Wytyczne DFA dla efektywnego projektowania PCB

Każda płyta PCB, która ma stać się rzeczywistym urządzeniem, musi zostać zmontowana z wysoką wydajnością. Wymagane jest pewne strategiczne planowanie, aby zapewnić, że płyta może zostać poprawnie zmontowana za pierwszym razem. Zrozumienie podstawowych wytycznych DFA może pomóc zapewnić, że Twój projekt przejdzie przez montaż produkcyjny z minimalną liczbą wad i bez konieczności poprawek.

W tym artykule omówimy następujące punkty:

• Dlaczego DFA jest ważne w projektowaniu PCB?
• Cele DFA
  • Standaryzacja
  • Walidacja komponentów
  • Zmniejszenie błędów montażowych
• Standardy DFA
  • Orientacja komponentów z oznaczeniami polarności
  • Wymagania odstępów
  • Standardy montażu IPC
• Typowe defekty montażowe
  • Tombstoning
  • Mostkowanie lutownicze
  • Kulki lutownicze
  • Pustki w lutowaniu
• Metody inspekcji
  • Automatyczna inspekcja optyczna (AOI)
  • Inspekcja rentgenowska

DFA to proces składający się z trzech etapów. Na pierwszym etapie brane jest pod uwagę projektowanie układu płytki. Podczas tego etapu uwzględniane są odległości między komponentami, kierunek lutowania oraz redukcja kosztów montażu. Na kolejnym etapie pliki Gerber lub ODB++ są walidowane pod kątem odległości i orientacji komponentów, śladów oraz różnych metod czyszczenia. Na ostatnim etapie określane są wymagania dotyczące lutowania falowego, lutowania reflow i lutowania ręcznego.

 

Cele DFA

Standaryzacja

Każdy projektant płytek będzie miał trudności z przewidywaniem wyzwań, które mogą pojawić się podczas pracy nad nowym projektem PCB. Głównym celem standaryzacji jest zminimalizowanie poziomu niepewności poprzez używanie części i technik, które sprawdziły się wcześniej. Poniżej znajduje się kilka sposobów, aby zapewnić maksymalną standaryzację w projekcie:

• Starannie weryfikuj źródło każdego komponentu, aby zapewnić autentyczność części. Nieautoryzowane źródła zwiększają ryzyko opóźnień, dezinformacji i podrabianych części.
• Staraj się ograniczyć liczbę unikalnych obudów komponentów, aby ułatwić proces projektowania pod kątem montażu i zminimalizować potencjalne błędy. Na przykład, jeśli występują jakiekolwiek rozbieżności między obrysem a wzorem lądowania, niezbędne dostosowania układu zostaną wykonane szybciej, ponieważ projekt będzie miał mniej unikalnych wzorów lądowania.

Walidacja Komponentów

Jednym z głównych celów DFA jest walidacja komponentów, które są montowane na płytce. Postępuj zgodnie z poniższymi wytycznymi, aby pomóc producentowi efektywnie zmontować twoją płytę:

 

Zmniejszanie błędów montażowych

DFA głównie skupia się na eliminowaniu potencjalnych błędów montażowych, które mogą wystąpić. Oprócz omówionych powyżej punktów, poniższe kwestie umożliwiają producentom wytwarzanie płytek obwodów z pożądaną funkcjonalnością.

• Przestrzegaj rozmiarów, odstępów i tolerancji dla wierconych otworów, które mieszczą się w możliwościach Twojego producenta. To również zapewnia produkowalność projektu Twojej PCB.
• Przestrzegaj prześwitów i tolerancji, które mieszczą się w możliwościach Twojego CM.
• Przestrzegaj zasad dotyczących prześwitu krawędzi płytki.
• Zapewnij, aby kształt płytki umożliwiał optymalną panelizację.
• Wprowadź ulgi termiczne tam, gdzie są potrzebne.

Standardy DFA

Jak omówiono w poprzednich sekcjach, znajomość standardów DFA pomaga zaprojektować płytę w sposób efektywny i ekonomiczny. W tej sekcji przedstawimy kilka kluczowych norm DFA.

Orientacja komponentów z oznaczeniami polarności

Orientacja komponentów jest jednym z najważniejszych czynników, które należy wziąć pod uwagę na etapie przedmontażowym. Dla bezproblemowego montażu, kluczowe jest stosowanie się do jasnych i wyraźnych technik orientacji. Jako przykład weźmy diody, które mają określoną polarność. Upewnij się, że symbol schematyczny i nadruk na płytce mają właściwe oznaczenie polarności, które będzie widoczne po umieszczeniu komponentu. Ułatwi to proces inspekcji i ułatwi testowanie lub debugowanie.

 

Symbol można umieścić między dwoma pinami dla części przewlekanych, ale dla części montowanych powierzchniowo powinien być umieszczony obok urządzenia. Ponieważ te symbole mogą zajmować dużo miejsca, dla płyt HDI wystarczy kreska nad padem katody lub proste oznaczenie A (anoda) lub K (katoda).

Zawsze grupuj podobne komponenty i staraj się umieszczać je w tej samej orientacji, jeśli to możliwe. Ułatwia to szybki proces montażu. Na przykład, wszystkie QFP można umieścić w rzędzie z pinem 1 w tym samym rogu dla każdego układu scalonego.

 

Wymagania odnośnie odstępów

Odległość między komponentami wpływa na wymagania czasowe procesu montażu PCBA. W tej sekcji przyjrzymy się zalecanym standardom odstępów, aby zapewnić jakość procesu montażu.

Odległość części od krawędzi

Odległość części od krawędzi to odległość danego komponentu na płytce od jej krawędzi. Ten czynnik odgrywa ważną rolę podczas depanelizacji. W trakcie tego procesu, komponenty znajdujące się blisko krawędzi płytki będą poddane stresowi, który może wpłynąć na złącza lutownicze. Zalecamy 125 mil odstępu między krawędzią płytki a umieszczonymi na jej górnej stronie elementami SMD, ale Twój producent może zapewnić inne dopuszczalne odstępy w swoim procesie.

Czasami producenci zwiększają odstęp między komponentem a krawędzią płytki po dolnej stronie płytki. To zmniejsza możliwość uszkodzenia komponentów SMT podczas nakładania pasty lutowniczej.

Ścieżki miedziane mogą być również prowadzone bliżej krawędzi płytki. Pozwala to na zachowanie odstępu maski lutowniczej i zapobiega naruszeniu padów. Ścieżki, wylewki miedzi oraz ręcznie wkładane części muszą być umieszczone co najmniej 10 mils od krawędzi płytki. Otwory zamkowe to rodzaj projektu, który wymaga pokrycia miedzią na krawędzi płytki. Aby osiągnąć pożądane pokrycie miedzią, takie projekty będą wymagały dodatkowych kosztów i czasu realizacji.

 

Odstęp między elementem a otworem

Odstęp między elementem a otworem powinien być brany pod uwagę zarówno dla via jak i komponentów przelotowych. Określa minimalny odstęp między padem/korpusem komponentu a otworami. Taki odstęp składa się z dwóch konkretnych czynników, które muszą być spełnione, aby osiągnąć wysokiej jakości montaż.

• Odstęp od ściany otworu: Jest mierzony od rzeczywistej krawędzi otworu do krawędzi pada. Jest to również znane jako odległość wiercenia do miedzi. Minimalny wymagany odstęp wynosi około 8 mils.
• Odstęp od pierścienia anulującego: Jest mierzony od krawędzi pierścienia anulującego otworu do krawędzi pada. Minimalny wymagany odstęp wynosi około 7 mils.

 

Standardy montażu IPC

Oto niektóre inne standardy montażu IPC, których będzie przestrzegać Twój CM podczas montażu płyt.

• IPC-A-600: IPC-A-600, znany również jako IPC-600, określa poziom kryteriów akceptacji dla każdej kategorii produktu. Definiuje pożądane, dopuszczalne i niepodlegające negocjacji wymagania dotyczące płyt.
• IPC/WHMA-A-620C: Opisuje standard dla materiałów, procedur, testów i kryteriów akceptacji dla zespołów kabli i wiązek.
• IPC-A-630: Określa standardy dla obudów elektronicznych. Ten standard jest stosowany, gdy Twój CM montuje i przeprowadza proces inspekcji.

Typowe wady montażu

Ta sekcja szczegółowo opisuje wady i problemy, które najczęściej występują podczas montażu PCBA. Producenci stosują wiele metod kontroli jakości, aby unikać tych wad, a niektóre z tych metod są wymienione w poniższych podsekcjach.

Kamienie nagrobne

Kamień nagrobny, znany również jako efekt Manhattanu, odnosi się do przypadku, gdy komponent SMD jest częściowo lub całkowicie oderwany od swojej platformy lądowania. Jest to najczęstsze w przypadku małych pasywnych SMD (pakiety 0603 lub mniejsze) i występuje z powodu nierównowagi sił podczas lutowania reflow.

Sposoby zapobiegania kamieniom nagrobnym:

• Zapewnij wysoką dokładność komponentów i wysoką temperaturę preheatingu.
• Unikaj ekspozycji na wysokie temperatury i wilgotność.
• Wyłuż strefę nasycania, aby zrównoważyć siłę zwilżania na obu padach, zanim pasta osiągnie stan stopiony.

 

Zwarcia Lutowane

Zwarcia lutowane występują, gdy lut jest stosowany między dwoma przewodnikami, które nie powinny być połączone elektrycznie. Te niepożądane połączenia określa się jako zwarcia.

Sposoby zapobiegania zwarcia lutowanego:

• Upewnij się, że zawartość metalu w paście lutowniczej wynosi co najmniej 90%.
• Dokładnie wyrównaj otwory w szablonie i zmniejsz ich rozmiar o 10%.
• Zapewnij odpowiedni profil reflow.

 

Kulki Lutowane

Kulki lutowane to najczęstsza wada, która występuje podczas montażu powierzchniowego. Jest to tworzenie się małych, kulistych cząstek lutu oddzielających się od głównego ciała, które tworzy złącze. Jest to problem w procesie bezczyszczeniowym, ponieważ wiele kulek lutowniczych może utworzyć mostek między dwoma sąsiadującymi wyprowadzeniami. To powoduje problemy funkcjonalne płyty.

Sposoby zapobiegania powstawaniu kulek lutowanych:

• Rozmiary i odstępy padów powinny być projektowane zgodnie z kartą katalogową.
• Przed drukowaniem pasty lutowniczej, wypiekaj płytę.
• Upewnij się, że grubość powłoki otworu jest większa niż 25μm, co zapobiega zatrzymywaniu się wody.

 

Próżnie Lutowe

Puste przestrzenie lub otwory wewnątrz złącza lutowego są znane jako próżnie lutowe. Próżnia lutowa powstaje, gdy nie ma wystarczającej ilości cyny do ustanowienia połączenia. Próżnia lutowa zwykle składa się z powietrza.

Sposoby zapobiegania próżniom lutowym:

• Zwiększ kanał odgazowania, pozwalając gazom uciekać z płytki.
• Spróbuj użyć pasty lutowniczej bez ołowiu.

 

Metody Inspekcji

Po zamontowaniu płytki obwodu, producenci mogą przeprowadzać wiele procedur inspekcji i kontroli jakości.

Automatyczna inspekcja optyczna (AOI)

Automatyczna inspekcja optyczna (AOI) to efektywna i dokładna metoda wykrywania błędów montażu PCB przed opuszczeniem zakładu produkcyjnego. Metoda ta wykorzystuje kamery wysokiej rozdzielczości i zaawansowane oprogramowanie do przetwarzania obrazu do identyfikacji błędów montażu, takich jak brakujące lub źle umieszczone komponenty, mostki lutownicze, kule lutownicze lub kamienie nagrobne.

 

Inspekcja Rentgenowska

AXI (automatyczna inspekcja rentgenowska) jest popularnym podejściem do wykrywania ukrytych defektów w układach scalonych (IC) i matrycach kulkowych (BGA). Źródłem skanowania w tym systemie są promienie X. Można go użyć do identyfikacji dużych pustek i pęknięć. To podejście pozwala na nieniszczący dostęp do wewnętrznych geometrii i struktur kompozycyjnych. AXI rejestruje obrazy w ten sam sposób co AOI. Jedyna różnica polega na tym, że AOI skanuje przy użyciu źródła światła, podczas gdy AXI używa promieni X.

Wytyczne DFA mają na celu zapewnienie wysokiej wydajności i minimalnej ilości poprawek po montażu. Możesz zaimplementować te i wiele innych wytycznych DFA przed rozpoczęciem produkcji, używając silnika DRC w Altium Designer®. Po konsultacji z producentem możesz zaprogramować wymienione powyżej ograniczenia do zasad projektowania PCB, aby szybko wykrywać i korygować błędy. Gdy Twój projekt będzie gotowy na dokładną recenzję projektu i produkcję, Twój zespół może dzielić się i współpracować w czasie rzeczywistym za pośrednictwem platformy Altium 365™. Zespoły projektowe mogą używać Altium 365 do udostępniania danych produkcyjnych i wyników testów, a zmiany w projekcie mogą być udostępniane przez bezpieczną platformę w chmurze i w Altium Designer.

Dotknęliśmy tylko powierzchni możliwości, jakie oferuje Altium Designer na Altium 365. Zacznij swoją darmową próbę Altium Designer + Altium 365 już dziś. I koniecznie odwiedź stronę internetową Sierra Circuits, aby dowiedzieć się więcej o procesach produkcyjnych i montażowych.