Rysunki na ścianach jaskiń i płytki drukowane: jak czytać rysunek montażowy PCB

„Diabeł tkwi w szczegółach”. Zastanawialiście się kiedyś nad znaczeniem tego powiedzenia? Mówi ono o znaczeniu szczegółów oraz o tym, że ich przeoczenie może powodować problemy. Tak krótkie zdanie mówi nam również o montażu PCB. Precyzyjne rozmieszczenie podzespołów ułatwia zaprojektowanie PCB. Jeśli nie przyłożymy uwagi do małych detali, może się pojawić wiele różnych problemów, które zakłócą działanie układu.

Rysunek montażowy PCB stanowi główny, kontrolowany wydruk informacji niezbędnych do kompletnego zmontowania PCB. Bez względu na to, czy jest to format .pdf, czy .jpg, rysunek może obejmować kontury podzespołów, pady do montażu powierzchniowego i przewlekanego, oznaczenia polaryzacji, oznaczenia referencyjne, kontur płytki oraz tytuły. 

Czemu służy rysunek montażowy?

Poprzez odczytanie rysunku montażowego, oznaczeń referencyjnych, oznaczeń polaryzacji i pozycji styku 1 układów scalonych, operator maszyny montażowej uzyskuje informacje niezbędne do sprawdzenia położenia podzespołów i zmniejszenia liczby błędów. Obok informacji o podzespołach, rysunki montażowe odwołują się również do aktualnej wersji schematu, normy jakości dotyczącej montażu i inspekcji, a także do zestawienia materiałowego (BOM). 

Ponadto rysunki montażowe mogą zawierać wszelkie specjalne instrukcje dla operatora maszyny. Na przykład rysunek montażowy płytki PCB, która jest przeznaczona do działania w trudnych warunkach otoczenia, może zawierać instrukcje i oznaczenia dla konkretnych podzespołów, które wymagają innych metod łączenia. Inne instrukcje specjalne mogą dotyczyć informacji o maskach lub środkach niezbędnych do zapobiegania zwarciom.

Oznaczenia referencyjne a rysunek montażowy PCB

Montując elementy bezpośrednio na płytce lub programując maszynę, która podnosi i umieszcza elementy w odpowiednich miejscach, można skorzystać z rysunku montażowego oraz oznaczeń referencyjnych, aby doprecyzować układ elementów. Każde oznaczenie referencyjne składa się z liter i cyfr, które reprezentują różne typy podzespołów. Roboty, które podnoszą i umieszczają elementy w odpowiednich miejscach, polegają na tej spójnej metodzie oznaczania podzespołów.

Oznaczenia referencyjne zawierają litery i cyfry. Ta standardowa praktyka wydaje się być wystarczająco prosta i łatwa do zachowania. Przykładowo: rezystory oznaczamy literą „R”, kondensatory literą „C”, a diody literą „D”. Jednak niektóre firmy stosują odmiany standardowych praktyk przy oznaczaniu innych podzespołów. Chociaż standardowo dioda Zenera ma oznaczenie „D”, zespoły projektowe mogą zadecydować, że będą stosować oznaczenie „Z”.

Gdy czytamy rysunek montażowy, nasza ludzka inteligencja pozwala nam zrozumieć znaczenie tych odmian. Jednak gdy pojawi się wiele różnych typów podzespołów, czemu będzie towarzyszyć zastosowanie wielopłytkowych projektów w panelach rodzin, przebijanie się przez te odmiany może być bardziej uciążliwe. 

Stosowanie paneli rodzin wymaga zachowania ciągłości numerowania schematów od jednej płytki do następnej. Na przykład niech oznaczenia liczbowe rezystorów na płytce PCB#1 rozpoczynają się od „R101” i kończą na „R125”. Gdy przejdziemy do płytki PCB#2 w panelu rodziny, numeracja rezystorów rozpocznie się od „R126”, a zakończy na „R143”. Numeracja rezystorów na płytce PCB#3 będzie się zaczynać od „R144”. Być może warto rozpocząć system numeracji od dolnej wartości i stosować go konsekwentnie na wszystkich płytkach PCB.

_{W przypadku mniejszych projektów można w ogóle nie doświadczyć problemów z oznaczeniami}

Ponieważ proces budowania płytek PCB przenosi się sprzed ludzkich oczu do robotów montażowych, wszelkie niespójności będą powodować liczne problemy. Jeśli zastosujemy dwa różne style oznaczeń dla rezystorów, robot uzna, że istnieją dwa zupełnie różne podzespoły i odrzuci płytkę PCB jako zawierającą błędy.
W poprzednim akapicie krótko wspomnieliśmy, że kondensatory zawsze mają oznaczenie referencyjne „C”. Rysunki montażowe są wartościowe, pokazując, że oznaczenie referencyjne C1 dotyczy konkretnego typu kondensatora na indywidualnej płytce PCB. 

Gdy montowane urządzenie obejmuje rodzinę paneli składającą się z kilku płytek PCB, precyzja zapewniana przez oznaczenie „C1” traci wyrazistość ze względu na inne typy kondensatorów. W przypadku płytki PCB #1 oznaczenie „C1” może dotyczyć jednego typu kondensatora, podczas gdy na płytce PCB #2 oznaczenie „C1” odnosi się do innego typu. Robot montażowy, który postrzega wszystkie płytki PCB jako jeden zespół — i wszystkie kondensatory jako część tego jednego zespołu — pogubi się, jeśli w rysunku montażowym nie będzie stosowany uporządkowany system oznaczeń.

Oznaczenia polaryzacji i symbole diod

Przy oznaczaniu polaryzacji należałoby stosować standardowe podejście. Niestety, jest wprost przeciwnie. Podczas gdy w standardowych symbolach diod kierunek przepływu prądu wskazuje strzałka, polaryzacja diody bywa oznaczana kropkami, paskami lub strzałkami. Dostawcy mogą też zdecydować, że styk 1 diody LED powinien reprezentować katodę, a potem wprowadzić zmianę i oznaczać anodę jako styk 1.
 

Żeby było jeszcze trudniej, odmiany tych systemów mogą, ale nie muszą, oznaczać polaryzację diod montowanych powierzchniowo. część tego zamieszania wynika z istnienia różnych typów oraz polaryzacji diod. Na przykład diody Zenera o odwrotnej polaryzacji mają dodatnią katodę. Diody prostownicze i LD mają ujemne katody. 

Żeby uniknąć tych problemów, można stosować odpowiednie oznaczenie referencyjne dla diody oraz literę „C” lub „K” dla oznaczenia katody zarówno na rysunku montażowym, jak i sitodruku.

Ten sam rodzaj problemów z oznaczaniem polaryzacji występuje w przypadku kondensatorów elektrolitycznych i tantalowych. Kondensatory elektrolityczne mają oznaczony zacisk ujemny, a większość kondensatorów tantalowych ma oznaczony zacisk dodatni. Biorąc kondensatory tantalowe jako przykład, rysunek montażowy będzie przedstawiał prawidłowe umiejscowienie kondensatorów wrażliwych na polaryzację. W przypadku kondensatora tantalowego o odwróconej polaryzacji dielektryk w postaci tlenku ulegnie uszkodzeniu, co spowoduje zwarcie w obwodzie i niestabilność termiczną.

Nie zbaczaj z kursu

Każdy może pogubić się w szczegółach. Rysunki montażowe zapobiegają zamieszaniu z układami scalonymi dzięki standardowej konwencji oznaczania styku 1 urządzenia. Lokalizacja tego styku na rysunku jest oznaczona kropką albo cyfrą. Zaczynając o tego styku, pozostałe styki układu scalonego mają kolejne numery nadawane w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu wskazówek zegara.

_{Znajdowanie styku powinno być tak łatwe jak czytanie mapy.}

Znalezienie styku 1 bez rysunku montażowego może być trudne. Podczas gdy niektórzy producenci oznaczają styk 1 na układzie kropką, inni stosują skośne ucięcie narożnika przy styku 1 lub opaskę. 

Zespoły projektowe często umieszczają specjalne notatki i instrukcje na rysunku montażowym. Pomagają one operatorom maszyn montażowych i innym osobom uniknąć błędów oraz opóźnień. Można na przykład wskazać, jaki typ lutu/topnika trzeba zastosować w obwodzie, żeby zostały spełnione określone wymogi dotyczące ograniczenia stosowania substancji niebezpiecznych (RoHS). 

Można również dodać uwagi dotyczące zgodności z dowolnymi wymogami w zakresie międzynarodowego handlu bronią (ITAR), które mogą dotyczyć końcowego produktu. Uwagi mogą obejmować również informacje o jakości i niezawodności produktu zgodnie z klasyfikacją IPC (Institute for Printed Circuit). 

Mając właściwe oprogramowanie do projektowania płytek PCB, można utworzyć i dodać wszystko, co będzie niezbędne dla bezproblemowego przeprowadzenia płytki przez etapy projektowania do produkcji. Dzięki doskonałej funkcji sprawdzania zasad projektowania oraz łatwemu generowaniu plików wyjściowych dla działu produkcji, Altium Designer wydaje się być mądrym wyborem. 
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o zarządzaniu rysunkami montażowymi, porozmawiaj z ekspertem Altium.