande dimensione e con passo fine nel proprio progetto.

Verificate sempre con il vostro produttore i requisiti per i marcatori fiduciari.

SONO NECESSARI I MARCATORI FIDUCIARI CON LA TECNOLOGIA DI PRODUZIONE MODERNA?

Ho sempre progettato i miei PCB con marcatori fiduciari sia globali che locali. Tuttavia, quando mi sono imbattuto in un articolo che spiegava la possibilità di omettere i fiduciari locali, sono rimasto incuriosito. Aveva senso rimuovere i marcatori fiduciari su PCB più piccoli per massimizzare lo spazio per le tracce di segnale.

A seguito dei progressi nella tecnologia di produzione, i marcatori fiduciari locali possono essere omessi in determinate condizioni. Su schede più piccole, le moderne macchine di assemblaggio possono posizionare componenti SMT utilizzando solo fiduciari globali. I marcatori fiduciari possono anche essere omessi per componenti che hanno un passo maggiore. Ad esempio, componenti montati in superficie con passi superiori a 1,0 mm possono essere posizionati con precisione dalle macchine più recenti.

Detto ciò, è importante discutere l'ampiezza delle capacità delle macchine del tuo produttore prima di rimuovere i marcatori fiduciali locali dal tuo progetto. Ho imparato a mie spese che non tutti i produttori sono dotati di macchine alimentate con la tecnologia più recente. D'altra parte, i marcatori fiduciali globali non dovrebbero mai essere omessi dai tuoi progetti. Anche se stai lavorando con alcune delle capacità di produzione più avanzate.  

LE MIGLIORI PRATICHE PER L'USO DEI MARCATORI FIDUCIALI NEL DESIGN DEI PCB

Se vuoi ottenere il massimo dall'assemblaggio automatico, devi posizionare correttamente i tuoi marcatori fiduciali. Ci sono alcune importanti linee guida quando si tratta di posizionare un marcatore fiduciale nel tuo progetto.

1. Il marcatore fiduciale è realizzato posizionando uno strato di rame non forato in forma circolare. Il marcatore fiduciale deve essere libero da maschera di saldatura.
2. La dimensione ottimale di un marcatore fiduciale dovrebbe essere tra 1mm e 3mm. Deve essere mantenuta un'area di sgombro simile al diametro del marcatore.
3. Per i fiduciali globali, 3 marcatori sono posizionati sul bordo delle schede per la migliore accuratezza. Nei casi in cui lo spazio è insufficiente, è richiesto almeno 1 marcatore fiduciale globale.
4. Il marcatore fiduciario deve mantenere una distanza di 0,3 pollici dal bordo della scheda, escludendo l'area di sgombero del marcatore fiduciario.
5. Per il fiduciario locale, posizionare almeno due marcatori fiduciari diagonalmente sul bordo esterno del componente montato in superficie.

Utilizzando un software professionale per la progettazione di PCB, è possibile posizionare un marcatore fiduciario inserendo un pad, modificando la dimensione del pad a zero e impostando i valori corretti per il diametro.  Hai bisogno di altri consigli su come posizionare i marcatori fiduciari nel tuo progetto? Contatta un esperto di Altium.

LINEE GUIDA PER LA PROGETTAZIONE DI PCB PER LA PRODUZIONE: COME EVITARE ERRORI DI PROGETTAZIONE CRITICI

Giuro che sarei stato sulla strada per diventare il prossimo MasterChef se non avessi completato la mia laurea in ingegneria. Non perché sono eccezionalmente bravo a cucinare, ma perché non ho rinunciato dopo un tentativo orribile di cucinare i vermicelli di riso fritti. Non ammollare quei lunghi fili di pasta ha risultato in una pasta con una consistenza di filo duro che era irrecuperabile. Questo è stato un buon esempio di cosa può succedere a un piatto quando non si seguono attentamente le istruzioni.

Come nella cucina, anche nel design elettronico gli errori sono inevitabili, anche per i progettisti più meticolosi. Ma alcuni errori sono così critici che si è costretti a scartare l'intero circuito stampato (PCB) e ricominciare da capo. Quando si è in paziente attesa di un prototipo di PCB per testare i circuiti, ciò può tradursi in costosi ritardi nel ciclo di sviluppo del prodotto.

ERRORI CRITICI NELLA PROGETTAZIONE DEI PCB

Tutti odiamo commettere errori. Ma, in realtà, ci vogliono due o tre tentativi per ottenere il design perfetto. Finché correggiamo gli errori nei primi progetti semplicemente tagliando le piste o usando dei ponticelli, l'impatto sul processo di sviluppo è minimo. Lo stesso non si può dire di alcuni dei seguenti errori che quasi sempre rovinano i vostri PCB.

1. Utilizzare l'Impronta Sbagliata

Sebbene la maggior parte dei componenti passivi sia disponibile sia in formato through-hole che surface-mounted, i circuiti integrati (IC), specialmente quelli a funzione speciale, sono prodotti in solo alcuni tipi di package. Confondere un Small Outline Integrated Circuit (SOIC) con un Shrink Small Outline Package (SSOP) può portare a tentare di montare un IC più piccolo su un' impronta più grande, o viceversa.Ricordati di verificare il tipo di package dei tuoi componenti controllando attentamente i loro datasheet. Non fare supposizioni e assicurati che sia le dimensioni del IC sia la sua distanza tra i pin siano corrette. Ho imparato la lezione quando ho erroneamente utilizzato la versione ‘stretta’ di un SOIC poiché la versione ‘larga’ aveva la stessa dimensione di pitch.

Usa i componenti IC corretti per evitare errori di progettazione che influenzeranno l'impronta del design.

2. Disallineamento del Bus degli Indirizzi

Durante i miei primi anni come progettista, le esigenze di memoria ad alta densità significavano utilizzare memoria Flash parallela o Static Random Access Memory (SRAM). Dovevo gestire fino a 23 bit di indirizzi e 8 bit di segnali di dati. Un errore nel corrispondere i pin di indirizzo del microcontrollore ai componenti della memoria poteva risultare in un prototipo inutilizzabile o passare un paio di giorni a tagliare e ricollegare i segnali con fili di ponticello. Per evitarlo, dovevo comprendere appieno il bus degli indirizzi del microprocessore e come ogni chip di memoria dovesse essere connesso.

3. Cattiva Progettazione del Piano di Terra

L'effetto di un corretto design del piano di massa potrebbe non essere evidente nei circuiti digitali semplici. Ma potreste ritrovarvi con un lotto di PCB popolati, ma inaccettabili se ignorate le migliori pratiche per il piano di massa nei progetti di circuiti analogici o misti. Questo può causare interferenze e diafonia, rendendo necessario produrre rapidamente un design migliore.

Fortunatamente, sono stato abbastanza fortunato da recuperare PCB con collegamenti a terra scadenti, ora mi assicuro che i futuri progetti aderiscano a corretti design del piano di massa. Ricordate di separare i piani di massa analogici e digitali in un unico punto quando è appropriato e considerate il percorso di flusso della corrente.

4. Fori di Montaggio Errati

I fori di montaggio possono essere utili per ridurre l'interferenza elettromagnetica (EMI). Tuttavia, se le coordinate dei vostri fori di montaggio sono errate, la vostra scheda funzionante non sarà fissata al suo involucro. Assicuratevi che le vostre coordinate siano esatte, altrimenti potrebbe non esserci un percorso chiaro per fissare la vite.

Per i progetti in cui il PCB è montato su un involucro, è vitale iniziare il layout del PCB posizionando i fori di montaggio sulle coordinate giuste prima di popolare altri componenti.

Trapanare non aiuterà se la posizione del foro è sbagliata in partenza.

5. Eccessiva Densità di Corrente su Rame Sottile

Cosa potrebbe andare storto quando hai coperto tutte le tue basi eseguendo calcoli del budget energetico a livello di sottocircuito? Un errore comune è non considerare la corrente totale che passa attraverso la traccia principale del segnale di tensione. Un altro errore comune è non fornire una larghezza di rame adeguata. Questi errori possono risultare in surriscaldamento o, in certi casi, nella completa rottura del rame conduttore. L'analisi corretta del budget energetico dovrebbe darti un'indicazione chiara della larghezza della traccia richiesta. Se stai lavorando con software professionale per la progettazione di PCB, come Altium Designer, puoi sfruttare gli strumenti di analisi della caduta di tensione in corrente continua per verificare il tuo calcolo.

LINEE GUIDA PER LA PROGETTAZIONE CAD DI PCB PER LA MANIFATTURA: COME LA TRACCIATURA PUÒ INFLUIRE SULLE SALDATURE

Credito editoriale: Aija Lehtonen / Shutterstock.com

Un paio di settimane fa ho assistito a un concerto che era un tributo al grande leader di big band Stan Kenton. Amo il jazz delle big band per molte ragioni, una delle quali è la configurazione dei musicisti e degli strumenti nella banda. Di solito ci sono circa 15-20 musicisti su diversi strumenti, e ognuno suona una parte diversa. Se anche solo una persona commette un errore, può rovinare l'equilibrio del brano che è stato così attentamente arrangiato dal compositore.

L'importanza di ogni membro della banda che suona armoniosamente insieme mi ha ricordato l'importanza di una scheda a circuito stampato fabbricata correttamente. Se anche solo una parte non è saldata correttamente, la scheda finita può avere guasti intermittenti, o forse non funzionare affatto. Proprio come un sassofono che suona una nota stonata può rovinare l'intero brano, una cattiva saldatura può rovinare l'intera scheda. Fortunatamente, le regole di progettazione per la fabbricazione (DFM) possono aiutarti a evitare di incontrare saldature stonate sulla tua scheda a circuito stampato.

Un'area in cui le regole DFM possono aiutare la tua scheda potrebbe sorprenderti. Il modo in cui instradi le tracce sul tuo PCB può avere un effetto diretto sui problemi di saldatura, e le regole DFM offrono alcune indicazioni in merito. Guardiamo insieme ora come l'instradamento delle tracce può causare problemi come giunzioni di saldatura fredde o il tombstoning, così che saprai cosa evitare in futuro.

TRACCE AD ANGOLO ACUTO

Il primo problema che esamineremo sono le tracce ad angolo acuto. Anche se questa situazione non porta specificamente a un problema di saldatura, è un problema di instradamento notato nelle linee guida DFM per PCB.

Gli angoli acuti nelle tracce sono tracce che hanno angoli superiori a 90 gradi. Questo fa sì che la traccia torni su se stessa. La cuneo che viene creato dall'angolo acuto della traccia può intrappolare sostanze chimiche acide durante il processo di fabbricazione. Queste sostanze chimiche intrappolate non vengono sempre pulite come dovrebbero durante la fase di pulizia della fabbricazione e continueranno a corrodere la traccia. Questo può alla fine risultare nella rottura della traccia o causare connessioni intermittenti.

Instradamento delle tracce su un PCB

PEZZI CHE SI SOLLEVANO A CAUSA DELLA LARGHEZZA DELLE TRACCE

Il tombstoning si verifica quando una piccola parte a due pin, come una resistenza montata in superficie, si alza in piedi su uno dei suoi pad durante la saldatura. Questo è il risultato di uno squilibrio di riscaldamento tra i due pad durante il riflusso della saldatura. Il lato che si fonde per primo tira la parte verso quel lato, causando l'effetto tombstoning.

Uno dei fattori che può causare questo squilibrio di riscaldamento è l'utilizzo di tracce di dimensioni diverse sui due pad. Più ampia è la traccia, più tempo ci vorrà affinché il pad a cui è connessa si riscaldi. Se un pad della parte ha una traccia molto stretta, e l'altro pad ha una traccia molto ampia, è probabile che si verifichi uno squilibrio nel riflusso della saldatura e un pad si fonderà e rifluirà prima dell'altro.

Spesso l'ingegneria elettrica desidera una traccia di alimentazione troppo ampia affinché il produttore possa saldarla in modo affidabile. Le linee guida per la progettazione PCB per la produzione hanno raccomandazioni per le larghezze minime e massime delle tracce da utilizzare su parti di dimensioni diverse, ma ciò potrebbe non risolvere il problema. La chiave per te è bilanciare i requisiti sia dell'ingegneria elettrica che della produzione e trovare un accordo comune tra i due. In questo modo, puoi soddisfare le esigenze di entrambe le parti nel tuo progetto.

Le regole DFM possono aiutarti a progettare eliminando i problemi di fabbricazione sulla tua scheda.

GIUNZIONI A SALDARE FREDDE

Un altro problema che può verificarsi quando si tracciano piste più spesse è la creazione di una giunzione a saldare fredda. Una giunzione a saldare fredda è quella in cui la saldatura non si è rifusa correttamente per realizzare una buona connessione, o che la saldatura si è staccata dalla connessione. Quando si traccia una pista spessa fuori da un pad, la dimensione della pista spessa può finire per tirare via la saldatura dal pad dove è necessaria per realizzare la connessione al componente.

La soluzione è utilizzare larghezze di piste che siano inferiori alla dimensione del pad. Alcune linee guida DFM raccomandano una pista non più larga di 0,010 mils, anche se questo deve essere nuovamente bilanciato per soddisfare le esigenze sia dell'ingegneria elettrica che di quella meccanica.

C'è molto di più nelle linee guida per la progettazione di PCB per la produzione rispetto alle raccomandazioni sul routing delle tracce che vi abbiamo fornito qui. Le linee guida DFM vi aiuteranno anche con le tecniche appropriate di posizionamento dei componenti, le dimensioni dei footprint e altri aspetti del vostro design. Questo alla fine aiuterà il vostro design a essere prodotto con il minor numero possibile di errori. Una scheda elettronica priva di errori durante la produzione è il riflesso di un buon e solido design, un po' come ascoltare la band di Stan Kenton eseguire una versione senza errori di Intermission.

Il software di progettazione PCB, come Altium Designer, dispone di capacità di routing avanzate e altre funzionalità per aiutarvi meglio a progettare secondo le vostre regole DFM. Questo vi aiuterà a consegnare un design conforme alle DFM al vostro produttore al primo tentativo.

Vuoi scoprire di più su come Altium può aiutarti con il tuo prossimo design per assicurarne la conformità DFM? Parla con un esperto di Altium.

CONSIGLI DI PROGETTAZIONE E FABBRICAZIONE PCB PER PREVENIRE CIRCUITI APERTI DURANTE LA PRODUZIONE DI PCB

Per un paio d'anni, ho vissuto in una città con una fabbrica di cioccolato e dolciumi. È stato un periodo incredibile e terribile, perché potevi andare alla fabbrica e comprare i "secondi", ovvero dolci sottostandard, con uno sconto del 75% sul prezzo normale. Di solito, l'errore era solo estetico, come il cioccolato che si crepava sopra il caramello, e tutto aveva un sapore assolutamente buono.

Quando un produttore di PCB commette un errore, a volte è solo estetico, e la scheda funzionerà comunque. Qualcosa come un disallineamento della stampa finale probabilmente non influenzerà le prestazioni elettriche, ma un disallineamento simile di una maschera di saldatura o di uno strato di rame potrebbe rovinare completamente la tua scheda. Poiché i PCB sono destinati a instradare l'elettricità, la maggior parte dei difetti significativi di prestazione sono di natura elettrica, cose come circuiti aperti, cortocircuiti e fallimenti di instradamento o di materiali.

A seconda della tua fonte, i circuiti aperti costituiscono circa un terzo dei difetti dei PCB, specialmente sotto forma di giunti di saldatura aperti. Diversi problemi possono causare circuiti aperti sulla tua scheda, variando dai materiali alla lavorazione alla manipolazione. Ecco le cause più comuni.

PASTA DI SALDATURA

Se la pasta saldante viene applicata in modo non uniforme, variando sia nella quantità depositata sia con alcune aree completamente mancate, allora non ci sarà abbastanza materiale per formare un giunto solido. Potresti ritrovarti con un circuito aperto, o un giunto debole e incline alla rottura. Un altro problema con la pasta saldante è l'inconsistenza delle temperature di riflusso sulla superficie. Se hai mai scaldato del cioccolato nel microonde, probabilmente hai notato delle zone che si sciolgono molto prima delle altre. Lo stesso tipo di variabilità può verificarsi durante il riflusso della saldatura. Se alcune aree non raggiungono la temperatura di riflusso e non si legano completamente, la connessione elettrica non si formerà, similmente a lasciare pezzi di cioccolato non sciolti nel tuo cacao o nella miscela per glassa.

Quando si applica la pasta saldante, se il rapporto di aspetto (la larghezza dell'apertura rispetto allo spessore dello stencil) è sbagliato, è più probabile riscontrare problemi con i depositi di pasta saldante. Assicurati di verificare lo spessore del strato, specialmente della tua maschera di saldatura, con il tuo produttore.

Come il cioccolato fuso, la saldatura deve raggiungere le temperature di riflusso ovunque sulla tua scheda.

CONTAMINAZIONE

Nessuno vuole mangiare cioccolato contaminato. Anche i componenti dei PCB possono essere contaminati. La contaminazione ambientale può provenire da una varietà di fonti, sia sulla scheda che nella pasta saldante. Le cause evidenti sono fuoriuscite chimiche, polvere e particelle nell'aria, e oli derivanti dal contatto fisico.

Anche l'umidità nell'aria può portare a una corrosione accelerata. Qualsiasi contaminazione o corrosione della superficie del pad o del terminale del componente può impedire alla giunzione saldante di legarsi correttamente. Controlla i controlli di qualità del tuo produttore e utilizza una manipolazione interna per assicurarti che le parti rimangano pulite e intatte.

Le impronte digitali su una scheda sono una fonte comune di contaminazione, spesso portando a corrosione e giunzioni saldanti scadenti

GAPS AND CRACKS

Le lacune causate da irregolarità superficiali possono far perdere planarità a aree del PCB, rendendo la distanza tra diversi terminali sullo stesso componente molto variabile, e impedendo ai terminali di entrare in contatto con la pasta saldante durante il riflusso. Questo è più comune se si hanno deformazioni dei componenti o irregolarità della maschera di saldatura, ma può risultare anche da problemi di disaccoppiamento termico, problemi nello stack dei layer (come bolle d'aria da un errato sfiato), o da una manipolazione fisica errata della scheda.

A volte le fessure e le crepe sono abbastanza gravi da essere visibili, ma molto spesso sarà necessario utilizzare un microscopio o raggi X per trovare problemi, specialmente con confezioni di componenti più piccole. A seconda del budget che hai a disposizione per la risoluzione dei problemi, potresti dover utilizzare test elettrici per identificare la posizione del circuito aperto e far fare al tuo produttore o a un laboratorio di test l'analisi finale delle cause principali.

Qualcosa di semplice come far cadere la tua scheda può rompere le connessioni di saldatura, specialmente se erano fragili in partenza, come un uovo di cioccolato!

Gli errori durante la fabbricazione possono essere dispendiosi in termini di tempo e costi. Puoi migliorare il processo gestendo i tuoi progetti e le informazioni del produttore con software di qualità per la progettazione di layout, come Altium Designer e Altium Vault.  Vuoi saperne di più su come le capacità di Alitum possono aiutarti a migliorare il tuo processo di progettazione e produzione?

Parla con un esperto di progettazione PCB di Altium.

COME LA POSIZIONE DEI COMPONENTI PUÒ INFLUENZARE IL TUO BUDGET DI PRODUZIONE

Con ogni nuovo progetto di PCB, arriva un momento in cui devi prendere decisioni basate su più del solo rendimento. Lo spazio fisico è facilmente trascurato nel mondo delle equazioni, degli schemi e degli oscilloscopi—spesso ci concentriamo sull'integrità del segnale piuttosto che su questioni così banali come il volume dei componenti. Nei giorni dei computer che riempivano stanze, non dovevamo essere deliberati con il nostro spazio. Tuttavia, i requisiti di costo, tempo e spazio sono chiaramente cambiati. Ora c'è un punto nel viaggio di ogni progettista in cui la realtà del loro budget (o la mancanza di esso) li colpisce direttamente in faccia, e dobbiamo rivolgerci a valutare le implicazioni di costo delle nostre decisioni—particolarmente in che modo la disposizione della nostra scheda influisce sui costi di produzione. Abbiamo fatto molta strada sia nella scalabilità dei componenti sia nella nostra conoscenza del posizionamento dei componenti. Imparando dai nostri errori, possiamo identificare alcune aree chiave che possono aiutare a mantenere il tuo progetto in un intervallo più conveniente per il budget.

COSA FA SCHIZZARE I COSTI DI PRODUZIONE?

Con la tecnologia disponibile nelle fabbriche, potrebbe sembrare che tutto sia possibile con un piccolo budget. Anche se questo può essere in gran parte vero, ogni passaggio aggiunto nel processo di produzione è un passaggio che sicuramente verrà fatturato. L'idea di un design semplicistico dovrebbe essere sempre presente nella tua mente, poiché i produttori cercheranno di addebitare per qualsiasi lavoro extra che devono fare. Questo include le macchine rapid pick and place che posizionano i componenti sulla scheda, i passaggi di saldatura guidati dalla macchina, il ribaltamento della scheda, i tempi di intervento dei lavoratori della fabbrica, e così via. Più devono manipolare la tua scheda, maggiore sarà il costo per te.

EVITA LE INSIDIE DEL BUDGET DI PRODUZIONE LEGATE ALLO SPAZIO

Ci sono centinaia di consigli e trucchi che sicuramente incontrerai e imparerai durante il tuo design. Tuttavia, le seguenti tre tattiche sono i frutti a portata di mano e amichevoli per il budget che dovresti sempre tenere a mente.

Passaggi extra nella produzione del tuo design PCB aggiungeranno costi.

• Organizzazione della Tua Scheda. Con la varietà di tecnologie di montaggio dei componenti oggi disponibili, ci ritroveremo probabilmente a mescolare componenti through-hole con componenti surface-mount. Questo rappresenta una leggera problematica per i produttori, poiché esistono modi unici per installare e saldare ciascun componente sulla PCB. Ciò aggiungerà sicuramente una pletora di passaggi aggiuntivi e tempo di lavorazione necessario per produrre la scheda, aumentando così il costo complessivo del budget di produzione. Se mantenere una sola tecnologia di montaggio è fuori questione dal punto di vista del design, allora raggruppare componenti montati in modo simile su entrambi i lati della scheda limiterà il numero di passaggi necessari per saldare con successo tali gruppi. 
• Orientamento dei Singoli Componenti.Durante la tua vita, potresti aver sentito dire di tenere le tue anatre in fila. Indipendentemente da come hai tenuto le tue anatre (o altri volatili) in tutti questi anni, devo riportarti allo stesso vecchio adagio per quanto riguarda il tuo design PCB. Mantenere i componenti sparsi su tutta la scheda non è una pratica sbagliata, ma i tuoi costi di produzione saliranno alle stelle. Tenere i tuoi componenti orientati l'uno con l'altro e in una bella fila ordinata ridurrà il tempo speso per la saldatura così come minimizzerà errori e passaggi extra necessari nella produzione. 
• Mantenere i Componenti sul Lato Superiore della Scheda.Quando si lavora con una semplice scheda a due strati, suggeriamo di mantenere i componenti sul lato superiore della scheda. A seconda delle tue limitazioni fisiche, potresti pensare "Ehi, scommetto che potrei prendere metà dei componenti da un lato e posizionarli sul fondo. Risparmierei un sacco di spazio!" Tuttavia, procedi con cautela, poiché ciò potrebbe trasformarsi in un incubo produttivo. Nella fase di assemblaggio della produzione di PCB, una macchina di posizionamento rapido può sbrigare velocemente un singolo lato del PCB. Se, tuttavia, la tua scheda richiede un secondo lato su cui posizionare i componenti, i costi potrebbero davvero lievitare.

Una buona tecnica di posizionamento abbasserà i costi di produzione del tuo PCB.

LA PRATICA RENDE PERFETTI (E RIDUCE I COSTI DI PRODUZIONE) 

Come per ogni progetto nel mondo, c'è arte e c'è scienza. Il design del tuo PCB richiederà un po' di entrambi. Tenere in considerazione l'organizzazione della scheda, l'orientamento dei componenti e il posizionamento dei componenti sul lato superiore durante le fasi iniziali del tuo progetto ti manterrà su un percorso di compromesso accettabile, mantenendo al minimo i costi di produzione. 

Un altro ottimo modo per tenere sotto controllo il budget di produzione è con gli strumenti di gestione della distinta base. Dopo tutto lo sforzo per ridurre i costi attraverso un'attenta collocazione dei componenti, potresti comunque incorrere in costi inaspettati a causa di una BOM errata. Errori in una BOM creata manualmente potrebbero rallentare o fermare la produzione del tuo design PCB, aggiungendo tempo e spese. Fortunatamente, puoi eliminare la possibilità di questi errori utilizzando strumenti di gestione BOM per creare automaticamente la tua BOM PCB.

La creazione di una BOM PCB senza errori con gli strumenti di gestione BOM ti sembra una soluzione utile? Allora gli strumenti BOM di Altium potrebbero essere la risposta che stai cercando. Se è così, scopri di più parlando con un esperto di Altium.