Poradnik projektowania pod kątem produkcji

Co to jest Projektowanie z myślą o Produkcji?

Celem tego poradnika jest prosty - za każdym razem otrzymać dobrą płytę. A stosowana metodologia, aby to osiągnąć, to Projektowanie z myślą o Produkcji (DFM). Możliwe, że słyszeliście już o DFM, ale co dokładnie to oznacza? 

Projektowanie z myślą o Produkcji (DFM) to proces projektowania PCB, które jest zarówno możliwe do wyprodukowania, funkcjonalne, jak i niezawodne. 

Mając na uwadze tę definicję, mamy kilka jasnych celów do osiągnięcia, przyjmując praktyki projektowe zawarte w tym poradniku:

1. Wyeliminowanie potrzeby wielokrotnego poprawiania płyty z powodu szczegółów specyficznych dla produkcji, które zostały pominięte w procesie projektowania.
2. Projektowanie i produkcja płyt, które są zarówno możliwe do wyprodukowania, jak i działają zgodnie z zamierzeniami, poprzez stosowanie zestawu najlepszych praktyk ustalonych przez weteranów projektowania PCB.
3. Zmniejszenie czasu spędzonego na rewizjach projektu i ostatecznie konsekwentne osiąganie celów dotyczących czasu wprowadzenia na rynek, poprzez stosowanie zestawu najlepszych praktyk dotyczących układu płyty i dokumentacji.

Aby osiągnąć te cele, zbudowaliśmy ten poradnik tak, aby idealnie czytało się go od początku do końca, aby pasował do Twojego procesu projektowego. Czytając każdą sekcję w kolejnych rozdziałach, będziesz mógł zastosować wiedzę na każdym etapie procesu projektowania PCB. 

Co znajdziesz w tym poradniku

Ten poradnik jest zarówno teoretyczny, jak i praktyczny, i stosuje sprawdzone oraz akceptowane nauki o projektowaniu, które skutkują w konsekwentnie produkowalnych płytach. Główne sekcje tego poradnika to:

Sekcja 1: Wytyczne projektowania dla udanej produkcji

W tej sekcji omówimy praktyki projektowe, które pozwolą uzyskać zarówno funkcjonalny, jak i produkowalny układ płyty. Sekcja ta będzie zawierać:

• Rozdział 1: Zrozumienie typowego procesu produkcji PCB i jego różnych etapów. 
• Rozdział 2: Wybór odpowiednich materiałów dla Twojej PCB, aby spełnić konkretne wymagania projektowe.
• Rozdział 3: Strategia układu PCB, w tym umieszczanie via/otworów, warstwy maski lutowniczej i dokumentacja sitodruku.
• Rozdział 4: Umieszczanie i orientacja komponentów, aby zapewnić odpowiednie odstępy i montaż. 
• Rozdział 5: Konfiguracja wymagań dotyczących punktów testowych dla udanych testów płyty przez producenta. 

Sekcja 2: Wytyczne dokumentacji dla udanej produkcji i montażu

Po zakończeniu projektowania i przygotowaniu do produkcji, przejdziemy do właściwej dokumentacji PCB, aby zapewnić producentowi krystalicznie czyste zamiary projektowe. Sekcja ta będzie zawierać:

• Rozdział 6: Zrozumienie, jakie są główne czynniki w procesie dokumentacji PCB i co należy wysłać do producenta. 
• Rozdział 7: Złożenie głównego rysunku twojego PCB, aby dokładnie przedstawić wszystkie drobne szczegóły potrzebne do wyprodukowania płytki.
• Rozdział 8: Zrozumienie, co musisz uwzględnić w swojej dokumentacji montażowej, aby stworzyć twoją gołą płytę z wybranymi komponentami. 
• Rozdział 9: Zrozumienie, dlaczego pliki produkcyjne są ważne i jakie konkretne pliki wysłać do producenta, w tym Gerbery, ODB++, IPC-2581 i specyfikację materiałową (Bill of Materials).

Do końca tej książki będziesz dobrze przygotowany, aby wdrożyć praktyki projektowania i dokumentacji do własnego, osobistego przepływu pracy, aby produkować gotowe do produkcji PCB.

Wytyczne projektowania dla udanej produkcji

Dzień z życia procesu produkcyjnego PCB

Przed podjęciem procesu projektowania pod kątem produkcji, ważne jest zrozumienie leżącego u podstaw procesu tworzenia fizycznej płytki PCB. Niezależnie od różnych technologii obecnych w każdym zakładzie, duża większość wiodących producentów przestrzega określonego zestawu kroków, aby przekształcić twój projekt z cyfrowych bitów na fizyczne płytki. Kroki w tym procesie są przedstawione na rysunku 1 i obejmują:

Standardowy proces produkcji PCB

Przesyłanie danych od klienta: Gerber, GerberX2, IPC-2581, ODB++, Netlist, NC-Drill, Rysunek produkcyjny, Specyfikacje

Przygotowanie danych: Konwersja dostarczonych przez klienta danych do narzędzi (panelizacja, grafika, programy wiercenia i frezowania)

Rdzenie/Laminaty: Cienki materiał laminowany składający się z podłoża z żywicy epoksydowej pokrytego miedzią z obu stron (FR-4 jest najczęściej używanym materiałem do projektowania PCB)

 

Pokrywanie suchą folią rezystową: Przy użyciu ciepła i ciśnienia, na powierzchnię miedzi rdzenia nakładana jest światłoczuła folia.

 

Umieszczanie grafiki: Wzory graficzne od klienta (obwody i wzory lądowań) są umieszczane na powierzchniach rdzenia pokrytych folią. Każda powierzchnia ma swój własny wzór graficzny.

Ekspozycja paneli na światło ultrafioletowe: Tworzy to ukryty obraz płytki obwodu drukowanego.

Wywoływanie paneli (usuwanie rezystu): Chemiczne usunięcie rezystu z obszarów nieutwardzonych przez przepuszczenie naświetlonego rdzenia przez roztwór chemiczny.

 

Trawienie: Chemiczne usunięcie miedzi z rdzenia we wszystkich obszarach niepokrytych przez folię rezystową, co tworzy dyskretne wzory miedziane.

 

Usuwanie warstwy ochronnej: Chemiczne usunięcie wywołanej suchej warstwy ochronnej.

 

Powłoka tlenkowa: Chemiczne obróbki miedzi w celu zwiększenia chropowatości powierzchni i poprawy przyczepności do prepregu podczas cyklu laminowania.

 

Laminowanie wielowarstwowe: Folia miedziana, prepreg (klej wielowarstwowy) i rdzenie są łączone razem pod wpływem ciepła i ciśnienia.

Wiercenie pierwotne: Wiercenie otworów przez stos paneli (rozpoczynających się od dwustronnych/jednostronnych).

 

Usuwanie zadziorów i czyszczenie: Mechaniczne usuwanie zadziorów miedzianych i czyszczenie otworów wiertniczych z zanieczyszczeń.

Desmear: Chemiczne usunięcie powłoki żywicznej ze ścianek otworów.

Nakładanie miedzi: Chemiczne osadzanie cienkiej warstwy na powierzchni panelu i ściankach otworów.

 

Nakładanie suchej warstwy światłoczułej: Przy użyciu ciepła i ciśnienia, na powierzchnię miedzi nakładana jest światłoczuła folia.

 

Ekspozycja i wywoływanie: Podobnie jak w procesie warstwy wewnętrznej dla rdzenia.

 

Galwanizacja wzoru miedzianego (elektroliza): Dodatkowa miedź (oraz cyna) jest elektrolitycznie osadzana na odsłoniętych powierzchniach miedzi bezprądowej, jak również cyna.

 

Trawienie: Miedź jest usuwana z każdego obszaru niepokrytego cyną.

 

Usuwanie rezystu: Rozwinięty suchy film rezystu jest chemicznie usuwany. Namioty, które zostały umieszczone, zapobiegły procesowi galwanizacji w otworach „niepokrytych”. 

 

Maska lutownicza i utwardzanie: Na każdą powierzchnię nakładana jest ciekła maska fotoobrazowa i suszona do sucha. Nanoszony jest również wzór i naświetlany. Panel jest rozwijany, pozostawiając wzór maski zdefiniowany przez wzór.

 

Hot Air Solder Leveling (najczęstsze wykończenie powierzchni PCB): Panele przetwarzane przez kąpiel w stopionej cynie, która pokrywa wszystkie odsłonięte powierzchnie miedzi.

 

Wykończenia powierzchni: Zgodne z RoHS lub niezgodne z RoHS.

Hot Air Leveling (HAL, HASL): Przeprowadzenie PCB przez stację fluksowania, kąpiel lutowniczą, a następnie przez noże powietrzne (aby usunąć nadmiar cyny).

Legenda i utwardzanie: Na obie strony panelu nanoszone są górne i dolne nadruki (sitodruki) zgodnie z wzorem klienta, a następnie panele są pieczone, aby utrwalić tusz. 

 

Obróbka i trasowanie: Płytka jest cięta na wymiar (znane również jako trasowanie, nacinanie, wycinanie lub profilowanie). W tym etapie dodawane są również rowki i fazowania.

 

Test elektryczny/Końcowa inspekcja: Płytka jest testowana pod kątem integralności elektrycznej (i impedancji, jeśli jest wymagana). Zwarcia i przerwy są naprawiane w tym momencie. Do mniejszych partii zazwyczaj używane są latające sondy, a do większych wolumenów - testery z łóżkiem igieł. Inne funkcje zwykle wykonywane w tym etapie to: automatyczna inspekcja optyczna (AOI), która porównuje wewnętrzne i zewnętrzne warstwy kosztów PCB z pobranymi danymi CAM pod kątem integralności i zasad projektowania, testy niezawodności oraz kontrola procesu statystycznego (SPC), gdy wymagają tego klienci.

Po ostatecznym utwardzeniu twojej płytki, producent rozpocznie proces testu elektrycznego z wykorzystaniem punktów testowych, które ustaliłeś na układzie płytki. Wszystkie płytki, które przechodzą ten proces weryfikacji, są uznawane za kompletne, a następnie trafiają do wysyłki i transportu.

Typowe czynniki kosztowe w procesie produkcji PCB[1-1]

Koszt wykonania twojej płytki drukowanej jest w dużej mierze określony przez konkretne materiały i części, które określisz w fazie projektowania. Świadomi inżynierowie poświęcą czas, aby starannie zrównoważyć czynniki kosztowe z potrzebą spełnienia zamierzonych wymagań funkcjonalnych, jak określono w specyfikacjach ich produktu. Niektóre z najczęstszych czynników kosztowych i strategii redukcji kosztów w procesie produkcyjnym są przedstawione w poniższej tabeli i obejmują:

 

Podejmowanie decyzji projektowych świadomych procesu produkcyjnego

Zrozumienie powyższej wiedzy na temat typowego procesu produkcji PCB pozwoli Ci na podejmowanie bardziej świadomych wyborów w czasie projektowania pod kątem selekcji materiałów i części. Z wiedzą o procesie produkcyjnym za nami, nadszedł teraz czas, aby przejść do praktycznego procesu Projektowania pod kątem Produkcji, zaczynając od selekcji materiałów.

Wybór Twoich Materiałów

Wprowadzenie

Każdy proces projektowy zaczyna się od wyboru materiałów, a ten rozdział skupia się na wyborze odpowiednich materiałów do projektu PCB, biorąc pod uwagę konkretne wymagania projektowe określone w twoich specyfikacjach. Będziemy się głównie skupiać na FR-4, ponieważ jest to materiał najczęściej używany w projektowaniu PCB. Jeśli twoje konkretne wymagania materiałowe nie są wymienione w poniższych sekcjach, proszę o kontakt z producentem w celu uzyskania dalszych wskazówek.

Podstawowy proces wyboru materiałów

Podczas projektowania PCB istnieje kilka opcji materiałowych do rozważenia, w zależności od unikalnych potrzeb twojego projektu. Przed wyborem materiału zaleca się najpierw określić wymagania funkcjonalne i niezawodnościowe, które twoja płyta musi spełniać. Wymagania te zwykle obejmują:

• Właściwości elektryczne
• Właściwości termiczne
• Interkonekcje (lutowane komponenty, złącza itp.)
• Integralność strukturalna płyty
• Gęstość obwodów

Jako ogólną zasadę należy pamiętać, że im bardziej zwiększasz złożoność i właściwości projektu, tym więcej kosztów poniesiesz podczas procesu produkcyjnego. Zawsze należy zachować starannie wyważoną równowagę, aby spełnić zarówno budżetowe, jak i funkcjonalne, oraz cele niezawodnościowe dla twoich konkretnych potrzeb projektowych. Zobacz Rysunek 2, aby uzyskać wizualizację, jak rozpocząć proces wyboru materiału[2-1].

Rysunek 2 - Mapa wyboru materiałów przez projektanta/użytkownika końcowego[2-1]

Dodatkowe kryteria wyboru materiałów

Podczas konstruowania kompozytu z wybranych materiałów, należy zwrócić szczególną uwagę na charakterystykę temperaturową. W praktyce materiał o najniższej dopuszczalnej temperaturze będzie określał maksymalną temperaturę gotowego produktu. Inne elementy, które również powinny być brane pod uwagę przy porównywaniu różnych materiałów, obejmują:

• Formuła żywicy
• Odporność ogniowa
• Stabilność termiczna
• Wytrzymałość konstrukcyjna
• Właściwości elektryczne
• Wytrzymałość na zginanie
• Maksymalna ciągła bezpieczna temperatura pracy
• Temperatura przejścia szklistego (Tg)
• Materiał arkusza wzmacniającego
• Niestandardowe rozmiary i tolerancje
• Obrabialność lub możliwość wykrawania
• Współczynniki rozszerzalności cieplnej (CTE)
• Stabilność wymiarowa
• Całkowite tolerancje grubości

Następne sekcje szczegółowo omówią różne właściwości materiałów dla głównych komponentów tworzących projekt PCB, w tym właściwości elektryczne, FR-4 i miedź. 

Właściwości Materiałów Szczegółowo

Właściwości Elektryczne

Najważniejszymi właściwościami do rozważenia pod kątem wymagań elektrycznych są wytrzymałość elektryczna, stała dielektryczna i odporność na wilgoć. Odsyłam do Rysunku 3 dla listy niektórych bardziej powszechnych materiałów i ich związanych wartości właściwości. Pamiętaj, aby skonsultować się z producentem w celu uzyskania bardziej szczegółowych danych na temat właściwości elektrycznych.

Rysunek 3 - Typowe Właściwości Powszechnych Materiałów Dielektrycznych [2-2]

Domyślne Wartości FR-4

Domyślne wartości dla FR-4 przedstawione poniżej na Rysunku 4 mogą być użyte jako punkt odniesienia do określenia specyficznych wymagań dotyczących materiału. Te wartości będą się zmieniać w zależności od wybranego materiału bazowego i grubości, jak pokazano w następnych sekcjach.

Rysunek 4 - Domyślne wartości materiału FR-4[2-3]

Materiał bazowy FR-4 i grubość

Wartości przedstawione poniżej na Rysunku 5 wymieniają najczęściej używane obecnie materiały FR-4 dla projektów wielowarstwowych płyt i pomogą Ci wybrać odpowiednią grubość dla twojego FR-4. Grubość konkretnych wariantów FR-4, w tym GETEK®, Rogers®, FR-406 i FR-408, jest podobna i również może być obliczona przy użyciu tej tabeli.

Rysunek 5 - Odnośnik grubości materiału FR-4[2-4]

Oznaczenie i grubość FR-4 Prepreg

Prepreg (Pre-impregnowany) to materiał w arkuszach (np. tkanina szklana), który jest utwardzany z żywicą i przetworzony do pośredniego etapu. Większość producentów PCB będzie posiadać pięć typów prepregu, w tym 106, 1080, 2113, 2116 i 7628. Odsyłam do Rysunku 6 dla specyficznych specyfikacji grubości dla każdego typu prepregu.

Uwaga: Istnieją ograniczenia co do rodzaju i liczby arkuszy prepreg, które można umieścić między warstwami płytki. Skonsultuj się z producentem w sprawie swoich konkretnych potrzeb dotyczących układu płytki, aby określić właściwe oznaczenie i grubość prepregu.

Rysunek 6 - Oznaczenie i grubość prepregu FR-4[2-4]

Typy folii miedzianej

Producenci zwykle oferują różne rodzaje folii do wyboru, najczęściej są to  elektroosadzana  miedź (ED Copper) oraz walcowana miedź. Płytki sztywne zwykle używają folii miedzianej elektroosadzanej, podczas gdy płytki sztywno-elastyczne używają folii walcowanej. Niezależnie od wybranego typu folii miedzianej, wszystkie spełnią standardowe wymagania IPC-MF-150[2-5]. Jeśli wybierzesz alternatywny typ folii, tak jak niklową lub aluminiową, upewnij się, że określisz charakterystyki na swoim rysunku głównym, aby uniknąć nieporozumień lub problemów produkcyjnych. 

Wartości oporu miedzi

W miarę jak płytki stają się gęstsze i bardziej skomplikowane, coraz ważniejsze staje się obliczanie rozłożonego oporu miedzi. Możesz użyć poniższego wzoru[2-6], aby łatwo obliczyć rezystywność w swoich ścieżkach miedzianych:

R = ρ*L/A

gdzie:

R to całkowity opór ścieżki w omach

ρ to rezystywność materiału ścieżki w omometrach

L to długość ścieżki w metrach

A to przekrój poprzeczny ścieżki w metrach kwadratowych

Możesz również skorzystać z jednego z poniższych darmowych narzędzi, aby szybko obliczyć rezystywność miedzi, bez konieczności wykonywania ręcznych obliczeń:

• Circuit Calculator[2-7]
• EEWeb Trace Resistance Calculator[2-8] 
• Endmemo Resistance Calculator[2-9] 

Zdolność przenoszenia prądu przez miedź

Na rysunku 7 można użyć jako odniesienia do zrozumienia zdolności przenoszenia prądu przez wewnętrzne warstwy dla powszechnych grubości miedzi i poziomów temperatury powyżej otoczenia. Zdolność przenoszenia prądu przez warstwy zewnętrzne jest około 2x większa niż przez warstwy wewnętrzne. Aby uzyskać bardziej szczegółowe dane na temat szerokości linii i wymagań dotyczących odstępów, należy odnieść się do IPC2221[2-10].

Rysunek 7 - Szerokości przewodów w kapsułkach[2-10]

Grubość gotowej płytki

W ramach końcowego procesu wyboru materiałów będziesz chciał obliczyć grubość gotowej płytki. Pomiar ten jest dokonywany od miedzi do miedzi i będzie reprezentować maksymalną grubość gotowej płytki. Niektóre szczegóły, o których należy pamiętać przy obliczaniu grubości płytki, to:

• Grubość płytki będzie decydować o tym, jak producent ustawi swoje maszyny do przetwarzania.
• Grubość płytki będzie wpływać na ograniczenia Twojej płytki podczas produkcji, w tym na stosunki aspektu. 
• Producenci zwykle oferują grubości laminacji od 0,0008” do 0,240”, w tym maskę lutowniczą. 
• Płytki o grubości mniejszej niż 0,05” zwykle wymagają specjalnej obsługi i przetwarzania, co może skutkować wyższymi kosztami i dłuższym czasem przetwarzania. 

Finalizowanie wyboru materiałów

Teraz posiadasz wiedzę potrzebną do finalizacji podstawowego wyboru materiałów na potrzeby Twojego kolejnego projektu PCB gotowego do produkcji. Podsumowując, materiały bazowe i wymagane wartości właściwości, które będziesz potrzebować przed rozpoczęciem procesu projektowania, to: 

 

Posiadając te wartości, możesz następnie obliczyć maksymalną grubość płytki, która będzie miała bezpośredni wpływ zarówno na koszty produkcji, jak i wymagania przetwarzania przez producenta. W następnej sekcji omówimy, jak zaplanować układ PCB pod kątem produkcji, w tym umieszczenie otworów/padów, warstwy maski lutowniczej, dokumentację sitodruku i więcej.

Planowanie układu PCB

Wprowadzenie

Mając zakończony wybór materiałów, nadszedł czas, aby zagłębić się w szczegóły układu PCB. Chociaż indywidualne procesy pracy inżynierów mogą różnić się od projektanta do projektanta, istnieje szereg podstawowych rozważań projektowych, które wymagają precyzyjnych wymagań DFM, aby uznać płytę za w 100% gotową do produkcji. W kolejnych sekcjach dowiesz się o szczegółach planowania układu PCB, w tym specyfikacjach SMT i przelotowych, dokumentacji sitodruku, zastosowaniach maski lutowniczej i więcej. 

Decydowanie między montażem przelotowym a SMT

Podczas projektowania PCB typowo wybiera się technologię montażu powierzchniowego (SMT) lub przewlekanego dla aplikacji komponentów. Jeśli jednak używasz obu metod produkcji, twoja płyta jest uznawana za hybrydową PCB. W oparciu o obecne trendy w projektowaniu PCB, zaleca się, aby większość twoich komponentów była urządzeniami montowanymi powierzchniowo (SMD), ponieważ ta technologia dominuje na rynku projektowania PCB od lat 90. i oferuje wiele zalet, w tym wyższą gęstość układów na płycie przy niższych kosztach. Pamiętaj o następujących kwestiach, decydując między SMT a przewlekanymi:

• PCB z urządzeniami przewlekanymi (PTH) są lutowane metodą fali, podczas gdy PCB z urządzeniami montowanymi powierzchniowo (SMD) mogą być lutowane falowo lub metodą przepływową. 
• Mieszanie tych dwóch technologii spowoduje konieczność stosowania oddzielnych procesów do produkcji twojej płyty i zwiększy ogólny czas oraz koszty produkcji. 
• Niektórzy producenci mogą ręcznie instalować komponenty przewlekane, co zwiększy ogólny czas i koszty produkcji. 

Metoda aplikacji komponentów, którą wybierzesz, będzie miała bezpośredni wpływ na ogólne koszty i czas produkcji. Zaleca się stosowanie SMT w profesjonalnych projektach płyt, ponieważ przekłada się to na szybsze realizacje płyt i wyższą niezawodność.

Poligrafia i identyfikatory komponentów

Wszystkie kontury komponentów na Twojej warstwie sitodruku powinny być oznaczone wskaźnikiem referencyjnym oraz wskaźnikami polaryzacji (jeśli dotyczy). Ważne jest, aby upewnić się, że te oznaczenia i wskaźniki są czytelne i widoczne nawet po zainstalowaniu komponentów, co ułatwia weryfikację po produkcji. Rysunek 8 zawiera zalecane wytyczne, gdzie powinny być umieszczone oznaczenia referencyjne i znaczniki polaryzacji na Twoim sitodruku:

Rysunek 8 - Umiejscowienie oznaczeń referencyjnych komponentów

Oznaczenia referencyjne komponentów

Rysunek 9 zawiera listę standardowych oznaczeń referencyjnych z normy IPC-2612[3-1] dla generowania symboli schematycznych. Zaleca się używanie tych oznaczeń we wszystkich układach płytek, aby pomóc zachować spójność wszystkich projektów.

Rysunek 9 - Oznaczenia referencyjne komponentów[3-1]

*Nie jest to litera klasy, ale powszechnie używana do oznaczania punktów testowych dla celów konserwacji.

Uwaga: Powyższa lista nie jest wyczerpująca. Zobacz standardową listę liter oznaczeń klas w ANSI Y32.2/IEEE Std 315 [3-2], Sekcja 22 i Indeks.

Maska lutownicza

Maska lutownicza to cienka warstwa podobna do lakieru, nakładana jako ostateczna powłoka na twoją płytę PCB, aby chronić różne elementy, w tym ścieżki miedziane i płaszczyzny masy, które nie powinny być lutowane. Do korzyści z zastosowania maski lutowniczej należą:

• Ochrona twojej płyty PCB przed uszkodzeniami spowodowanymi przez utlenianie.
• Zapobieganie kradzieży i tworzeniu mostków lutowniczych (zwarcia) między przewodnikami a polami lutowniczymi.
• Zapobieganie łuszczeniu się podczas procesu montażu, jeśli jest umieszczona bezpośrednio na gołej miedzi.

Podstawowe wymagania dotyczące odstępów dla maski lutowniczej

Wszędzie tam, gdzie potrzebne jest lutowanie lub kontakt elektryczny (wokół padów SMD i PTH, otworów narzędziowych, obszarów kontaktu ekranu, znaczników, itp...) wymagany jest odstęp maski lutowniczej. Określenie odstępu maski lutowniczej zapewnia, że nie dojdzie do naruszenia padów przez maskę lutowniczą podczas produkcji, co może skutkować mniejszym filarem lutowniczym lub całkowicie odłączonymi padami, jeśli nie zostaną określone odpowiednie wymagania dotyczące odstępów. Odniesienie do rysunku 10 poniżej dla właściwych wymagań dotyczących odstępów dla maski lutowniczej na padach i ścieżkach:

 

W powyższym przykładzie, jeśli minimalny odstęp między padem a ścieżką (kolumna B) jest mniejszy niż wymagany, wówczas maska lutownicza zostanie nałożona na pad lub odsłonięty metal na ścieżce, co może skutkować awarią płyty.

Maska lutownicza między padami SMD

Jeśli istnieje potrzeba zastosowania maski lutowniczej między padami SMD, a nie ma wystarczającej przestrzeni, aby ją zastosować, zaleca się pamiętać o dwóch rzeczach:

• Minimalnym odstępie zapewnionym między padami.
• Minimalnym rozmiarze maski lutowniczej, który Twój producent jest w stanie skutecznie odtworzyć. 

Z myślą o tych dwóch wymaganiach, zaleca się zwiększenie odstępu między padami dla aplikacji maski lutowniczej lub konsultację z producentem w celu ustalenia dodatkowych alternatyw.

Przewierty i Otwory

Przewierty są kluczowym elementem każdego projektu PCB i odpowiadają za przesyłanie prądu elektrycznego między warstwami. Mogą również stanowić znaczące obciążenie kosztów produkcji, jeśli nie będą przestrzegane spójne wytyczne dotyczące odstępów i rozmiarów. Poniższe sekcje omówią szczegóły dotyczące odstępów, wytycznych dotyczących rozmiarów oraz specyficznych zastosowań przewiertów.

Wymagania dotyczące odstępów przewiertów

Standardowe przewierty powinny utrzymywać minimalne odstępy od sąsiednich przewodników, a wielkość odstępu będzie w dużej mierze zależała od tego, czy przewiert jest zakryty czy odsłonięty. Często można zauważyć, że odsłonięte przewierty będą wymagały większych odstępów, aby zamknąć odsłonięte połączenia elektryczne w porównaniu z zakrytymi przewiertami.

Wytyczne dotyczące rozmiaru przewiertów

Podczas projektowania otworów z metalizacją, zaleca się utrzymanie stosunku 1:1 między średnicą otworu a grubością podłoża. Ta zasada pomoże zapewnić odpowiednie nagromadzenie się metalu miedzi w całym otworze podczas procesu fabrykacji. Na przykład, w podłożu o grubości 0,20 cala, otwory powinny mieć co najmniej 0,20 cala średnicy. Jednak większość producentów dysponuje szerokim wyborem rozmiarów otworów wiertarskich i zazwyczaj spełnia wymagania wykraczające poza tę ogólną rekomendację. Jedną rzeczą, którą warto pamiętać przy wyborze rozmiaru otworu, jest to, że gotowy otwór z metalizacją będzie węższy z powodu powłoki. Rysunek 11 przedstawia typowe standardowe rozmiary wiertła:

Rysunek 11 - Standardowe rozmiary wiertła dla przelotek i otworów

Pierścienie roczne

Pierścień roczny to różnica między średnicą pada a odpowiadającą jej średnicą wiercenia; innymi słowy, obszar na padzie, który otacza przelotkę. Rysunek 12 pokazuje, jak łatwo obliczyć szerokość pierścienia rocznego:

Szerokość pierścienia rocznego = (średnica pada - średnica otworu) /2

Rysunek 12 - Zalecana szerokość pierścienia rocznego

Istnieje wiele warunków, które mogą spowodować, że wywiercony otwór nie znajdzie się dokładnie w centrum podczas produkcji. Jeśli dopuszczalne jest uwzględnienie "styczności" na padach gotowego produktu, zaleca się skonsultowanie się z producentem w sprawie ich wytycznych dotyczących minimalnych szerokości pierścieni rocznych.

Aby zapewnić minimalną szerokość pierścienia rocznego 0,001” na gotowym produkcie, wszystkie pady w projekcie powinny być o 0,0008” (2 x 0,0004”) większe niż wywiercony otwór. Zapewni to, że wywiercony otwór będzie styczny do krawędzi pada. Jeśli nie wykonasz platerowania otworów przelotowych w swoich projektach, może to skutkować mniejszymi pierścieniami rocznymi, co może prowadzić do oderwania pierścienia podczas lutowania lub złamania podczas normalnej pracy płyty. Dzieje się tak z powodu braku wsparcia ze strony platerowanej tulei.

Rysunek 13 - Średnice otworów wierconych i platerowanych

Narażone via

Narażone via to narażone połączenia elektryczne, które nie są pokryte maską lutowniczą. Minimalne odstępy dla narażonych via od innych via lub lądowań nieprzylegających do pada powinny wynosić co najmniej 0,15”, przy czym preferowane jest 0,20”.

Zakryte via

Zakrywanie przelotki (tenting a via) polega na pokryciu otworu przelotki i pierścienia anulującego maską lutowniczą i powinno być ustawione jako domyślna metoda w procesie projektowania. Należy pamiętać, że zazwyczaj producent nie podejmuje dodatkowych kroków, aby zapewnić zamknięcie otworu przelotki. Jeśli chcesz mieć pewność, że Twoja przelotka jest zamknięta i zakryta, powinieneś określić w swojej specyfikacji produkcyjnej, że chcesz, aby te przelotki były zatyczane maską, co jest również nazywane wypełnieniem maską. Jest to szczególnie ważne w projektach BGA, gdzie przelotki znajdują się blisko padów SMD BGA.

Zobacz Rysunek 14, aby zapoznać się z przykładami zalecanych zastosowań zakrywania przelotek:

Rysunek 14 - Zalecane zastosowania zakrywania przelotek na BGA

Przelotki w padach i mikroprzelotki

Przelotki w padach umożliwiają bliskie umieszczanie kondensatorów bypassowych i ułatwiają trasowanie dla BGAs o dowolnym rozstawie kul, a także pomagają w zarządzaniu ciepłem i uziemieniu. Postępuj zgodnie z poniższymi wytycznymi, gdy Twój projekt wymaga użycia przelotek w padach:

• Przelotki w padach powinny być pokryte miedzią. Ponadto, przeciwna strona przelotek powinna być również pokryta miedzią (jeśli jest używana jako punkt testowy w obwodzie (ICT)), lub zakryta, aby zapewnić, że chemikalia używane do pokrywania nie zostaną uwięzione w przelotce.
• Jeśli otwory przelotowe w padach nie są zakryte, może to spowodować dodatkowe koszty montażu związane z wickingiem lutu (przemieszczaniem się lutu z zamierzonego połączenia) oraz z brakiem wystarczającej ilości lutu i pustkami w zamierzonych połączeniach.

Ślepe i zakopane przeloty

Podobnie jak w przypadku otworów przelotowych, ślepe i/lub zakopane przeloty (BBV) to otwory łączące jedną lub więcej warstw. W tym procesie, ślepa przelotka łączy warstwę zewnętrzną z jedną lub więcej warstwami wewnętrznymi, ale nie z obiema warstwami zewnętrznymi, a zakopana przelotka łączy jedną lub więcej warstw wewnętrznych, ale nie z warstwą zewnętrzną.  Jest to ważne, ponieważ tego typu przelotki pozwalają na zwiększenie gęstości układu i mogą oszczędzać miejsce na płycie, nie wymagając żadnej przestrzeni na warstwach komponentów. Zobacz Rysunek 15 jako przykład zastosowania ślepej i zakopanej przelotki:

Rysunek 15 - Ślepe i zakopane przeloty

Szczególną uwagę przy stosowaniu ślepych przelotek należy zwrócić na głębokość wiercenia (od warstwy zewnętrznej do wewnętrznej). Na przykład, jeśli masz płytę o grubości 0,062 cala i 8 warstwach, maksymalna głębokość otworu ślepej przelotki nie może przekroczyć 0,018 cala (dla przelotki o średnicy 0,035 cala z otworem o średnicy 0,018 cala).

Jako ogólna wytyczna, zachowaj ścieżki wewnętrznych warstw o około 0,016” większe niż rozmiar wiercenia, ponieważ zapewni to dobre wyniki dla twojego producenta. Zaleca się konsultację z producentem, aby lepiej zrozumieć ich ograniczenia projektowe BBV dotyczące masy miedzi, minimalnego rozmiaru wiercenia oraz maksymalnych wymagań co do stosunku wysokości do szerokości.

Vie pod BGA

Procesy przepływowe mogą powodować przesuwanie się lub przechylanie komponentów chipowych, co skutkuje zwarciami jednej strony komponentu chipowego do pobliskiej odsłoniętej vie. Z tego powodu zaleca się, aby vie pod BGA były domyślnie zabezpieczane w twoich zasadach projektowych. Użyj poniższych wytycznych dla zalecanego odstępu czyszczącego dla odsłoniętego obszaru, którego należy unikać:

• Jeśli via znajduje się obok pada SMD, powinna być oddalona co najmniej o 50% szerokości zakończenia komponentu. 
• Jeśli via znajduje się na końcu pada SMD, powinna być oddalona co najmniej o 0,15” (preferowane 0,20”).

Rysunek 16 pokazuje kilka przykładów dobrych praktyk projektowych dla vie umieszczonych blisko komponentów chipowych:

 

Rysunek 16 - Wytyczne dotyczące umieszczania vie blisko komponentów chipowych

Podkładki w kształcie łzy

Celem dodawania łezki do pada jest zmniejszenie naprężeń mechanicznych i termicznych w miejscu, gdzie ścieżka łączy się z padem, poprzez zapewnienie dodatkowego wsparcia z miedzi/metalu. Pomaga to również zapewnić, że dobre połączenia są tworzone i utrzymywane, ponieważ zwiększa to tolerancję producenta PCB, gdy zamówienie jest wiercone i występuje niezgodność rejestracji.

Proces tworzenia łezek polega na dodaniu miedzi do połączenia istniejącego pada ze ścieżką wyjściową. Ważne jest, aby przede wszystkim dodawać je do otworów przelotowych, gdzie możesz mieć małą proporcję ścieżki do pada. Powinny być również dodawane do biegów obwodów od pada (pada stałego lub przez otwór), i ta praktyka staje się ważniejsza, gdy ścieżka się zwęża. Dla ścieżek większych niż 0,20”, łezki zazwyczaj nie są potrzebne. Jako reguła, jeśli twoje urządzenie nie jest urządzeniem RF lub wysokiej częstotliwości, dodaj łezki na końcowym etapie projektowania. Rysunek 17 pokazuje różne przykłady łezek oraz zalecane odstępy i wymagania dotyczące kształtu:

Rysunek 17 - Zalecane kształty łezek

Stosunek aspektu powlekania

Stosunek wymiarów to stosunek między grubością płytki a rozmiarem wywierconego otworu (przed pokryciem)[3-4]. Ten stosunek będzie wskazówką dla producenta, aby nie przekraczał możliwości mechanicznych swojego sprzętu wiertniczego. Rysunek 18 pokazuje wizualny przykład, jak określa się stosunki wymiarów na PCB:

Rysunek 18 - Określanie stosunku wymiarów dla PCB

Na przykład, PCB o grubości 0.065″ i otworze o rozmiarze 0.020″ będzie miało stosunek wymiarów równy 3:1. Ten stosunek jest ważny, ponieważ odnosi się również do procesu pokrywania. Rozmiary otworów, które są zbyt małe w porównaniu do grubości płytki (wyższe stosunki wymiarów), mogą nie osiągnąć akceptowalnego pokrycia miedzią, gdy roztwory do pokrywania przepływają przez otwór. Rysunek 19 przedstawia ogólny zestaw wytycznych dla ustalania stosunków wymiarów:

Rysunek 19 - Macierz stosunku wymiarów dla określonych grubości płytek[3-5]

Wytyczne dotyczące rozmieszczenia, umiejscowienia i trasowania przelotek

Posiadając ustalone rozmiary i typy przelotek, nadszedł czas, aby zacząć je rozmieszczać i trasować na układzie płytki. Poniżej znajdziesz kilka wytycznych dotyczących rozmieszczania, które warto mieć na uwadze, zwłaszcza przy układach płytek wykorzystujących komponenty przewlekane lub opakowania typu SIP.

Rekomendacje dotyczące umieszczania przelotek dla komponentów przewlekanych

Gdy projekt zawiera komponenty przewlekane, zaleca się trzymać przelotki z dala od tych urządzeń, ponieważ przelotka może spowodować przepływ lutu do góry i uszkodzić te komponenty. Zaleca się również zachowanie odległości około 0,100 cala od pakietów SIP, ponieważ te pakiety mogą być nieprawidłowo włożone.

Ogólne rekomendacje dotyczące umieszczania przelotek

Ponieważ lut może przepływać przez przelotki, nie zaleca się umieszczania przelotek pod komponentami w obudowie chip, ponieważ może to skutkować uszkodzeniem, zwarcie, lub oderwaniem komponentu. Jest to również ważne, ponieważ czasami komponenty chip muszą być przyklejone lub zepoksydowane do płytki, a przelotka pod nim lub w pobliżu może zakłócić tę przestrzeń (patrz Rysunek 20 dla przykładu).

Rysunek 20 - Wytyczne dotyczące odległości przelotek dla lutowania falowego

Podczas łączenia krawędzi przelotki z krawędzią pola komponentu, nie zaleca się odległości mniejszych niż 0,010 cala, chyba że projektujesz gęstą płytę. Jeśli twoja płyta jest gęsta, będziesz musiał pokryć je maską lutowniczą. Zaleca się konsultację z producentem w sprawie minimalnych odległości, które wymagają dla gęstszych płyt. Zobacz Rysunek 21 dla przykładu zalecanych połączeń przelotek z polami komponentów:

Rysunek 21a - Zalecane połączenia przelotek z padami komponentów (Dobry projekt)

Rysunek 21b - Niezalecane połączenia przelotek z padami komponentów (Słaby projekt)

Jeśli nie łączysz przelotki z padem komponentu, zaleca się zachowanie minimalnej odległości 0,025 cala, a tę odległość należy zwiększyć do 0,040 cala, jeśli przelotka znajduje się po stronie lutowanej płytki.

Zobacz Rysunek 22 i zwróć uwagę na kierunek lutowania falowego:

Rysunek 22 - Odległość komponentu od przelotki przy lutowaniu falowym

Finalizowanie wymagań dotyczących przelotek

Przelotki są kluczowym elementem każdego projektu elektroniki i zapewnienie, że Twoje odstępy, rozmiary, typy i metody trasowania pozostają spójne na całej płytce, znacznie przyczyni się do zaprojektowania płytki możliwej do wyprodukowania i kosztowo efektywnej. Następna sekcja skupi się na dodatkowych strategiach układu płytki i innych opcjach, o których należy pamiętać podczas procesu projektowania. 

Trasowanie ścieżek do lądowań komponentów

Kiedy masz zakończenie komponentu, które może generować ciepło i jest połączone z dużą ścieżką, wytworzone przeniesienie ciepła może prowadzić do słabego połączenia lutowniczego. Może to nawet skutkować otwartymi połączeniami lutowniczymi dla połączeń bez maski lutowniczej, ponieważ lut może migrować z dala od zakończenia komponentu.

Aby rozwiązać ten problem, zwężanie ścieżki może pomóc w utrzymaniu równowagi termicznej i zapobiec odpływowi spoiwa i ciepła od pada.

Zwężanie Ścieżki

Ogólna zasada zwężania ścieżki polega na utrzymaniu jej szerokości nie większej niż 0,010 cala w miejscu połączenia z padem i prowadzeniu jej co najmniej na długość 0,010 cala przed połączeniem z szeroką ścieżką. Jeśli musisz połączyć szeroką ścieżkę z lądem komponentu, powinny one mieć tę samą szerokość, przy jednoczesnym zachowaniu jak najmniejszych wymiarów. Rysunek 23 pokazuje przykład tego procesu:

Rysunek 23a - Łączenie Szerokich Ścieżek z Lądami Komponentów (Dobry Projekt)

Rysunek 23b - Łączenie Szerokich Ścieżek z Lądami Komponentów (Dobry Projekt)

Łączenie Szerokich Ścieżek Masy z Lądami Komponentów

Gdy potrzebujesz połączyć duże ścieżki masy z lądowiskami komponentów, powinieneś zwężać ścieżki, aby zapewnić dobrą równowagę i zapobiec przenoszeniu ciepła, które mogłoby spowodować przemieszczenie się cyny do dużego obszaru przewodzącego. Możesz również mieć wiele ścieżek łączących wzory lądowania z dużymi ścieżkami i płaszczyznami masy. Zaleca się, aby szerokość ścieżki (podczas zwężania) od pada wynosiła maksymalnie 0,010 cala i minimalną długość 0,010 cala od pada do dużej płaszczyzny lub ścieżki. Zobacz Rysunek 24, aby zobaczyć przykład tych zaleceń dotyczących odstępów:

Rysunek 24a - Łączenie lądowisk komponentów z dużymi przewodnikami (Dobry projekt)

Rysunek 24b - Łączenie lądowisk komponentów z dużymi przewodnikami (Zły projekt)

Łączenie Padów Blisko Umieszczonych Komponentów

Podczas łączenia padów blisko umieszczonych komponentów w chipach, zaleca się prowadzenie ścieżek na zewnątrz, a następnie z powrotem do padów, zamiast prowadzenia ścieżek bezpośrednio między padami lub przez pady. Pomoże to zapobiec zwarcia, które będą błędnie naprawiane, zapobiegnie tombstoningowi spowodowanemu słabą równowagą termiczną, oraz uniknie zimnych złączy lutowniczych i przesuwania się komponentów. Zobacz Rysunek 25, aby zobaczyć przykład, jak prawidłowo łączyć pady z komponentami:

Rysunek 25a - Łączenie Padów Blisko Umieszczonych Komponentów (Dobry projekt)

Rysunek 25b - Łączenie padów blisko umieszczonych komponentów (zły projekt)

Rysunek 25c - Łączenie padów blisko umieszczonych komponentów (zły projekt)

Łączenie padów z ścieżkami

Każdy pad powinien być połączony z własną ścieżką, zaleca się prowadzenie ścieżek z zewnątrz lub wewnątrz krawędzi padów, zachowując symetrię prowadzenia. Jest to ważne i krytyczne w obszarach bez maski lutowniczej, ponieważ pomaga to zapobiegać przemieszczaniu się cyny z pada i zapobiega przesuwaniu się komponentów. Ogólnie, większość producentów będzie chciała zobaczyć zrównoważoną ilość miedzi łączącą pady komponentów. Zobacz Rysunek 26 dla przykładów prowadzenia ścieżek i preferowanych metod łączenia ścieżek z padami układów scalonych.

Preferowane prowadzenie: (strzałki wskazują na migrację cyny)

 

Akceptowalne prowadzenie:

 

Niepreferowane prowadzenie: (strzałki wskazują na migrację cyny)

Rysunek 26 - Łączenie ścieżek z padami komponentów przy użyciu maski lutowniczej

Przy prowadzeniu ścieżek dla komponentów SMD z wyprowadzeniami, zaleca się prowadzenie ścieżki nad i z powrotem, tworząc konfigurację odwróconego „U”, zamiast tworzenia „H” przez bezpośrednie przechodzenie między padami. Zobacz Rysunek 27 dla przykładu tej konfiguracji w kształcie „U”:

Rysunek 27 - Konfiguracja "U" dla prowadzenia elementów SMD z wyprowadzeniami

Płaszczyzny i ścieżki

Zaleca się, aby płaszczyzny zasilania i masy zawsze znajdowały się na wewnętrznych warstwach, były symetryczne i wyśrodkowane. Pomoże to zapobiec wyginaniu się płytki oraz ułatwi dokładne pozycjonowanie i montaż komponentów. Większość producentów zespołów montażowych dopuszcza odchylenie łuku i skrętu na poziomie 0,7%-0,75% zarówno dla dwuwarstwowych PCB, jak i wielowarstwowych PCB o grubości płytki 0,06”.

Te same zalecenia dotyczą ścieżek. Powinny być one rozłożone równomiernie na obu osiach X i Y i, o ile to możliwe, w wielu orientacjach na wszystkich warstwach, aby zapobiec wykrzywianiu płytki.

Opcje powlekania

Dla płyt z przelotowymi otworami metalizowanymi (PTH), stosuje się miedź bezprądową, aby ścieżka w otworze była wystarczająco przewodząca, co pozwala na dalsze zwiększanie grubości metalu miedzi do wartości określonej przez projektanta, która zazwyczaj wynosi 0,001 cala. Proces miedziowania bezprądowego dodaje również średnio 0,0013 cala miedzi do zewnętrznych linii, oprócz oryginalnej folii miedzianej (0,5 oz lub 1 oz). Rysunek 28 podsumowuje najczęściej stosowane rodzaje wykończenia dla wszystkich narażonych obwodów na płycie. Zaleca się konsultację z producentem w celu wyboru wykończenia, które zmniejszy degradację materiału i poprawi jednorodność powierzchni podczas łączenia komponentów na płycie.

Rysunek 28 - Porównanie wykończeń końcowych

Ulga termiczna

Zapewnienie ulgi termicznej jest kluczowe dla lutowania falowego, przetwarzania SMT oraz lutowania ręcznego. Staje się to jeszcze ważniejsze w przypadku montaży o wysokiej zawartości miedzi oraz płyt wielowarstwowych, ponieważ miedź może stać się radiatorem ciepła, który wyciąga większość ciepła z obszarów lutowania. Może to utrudnić utrzymanie temperatur procesowych, a obecność ulgi termicznej ułatwia lutowanie komponentów przewlekanych przez spowolnienie tempa odprowadzania ciepła przez otwory metalizowane. Brak ulgi termicznej może skutkować słabym wypełnieniem otworów i zimnymi złączami lutowniczymi, a także może wpływać na możliwości poprawek. Niektóre z korzyści wynikające z dodania ulgi termicznej na płytce to:

• Lepsza kontrola nad rozmiarem otworu.
• Większa spójność grubości powłoki.
• Szybsza i łatwiejsza inspekcja złączy lutowniczych.

Jako ogólna zasada, zaleca się stosowanie wzoru ulgi termicznej dla każdego przelotu lub otworu, który jest połączony z płaszczyzną masy lub zasilania. Zaleca się również unikanie stosowania ulgi termicznej w otworach komponentów do montażu na wcisk i rozważenie wykorzystania zdolności prądowej termicznej w obliczeniach. Zobacz Rysunek 29 dla przykładu typowego wzoru ulgi termicznej na układzie płytki:

Rysunek 29 - Typowy Wzór Ulgi Termicznej

Przygotowanie Podstaw 

Ten rozdział położył podwaliny pod Twój proces projektowania, pozwalając Ci opracować strategię podstaw układu płytki, w tym użycie montażu przewlekanego lub SMT dla komponentów, dokładne dokumentowanie sitodruku, zrozumienie znaczenia maski lutowniczej oraz ostatecznie określenie rozmiaru i rozmieszczenia via. Jesteśmy teraz gotowi, aby zagłębić się w konkretne wytyczne dotyczące umieszczania i orientacji komponentów na układzie płytki, aby Twoja PCB została pomyślnie wyprodukowana.

Umieszczanie i orientacja Twoich komponentów

Wprowadzenie

Mając ustalone preferowane typy komponentów, nadszedł teraz czas, aby zdecydować, jak efektywnie umieścić i zorientować te części na płytce. Proces ten będzie miał duży wpływ na to, jak wykorzystasz dostępną przestrzeń na układzie płytki i może być jednym z najbardziej wymagających kroków w Twoim procesie projektowym. Poniżej znajdziesz konkretne zalecenia, jak zoptymalizować rozmieszczenie komponentów, aby było zarówno możliwe do wyprodukowania, jak i zdolne spełnić Twoje konkretne wymagania projektowe. 

Ogólne wytyczne dotyczące umieszczania komponentów i odstępów

Zanim przejdziemy do szczegółów dotyczących umieszczania i orientacji komponentów, warto mieć na uwadze kilka ogólnych wytycznych:

• Dla efektywnego lutowania i umieszczania zaleca się orientowanie podobnych komponentów w tym samym kierunku.
• Unikaj umieszczania komponentów po stronie lutowanej płytki, które znajdowałyby się za komponentami z otworami przelotowymi. 
• Aby zminimalizować liczbę procesów wymaganych do montażu płytki, staraj się umieszczać wszystkie komponenty SMD po tej samej stronie płytki, a wszystkie komponenty przelotowe (jeśli są mieszane) po górnej stronie płytki.
• Gdy masz do czynienia z komponentami mieszanej technologii (przelotowe na górze i SMT po obu stronach), producenci mogą wymagać dodatkowego procesu, aby zabezpieczyć dolne komponenty żywicą epoksydową, co zwiększy Twoje ogólne koszty produkcji.
• Powinieneś kończyć wszystkie lądy tylko jedną ścieżką i definiować swoje pady maską lutowniczą.  

Przestrzegając powyższych wytycznych, będziesz znacznie wyprzedzać typowego projektanta PCB pod względem efektywnego wykorzystania układu płytki, jednocześnie zapewniając, że Twoja płyta zostanie wyprodukowana bez żadnych opóźnień. W następnych sekcjach przejdziemy do konkretnych zaleceń dotyczących umieszczania komponentów, orientacji i zakończenia.

Specyficzne wytyczne dotyczące umieszczania komponentów i orientacji płytki

Posiadanie odpowiedniego odstępu między komponentami jest kluczowe dla prawidłowego lutowania, przeprowadzania poprawek, testowania płytki i płynnego procesu montażu. Zbyt małe odstępy między komponentami mogą prowadzić do ręcznego umieszczania z powodu niezdolności maszyny pick-and-place do prawidłowego wykonania swojej pracy.

Czasami nie można uniknąć rozmieszczenia komponentów chipowych na dolnej stronie płytki. Aby uniknąć zacienienia i niezlutowanych zakończeń, zaleca się zachowanie odstępu 0,100” (2,54 mm) między każdym komponentem, jak pokazano na Rysunku 30:

Rysunek 30 - Odstępy między komponentami w celu uniknięcia zacienienia i niezlutowanych zakończeń

Zaleca się, aby odstęp między komponentami wynosił 1x wysokość komponentu (lub minimalnie ½ jego wysokości). Rysunek 31a i b pokazuje minimalne zalecane odstępy między komponentami dla niektórych z najczęściej używanych typów obudów.  Aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje na temat odstępów między komponentami, należy zapoznać się z IPC-7351[4-1].

Rysunek 31a - Zalecane minimalne odstępy między komponentami SMD w zależności od gęstości montażu SMT

Odstępy między komponentami

Rysunek 31b - Standardowe wymagania dotyczące odstępów między komponentami w zależności od typu[4-2]

UWAGA: Gniazda (dla PLCC i DIP) oraz złącza powinny być umieszczone z dala od komponentów BGA i  CSP, aby zapobiec pękaniu złączy lutowanych z powodu możliwego stresu wywieranego podczas drugiego montażu/demontażu kart rozszerzeń lub komponentów IC.

(*) Tylko dla strony pierwotnej. Dla strony wtórnej wymagane jest zachowanie odstępu 0,125” dla wszystkich komponentów SMT od pinów DIP wymagających selektywnego montażu falowego. Złącza typu press fit stanowią wyjątek i nie wymagają tego odstępu po stronie wtórnej.

(**) Zaawansowana opcja, jeśli jest to absolutnie konieczne:

Komponenty 0402 mogą być umieszczone w odległości 20 mils.

Komponenty 0603 mogą być umieszczone w odległości 25 mils.

Te liczby dotyczą tylko Viasystems i wymagają specjalnego ustawienia po ich stronie.

Viasystems powinno być powiadomione przed rozpoczęciem budowy płytki.

Orientacja komponentów i płytki

Ważne jest, aby poświęcić czas na staranne orientowanie komponentów, ponieważ bezpośrednio wpływa to na możliwość produkcji płytki oraz niezawodność procesu montażu. Kilka zmiennych będzie decydować o tym, jak Twoja płyta będzie umieszczona i lutowana przez sprzęt montażowy producenta, w tym otwory narzędziowe, lokalizacje złączy, komponenty krawędziowe oraz kontur PCB. Zobacz Rysunek 32, aby porównać układy płytek z nieodpowiednio umieszczonymi komponentami i te z odpowiednim rozstawieniem.

Rysunek 32a - Grupowanie dużych komponentów wymaga lutowania w wysokiej temperaturze (może uszkodzić układy scalone)

Ta płyta będzie musiała być przelutowana w wyższej temperaturze, co może spowodować uszkodzenie komponentów scalonych. Wynika to z umieszczenia dużych komponentów w jednym konkretnym obszarze płytki.

Rysunek 32b - Rozmieszczanie dużych komponentów dla lepszego rozkładu ciepła

Dla lepszego rozkładu ciepła najlepiej jest rozmieścić duże komponenty na całej płycie.

Rysunek 33: Odsunięcie zakończenia od podkładki komponentu z powodu złej równowagi termicznej (Tombstoning) 

Jeśli twoja płyta składa się z dużych komponentów o wysokości większej niż 0,20 cala, zaleca się, aby odstęp między komponentami był równy wysokości największego opakowania komponentu. Ta strategia zapewnia wystarczająco dużo miejsca na wizualną inspekcję i ułatwia prace naprawcze.

Aby osiągnąć lepszą równowagę termiczną płyty podczas lutowania reflow, powinieneś rozłożyć komponenty jak najbardziej równomiernie na całej płycie. Zapewni to, że żadna część płyty nie będzie znacząco gorętsza od innej. Zaleca się również unikanie koncentracji dużych komponentów w jednym obszarze płyty, aby pomóc zminimalizować wyginanie i skręcanie, zapewniając równomierny rozkład ciepła.

Orientacja płyty do lutowania falowego

Producenci zwykle preferują, aby płyta przepływała przez maszynę do lutowania wzdłuż jej długiej osi. Minimizuje to złożoność ustawień i zapobiega wybrzuszeniu się płyty w dół podczas lutowania. Zobacz Rysunek 34 dla przykładu pokazującego niepreferowaną orientację płyty dyktowaną przez złącze krawędzi karty, które zakłócałoby montaż chwytaka, gdyby obrócić je do preferowanej długiej osi.

Rysunek 34 - Niepreferowana orientacja płytki względem lutowania

Orientacja komponentów

Geograficzne położenie komponentu na płytce PCB jest ważne dla prawidłowej produkcji płytki. Zaleca się orientowanie komponentów względem obrysu płytki oraz procesu lutowania wzdłuż długiej osi PCB, gdzie małe obudowy układów scalonych (SOIC) są ustawiane równolegle do kierunku przepływu lutu, jak pokazano na rysunkach 35 a i b.

Rysunek 35a: Płytki w tej orientacji (góra i dół) są lutowane wzdłuż długiej osi (preferowana orientacja)

Rysunek 35b: Orientacja komponentów na dolnej stronie dla lutowania falą (niepreferowana)

Dla komponentów typu chip, oba zakończenia powinny być równoległe do fali lutu, aby mogły być lutowane jednocześnie. Unikaj zacieniania, nie umieszczając komponentów chipowych prostopadle do siebie. Pomoże to również uniknąć nierównych filetów lutowniczych (i pominięć), które zwykle obciążają złącza lutowane. Rysunek 36 pokazuje wizualny przykład poprawnej orientacji komponentów chipowych.

Rysunek 36a: Dobra orientacja komponentów chipowych

Rysunek 36b: Zła orientacja komponentów chipowych

Im więcej cieniowania mniejszych komponentów występuje na twojej płytce przez falę lutowniczą, tym większe jest prawdopodobieństwo, że twoja PCB skończy z otwartymi połączeniami lutowniczymi. Upewnij się, że kierunek lutowania twojej płytki jest ustawiony w taki sposób, aby duże komponenty nie rzucały cienia na mniejsze komponenty chipowe, jak pokazano na Rysunku 37 poniżej.

Rysunek 37a: Dobre rozmieszczenie komponentów

Rysunek 37b: Złe rozmieszczenie komponentów (Cieniowanie)

Orientacja BGA 

Zaleca się umieszczanie BGA na górze płytki, aby wyeliminować możliwość otwartych połączeń lutowniczych podczas drugiego przepływu reflow. Twój producent może wymagać dodatkowych kroków w procesie montażu, jeśli masz komponenty BGA po obu stronach płytki.

Te dodatkowe kroki zapewnią tymczasowe wsparcie dla drugiej strony BGA podczas procesu drugiego przepływu reflow.

Unikaj umieszczania BGA i większych komponentów pakietu quad flat package (QFP) w centrum PCB, aby zapobiec wykrzywianiu płytki spowodowanemu przez cięższe części. Nieprzestrzeganie tej wytycznej może skutkować otwartymi połączeniami lutowniczymi, jak pokazano na Rysunku 38, i jest to problem dla standardowych płyt o grubości 0.062 cala, gdy powierzchnia płytki przekracza 25 cali kwadratowych.

Rysunek 38 - Przykład efektu łuku i skrętu na urządzeniach BGA

Jeśli twoja konstrukcja zawiera komponenty BGA po obu stronach płytki, zaleca się przesunięcie każdego BGA, aby ułatwić prace naprawcze i inspekcję kulek lutowniczych, jak pokazano na rysunku 39.

Rysunek 39 - Strategia montażu BGA

Umieszczenie układu pod urządzeniem

Określenie układu pod urządzeniem może utrudnić inspekcje, prace naprawcze i testy. Jeśli umieszczone pod gniazdami BGA lub gniazdami ZIF, należy wziąć pod uwagę zapadanie się kulek BGA, które zwykle wynosi około 25% średnicy kulki. Zaleca się zachowanie tolerancji stosu w tych typach konstrukcji, ponieważ uniemożliwiają one inspekcję ukrytych urządzeń i utrudniają wykonanie prac naprawczych.

Ograniczenia umieszczania pakietów rezystorów (R-Pack)

Producenci PCB preferują pakiety rezystorów z wyprowadzeniami wypukłymi i zewnętrznymi złączami lutowniczymi. Tego typu pakiety rezystorów mają lepsze rozstawienie i łatwiejsze lutowanie zakończeń, co ułatwia wizualne sprawdzanie i inspekcję złączy lutowniczych.

Umieszczanie kondensatorów

Aby zachować spójność projektu i ułatwić proces montażu, zaleca się umieszczanie wszystkich spolaryzowanych kondensatorów w orientacji, w której końcówka dodatnia jest skierowana w prawo lub w dół. Jak widzieliśmy wcześniej, polarność powinna być oznaczona na sitodruku na obrysie obudowy. Kondensatory sprzęgające zawsze powinny być umieszczane jak najbliżej pinu zasilania układu scalonego i orientowane prostopadle do komponentów SOIC oraz przepływu lutu.

Płytki dwustronne

Odległość między padami (lądowanie do lądowania), które są prostopadłe i równoległe do kierunku lutowania, powinna wynosić co najmniej 0,025 cala, aby uniknąć mostkowania lutu. Zaleca się również zachowanie minimalnej odległości 0,025 cala od krawędzi pada przelotowego lub przelotki do pada montażu powierzchniowego lub innej przelotki. 

Elementy i lutowanie falowe

Wszystkie komponenty używane po stronie lutowania falowego montażu powinny być najpierw zatwierdzone przez producenta do zanurzenia w kąpieli lutowniczej. Dla wysokich komponentów (wyższych niż 0,0100 cala), takich jak kondensatory tantalowe, zaleca się zachowanie co najmniej 0,100 cala odległości lądowanie do lądowania (ze wszystkich kierunków), aby uniknąć pominięć i otwartych połączeń podczas operacji lutowania falowego.  

Niektóre rodzaje komponentów są wrażliwe na lutowanie falowe w wyższych temperaturach i nie zaleca się umieszczania ich na spodniej stronie płytki (dolnej warstwie), gdzie fala lutu miałaby kontakt z komponentem. Komponenty, których nie zaleca się umieszczać na spodniej stronie płytki (dolnej warstwie), to:

• Komponenty BGA.
• Nieenkapsulowane dławiki.
• Komponenty QFP.
• Urządzenia z wyprowadzeniami w kształcie litery „J”.
• Złącza.
• Każde inne urządzenie, które nie może być zanurzone w lutowiu.

Komponenty przewlekane

Decydując o wymaganym rozmiarze wykończenia PTH, należy pamiętać, że jeśli PTH będzie zbyt duże, komponent nie utrzyma się na miejscu i może dojść do jego przemieszczenia, zwiększając prawdopodobieństwo „podnoszenia” oraz tworzenia zwarcia z powodu zalania lutem podczas lutowania falowego. Jeśli PTH będzie zbyt małe, komponent może nie pasować do PTH i może to skutkować niewystarczającym wypełnieniem lutem. Łatwo jest dezorientować komponent przewlekany, dlatego preferowane są obudowy jednokierunkowe nad dwukierunkowymi. Rysunek 40 przedstawia ogólny zestaw wytycznych do określania wykończonych rozmiarów PTH:

Rysunek 40 - Zalecenia dotyczące stosunku średnicy pina do otworu dla komponentów przewlekanych[4-3]

Z informacjami przedstawionymi w tym rozdziale, jesteś teraz dobrze przygotowany do rozpoczęcia procesu umieszczania i orientacji komponentów, aby spełnić podstawowe wymagania produkcyjne. Przed rozpoczęciem procesu umieszczania komponentów, zaleca się konsultację z producentem w celu omówienia wszelkich specyficznych wymagań dotyczących umieszczania, które nie zostały opisane w powyższych sekcjach. Teraz, gdy Twój projekt jest już na dobrej drodze do zakończenia, nadszedł czas, aby sfinalizować proces projektowania układu płytki przez skonfigurowanie wymagań dotyczących punktów testowych w następnym rozdziale.

Konfigurowanie Wymagań Dotyczących Punktów Testowych

Definiowanie odpowiednich punktów testowych na układzie płytki podczas procesu projektowania jest kluczowe dla przetestowania i zweryfikowania Twojej PCB przez producenta. Ustanowione punkty testowe ostatecznie zadecydują o niezawodności Twojej PCB i pozwolą producentowi zidentyfikować i zdiagnozować wszelkie potencjalne problemy, zanim płyta opuści zakład produkcyjny. Ten rozdział omówi ogólne wymagania testowe dla Twojej PCB, a następnie przejdzie do szczegółów dotyczących umieszczania padów testowych i panelizacji.

Ogólne Wymagania Dotyczące Punktów Testowych

Zanim przejdziemy do szczegółów dotyczących wymagań punktów testowych i padów, należy pamiętać o kilku ogólnych wytycznych:

• Każdy węzeł na Twojej płytce powinien mieć co najmniej jeden punkt do testowania sondą (najlepiej dwa), włączając w to piny komponentów łączących się z tym węzłem.
• Nie zaleca się używania wyprowadzeń komponentów jako punktów testowych, ponieważ ta metoda może prowadzić do brakujących i pękniętych złączy lutowniczych.
• Zaleca się rozłożenie punktów testowych na całej płycie, a nie koncentrowanie ich w jednym miejscu, ponieważ pomoże to uniknąć wycieków powietrza w procesie próżniowego uszczelniania zapakowanej płyty. 

Poliki testowe

Poliki testowe mogą być zarówno przelotkami/padami, padem komponentu (PTH), jak i określonym punktem testowym (TP) ze swoim własnym oznaczeniem referencyjnym.

Zobacz Rysunek 41 dla przykładu przelotowego pola testowego.

Rysunek 41 - Przelotowe pole testowe

Do sond testowych użyj średnic polików testowych podanych poniżej, aby zapewnić odpowiednie wyniki testów podczas procesu produkcyjnego:

• Dla standardowych sond testowych 0.100”, 0.070” lub 0.050”, średnica polików testowych powinna wynosić między 0.015” a 0.040” i powinny one mieć wystarczającą powierzchnię lutowniczą dla niezawodnego kontaktu sondy.
• Jeśli Twój projekt wymaga użycia sond 0.030” do 0.015” (np. urządzenia o małym rozstawie nóżek), poliki testowe powinny mieć odpowiednie odstępy wokół nich (nie mniej niż 0.050”).
• Sondy o wymiarach od 0,030” do 0,015” są bardziej delikatne, droższe, mniej niezawodne i ich użycie powinno być zminimalizowane.
• Dla większych płyt (większych niż 12” z każdej strony) należy utrzymać minimalny rozmiar pola testowego na poziomie 0,040”.
• Ogólnie, pola testowe nie powinny znajdować się bliżej niż co najmniej 0,125” od krawędzi płyty.

Odległość między polami testowymi a wymagania narzędziowe

Odległość między polami testowymi (środek do środka) powinna być utrzymana na poziomie 0,100”. Umożliwi to użycie większych sond, które są tańsze w przygotowaniu i zapewniają bardziej niezawodny odczyt. 

Im mniejsza odległość między polami testowymi, tym większe prawdopodobieństwo, że producent będzie musiał użyć mniejszych, droższych i mniej niezawodnych sond, jak pokazano na rysunku 42.

Rysunek 42 - Odległość między polami testowymi

Pola testowe dla płyt SMT

Komponenty na płytach SMT, które mają wysokość 0,35 cala lub więcej, są trudne do sondowania, dlatego zaleca się zachowanie odstępu 0,100 cala między padami testowymi a krawędzią tych komponentów. Zapobiegnie to konieczności wykonywania wycięć lub ulg w płycie sondy, jeśli odległość między padem a komponentem spadnie poniżej wymaganego minimum, jak pokazano na rysunku 43.

Rysunek 43 - Odległość między padem testowym a komponentem dla komponentów o wysokości powyżej 0,200 cala

Dla komponentów o wysokości mniejszej niż 0,35 cala, pady testowe powinny być umieszczone w odległości nie mniejszej niż 0,040 cala od krawędzi komponentu.

Zapobiegnie to uszkodzeniu zarówno sondy, jak i komponentu z powodu tolerancji w umiejscowieniu komponentów i mocowaniu, jak pokazano na rysunku 44.

Rysunek 44 - Odległość między padem testowym a komponentem dla komponentów o wysokości poniżej 0,200 cala

Wymagania dotyczące narzędzi testowych

Na płytce PCB wymagane są co najmniej dwie otwory narzędziowe. Powinny być umieszczone jak najdalej od siebie, na przekątnych, i mieć średnicę 0,125 cala. Wolna strefa wokół otworów narzędziowych powinna mieć promień pierścienia 0,125 cala.

Panelizacja

Panelizacja, znana również jako metoda krokowa, to sposób umieszczania dwóch lub więcej PCB na jednej płycie, co pozwala zabezpieczyć płytki podczas produkcji, transportu i montażu. Ponieważ cena Twojego PCB jest ustalana za panel, koszt bezpośrednio zależy od tego, ile PCB można wyprodukować na jednym panelu. Panelizacja może również zaoszczędzić czas, umożliwiając jednoczesne przetwarzanie wielu płyt w dużych ilościach, jak pokazano na rysunku 45.

Rysunek 45 - Prostokątne obwody na pojedynczym panelu z otworami narzędziowymi i zakładkami łamania

Obrazy PCB na panelu mogą przedstawiać pojedynczy projekt lub grupę różnych projektów. Wzdłuż krawędzi panelu wierci się wiele otworów, a kontur płytki nie jest całkowicie frezowany, aby utworzyć zakładkę. Po umieszczeniu na panelu, płytki można łatwo wyłamać przed lub po zamontowaniu na nich komponentów.

Zaleca się konsultację z producentem w celu ustalenia, czy panelizacja jest wymagana do wyprodukowania twojej płytki. Czynniki, które będą decydować o tym, ile PCB można umieścić na jednym panelu, to:

• Rozmiar poszczególnego projektu.
• Całkowita waga zamontowanych komponentów.
• Rozmiar panelu sprzętu montażowego.
• Dodatkowe odstępy potrzebne dla elementów wystających.

W miarę wzrostu liczby obwodów w panelu, jego wytrzymałość mechaniczna słabnie, co może spowodować zginanie się panelu pod własnym ciężarem podczas montażu i przepływu ciepła. Chociaż mniejszy panel zawierający mniej płyt może być mocniejszy, nie musi to być najbardziej efektywny sposób wykorzystania standardowych rozmiarów paneli produkcyjnych PCB, co dodatkowo zwiększy koszty procesu montażu. 

Generalne wytyczne dotyczące paneli

Średni panel ma rozmiar zbliżony do arkusza papieru formatu A4. Następujące specyfikacje powinny być uwzględnione dla standardowej panelizacji:

• Paski do odłamywania powinny mieć około 0.400 cala.
• Znaczniki (fiducials) powinny być umieszczone co najmniej 0.125 cala od krawędzi karty lub krawędzi ramy panelu.
• Projekty paneli powinny mieć nieplaterowane otwory narzędziowe o średnicy 0.125 cala, umieszczone 0.2 cala od narożników ramy (lub zgodnie z wytycznymi producenta).
• Rysunek projektu panelu, który zawiera:
  • Wymiary panelu długość i szerokość.
  • Wymiary szyn odłamywania.
  • Wymiary i lokalizacje cel fiducialnych.
  • Wymiary i lokalizacje otworów narzędziowych.

Paski narzędziowe

Ponieważ PCB musi być utrzymany na miejscu przez sprzęt montażowy, zazwyczaj potrzebna jest wolna od komponentów przestrzeń o szerokości 0,200 cala po obu stronach płytki. Jeśli komponenty znajdują się bliżej niż ta odległość, potrzebny będzie pasek narzędziowy, a dodatkowo wokół krawędzi płytki wymagana będzie strefa odpadów o szerokości 0,400 cala.  Jeśli w twoim projekcie komponenty wystają poza krawędzie PCB, szerokość ramy narzędziowej powinna zostać odpowiednio zwiększona. Chociaż nie jest to wymagane, posiadanie ścięcia o szerokości 0,100 cala na rogu paska narzędziowego ułatwi sprzętowi montażowemu ustawienie się względem płytki i pomoże uniknąć ryzyka zacięcia. Rysunek 45 pokazuje standardowy panel z paskami narzędziowymi, otworami i ramami włączonymi.

Paski narzędziowe są odrzucane po zakończeniu montażu i usunięciu poszczególnych obwodów. Jeśli twój projekt nie zawiera wystających komponentów, a najbliższy komponent do krawędzi znajduje się co najmniej 0,100 cala dalej, paski narzędziowe wzdłuż górnej i dolnej krawędzi zostaną dołączone, jak pokazano na rysunku 47 poniżej:

Rysunek 47 - Paski narzędziowe wzdłuż górnej i dolnej krawędzi PCB

Otwory narzędziowe

Otwory narzędziowe są wymagane do dokładnego wyrównania i pozycjonowania płytki obwodu drukowanego w maszynach i oprzyrządowaniu do obróbki (np. oprzyrządowanie do frezowania, proces nakładania pasty lutowniczej przez sitodruk, maszyny wiertnicze, oprzyrządowanie testowe itp.). Minimalna konfiguracja powinna zawierać co najmniej dwa nieplaterowane otwory, po jednym w każdym rogu (naprzeciwko siebie), o średnicy 0,125 cala i odległości 0,200 cala od krawędzi płytki. Trzeci otwór jest pożądany, jeśli przestrzeń na to pozwala, ponieważ poprawi dokładność wyrównania i może być użyty do zapewnienia, że płyta nie zostanie umieszczona w oprzyrządowaniu w niewłaściwej orientacji. 

Ze względu na ograniczenia głowic wkładających automatycznego umieszczania i kontakty narzędziowe, należy utrzymać strefę wolną od komponentów o szerokości około 0,400 cala od środka otworu. Wymagania te mogą się różnić w zależności od maszyny wkładającej, dlatego zaleca się konsultację z producentem PCB, aby zapewnić najlepszą konfigurację. Prawidłowe umiejscowienie otworów narzędziowych można zobaczyć na rysunku 48:

Rysunek 48 - Prawidłowe umiejscowienie otworów narzędziowych na PCB

Proces depanelizacji

Istnieje kilka metod depanelizacji opisanych poniżej, z których każda ma swoje zalety w zależności od fizycznych ograniczeń kształtu płytki i powiązanych komponentów. Twoje konkretne wymagania projektowe określą, którą konkretną metodę depanelizacji należy użyć, i zaleca się konsultację z producentem w celu wybrania idealnego rozwiązania.

Wypinki

Aby wspierać poszczególne PCB podczas procesu montażu i móc je usunąć po zakończeniu montażu, wokół obwodu profilu PCB dodaje się kilka małych wypinek.

Dla lepszej stabilności, na każdej krawędzi płytki wymagane są co najmniej dwie wypinki. Powinny to być otwory niepokryte metalizacją o średnicy między 20 mils a 30 mils i rozmieszczone co 40 mils do 50 mils, jak pokazano na rysunku 49. Ta metoda ma zaletę łatwego oddzielania płytki od panelu, ale pozostawia szorstką krawędź. Jeśli masz ścisłe tolerancje dla mechanicznej obudowy, otwory mogą być przesunięte w głąb PCB, aby wyeliminować wszelki materiał wystający poza krawędź PCB.

Rysunek 49 - Wypinki

Podczas wyłamywania na laminat i elementy SMT umieszczone w pobliżu nóżek mogą być wywierane naprężenia, co może prowadzić do ich uszkodzenia. Aby zminimalizować uszkodzenia, zaleca się orientację tych komponentów pod kątem 90° względem krawędzi płytki. Ogólnie, komponenty, ścieżki, przelotki oraz wewnętrzne warstwy płyt nie powinny znajdować się w odległości mniejszej niż 0,100 cala od otworów wyłamujących. 

Pełne Wyłamywanie

Metoda pełnego wyłamywania jest mocniejsza i używa mniej materiału niż nóżki wyłamujące, a także nie wymaga używania szczypiec do usunięcia płytki z panelu. Po wyłamaniu PCB, na jej krawędzi może pozostać trochę niechcianego materiału, co może wymagać szlifowania, aby wyrównać płytę. Rysunek 50 pokazuje przekrój pełnego wyłamywania na PCB:

Rysunek 50 - Przekrój Pełnego Wyłamywania

Nacinanie V

Nacinanie V, czyli punktowanie V, to kolejna alternatywa dla wyłamywania płyt z panelu, często będąca dobrą opcją dla płyt bez wystających komponentów. Ta alternatywna metoda depanelizacji jest tańsza w implementacji i idealna do produkcji seryjnej. Przekrój metody nacinania V przedstawiono na rysunku 5:

Rysunek 51a - Przekrój Nacinania V

Oddzielanie płyt od panelu przy użyciu metody V grooving może spowodować pewne naprężenia wzdłuż linii łamania, dlatego zaleca się, aby elementy SMT były umieszczone nie bliżej niż 0,100 cala od krawędzi płytki. Metoda V grooving spowoduje również powstanie szorstkiej, nieobrobionej krawędzi płytki po jej nacięciu przez producenta PCB. Rysunek 51b pokazuje wymagane linie nacinania na panelu dla metody V grooving:

Rysunek 51b - Wymagane Linie Nacinania i Szczegóły na Panelu z V Grooving

Płytki PCB o nieregularnych kształtach

Jeśli projektujesz PCB o nieregularnym kształcie, zaleca się wykorzystanie techniki panelizacji podczas procesu montażu, aby usprawnić proces produkcji Twojej płytki.

Spowoduje to powstanie pewnych odpadów materiałowych, jak pokazano na Rysunku 52:

Rysunek 52 - Nieregularna Płyta z Panelami Wypełniającymi

Finalizowanie Układu Twojej Płytki

Dodając odpowiednie punkty testowe na płytce, znacząco zwiększysz prawdopodobieństwo wykrycia wszelkich błędów produkcyjnych podczas procesu walidacji po produkcji. Biorąc pod uwagę, że każdy projekt ma swoje ograniczenia i unikalne fizyczne ograniczenia, zawsze zaleca się konsultację z producentem w celu określenia idealnego umiejscowienia punktów testowych. Gdy proces układania Twojej płytki jest już całkowicie zakończony, nadszedł czas, aby przejść do procesu dokumentacji po projektowaniu, aby jasno przekazać zamiary projektowe wybranemu producentowi.

Dokumentowanie Twojej PCB do Produkcji

Zanim wyślesz swój projekt do produkcji, musisz upewnić się, że jest on odpowiednio udokumentowany, aby jasno przekazać Twoje intencje projektowe. Chociaż pliki elektroniczne, takie jak Gerber i ODB++, dostarczają wystarczająco podstawowych informacji, aby wykonać Twoją płytę, nie zawierają wszystkich drobnych szczegółów, które masz w głowie na temat tego, jak zamierzasz mieć wyprodukowaną swoją płytę. 

Etap dokumentacji to Twoja szansa, aby dokładnie udokumentować układ płytki i uniknąć wszelkich nieporozumień dotyczących zamierzeń projektowych, które zwykle występują, gdy cele projektu nie są jasno przekazane. Ten rozdział będzie skupiał się na tworzeniu standardowego szablonu dokumentacji PCB i przedstawi wszystkie niezbędne szczegóły, które chcesz uwzględnić, aby zwiększyć zrozumienie przez producenta. Kolejny rozdział będzie następnie omawiał szczegóły twojego głównego rysunku. Ten i kolejny rozdział czerpią informacje ze standardu IPC-D-325A[6-1].

Rozmiary Rysunków

Pierwszym krokiem do stworzenia głównego rysunku jest wybranie odpowiedniego obszaru rysunku, który pomieści wszystkie twoje rysunki. Wymiary twojego obszaru rysunku są określane jako rozmiar rysunku i powinny być zgodne ze standardowymi rozmiarami ANSI-Y 14.1[6-1], jak pokazano na Rysunku 53[6-2]. Jeśli to możliwe, rozmiary rysunków powinny być utrzymywane na stałym poziomie dla całej dokumentacji, jednocześnie przestrzegając polityki dokumentacyjnej twojej firmy.

Rysunek 53 - Standardowe Rozmiary Rysunków dla Dokumentacji PCB

Główne Bloki Szablonu PCB dla Produkcji i Montażu

Na rysunku PCB należy uwzględnić kilka bloków. Blok zawiera dodatkowe szczegóły i specyfikacje, które pomogą jasno określić wymagania projektowe dla produkcji i powinny być w pełni szczegółowe, aby uniknąć potencjalnych opóźnień w produkcji lub błędów. Rysunek 54 pokazuje puste miejsce na rysunek z wyróżnionymi blokami.

Rysunek 54 - Puste miejsce na rysunek PCB z wyróżnionymi blokami

Strefowanie

Strefowanie jest używane do zapewnienia odniesienia do rysunku i jest szczególnie przydatne przy rysunkach wieloarkuszowych. Chociaż strefowanie rysunku można przeprowadzić na kilka sposobów, zaleca się wybranie jednej metody i stosowanie jej we wszystkich projektach dla zachowania spójności. Metoda przedstawiona w tym poradniku obejmuje następujące wytyczne (patrz Rysunek 55):

• Poziome krawędzie (górna i dolna) arkusza rysunkowego należy oznaczyć, zaczynając od „A” w lewym górnym rogu rysunku i zwiększając alfabetycznie w miarę przesuwania się w prawo. 
• Na pionowych bokach (lewy i prawy) zacznij od „1” na górze i kontynuuj w dół, zwiększając numerycznie w miarę przesuwania się w dół.
• Wszystkie litery powinny być pisane wielkimi literami.

Rysunek 55 - Przykładowa metoda strefowania

Blok tytułowy

Blok tytułowy jest ważną częścią projektu PCB, ponieważ przekazuje producentowi podstawowe informacje niezbędne do wytworzenia płytki. Podczas tworzenia bloku tytułowego dla projektu PCB musisz dostarczyć wiele różnych sekcji, w tym:

• Tytuł
• Skala
• Numer rysunku
• Kod klatki
• Blok zatwierdzeń

Poniższe rysunki pokazują te sekcje szczegółowo na bloku tytułowym i dostarczają dodatkowych szczegółów na temat tego, co powinno być zawarte:

Tytuł i Podtytuł

Tytuł i Podtytuł dostarczają krótki i dokładny opis PCB i powinny być napisane wielkimi literami.

Rysunek 56 - Blok Tytułu i Podtytułu

Skala

Skala to stosunek rzeczywistego projektu do obrazu i powinna być opisana w formie ułamkowej.

Rysunek 57 - Blok Skali

Numer Rysunku (DWG. NO.)

Numer Rysunku jest używany do archiwizacji i identyfikacji Projektu PCB.

Rysunek 58 - Blok Numeru Rysunku

Kod Klatki (jeśli dotyczy)

Kod Klatki to pięcioznakowy ciąg używany przez rząd federalny do identyfikacji przedsiębiorstwa.

Rysunek 59 - Blok Kodu Klatki

Blok Zatwierdzeń

Blok Zatwierdzeń jest używany, aby osoby (rysownicy, projektanci, kontrolerzy itp.) mogły zatwierdzić projekt.

Rysunek 60 - Blok Zatwierdzeń

Chociaż wymagania mogą różnić się w zależności od ustalonych standardów CAD w Twojej organizacji, pięć sekcji wymienionych powyżej jest uważanych za minimalne wymagania potrzebne dla bloku tytułowego. Powinieneś pracować nad ustaleniem własnych standardów bloku tytułowego dla przyszłych projektów. Bloki pokazane na poniższych rysunkach zawierają opcjonalne szczegóły, które mogą być istotne dla specyfikacji Twojego projektu.

Blok Aplikacji

Blok Aplikacji jest opcjonalny i podzielony na dwie części, pierwsza to sekcja ‘USED ON’ (UŻYWANE W), a druga to sekcja ‘NEXT ASSY’ (NASTĘPNE ZGROMADZENIE). Sekcja ‘NEXT ASSY’ informuje inżyniera, w jakim następnym zgromadzeniu będzie używana część, podczas gdy ‘USED ON’ odnosi się do głównego zgromadzenia, które zawiera następne zgromadzenie.

Rysunek 61 - Blok Aplikacji

Blok Rewizji

Blok Rewizji jest używany do śledzenia rewizji projektu i można go zobaczyć na Rysunku 62 poniżej. Upewnij się, że przestrzegasz schematu rewizji swojej firmy, ale jeśli nie ma ustalonego schematu, użyj sugerowanego poniższego schematu rewizji:

• Pierwsza rewizja jest oznaczona jako „A”
• Druga rewizja jest oznaczona jako „B” i tak dalej
• Jeśli zabraknie liter, wprowadź drugą literę. „AA” →  „AB”

Rysunek 62 - Blok rewizji

Numer Kontraktu

Numer Kontraktu, znany również jako numer zamówienia zakupu, jest używany do łączenia i śledzenia projektu.

Rysunek 63 - Numer Kontraktu

Klucz Dystrybucji

Klucz Dystrybucji jest używany do wewnętrznej dystrybucji do określonych działów w Twojej organizacji i powinien być umieszczony bezpośrednio nad Blokiem Tytułowym.

Rysunek 64 - Klucz Dystrybucji

Blok Materiałowy

Blok Materiałowy zawiera numery odpowiadające odpowiednim notatkom, określającym używane materiały.

Rysunek 65 - Blok Materiałowy

Blok Statusu Rewizji

Blok Statusu Rewizji zawiera informacje znajdujące się na pierwszej stronie głównego rysunku i pokazuje status rewizji dla każdej indywidualnej kartki rysunku. Ten blok powinien być umieszczony w prawym górnym rogu szablonu PCB.

Rysunek 66 - Blok Statusu Rewizji

Blok Arkusza Kontynuacji

Blok kontynuacji jest używany dla arkuszy innych niż pierwsza strona. Blok kontynuacji powinien być umieszczony w prawym dolnym rogu strony, jak pokazano na Rysunku 67 i powinien zawierać:

• Blok zatwierdzeń (jeśli potrzebny)
• Kod klatki
• Numer rysunku
• Revizja rysunku (opcjonalnie)
• Numer arkusza
• Skala
• Rozmiar

Rysunek 67 - Arkusze kontynuacji

Podstawowe bloki szablonu PCB do produkcji i montażu

Blok tytułowy schematu

Chociaż blok tytułowy schematu dzieli wiele wspólnych informacji ze swoim odpowiednikiem PCB, w tym rozmiar rysunku, datę, tytuł i rewizję (patrz Rysunek 67), posiada również szereg różnic, jak opisano poniżej:

Rysunek 68 - Blok tytułowy schematu

Blok dokumentów referencyjnych

Blok dokumentów referencyjnych wymienia wymaganą dokumentację produkcyjną projektu.

Rysunek 68 - Blok dokumentów referencyjnych

Numer rysunku montażowego

Numer rysunku montażowego to unikalny numer przypisany do rysunku montażowego. Rysunek montażowy to szczegółowe przedstawienie całej struktury płytki z umieszczonymi wszystkimi komponentami.

Numer rysunku fabrycznego

Numer Rysunku Fabrykacyjnego to unikalny numer przypisany do Rysunku Fabrykacyjnego. Rysunek Fabrykacyjny przedstawia obszary na płytce, które wymagają konstrukcji, takie jak układ warstw i tabela wierceń.

Numer Dokumentu BOM

Numer Dokumentu BOM to unikalny numer przypisany do dokumentu Specyfikacji Materiałowej (BOM). BOM integruje wszystkie aspekty projektu, aby wyprodukować gotowy produkt. BOM jest omówiony bardziej szczegółowo dalej w tym poradniku. 

Numer Rysunku PCB

Numer Rysunku PCB to unikalny numer przypisany do Rysunku PCB.

Projekt

Ten blok służy do wprowadzenia nazwy lub numeru głównego projektu.

 

Nazwa Pliku

Nazwa pliku odnosi się do zapisanej nazwy pliku wraz z rozszerzeniem.

 

Nazwa i Adres Firmy

Ten obszar jest przeznaczony na nazwę Twojej firmy i adres pocztowy.

 

Finalizowanie Podstawowej Dokumentacji Fabrykacyjnej

Komunikowanie podstawowych informacji o projekcie zarówno producentowi, jak i interesariuszom minimalizuje ryzyko nieporozumień dotyczących zamierzeń projektowych. Zaleca się wykorzystanie opcjonalnych bloków, które najlepiej pasują do wymagań konkretnego projektu, aby ułatwić organizację dokumentacji projektowej. Zorganizowana dokumentacja ułatwi przekazanie zamierzeń projektowych poprzez dokumentację. Teraz, gdy zajęliśmy się nazewnictwem i organizacją naszych dokumentów, spójrzmy na zawartość głównego rysunku.

Dokumentowanie Głównego Rysunku

Główny rysunek jest najważniejszą częścią dokumentacji projektowej i przekazuje wszystkie drobne szczegóły potrzebne do wyprodukowania twojej płytki. Chociaż wymagania dotyczące dokumentacji będą się różnić w zależności od konkretnych specyfikacji projektu PCB, ogólnym celem jest nadal wyjaśnienie zamierzeń projektowych i uniknięcie opóźnień w produkcji. Główny rysunek jest jak książka kucharska dla twojego PCB, zawiera wszystkie szczegóły i instrukcje, jak wyprodukować twoją płytę. Istnieją konkretne wymagania, które powinieneś uwzględnić w każdym głównym rysunku, ten rozdział pokaże ci, jakie są one.

Wymagania Klasy Głównego Rysunku

Wymagania dotyczące dokumentacji dla twojego rysunku głównego będą się zmieniać w zależności od klasy projektowanej płytki. Klasa płytki może być postrzegana jako poziom troski, jaki poświęcasz płytce. Na przykład, płyta klasy 3 może być używana w urządzeniach medycznych, dlatego wymaga znacznie bardziej szczegółowej dokumentacji niż jej odpowiednik klasy 1.

Istnieją trzy poziomy klas zgodnie z IPC-D-325A[7-1]:

Klasa 1

W tym przypadku potrzebny jest tylko układ płytki, który pełni funkcję rysunku głównego. Nadal konieczne jest dodanie notatek, aby dostarczyć niezbędne informacje producentowi. 

Klasa 2

Klasa 2 wymaga rysunku głównego, który jasno opisuje fizyczne wymiary płytki i zawiera następujące szczegóły:

• Wzory nieodniesione przez rozmiar lub lokalizację otworów muszą być wyraźnie określone za pomocą notatek lub odniesione przez system siatki. 
• Grubość powłoki i pokrycie płytki muszą być określone.
• Jeśli wymagane, oznaczenia zgodności jakości mogą być zawarte w rysunku głównym.

Klasa 3

Tego rodzaju płytki wymagają najwięcej dokumentacji i muszą zawierać szczegóły wymienione w poniższej tabeli. Należy również uwzględnić procesy produkcyjne, takie jak wiercenie, powlekanie czy trawienie.

Szczegóły płytki

• Typ, rozmiar i kształt
• Grubość płytki
• Wygięcie i skręcenie, w tym tolerancje
• Tabela warstw płytki

Materiały

• Typ i klasa materiału; w razie potrzeby dołącz kolor
• Farby do znakowania

Szczegóły otworów

• Oznaczenia bezpieczeństwa (UL, ESD itp.)
• Wyładowania elektrostatyczne
• Klasa 1 - Urządzenia wrażliwe na napięcia 2,000 lub mniejsze 
• Klasa 2 - Urządzenia wrażliwe na napięcia między 2,001 a 4,000
• Klasa 3 - Urządzenia wrażliwe na napięcia większe niż 4,000
• Farby do znakowania

Warunki przetwarzania

• Lokalizacja kuponów zgodności jakościowej lub obwodów
• Specyfikacje procesu i tolerancje

Koncepcje projektowe

• Dołącz lokalizację punktów testowych
• Dołącz użyty system siatki, czy to metryczny czy calowy
• Datowanie

Dokumentacja

• Dołącz notatki i umieść je na pierwszej stronie lub wskaż ich lokalizację na pierwszej stronie
• Wersja grafiki
• Opisy
• Dołącz rysunki wzorów dla każdej warstwy płytki

Informacje zawarte w powyższej tabeli zostaną szczegółowo przedstawione w kolejnych sekcjach, aby dać Ci pełne zrozumienie wymagań dla każdego wpisu.

Szczegóły Płytki

Szczegóły Płytki określają złożoność i strukturę płytki.

Typ Płytki

Typ płytki[7-2] określa złożoność Twojej płytki. Istnieje sześć głównych typów płytek, które będziesz chciał uwzględnić na swoim głównym rysunku:

• Typ 1 - Jednostronna
• Typ 2 - Dwustronna
• Typ 3 - Wielowarstwowa tylko z elementami przewlekającymi
• Typ 5 - Wielowarstwowa z rdzeniem metalowym tylko z elementami przewlekającymi
• Typ 6 - Wielowarstwowa z rdzeniem metalowym z przelotkami, ślepymi i/lub zakopanymi

Wymiarowanie Płytki

Wymiarowanie płytek drukowanych to obszerny temat, który zasługuje na własny podręcznik, jednak ten przewodnik poruszy tylko kilka kluczowych punktów wymienionych poniżej. Aby uzyskać bardziej szczegółowe i kompletne informacje na temat wymiarowania, proszę zapoznać się z IPC-C-300[7-3] oraz ASME-Y-14.5[7-2].

Rysunek 68 - Dobrze Wymiarowana Płytka PCB

• Powinieneś dodać tolerancję do każdego wymiaru, który umieszczasz.
• Unikaj nadmiernego definiowania rysunku niepotrzebnymi wymiarami.
• Wymiaruj rysunek wyraźnie, tak aby istniała tylko jedna interpretacja.
• Organizuj swoje wymiary, aby maksymalizować czytelność.
• Wymiaruj bez wskazywania metod produkcji, takich jak rodzaj wiertła do użycia przy tworzeniu określonego otworu.
• Określ punkt odniesienia, aby dać sobie punkt odniesienia.
• Wymiary liniowe powinny używać wartości numerycznej w swoim centrum z strzałkami w obu kierunkach.
• Użyj adnotacji przy wymiarowaniu otworów z górnego widoku.
• Użyj wymiarów liniowych przy wymiarowaniu otworów z widoku bocznego.

Rysunek 69 - Wymiarowanie Otworów z Widoku Bocznego

Adnotacje

Adnotacja łączy element z odpowiednimi szczegółowymi notatkami. Adnotacje są ogólnie wykorzystywane do zwrócenia uwagi na specjalny komponent lub podczas dostarczania notatek w ograniczonej przestrzeni. Przykład adnotacji można zobaczyć na Rysunku 70 poniżej, odnoszącym się do notatek z bloku tytułowego.

Rysunek 70 - Adnotacja do Notatek z Bloku Tytułowego

Krzywizna i Skręcenie

Notatki o krzywiźnie i skręceniu informują, jak elastyczna lub trwała jest płyta, testując, ile płyta może się zginać bez łamania.

Wymagania dotyczące krzywizny i skręcenia powinny być zaznaczone na głównym rysunku.

Układ Warstw Płyty

Legenda układu warstw płyty zawiera szczegóły dotyczące każdej warstwy na twojej płycie. Zaleca się dołączenie pięciu kolumn (Warstwa, Materiał, Grubość, Typ, Gerber) jak pokazano na Rysunku 71 w każdym projekcie, aby utrzymać dokumentację spójną i uporządkowaną w różnych projektach.

Rysunek 71 - Legenda Układu Warstw

Materiały

Sekcja Materiałów definiuje, jakie materiały powinny być wspomniane w sekcji notatek twojego głównego rysunku i powinny określać:

• Wymagania U.L.
• Typ laminatu
• Folia miedziana

Szczegóły Otworów

Szczegóły otworów dostarczają informacji na temat każdego otworu wiertniczego. Standardowym elementem wymaganym do wyprodukowania PCB jest legenda wiertnicza, znana również jako tabela wiertnicza. Tabela wiertnicza rejestruje szczegóły wszystkich otworów w danej konstrukcji płytki. Każde wiercenie reprezentowane jest przez symbol, literę lub rzeczywisty rozmiar otworu. Prawidłowo skonstruowana tabela wiertnicza powinna wyglądać jak Rysunek 72 poniżej i zawierać symbol, liczbę, rozmiary otworów, tolerancje otworów oraz kolumnę z informacjami o powlekania.

Rysunek 72 - Tabela Rysunku Wiertniczego

Rysunek Wzoru Wiertniczego

Rysunek Wzoru Wiertniczego pokazuje wszystkie lokalizacje wierceń i może być dołączony jako wydruk piórkowy, fotoplot lub kopia kompozytowa fotograficzna. Musi być wyprodukowany w skali 1:1. Symbole reprezentujące wiertła na rysunku będą bezpośrednio odpowiadać odpowiadającemu im symbolowi w legendzie wiertniczej. Rysunek 73 pokazuje typowy wzór wierceń udokumentowany na PCB.

Rysunek 73 - Wzór Wierceń na PCB

Ślepe i Pogrzebane Przewierty

Ślepe i zakopane przelotki, jak wspomnieliśmy w Rozdziale 3, są przelotkami łączącymi warstwy, ale nie docierającymi do żadnej z zewnętrznych warstw, górnej lub dolnej. Pracując z płytami typu 4 lub 6 (wielowarstwowe płyty z ślepymi i zakopanymi przelotkami), ważne jest, aby określić lokalizację przelotek dla każdej pary warstw na rysunku. W następujących przypadkach należy dołączyć oddzielny plik wiercenia dla każdego z nich, w tym:

• Otwory o kontrolowanej głębokości (zarówno od dołu, jak i od góry)
• Ślepe otwory
• Zakopane otwory
• Plik wiercenia przelotowego

Punkty testowe

Punkty testowe są używane do sondowania obszarów twojej płytki po produkcji w celu zapewnienia jakości. Powinieneś uwzględnić punkty testowe jako część twojej tabeli wiercenia i rysunków wzorów wiercenia. Oprócz rysunków produkcyjnych, dołącz wydruki schematów do swoich rysunków montażowych, ponieważ pomaga to w zrozumieniu, gdzie w układzie elektronicznym są podłączone twoje punkty testowe.

Oznaczenia

Oznaczenia są używane do pokazania poziomu bezpieczeństwa związanego z twoją płytą. Odpowiednie oznaczenia powinny być umieszczone lub zaznaczone na głównym rysunku. Na Rysunku 74 zauważysz, że wiele krajów ma swoje odpowiednie oznaczenia, a nawet niektóre standardy mają zasięg globalny, takie jak RoHS.

Rysunek 74 - Oznaczenia Poziomu Bezpieczeństwa

Ograniczenie Stosowania Niebezpiecznych Substancji (RoHS)

Standard Ograniczenia Stosowania Niebezpiecznych Substancji (RoHS) jest stosowany na całym świecie[7-4]. Standard RoHS ogranicza użycie substancji takich jak ołów i rtęć w sprzęcie elektrycznym i elektronicznym, ponieważ są one szkodliwe dla środowiska i ludzi. Oznaczenia RoHS powinny być umieszczone lub zaznaczone na głównym rysunku. Rysunek 75 pokazuje niektóre oznaczenia zgodne z RoHS.

Rysunek 75 - Etykiety Oznaczające Zgodność z RoHS

Laboratoria Underwriters INC. (UL)

Jedno oznaczenie, o którym nie wspomniano powyżej, to oznaczenie „UL”. Posiadanie oznaczenia UL dla Twojej płytki oznacza, że użyte materiały bazowe i projekt zostały wyprodukowane zgodnie z procesami zatwierdzonymi przez UL. Płyta spełnia również ich standardy dotyczące odporności na szok termiczny, przyczepności powłok i siły wiązania. Aby uzyskać więcej informacji na temat tego standardu, należy odnieść się do standardu UL 796[7-5] dla drukowanych obwodów drukowanych. Oznaczenie UL powinno być wskazane na rysunku lub w notatkach, tak jak wszystkie inne oznaczenia.

Rozładowania Elektrostatyczne (ESD)

Oznaczenia na rysunku 76 to znaki ostrzegające przed wyładowaniami elektrostatycznymi i są umieszczane na płytce wrażliwej na statykę[7-1]. Jeśli jest wystarczająco dużo miejsca, oznaczenia mogą być dodane do płytki za pomocą sitodruku. Upewnij się, że te oznaczenia są widoczne zarówno na płytce (jeśli dotyczy), jak i na rysunku głównym.

Rysunek 76 - Oznaczenia Wyładowań Elektrostatycznych

Tusze do Oznaczania

Tusze do oznaczania są używane do tworzenia etykiet i oznaczeń na rysunkach. Umieszczając oznaczenia na płytce, należy unikać kładzenia oznaczeń na powierzchniach przewodzących, powierzchniach, które będą pokryte topiącymi się metalami, oraz miejscach niewidocznych z zewnątrz. Rysunek główny powinien być oznaczony stałym formatem informacji, w tym numerem części, numerem warstwy, poziomem rewizji i symbolami orientacji.

Przy nakładaniu tuszu, etykiet, grawerowaniu laserowym lub jakichkolwiek innych oznaczeniach należy zadbać o to, by były one nietoksyczne, nieprzewodzące, o wysokim kontraście i wystarczająco trwałe, aby przetrwać produkcję.

Warunki Przetwarzania

Warunki przetwarzania zawierają szczegóły dotyczące sposobu produkcji twojej płytki podczas wytwarzania i pomagają twojemu producentowi efektywnie zoptymalizować ich sprzęt dla twoich szczególnych wymagań projektowych.

Kupony Zgodności Jakości

Kupony zgodności jakości, znane również jako kupony testowe, to małe sekcje PCB używane do testowania, które są tworzone jednocześnie z główną płytą. Służą do testowania różnych zmiennych, w tym impedancji i międzywarstwowej pojemności. Te obwody zgodności jakości powinny się pojawić na rysunku głównym tak, jak pojawiają się na panelu PCB.

Rysunek 76 - Kupony zgodności jakości

Specyfikacje procesu

Specyfikacje procesu zawierają informacje, których producent potrzebuje podczas wykonywania określonych procesów, takich jak czyszczenie i przygotowanie twojej płyty. Informacje o procesie powinny zawierać dane dotyczące tolerancji. Na przykład, tworząc maskę lutowniczą, chcesz ustawić jej grubość na 0,002 cala z tolerancją 0,001 cala.

System siatki

System siatki odgrywa ważną rolę w tworzeniu płyt i jest używany do lokalizowania elementów i przedmiotów, w tym komponentów, otworów przelotowych i wzorców lądowania dla montażu powierzchniowego. Elementy nie znajdujące się na siatce, muszą być wymiarowane z daną tolerancją. Upewnij się, że twoje systemy siatki są zawsze w obrębie co najmniej dwóch punktów odniesienia i że określasz przyrosty siatki na rysunku głównym.

Cechy produkcyjne

Cechy produkcyjne obejmują dodatkowe informacje, które pozwalają maszynom producenta zobaczyć, jak płyta jest zorientowana w przestrzeni, dla efektywnego przetwarzania.

Właściwe wyrównanie płyty jest kluczowe, aby uniknąć problemów z rejestracją, i jest osiągane poprzez punkty odniesienia.

Punkt odniesienia

Punkt odniesienia to punkt zlokalizowany na drukowanej płycie, zazwyczaj otwór, który pozwala maszynie „zobaczyć”, jak płyta jest zorientowana w przestrzeni. Po więcej szczegółowych informacji proszę odnieść się do IPC-D-300[7-6].

Powinieneś wybrać punkty odniesienia jako funkcjonalne elementy zlokalizowane na siatce, które odnoszą się do łączących części, takich jak śruby lub otwory montażowe. Unikaj wybierania punktów odniesienia na krawędzi płyty, ponieważ mogą one nieadekwatnie charakteryzować funkcję płyty.

Aby ustalić siatkę względem płyty, co najmniej dwa otwory muszą być umieszczone na siatce. Te otwory muszą być właściwie wymierzone względem punktów odniesienia i również stworzą początek układu dla płyty.  

Cele fiducjalne

Fiducjale to specyficzny typ punktu odniesienia, zazwyczaj używany dla maszyn pick and place, i pozwalają maszynie wiedzieć, gdzie PCB jest zorientowane w przestrzeni. Cele fiducjalne muszą być pokazane na wszystkich grafikach montażu powierzchniowego.

Dokumentacja rysunku głównego

Sekcja Dokumentacji Rysunku Mistrzowskiego twojego głównego rysunku zawiera wszystkie szczegóły wspierające dla twojej PCB, w tym notatki, adnotacje i dodatkowe grafiki, które pomagają wyjaśnić twoje intencje produkcyjne. 

Wykres Kontroli Konfiguracji Grafiki

Wykres Kontroli Konfiguracji Grafiki to rysunek, który identyfikuje i zarządza poziomami rewizji różnych grafik, w tym sitodruków, pasty lutowniczej i danych wiercenia NC.

Rysunek 77 - Wykres Kontroli Konfiguracji Grafiki

Kolumna Poziom Rew. podsumowuje rewizję poszczególnych grafik, a kolumna Cu. WT. oz. pokazuje wagę miedzi poszczególnych warstw. Dołącz ten wykres na pierwszej stronie twojego głównego rysunku.

Notatki

Notatki towarzyszą rysunkom produkcyjnym i są używane do komunikowania twoich wymagań i szczegółów dotyczących procesu fabrykacji. Poniżej znajduje się lista możliwych notatek, które możesz chcieć dołączyć do swoich rysunków:

• Specyfikacje gotowej płytki i klasa
• Wymagania dotyczące materiałów
• Wymagania dotyczące materiałów w stanie B (dla płyt wielowarstwowych)
• Oznaczenia płytki
• Konstrukcja
• Specyfikacje maski lutowniczej
• Materiał i grubość maski lutowniczej
• Wymagania dotyczące wierconych otworów
• Grubość powłoki miedzi
• Wymagania dotyczące wytrawiania
• Wymagania dotyczące wygięcia i skręcenia
• Typ tuszu do sitodruku
• Wymagania dotyczące kuponów testowych
• Wymagania dotyczące elektrycznych testów gotowej płytki

Przykładowe uwagi z IPC-D-325A[7-1]

• Produkcja płyt zgodnie z IPC-RB-276[7-7], Klasa 3. Gotowe płytki muszą spełniać testy zgodności jakości i inspekcje, jak określono.
• Materiał zgodny z MIL-S-13949/4[7-8], laminowana blacha, miedziowana HTE, typ GF tkanina szklana jako podstawa, niepalna (spełniająca UL 94V-1 lub lepsza). Ocena Tg: 140 do 160 C.
• Materiał zgodny z MIL-S-13949/12[7-9], plastikowa blacha, typ GF materiał bazowy, tkanina szklana impregnowana wstępnie (B-stage), Ocena Tg: 140 do 160 C.
• Producent płytek powinien nanosić kod daty, kod klatki producenta, identyfikator oraz oznaczenie UL na stronę pierwotną i wtórną, tam gdzie to wskazano. Oznaczenie powinno być wytrawione w miedzi.
• Konstrukcja ma być z maską lutowniczą na gołej miedzi (SMOBC), używając Typu XXXX, fotoobrazowalnej suchej folii, o grubości 0,003 cala. Aplikować na strony pierwotne i wtórne zgodnie z IPC-SM-840[7-10], (typ B, Klasa 3). Użyć odpowiedniej sztuki maski lutowniczej dla każdej strony płytki. Przebicie zatentowanych otworów jest niedopuszczalne.
• Niedopasowanie maski lutowniczej nie może przekraczać +0,004 cala. Nakładanie maski lutowniczej dozwolone tylko na okrągłych lądach i nie może przekraczać 0,001 cala. Nakładanie na prostokątne lądy SMD jest niedopuszczalne.
• Grubość maski lutowniczej: min. 0,002 cala / maks. 0,003 cala. Materiał maski lutowniczej ma być jasnozielony i wysoce przezroczysty.
• Wiercić płytki używając danych wiertła, wzoru wiercenia i harmonogramu otworów. Lokalizacje otworów mogą różnić się o maks. 0,004 cala (Błąd Promieniowy) względem prawdziwej pozycji.
• Wszystkie otwory są metalizowane, chyba że zaznaczono inaczej. Minimalna grubość metalizacji miedzianej w otworach metalizowanych ma wynosić 0,001 cala. Metalizacja miedziana w otworach zatentowanych nie może zatykać otworów.
• Wymiary są po trawieniu i pokrywaniu, i są podstawowe, chyba że wskazano inaczej.
• Wygięcie i skręcenie nie mogą przekraczać 0,0075 cala na cal, mierzone zgodnie z IPC-TM-650[7-11], metoda 2.4.22.
• Ekranowanie strony pierwotnej (górnej) i wtórnej (dolnej) płytki przy użyciu białego tuszu epoksydowego zgodnie z MIL-I-43553[7-12], Typ II, oraz odpowiedniej grafiki.
• Kupon testowy: umieścić kod klatki producenta, kod daty lub numer seryjny w wskazanym miejscu, używając białego tuszu epoksydowego lub trawienia miedzi. Jeden próbek metalograficzny powinien być testowany i dostarczany z każdą partią płyt. Raport z pomiarów, pokazujący średnią grubość pokrycia i jakość, powinien być dostarczany z każdym próbkiem. Testowanie powinno obejmować stres termiczny i mikrosekcjonowanie zgodnie z IPCTM-650[7-13], Metody 2.1.1 i 2.6.8[7-14]. Każdy próbek powinien być zidentyfikowany i możliwy do śledzenia z powrotem do partii wyjściowej.
• Elektryczne testowanie pustych płyt: Puste płyty powinny być testowane elektrycznie przy użyciu danych z listy połączeń generowanych przez CAD. Informacje te powinny być dostarczane w formacie IPC-D-356[7-14]. Testy elektryczne powinny być przeprowadzane zgodnie z wytycznymi ustanowionymi przez IPC-ET-652[7-15], wytyczne i wymagania dotyczące elektrycznego testowania niezamontowanych płyt drukowanych.

Dokumentacja Twojej Fabrykacji

Twoja dokumentacja projektowa to prawdopodobnie jeden z najważniejszych elementów procesu projektowania. Nawet najlepszy projekt PCB pójdzie na marne, jeśli nie będziesz w stanie jasno przekazać zamiarów projektowych swojemu producentowi. Mając ukończony rysunek główny, masz teraz wszystko, czego potrzebujesz, aby wyprodukować pustą płytę u wybranego producenta. W następnym rozdziale zbadamy ostatni element układanki dokumentacji dla końcowego montażu twojego PCB.

Dokumentowanie Twojego PCB do Montażu

Po udokumentowaniu wymagań dotyczących produkcji (płytka goła), nadszedł czas na równie ważny etap - dokumentowanie instrukcji dotyczących umieszczania komponentów i końcowego montażu. To właśnie na etapie montażu twoja goła płytka ożywa dzięki wszystkim komponentom, które określiłeś w swojej Specyfikacji Materiałowej. Ten rozdział omówi, co musisz wiedzieć, aby twoja płytka została pomyślnie zmontowana i obejmie wymagania dotyczące rysunku montażowego, dodawanie notatek oraz umieszczanie ostrzeżeń.  

Wymagania dotyczące rysunku montażowego

Wymagania dotyczące rysunku montażowego określają końcowy montaż płytki i dostarczają konkretnych instrukcji dla twojego producenta dotyczących umieszczania komponentów, orientacji i identyfikacji. Będziesz chciał zawrzeć następujące szczegóły jako część swojej dokumentacji rysunku montażowego:

 

Wymagana dokumentacja montażowa

Wymagana dokumentacja montażowa składa się z szeregu szablonów rysunków montażowych, które musisz dołączyć do swojego ostatecznego projektu, w tym wydruki schematyczne i sfinalizowaną BOM. Oprócz twoich notatek, te szablony rysunków pozwolą twojemu producentowi jasno zrozumieć twoje intencje projektowe dotyczące końcowego umieszczania komponentów i montażu.

Wydruki schematyczne

Wydruki schematyczne przedstawiają zamierzone połączenia komponentów na płytce i są niezbędne do zdefiniowania i ustalenia wymaganych punktów testowych.

Podczas końcowego procesu testowania, tester płytki może być w stanie znaleźć punkty testowe na fizycznej PCB, ale dla większej jasności będą korzystać z wydruków schematycznych, aby zrozumieć, jak te punkty testowe łączą się z siecią obwodów. Rysunek 78 pokazuje przykładowy schemat z zaznaczonymi punktami testowymi.

Rysunek 78 - Wydruki Schematyczne

Spis Materiałów

Spis Materiałów będzie zawierał szczegółową i możliwą do pozyskania listę części, która obejmuje wszystkie niezbędne informacje o dostawcach części. Dostarczenie BOM producentowi z dołączonymi oznaczeniami komponentów i informacjami o dostawcach zapewnia, że projekt zostanie wyprodukowany z odpowiednimi częściami. BOM jest omówiony bardziej szczegółowo później w przewodniku. Poniżej, na rysunku 79, pokazano przykładowy BOM z niektórymi niezbędnymi informacjami o częściach, które będziesz chciał dołączyć:

Rysunek 79 - Spis Materiałów

Oznaczenia Ostrzegawcze

Oznaczenia ostrzegawcze są bardzo ważne dla bezpiecznego obchodzenia się z płytą. Jako część dokumentacji montażowej, będziesz musiał dołączyć oznaczenia wyładowań elektrostatycznych pokazane na rysunku 80, jeśli twoja płyta wymaga specjalnej obsługi z powodu wrażliwości na statyki.

Rysunek 80 - Oznaczenia Wyładowań Elektrostatycznych

Oprócz powyższych symboli, notatki w poniższej tabeli należy umieścić nad tytułem lub jak najbliżej niego. Użycie notatek zależy od klasy Twojej płytki, a oznaczenia można nanosić za pomocą trawienia miedzi lub sitodruku[8-1].

 

Jeśli nie jesteś pewien, do której klasy należy Twoja płyta, zapoznaj się z poniższymi wytycznymi:

• Klasa 1 - Urządzenia wrażliwe na napięcia 2,000 lub mniejsze 
• Klasa 2 - Urządzenia wrażliwe na napięcia między 2,001 a 4,000
• Klasa 3 - Urządzenia wrażliwe na napięcia większe niż 4,000

Notatki

Rysunki montażowe, podobnie jak rysunki wykonawcze, wymagają własnego zestawu notatek. Te notatki zawierają informacje o łączeniu płytki z jej komponentami, w tym standardy montażu, instrukcje obsługi i specyfikacje lutowania. W dokumentacji montażowej nie ma czegoś takiego jak zbyt wiele szczegółów. Jeśli uważasz, że producent musi wiedzieć coś o konkretnym umieszczeniu komponentu lub wymaganiach dotyczących montażu, zrób dla tego notatkę. Poniżej znajdują się przykłady notatek montażowych, jak widać w IPC-A-325A[8-1]:

• Jakość wykonania zgodna i zgodna z wymaganiami IPC-A-610.
• Oznacz numer grupy (lub kreskę), rewizję i numer seryjny, jak pokazano; oznaczenia mają mieć 0,10 cala wysokości, używając pozycji nr 6, białego tuszu epoksydowego, zgodnie z MILI-43553, typ II.
• To zgromadzenie zawiera urządzenia wrażliwe na wyładowania elektrostatyczne (ESD); wymagane jest bezstatyczne obchodzenie się z nimi zgodnie z MIL-STD-1686, klasa 2.
• Pokrycie konforemne nie jest wymagane.
• Oznaczenia są tylko dla celów informacyjnych i nie pojawiają się na poszczególnych częściach.
• Wymiary pokazane określają maksymalne granice obudowy dla gotowego zgromadzenia.
• Orientacja spolaryzowanych kondensatorów jest oznaczona znakiem plus (+). Polarność jest zidentyfikowana na części.
• Kropka identyfikuje lokalizację pinu nr 1 i orientację urządzenia, gdy jest oglądane od góry.
• Używając sita do pasty lutowniczej, nałóż pastę lutowniczą, pozycję nr 4, na stronę pierwotną płytki.

Dokonując dokumentacji swojego projektu

Ten rozdział kończy ostatnie i finalne ogniwo potrzebne do pomyślnego udokumentowania Twojej płytki PCB zarówno dla potrzeb produkcji, jak i montażu. Mając w ręku ukończony układ płytki i wszystkie szczegóły udokumentowane, aby skutecznie przekazać Twoje intencje produkcyjne, jesteś teraz gotowy, aby wysłać pliki projektowe do produkcji i rozpocząć produkcję Twojej płytki. Ostatni rozdział tego poradnika zagłębi się w szczegóły każdego pliku, który będziesz chciał wysłać do swojego producenta jako część ukończonego układu płytki i dokumentacji.

Przygotowanie plików produkcyjnych

Posiadając w pełni zaprojektowaną i udokumentowaną płytkę PCB, nadszedł teraz czas, aby skupić się na dostarczeniu wszystkich tych zasobów projektowych do Twojego producenta. Tutaj właśnie wchodzą w grę pliki produkcyjne, i to właśnie ta grupa plików wyjściowych będzie odpowiedzialna za jasne przekazanie Twoich intencji projektowych, aby rozpocząć proces produkcji i montażu. 

Każdy plik, który dostarczasz swojemu producentowi, zawiera kluczowe informacje projektowe niezbędne do dostosowania maszyn, siły roboczej i specyfikacji potrzebnych do pomyślnego wyprodukowania twojej płytki w zakładzie produkcyjnym. Ten rozdział podsumuje szczegóły, które musisz znać na temat każdego pliku produkcyjnego, w tym Gerbers[9-1], ODB++[9-2] i IPC-2581[9-3]. Na koniec tego rozdziału będziesz dokładnie wiedzieć, jakie pliki należy wysłać do producenta, aby dodać ostatnie szlify do procesu projektowania. 

Podstawy plików produkcyjnych

Ważne jest, aby dokładnie wiedzieć, jakie wyjścia wymaga twój producent i rozumieć, jakie informacje są zawarte w każdym z tych plików. Zapewniając, że dołączysz wszystkie niezbędne pliki jako część swojej dokumentacji wyjściowej, zminimalizujesz potencjalne błędy w procesie produkcyjnym i wyeliminujesz wszelkie zależności od ponownych obróbek. Zaleca się używanie standardów branżowych do opisania procesu, którego chcesz użyć u swojego producenta. Specyfikacje IPC często dostarczają bardziej szczegółowej metody fabrykacji niż standardowe opisy mogą zapewnić, ponieważ zostały one wysoko dopracowane, aby usunąć wszelką niejednoznaczność z ich specyfikacji. 

Po zakończeniu procesu projektowania w swoim oprogramowaniu, rozpoczniesz proces wyjściowy każdego pliku produkcyjnego. Pliki wyjściowe są wymienione w pięciu kategoriach w poniższej tabeli, przy czym każda z nich ma szereg różnych specyfikacji, o których musisz wiedzieć.

Wydruki montażowe

• Rysunki montażowe
• Pliki do pobrania i umieszczenia

Wydruki dokumentacji

• Rysunek zbiorczy
• Wydruki 3D
• Wydruki PCB
• Wydruki schematów
• Wydruki symulacji

Wydruki produkcyjne

• Przewodniki wiercenia zbiorczego
• Rysunki wiercenia
• Wydruki końcowej grafiki
• Pliki Gerbera
• Wydruki maski lutowniczej/pasty
• Pliki wiercenia NC
• Pliki ODB++
• Wydruki płaszczyzn zasilających
• IPC-2581

Wydruki list połączeń

• IPC-D-356

Wydruki raportów

• Lista materiałów
• Przekrój komponentów
• Hierarchia projektu
• Raport punktów testowych

Teraz pokażemy niektóre z głównych plików produkcyjnych[9-4], które będą Cię interesować i przedstawimy niezbędne szczegóły potrzebne do pomyślnego generowania dokumentacji wyjściowej. 

Pliki Gerber są standardowym formatem plików w branży produkcji PCB i zostały opracowane przez Gerber Systems Corp, obecnie Ucamco, ponad 35 lat temu. Format Gerber można podzielić na dwie główne kategorie:

• Standardowy Gerber, czyli RS-274-D, który później został zastąpiony przez RS-274X.
• Rozszerzony Gerber, czyli RS-274X, szeroko używany dzisiaj.

Rozwój formatu Standardowego Gerbera zapoczątkował erę produkcji PCB z wykorzystaniem wektorowych ploterów fotograficznych, ale szybko stracił na znaczeniu, gdy technologia posunęła się do przodu, a plotery rastrowe zyskały na popularności. Rozszerzony Gerber został wprowadzony pod koniec lat 90., aby wyeliminować ograniczenia Standardowego Gerbera.

Ugruntowanie się Rozszerzonego Gerbera jako wiodącego formatu plików dla produkcji PCB osiągnęło szczyt, gdy Ucamco ogłosiło Standardowy Gerber za przestarzały w 2014 roku[9-5]. Od tego czasu Rozszerzony Gerber został dalej zrewidowany, aby stworzyć wersję Gerbera 2, powszechnie określaną jako X2. Gerber X2 wprowadza nowe atrybuty, które pozwalają formatowi plików dostarczać metadane na temat dołączonych obrazów i komponentów.

Standardowy Gerber (RS-274-D)

Standardowy Gerber, czyli RS-274-D, jest obecnie praktycznie przestarzały i nie powinien być już używany do produkcji. Współczesne pliki Gerber powinny być natomiast produkowane w formacie RS-274X, czyli Rozszerzonym Gerberze wersji 2, ponieważ te pliki dostarczają bardziej szczegółowych i czystszych informacji na temat zamierzeń projektowych dla celów produkcyjnych.  

Rozszerzony Gerber (RS-274-X)

Plik Rozszerzonego Gerbera[9-6] dostarcza serię pojedynczych, niezależnych od rozdzielczości obrazów obiektów graficznych. Poprzez składanie tych obiektów razem, ten typ pliku dostarcza zunifikowany obraz każdej warstwy układu płytki, włączając zdefiniowane rozmiary, kształty i lokalizacje rzeczywistych komponentów. 

Ten plik składa się z kolekcji poleceń, które kontrolują zarówno stany graficzne, jak i obiekty graficzne używane do produkcji obrazu warstw PCB. 

Każdy plik w RS-274-X odpowiada pojedynczej warstwie i zawiera wszystkie informacje potrzebne do odtworzenia tej warstwy w jej fizycznej formie. Logiczne polecenia znajdujące się w każdym Gerberze są strukturyzowane i wykonane w sposób liniowy, a te polecenia manipulują obiektami graficznymi i zmieniają sposób, w jaki są generowane. Te polecenia można podzielić na dwa typy:

• Kody poleceń funkcji to pojedyncze kody literowe zaczynające się na D/G/M oraz dodatnią liczbę całkowitą.
• Rozszerzone kody poleceń to kody dwuliterowe sparowane ze znakiem „%”.

Te polecenia następnie manipulują różnymi obiektami graficznymi znajdującymi się w każdym Rozszerzonym Gerberze, w tym:

• Obiekty rysujące, które produkują prostą linię o grubości i zakończeniach zależnych od kształtu aktualnej przysłony. 
• Obiekty łukowe, które wykorzystują aktualną przysłonę do tworzenia segmentów okręgu i zawsze mają zaokrąglone zakończenia. 
• Błyski, które są reprodukcjami przysłon, często powielane wiele razy i powszechnie używane do tworzenia padów. 
• Regiony, które są sekcjami określonymi przez segmenty liniowe i okrągłe, powszechnie używane do wylewania miedzi. 

Oba powyższe polecenia i obiekty graficzne wchodzą w interakcję z przysłonami w pliku Rozszerzonego Gerbera, które są prostymi symbolami geometrycznymi 2D z punktem początkowym używanym do centrowania wzdłuż wymienionych współrzędnych. Istnieją dwa rodzaje szablonów przysłon, w tym:

• Standardowe przysłony obejmują koło (C), prostokąt (R), obround (O) i regularny wielokąt (P).
• Makroprzysłony są identyfikowane przez ich podaną nazwę i zdefiniowany kształt utworzony przez łączenie i parametryzowanie prymitywów.

Gdy używana jest apertura, jest ona ustawiana jako "bieżąca apertura" i dodawana do słownika szablonów. Każda standardowa apertura jest używana do stworzenia zestawu prymitywów, które mogą być wykorzystane do tworzenia makro apertur.

Powyższe koncepcje łączą się, aby stworzyć kompletny obraz warstw twojej płytki przy użyciu polarności. W Rozszerzonym Gerberze występują dwa rodzaje polarności:

• Polarność jasna, która czyści swój kształt przez wszystkie poziomy płaszczyzny.
• Polarność ciemna, która przyciemnia swój kształt na najwyższym poziomie płaszczyzny.

Ukończony obraz warstwy płytki jest wynikiem nałożenia się obiektów graficznych w połączeniu z obiema tymi polarnościami. 

Rozszerzony Gerber Wersja 2 (X2)

Rozszerzony Gerber Wersja 2, czyli X2, działa na tych samych zasadach i koncepcjach co Rozszerzony Gerber i jest w pełni kompatybilny wstecz z maszynami Rozszerzonego Gerbera. W wersji X2 wprowadzono nowe atrybuty, które obejmują dodatkowe metadane dla zadań graficznych. Te metadane dostarczają dodatkowych informacji i szczegółów na temat cech komponentów i przypadków użycia oraz pomagają producentowi płynnie przejść od plików projektowych do fizycznego procesu fabrykacji, co ostatecznie skraca czas fabrykacji i zmniejsza liczbę błędów. 

Generowanie plików Gerber

Zrozumienie struktury plików Gerber jest kluczowe dla ich prawidłowej konfiguracji[9-7]. Zacznij od określenia jednostek, których chcesz użyć, czyli cali lub milimetrów. Następnie wybierz określony format danych współrzędnych, który pozwala na precyzyjne umiejscowienie obiektów w przestrzeni roboczej PCB. Do wyboru jest kilka formatów rozdzielczości, w tym:

• 2:3, który ma rozdzielczość 1 mil (1/1000 cala)
• 2:4, który ma rozdzielczość 0,1 mila
• 2:5, który ma rozdzielczość 0,01 mila
• 2:6, który ma rozdzielczość 0,001 mila

Format 2:4/2:5 będzie wymagany, jeśli używasz siatki mniejszej niż 1 mil, lub obiekty mają rozdzielczość mniejszą niż 1 mil. Skontaktuj się z producentem w celu uzyskania dokładnych formatów i rozdzielczości.

Każda wybrana warstwa zostanie wyeksportowana do indywidualnego pliku Gerber z własnym unikalnym rozszerzeniem. Ważne jest, aby potwierdzić, że każda warstwa jest eksportowana do odpowiedniego pliku Gerber, ponieważ brakujące lub nieprawidłowo umieszczone warstwy często mogą opóźnić proces produkcji.

Większość nowoczesnych ploterów fotograficznych używanych obecnie to plotery rastrowe, które mogą przyjmować dowolny rozmiar przysłony, w tym pliki Gerber z osadzonymi przysłonami.

Wirtualna Taśma i Końcowa Konfiguracja

Ostatni etap procesu konfiguracji plików Gerber obejmuje ustawienie rozmiaru wirtualnej taśmy i jej obramowania, jak również dopasowanie tolerancji otworów i konfigurację ustawień eliminacji zer. Pliki Gerber powinny być tworzone z takim samym formatem i precyzją, jak pliki wiertnicze NC. 

Przykład: Jeśli pliki Gerber zostały skonfigurowane do użycia formatu 2:5, to odpowiadające im pliki wiertnicze powinny używać tego samego formatu. To samo dotyczy pochodzenia absolutnego lub względnego.

Ręczne Generowanie Plików Gerber

Istnieje kilka wytycznych, których należy przestrzegać podczas ręcznego generowania plików Gerber, w tym:

• Wszystkie pliki powinny używać aktualnych konstrukcji i unikać S-274-D, ponieważ jest to obecnie przestarzały format pliku. 
• Użyj rozdzielczości dla swoich jednostek, która zapewni wyraźny obraz twojego projektu. 
• Przy użyciu jednostek imperialnych i metrycznych, zapewnij odpowiednio 6 i 5 miejsc po przecinku.

Z konfiguracją i wygenerowaniem plików Gerber, nadszedł czas, aby przejść do generowania plików ODB++ dla systemu CAM twojego producenta. 

Pliki ODB++

Oryginalny format pliku ODB został opracowany w 1995 roku przez firmę Valor jako alternatywa dla plików Gerber. ODB++ został później wydany w 1997 roku z dodatkiem nazw komponentów do oryginalnego formatu ODB. Celem firmy Valor było przyspieszenie komunikacji intencji projektowej od projektowania do produkcji poprzez uproszczenie wymiany danych między systemami CAD i CAM. ODB++ osiąga ten cel, konsolidując informacje o projekcie PCB do pliku zip, który następnie może być załadowany do systemów CAM. 

Narzędzia CAM używane obecnie mogą łatwo analizować pliki ODB++ w celu ekstrakcji wszystkich informacji o projekcie, w tym rozmiaru, kształtu, pozycji i cech wszystkich elementów projektu, w tym komponentów, padów, via itp. Te elementy projektu są zdefiniowane w pliku ODB++ i pozwalają na łatwe rozpoznanie przez narzędzia CAM do produkcji. 

Niektóre firmy preferowały używanie standardu IPC-2511 (GenCAM) zamiast ODB++, jednak ODB++(X) został zalecony przez National Electronics Manufacturing Initiative (NEMI) w 2002[9-8] w celu połączenia standardów w bardziej otwarty format, a ta rekomendacja zyskała poparcie od kilku prominentnych firm, w tym Nokia, Hewlett-Packard i Xerox.

Zrozumienie struktury pliku ODB++

Pliki ODB++ przypominają strukturę plików systemów operacyjnych i mogą być przechowywane w pojedynczym, skompresowanym pliku. Struktura[9-9] plików ODB++ zapewnia niesamowitą różnorodność w przekazywaniu informacji o projekcie PCB, od BOM-ów i układów warstw po listy węzłów punktów testowych i dane produkcyjne. Kompletny, skompresowany plik ODB++ zawiera wszystkie informacje potrzebne do wyprodukowania i zmontowania projektu płytki, a pliki są ładowane do systemu CAM na froncie, aby kierować procesem produkcyjnym.

Chociaż powszechnie określane jako pliki ODB++, ODB++ można dokładniej opisać jako strukturę plików. Opis ODB++ twojego projektu będzie istniał tylko jako pojedynczy plik w celu przekazania zamiaru projektowego twojemu producentowi. Zazwyczaj struktura pliku ODB++ zostanie przekonwertowana na „tarball”, a następnie skompresowana. Rysunek 81 pokazuje przykładową hierarchię pliku ODB++:

Rysunek 81 - Struktura Pliku ODB++

Dlaczego powinieneś używać ODB++

Projekty dokumentowane przez Gerber wymagają konwersji do pomyślnego przetworzenia, a ten czasochłonny proces dodaje dodatkowy czas potrzebny do wyprodukowania twojej płytki. 

Użycie plików ODB++ pomaga rozwiązać ten problem z:

• Zorganizowana struktura plików, która pozwala na szczegółowy opis projektu, dostarczając projektantom i producentom jasne specyfikacje płyty.
• Pojedyncze źródło prawdy dla plików produkcyjnych w jednym skompresowanym pakiecie, który nie wymaga konwersji czy tłumaczenia przez producenta.
• Zorganizowana struktura plików, która zapewnia jednolitą strukturę danych do wykorzystania między fabrykacją, montażem a testowaniem.

Generowanie plików ODB++

Zacznij od włączenia określonych warstw, które chcesz uwzględnić jako część generowanych plików wyjściowych[9-10]. Podobnie jak w przypadku generowania plików Gerber, możesz również wybrać, które warstwy mechaniczne dodać do wszystkich wykresów warstw ODB++. Musisz określić źródło, które zostanie użyte do utworzenia warstwy profilu ODB++. Ta warstwa profilu zawiera zamykającą granicę płyty, zazwyczaj ustawioną domyślnie na zarys płyty.

Zarys płyty, określany również jako kształt płyty, to zamknięty kształt wielokątny, który definiuje granicę twojej PCB i jest jednym z najlepszych źródeł do tworzenia warstwy profilu. Jeśli twój projekt nie ma powiązanego kształtu płyty, możesz wybrać inną warstwę PCB do zdefiniowania zamkniętego wielokąta reprezentującego granicę płyty (np. warstwę KeepOut lub określoną warstwę mechaniczną). 

Zadanie w ODB++ jest reprezentowane przez samowystarczalne drzewo katalogów, które może być przenoszone między systemami komputerowymi lub nawet kontrolowane wersyjnie bez utraty danych. Zadanie bazy danych to pojedynczy folder (odb), składający się z następujących podfolderów:

• Fonts
• Input
• Matrix
• Misc
• Steps
• Symbols
• User

Folder steps zawiera różne podfoldery, w tym folder layers, który zawiera wyjście dla każdej warstwy włączonej do plotowania w oknie dialogowym ustawień ODB++, a także informacje o wierceniu i informacje o komponentach. Folder symbols zawiera pojedyncze obiekty graficzne warstwy, które mogą być przywoływane w dowolnej warstwie graficznej w określonym kroku. Folder matrix ma definicje fizycznego porządku warstw i relacji otworów. Podczas generowania wyjścia ODB++ z projektu PCB, wszystkie obiekty na wszystkich warstwach włączonych do plotowania zostaną wyeksportowane.

IPC-2581

Wydany w marcu 2004 roku, standard IPC-2581[9-3] (zatytułowany „Generic Requirements for Printed Board Assembly Products Manufacturing Description Data and Transfer Methodology”) definiuje format integracji danych projektowych do pliku w celu komunikacji z maszynami CAD do CAM.

IPC-2581 jest podobny do ODB++ w swoim celu, jakim jest zaspokojenie potrzeb zarówno projektowania PCB, jak i wymaganych przez producentów informacji o zamiarze projektowym. 

Format ten powstał z propozycji połączenia otwartego formatu GenCAM oraz własnościowego formatu ODB++(X), i ułatwia automatyzację między systemami CAD i CAM, aby przyspieszyć proces produkcyjny. IPC-2581 jest otwarty do implementacji bez wymagania licencji, w przeciwieństwie do ODB++. Wiele firm wspiera rozwój IPC-2581, wierząc, że otwarty standard przyniesie największe korzyści dla całej branży. Utworzenie konsorcjum w 2011 roku nadało wiarygodność i stabilność dojrzewaniu tego formatu. Zrozumienie struktury pliku IPC-2581.

Format IPC-2581 przedstawia standardy, aby ustalić systematyczne przepływy procesów i chronić jakość w sposób spójny i niezawodny. Plik XML IPC-2581 zawiera:

• Informacje o miedzi dla warstw trawionych
• Informacje o układzie warstw (w tym sztywno-giętkie)
• Netlistę płytki gołej i punkty testowe w obwodzie
• BOM
• Notatki i parametry dotyczące fabrykacji i montażu

Dlaczego powinieneś używać IPC-2581

Format IPC-2581 oferuje podobne zalety do tych, które posiada ODB++, z dodatkową wygodą bycia otwartym źródłem. Skonsolidowane informacje dotyczące projektu mogą być wykorzystane bez dodatkowych plików wymaganych przez format Gerber, i nie ma potrzeby konwertowania różnych plików dla interpretacji przez systemy CAM. Zagrożenie komunikacji danych między systemami CAD i CAM jest rozwiązane dzięki ujednolicenemu formatowi wymiany danych, co znacząco redukuje szansę na błędy plików. 

Globalne przyjęcie IPC-2581 jako otwartej, ustandaryzowanej metody konsolidacji transferu danych projektowych i eliminacji potrzeby plików z różnych formatów zapewnia znaczące oszczędności czasu, finansów i zasobów dla branży.

Szerokie przyjęcie standardu zależy od produkcji i konsumpcji w całej branży zarówno przez projektantów, jak i producentów, a ta współpraca między firmami EDA a firmami z łańcucha dostaw ostatecznie zdefiniuje ciągły sukces standardu IPC-2581.

Generowanie plików IPC-2581

Tworzenie plików IPC-2581[9-11] jest proste, ponieważ większość narzędzi EDA generuje pliki z minimalnym wkładem użytkownika. Wybierz preferowane jednostki (metryczne/imperialne) i precyzję numeryczną zdefiniowaną w pliku, aby rozpocząć eksport.

Ustawienie precyzji określa dokładność pozycyjną i wymiarową danych w wygenerowanym pliku zgodnym z IPC-2581.

Pc-2581 Konfiguracja pliku

Specyfikacja Materiałowa

W centrum każdego projektu PCB znajduje się Specyfikacja Materiałowa[9-12], która integruje wszystkie aspekty komponentów twojego projektu, aby wyprodukować gotowy produkt. BOM jest kluczowy dla procesu produkcyjnego, ponieważ definiuje co, jak i gdzie kupić każdy komponent na układzie płytki. Oprócz pozyskiwania komponentów, montaż twojego finalnego produktu opiera się na instrukcjach znalezionych w twojej BOM.

Źle udokumentowana BOM wpływa na wszystkich zaangażowanych w projekt, od projektowania, przez fabrykację, aż po montaż. Ważne jest, aby dokumentować jak najwięcej informacji o fizycznych aspektach twojego projektu, w tym o materiałach eksploatacyjnych, takich jak klej, przewody i elementy złączne, które są niezbędne do stworzenia twojego końcowego produktu. 

Informacje w twojej BOM powinny być samowystarczalne i nie wymagać dalszych wyjaśnień dla osób z zewnątrz. Wszystkie powiązane rekordy BOM powinny być odpowiednio oznaczone, aby wszystkie strony korzystały z tej samej BOM do projektowania i produkcji. Dodatkowo, rekordy dokumentacji pomocniczej powinny być dołączone do odpowiednich pozycji BOM.

Zrozumienie struktury pliku Specyfikacji Materiałowej

Istnieje kilka różnych typów BOM:

Modułowa BOM

Modułowa lista materiałów (BOM) opisuje podzespoły. Funkcjonalnie, ten typ BOM działa jak baza danych dla wszystkich aspektów podzespołów, w tym części i odpowiednich metadanych. Implozja w modułowej liście materiałów kojarzy elementy składowe z głównym zespołem, podczas gdy eksplozja łączy zespół lub podzespół z jego komponentem.

Konfigurowalna lista materiałów

Konfigurowalna lista materiałów (CBOM) to dynamiczna, wysoce wszechstronna BOM, która ułatwia warianty montażu i fabrykacji. Na przykład, CBOM upraszcza fabrykację linii produktów z różnymi pamięciami, takich jak telefon. Struktura modułowej listy materiałów jest wymagana, aby umożliwić wybór skonfigurowanego produktu.

Listy materiałów wielopoziomowe

Wielopoziomowa lista materiałów, znana również jako główna lista materiałów (MBOM), wymienia wszystkie zespoły, komponenty i części projektu. Opisuje połączenia rodzic-dziecko w całym projekcie, reprezentowane przez gałęzie i zawiera wszystkie materiały i komponenty, od dużych komponentów po kleje.

Dlaczego powinieneś używać listy materiałów

BOM przekazuje strukturę[9-13] Twojego projektu producentowi, który nie miał wcześniej styczności z Twoimi plikami projektowymi. Posiadając BOM, Twój producent może odtworzyć Twój projekt w rzeczywistości, używając jedynie BOM jako przewodnika do pozyskiwania komponentów, części i zespołów. Po prostu, jest to niezbędny element każdego projektu konstrukcyjnego. 

Generowanie specyfikacji materiałowej

Zadaniem BOM jest zapewnienie pomyślnego wykonania Twojej finalnej produkcji, i powinieneś wybrać ujednolicającą specyfikację do organizowania i grupowania Twoich komponentów[9-14]. Chociaż możesz użyć dowolnej specyfikacji, zaleca się wybranie takiej, która oferuje opisowe typy komponentów lub oznaczenia.

Dobrą praktyką jest również dołączanie linków do dostawców dla Twoich komponentów, jeśli jest to możliwe, ponieważ pomoże to kontrolować ceny i dostępność oraz umożliwi Twojemu producentowi łatwe pozyskiwanie części.

Tworząc swoją specyfikację materiałową, upewnij się, że zawiera ona następujące elementy[9-15]:

• Poziom BOM
• Numery części
• Typ części
• Opisy części
• Ilość
• Jednostki miary
• Oznaczenia referencyjne
• Notatki do BOM

Zarządzanie Twoją specyfikacją materiałową

Tworzenie BOM (Bill of Materials - wykazu materiałów) równolegle z projektem pozwala utrzymać go w porządku, aktualizować i unikać błędów. Idealnie, BOM powinien być aktualizowany wraz z postępami w projekcie, aby odzwierciedlać wszelkie zmiany w wyborze komponentów, cenach i dostępności. Aktywne zarządzanie BOM może pomóc w identyfikacji problemów z dostawami, cenami i dostępnością, zanim przekażesz swoją dokumentację do produkcji i zaopatrzenia. 

Pliki wiertnicze NC

Pliki wiertnicze sterowane numerycznie (NC) zawierają informacje dotyczące otworów/przewiązań, które są wiercone w twojej płytce, i mogą być używane do opisu zarówno otworów metalizowanych, jak i niemetalizowanych. Twój projekt zwykle będzie zawierał różnorodne otwory, czy to dla elementów przewlekanych, przewiązań, czy otworów montażowych. Istnieją dwa typy plików wiertniczych NC: plik wiertniczy i plik raportu.

Zrozumienie struktury pliku wiertniczego NC

W typowej strukturze pliku wiertniczego NC występuje wiele różnych komponentów, w tym:

• Lokalizacje otworów, które informują maszynę, gdzie wiercić otwory na płytce.
• Plik raportu, który dostarcza streszczenie rozmiarów i liczby wykonanych otworów wiertniczych.
• Przypisane numery narzędzi (wiertła), które są używane do reprezentowania poszczególnych rozmiarów otworów w twoim projekcie.

Generowanie plików wiertniczych NC

Generowanie plików wiertniczych NC[9-17] jest zautomatyzowane w większości narzędzi EDA. Prawdopodobnie będziesz musiał jedynie określić jednostki i format, które mają być użyte w twoich plikach wyjściowych wiertniczych NC oraz początek współrzędnych dla twojej płytki. Formatowanie pliku wiertniczego NC jest proste i obejmuje trzy główne style formatowania:

• 2:3, który ma rozdzielczość 1 mil (1/1000 cala)
• 2:4, który ma rozdzielczość 0,1 mila
• 2:5, który ma rozdzielczość 0,01 mila

Jeśli używasz jednej z wyższych rozdzielczości, zaleca się konsultację z producentem na temat obsługiwanych formatów. Formaty 2:4/2:5 są wybierane, jeśli na płytce znajdują się otwory na siatce drobniejszej niż 1 mil.

Rysunek 81 - Konfiguracja pliku wiertniczego NC

Supresja zer

Supresja zer redukuje rozmiar plików poprzez usunięcie zer z początku (prowadzących) lub końca (końcowych) liczb. 

Twoje pliki wiertnicze NC powinny być tworzone z takim samym formatem i precyzją jak twoje pliki Gerber.

Przykład: Pliki Gerber zostały skonfigurowane do użycia w formacie 2:5, więc odpowiadające im pliki wiertnicze powinny używać tego samego formatu. To samo dotyczy pochodzenia absolutnego lub względnego.

Pliki Pick and Place

Maszyny Pick and Place są standardowym sprzętem do umieszczania urządzeń montowanych powierzchniowo na PCB, oferując wysoką prędkość i precyzję produkcji. Pliki Pick and Place są niezbędne do właściwego wykorzystania maszyn Pick and Place.

Rozumienie działania Pick and Place

SMD są wprowadzane do maszyny Pick and Place za pomocą taśm lub tacki i są umieszczane zgodnie z wymaganą orientacją i lokalizacją, a następnie sprawdzane za pomocą fotografii w celu zidentyfikowania brakujących i uszkodzonych komponentów oraz błędów rejestracji.

Dlaczego warto używać plików Pick and Place

Wraz z niedawnymi postępami w przemyśle produkcyjnym, maszyny używane przez producentów zazwyczaj działają automatycznie, z minimalnym lub bez udziału człowieka. Te automatyczne maszyny wymagają precyzyjnych współrzędnych do dokładnego pozycjonowania komponentów zgodnie z dokumentacją projektową. Dostarczenie producentowi zestawu współrzędnych dla umieszczenia SMD upraszcza automatyzację maszyn Pick and Place i pomaga przyspieszyć czas produkcji przy niższych ogólnych kosztach. 

Generowanie plików Pick and Place

Konfiguracja pliku Pick and Place

Wygenerowane pliki zawierają specyficzne informacje dla każdego komponentu umieszczonego na twojej płytce PCB[9-18]:

• Oznaczenie referencyjne
• Obrys
• Położenie*
• Warstwa (górna lub dolna)
• Obrót

*Położenie jest wyrażone na trzy sposoby:

• Środek X, Środek Y - punkt centralny komponentu
• Ref X, Ref Y - punkt odniesienia zdefiniowany przez użytkownika
• Pad X, Pad Y - pad 1 komponentu

Pliki raportów punktów testowych

Po wyprodukowaniu twojej PCB, testowanie w obwodzie[9-19] (ICT) powinno być przeprowadzone w celu zidentyfikowania źródeł jakichkolwiek zwarcia, przerw lub innych problemów elektrycznych. Zazwyczaj, dla tych testów na dużą skalę implementuje się urządzenie testujące typu "łóżko z gwoździami". Jednakże, dla płyt o niskiej złożoności lub produkcji na małą skalę można zastosować testowanie w obwodzie bez użycia oprzyrządowania (FICT) lub metody z pływającą sondą.

Tester Łóżko z Gwoździami

Przyrząd[9-20] do testera typu "łóżko igieł" zwykle wymaga od 30 do 45 dni na wykonanie. Przyrząd składa się z pinów pogo, które są umieszczane wzdłuż punktów testowych na PCB, oddzielonych laminowaną płytą z tkaniny szklanej epoksydowo-fenolowej. Piny pogo odpowiadają pojedynczemu punktowi testowemu lub węzłowi urządzenia poddawanego testowi (DUT). DUT jest utrzymywane na miejscu za pomocą próżni lub ręcznie dociskane przez alternatywny mechanizm, co pozwala na jednoczesne testowanie wszystkich punktów.

Rysunek 83 przedstawia przykładową konfigurację dla testera typu "łóżko igieł".

Rysunek 83 - Tester typu "Łóżko igieł"

Bezprzyrządowy test w obwodzie

Bezprzyrządowy test w obwodzie to świetna alternatywa dla produkcji o mniejszych objętościach, a ta metoda pozwala pominąć konstrukcję fizycznego przyrządu. Wszystkie inspekcje komponentów i pozycje sond testowych są obsługiwane komputerowo, a usunięcie fizycznych przewodów i pinów redukuje obciążenie pojemnościowe na PCB i zapewnia bardziej dokładne pomiary.

Pływająca sonda

Sonda pływająca mierzy potencjał napięcia między dwoma punktami o potencjale innym niż masa. Pomiary te mogą stanowić wyzwanie dla szybkich sygnałów zmiennych, ponieważ jakość pomiaru może być zapewniona tylko przy izolacji od potencjału masy DUT (urządzenia poddawanego testom). Jeśli ta izolacja nie zostanie zachowana, niemożliwe jest uzyskanie spójnych i dokładnych pomiarów. Ten system pomiarowy jest powszechnie stosowany przy testowaniu obwodów zasilających.

Rysunek 84 - Sonda Pływająca

Generowanie Plików Raportów Punktów Testowych

Ustawienia Pliku Raportu Punktów Testowych

Zaleca się generowanie oddzielnych raportów punktów testowych[9-21] dla procesów fabrykacji i montażu, w formacie tekstowym, CSV lub IPC-D-356. Lokalizacje punktów testowych zostaną ustalone w procesie projektowania, na górnej, dolnej lub obu warstwach płytki. 

Netlisty

Celem netlisty[9-22] jest opisanie łączności elektronicznego obwodu projektu i składa się z list powiązanych obwodów elektronicznych. Lista zawiera informacje o pinach i połączonych z nimi obwodach (instancjach), które są powszechnie określane jako sieci. Chociaż skład i szczegółowe definicje obwodów różnią się, wszystkie netlisty sprowadzają się do list sieci i ich połączonych obwodów.

Zrozumienie Struktury Pliku Netlisty

W netliście instancja odnosi się do zawartych lub odwołanych opisów części używanych w projekcie. Jeśli pin łączy się z kilkoma innymi pinami, netlista tworzy unikalne nazwy, aby odróżnić połączenia, nawet jeśli pochodzą z tego samego pinu.

Dlaczego warto używać netlist

Netlisty[9-23] odgrywają ważną rolę w fizycznej weryfikacji twojej płytki. Weryfikacja układu względem schematu (LVS) chroni twój produkt przed nieprawidłowym umieszczeniem komponentów fizycznych, a weryfikacja LVS zabezpiecza procesy produkcyjne wysokiej jakości, takie jak mostkowanie lutowia. Netlisty ułatwiają również symulację po rozmieszczeniu i pozwalają na testowanie obwodów pasożytniczych. Proces symulacji po rozmieszczeniu sprawdza wszelkie niezgodności w działaniu obwodów, aby wyeliminować błędy w produkcji. 

Pliki IPC-D-356

Plik IPC-D-356[9-24] to netlista używana do raportów punktów testowych i jest wysoce zalecanym standardem do opracowywania oprzyrządowania i definicji programów testowych dla twojego projektu. Ten format jest prosty w dokumentowaniu opisów i pozycji punktów testowych z dodatkową korzyścią zawarcia nazw sieci i oznaczeń pinów/referencji. 

Zrozumienie struktury pliku IPC-D-356

Format IPC-D-356 można postrzegać jako specjalizowaną listę połączeń dla punktów testowych, która łączy współrzędne płyty z nazwami sieci, oznaczeniami referencyjnymi oraz szczegółami pinów/padów. Pliki IPC-D-356 są formatowane w kolumny ASCII, przy czym trzy początkowe znaki określają typ punktu testowego. Informacje te są następnie uzupełniane o nazwy sieci, oznaczenia referencyjne oraz informacje o pinach lub rozmiarach padów. Ujednolicenie tych informacji testowych w jednym formacie zwiększa regularność i pozytywne wyniki produkcji płyty. 

Generowanie plików IPC-D-356

Zapoznaj się z sekcją dotyczącą generowania raportów punktów testowych, aby uzyskać więcej informacji na temat ogólnych wymagań konfiguracyjnych. Kiedy używasz IPC-D-356[9-25], powinieneś dostarczyć informacje o sąsiedztwie dla listy sieci, które mogłyby być zwarte. Sąsiedztwo opiera się na minimalnym odstępie między elementami. Informacja o sąsiedztwie sieci jest używana do redukcji testów izolacji w systemach testowych z latającymi sondami i innych pokryciach testowych.

Ustawienia pliku IPC-D-356

Finalizowanie plików produkcyjnych 

Tworzenie listy plików produkcyjnych to kluczowy ostatni etap każdego procesu projektowania PCB, a te pliki często stanowią pierwszą i jedyną metodę skutecznego komunikowania zamierzeń projektowych producentowi. Od wyjaśniania składu warstw płytki w pliku ODB++, IPC-2581 lub Gerber po określanie źródeł części w BOM, każdy plik bogaty w dane, który dodajesz do swojego ukończonego projektu, przyczynia się do zapewnienia możliwości wyprodukowania twojej płytki.

Podsumowanie

Projektowanie z myślą o produkcji to nie tylko proces projektowy, ale także świadomość tego, co dzieje się zarówno przed, jak i po ukończeniu układu płytki, od pierwszego komponentu umieszczonego cyfrowo po ostatnią część, którą maszyna pick-and-place fizycznie umieszcza na twoim PCB. W swojej istocie DFM jest tak samo sztuką, jak i nauką, wymagającą od inżynierów świadomości nie tylko własnych trosk i obaw w procesie projektowym, ale także potrzeb każdego interesariusza. Jeśli jest jedna rzecz, którą możemy powiedzieć na pewno w świecie projektowania elektroniki, to taka, że żadna część tego procesu nie istnieje w izolacji, a wszystko jest ze sobą połączone. 

Każda decyzja, którą podejmujesz jako projektant PCB, ma dalekosiężny wpływ na przyszłość, począwszy od sposobu, w jaki Twoja płyta jest produkowana, aż po gotowy produkt dostarczany Twoim klientom. Projektując z myślą o produkowalności, projektujesz z myślą o zaufaniu, niezawodności i integralności każdego tworzonego przez Ciebie produktu. 

Chociaż ten podręcznik jest obszerny w zakresie, stanowi tylko wierzchołek góry lodowej Twojej podróży w świat DFM. Standardy będą się zmieniać, procesy będą coraz bardziej udoskonalane, a produkcja będzie stawać się coraz bardziej efektywna, ale fundamenty pozostaną te same. Aby zaprojektować udaną PCB za pierwszym razem, musisz spojrzeć szerzej i postrzegać projekt, który tworzysz w domenie cyfrowej, jako mały fragment większej układanki. Wysłanie projektu i dokumentacji do produkcji to nie koniec, ale tylko początek znacznie większego ekosystemu. 

Po zakończeniu tego poradnika powinieneś mieć nową, wszechstronną perspektywę, na której możesz opierać swoje przyszłe decyzje projektowe. Pierwsza sekcja przyjrzała się zawiłościom typowego procesu projektowania PCB i przedstawiła konkretne wytyczne, które pomogą Ci tworzyć lepsze, szybsze i bardziej niezawodne płytki gotowe do produkcji niż kiedykolwiek wcześniej. Proces ten ma wiele nadrzędnych elementów, od materiałów, które wybierasz na swoje warstwy, po strategie rozmieszczania komponentów i punktów testowych. 

Stąd przeszliśmy dalej, poza proces projektowania, do dokumentacji, badając, co tworzy kompletny zestaw dokumentacji wymaganej przez każdego producenta. Zaczęło się od podstawowych składników szablonu PCB, a następnie zagłębiliśmy się w drobniejsze szczegóły, omawiając, jak złożyć swoją główną rysunkę i przygotować pliki produkcyjne. 

Niezależnie od tego, gdzie prowadzą Cię zainteresowania po zakończeniu tego poradnika, mamy nadzieję, że odchodzisz z jaśniejszym zrozumieniem, jak osiągnąć cele, które zostały postawione na początku:

• Wyeliminować potrzebę wielokrotnego poprawiania płytek z powodu szczegółów specyficznych dla produkcji, które zostały pominięte w procesie projektowania.
• Projektować i produkować płytki, które są zarówno wykonalne do produkcji, jak i działają zgodnie z zamierzeniami, stosując się do zestawu najlepszych praktyk ustalonych przez wiodących producentów w branży.
• Zmniejsz czas poświęcony na rewizje projektu i konsekwentnie osiągaj cele dotyczące czasu wprowadzenia na rynek, stosując się do zestawu praktyk projektowych dotyczących układu płytki i dokumentacji. 

A najważniejszy cel ze wszystkich - otrzymywanie dobrze wykonanej płytki od producenta za pierwszym razem, za każdym razem.

Słownik

BALL GRID ARRAY (BGA) - Ball grid array to obudowa dla układów scalonych. Zamiast wyprowadzeń posiada siatkę padów, do których przyczepione są kule z cyny. Układ scalony wewnątrz obudowy ma zmetalizowane zakończenia do łączenia z kulkami cyny. Obudowy BGA oferują znacznie większą gęstość połączeń niż obudowy z pinami na obwodzie. Numer typu obudowy komponentu chipowego wskazuje jego rozmiar. Na przykład: chip 1206 ma długość 0,120″ i szerokość 0,060″, a chip 1812 ma długość 0,180″ i szerokość 0,120″.

PIERŚCIENIE ANULARNE - Materiał przewodzący na padzie otaczający otwór, który jest różnicą między średnicą pada a odpowiadającą jej średnicą wiercenia.

APERTURY - Zdefiniowana przestrzeń kształtu w pliku Gerbera używana do tworzenia obrazów twoich warstw.

ARC - Wykorzystuje obecny otwór, aby tworzyć segmenty okrągłe i zawsze posiada zaokrąglone zakończenia dla plików Gerber.

STOSUNEK WYMIARÓW - Stosunek między grubością płytki a rozmiarem wierconego otworu przed pokryciem.

AUTOMATYCZNE UMIESZCZANIE ELEMENTÓW - Technologia, która automatyzuje montaż i zapełnianie PCB wszelkiego rodzaju obudowami układów scalonych.

GOŁA PŁYTKA - Niezamontowana lub niezapełniona PCB bez komponentów.

VIA ŚLEPA - Via łącząca warstwę zewnętrzną z jedną lub więcej warstwami wewnętrznymi, ale nie z innymi warstwami zewnętrznymi.

KRZYWIZNA I SKRĘCENIE - Charakterystyki Płyt Drukowanych określające ich płaskość, elastyczność i trwałość. Wymagania dotyczące krzywizny i skręcenia są zazwyczaj zaznaczone na głównym rysunku.

VIA ZAKOPANA - Via łącząca jedną lub więcej warstw wewnętrznych, ale nie z warstwą zewnętrzną.

PRZYTWIERDZANE KOŁKI WCISKANE - Gwintowane kołki samozaciskowe zaprojektowane do szybkiego montażu PCB przy użyciu prostej prasy.

WSPÓŁCZYNNIK ROZSZERZALNOŚCI CIEPLNEJ (CTE) - Mierzy względną zmianę rozmiaru obiektu w stosunku do zmiany temperatury. Zazwyczaj wyrażany jest jako zmiana rozmiaru na stopień przy stałym ciśnieniu.

ZIMNE ZŁĄCZA LUTOWNE - Nierzetelne i słabe obszary lutowania, gdzie cyna nie stopiła się całkowicie.  Złącze lutowane będzie słabe i może z czasem pęknąć. Zimne złącze lutowane może być również oporne i powodować problemy funkcjonalne.  

PRZEWODNIK - Ścieżka elektryczna między dwoma padami komponentów. Określany również jako „ścieżka”, „droga” lub „linia”.

POKRYCIE KONFORMALNE - Cienka ochronna powłoka chemiczna, która dostosowuje się do topologii PCB, chroniąc układ elektroniczny.

PUNKTY ODNIESIENIA - Punkt odniesienia znajdujący się na płytce drukowanej, zazwyczaj otwór, który pozwala maszynie „zobaczyć”, jak płyta jest zorientowana w przestrzeni.

KONDENSATORY ODKOPLUJĄCE - Znane również jako kondensatory bypass, są używane do tłumienia wysokoczęstotliwościowych zakłóceń w sygnałach zasilania, i mogą działać jako małe zasilacze, gdy główne zasilanie tymczasowo obniża swoje napięcie.

PROJEKTOWANIE POD KĄTEM PRODUKCJI (DFM) - Proces projektowania funkcjonalnej i niezawodnej PCB, która jest łatwa do wyprodukowania.

STAŁA DIELEKTRYCZNA - Stosunek przenikalności elektrycznej substancji do przenikalności elektrycznej próżni.

RYSOWANIE OBIEKTÓW - Tworzenie prostej linii o grubości i zakończeniach zależnych od kształtu aktualnej apertury.

TABELA RYSUNKU WIERTŁA - Wykazuje rozmiar i liczbę otworów dla każdego użytego wiertła na płytce. Każdy rozmiar wiertła może być reprezentowany przez symbol, literę lub rzeczywisty rozmiar otworu.

ELEKTROLITYCZNIE OSADZANY (ED) MIEDŹ - Typ miedzi używany do produkcji sztywnych PCB. Miedź ED ma zaletę uzyskiwania ciasnych odstępów trawionych i dobrze zdefiniowanych ścian przewodzących. Posiada również szorstką powierzchnię, niż miedź walcowana, co korzystnie wpływa na siłę wiązania.

MIEDŹ BEZPRĄDOWA - Szeroko stosowana technika chemicznego osadzania miedzi w celu utworzenia otworów przelotowych.

ROZŁADUNEK ELEKTROSTATYCZNY (ESD) - Nagły przepływ elektryczności między dwoma naelektryzowanymi obiektami spowodowany kontaktem, zwarcie elektryczne lub przebicie dielektryczne. Każda płytka PCB wymaga testowania i certyfikacji ESD.

UKŁAD SCALONY Z EPOKSYDEM - Epoksyd zwykle stosuje się na układy scalone z bardzo cienkimi przewodami, aby zapewnić im mocniejsze wiązanie mechaniczne. Może być również stosowany na dolnej warstwie, aby zabezpieczyć komponenty na miejscu, podczas lutowania falowego, na dwustronnej płytce wykorzystującej mieszane technologie (SMT i przelotowe).

ODKRYWANIE - Chemiczne trawienie otworów przelotowych. Istnieją dwa możliwe procesy: odkrywanie pozytywne i negatywne. Mniej kosztowne odkrywanie negatywne powoduje, że obszar wokół otworu jest nieco wgłębiony względem otworu. Odkrywanie pozytywne jest stosowane w aplikacjach o wysokiej niezawodności i polega na trawieniu samego otworu tak, aby lądowanie bardzo nieznacznie nachodziło na otwór.

ROZSZERZONE KOMENDY KODÓW - Dwuliterowe kody sparowane ze znakiem „%” dla plików Gerbera.

OCZKA - Pusta przewodząca tuba używana do tworzenia połączeń elektrycznych z jednej strony płytki na drugą lub/ także jako wsparcie fizyczne.

ZNAK FIDUCJALNY - Okrągła podkładka lub inny znak na powierzchni PWB używany do optycznego wyrównywania automatycznego sprzętu do wkładania w stosunku do śladów komponentów na płytce.

FLASH - Reprodukcja otworów, które często są reprodukowane wiele razy i są powszechnie używane do tworzenia padów dla plików Gerbera.

FR-4 - Tkanina szklana z włókna szklanego z żywicą epoksydową, o właściwościach opóźniających palenie, głównie używana w produkcji Drukowanych Obwodów Drukowanych.

KOMENDY KODÓW FUNKCJI - Jednoliterowe kody zaczynające się od D/G/M i dodatniej liczby całkowitej dla plików Gerbera.

TEMPERATURA PRZEJŚCIA SZKLANEGO (Tg) - Obszar temperatury, w którym epoksyd (polimer) zmienia swoje stany (przechodzi) z twardego materiału szklistego na miękki, topiony, gumowaty materiał.

HYBRYDOWA PŁYTKA DRUKOWANA - Technologia mieszanych komponentów, zawierająca zarówno elementy montowane powierzchniowo, jak i elementy przewlekane.

TEST W OBWODZIE (ICT) - Potężna technika testowa, która używa łóżka z igłami lub latających sond, aby uzyskać dostęp do wszystkich węzłów zaludnionej płytki PCB, w celu przetestowania jej pod kątem zwarcia, przerw, pojemności, oporu i innych testów wydajności. Oprogramowanie jest zazwyczaj pisane dla każdego typu płytki, aby instruować system, jakie testy wykonać.

LAMINAT - Materiał dielektryczny, zazwyczaj nasączony szkłem, na którym przymocowany jest materiał przewodzący. Materiał może być elastyczny lub sztywny.

LAMINOWANIE - Proces osiągania poprawy wytrzymałości materiału i stabilności poprzez łączenie (przyciskanie) dwóch lub więcej warstw materiału.

WYSPA - Wysepka to pozostały materiał przewodzący, który pozostaje po trawieniu. Jest używany do mocowania lub łączenia komponentów oraz do przewodzenia sygnałów przez PCB. Zobacz również „Pad” i „Ścieżka”.

WZÓR LUTOWNICZY („LUTY” LUB „PADI”) - Kombinacja lutów przeznaczona do montażu i połączenia określonego komponentu.

PLIK WIERCENIA NC (NUMERYCZNE STEROWANIE) - Plik fabrykacji PCB, który definiuje narzędzia, lokalizacje (współrzędne X i Y) oraz rozmiary otworów, które mają być wiercone.

PAD - Pad to pozostały materiał przewodzący po trawieniu. Pady są powszechną częścią obrysów komponentów i mogą być montowane powierzchniowo lub przelotowo. Pad jest punktem połączenia, gdzie miedź na PCB łączy się z wyprowadzeniami komponentu. Zobacz również „Lut” i „Ścieżka”.

PANELIZACJA - Metoda umieszczania dwóch lub więcej PCB na jednym panelu, co pozwala na jednoczesne wykonanie wielu płyt, redukując koszty. Pozwala również zabezpieczyć płyty podczas produkcji, transportu i montażu.

NUMER CZĘŚCI - Unikalny numer używany do identyfikacji projektu części wewnątrz korporacji dla spójnej i łatwej referencji.

PŁASZCZYZNY - Płaszczyzny to specjalne, pełne warstwy miedzi wewnętrzne, zwykle używane do zapewnienia elektrycznie stabilnego odniesienia do masy lub zasilania w całym PCB.

PLASTIC LEADED CHIP CARRIER (PLCC) - Kwadratowe opakowanie komponentu, zazwyczaj posiadające wyprowadzenia w kształcie litery J ze wszystkich czterech stron.

WSKAŹNIKI POLARYZACJI - Wskazują komponenty, które mogą być podłączone do obwodu tylko w jednym kierunku (np. kondensatory spolaryzowane, diody, & LEDy). Dodatkowo, celem wskaźnika jest dopasowanie do znaku orientacyjnego na komponencie, ale niekoniecznie interpretacja polaryzacji.

PREPREG - Skrót od pre-impregnated, co oznacza włókno szklane nasączone żywicą wiążącą.

PTH (PLATED THROUGH HOLE) - Otwór, w którym realizowane jest połączenie elektryczne między warstwami zewnętrznymi lub wewnętrznymi, lub obydwoma, poprzez pokrycie ścianki otworu metalem. Używane również do montażu wyprowadzeń komponentów przewlekanych.

OZNACZENIE REFERENCYJNE - Oznaczenia referencyjne identyfikują komponenty na schemacie elektrycznym lub na Drukowanej Płycie Obwodowej. Oznaczenie referencyjne zazwyczaj składa się z jednej lub dwóch liter, po których następuje numer, np. R23, TP12.

LUTOWANIE REFLOW - Proces lutowania elementów montażu powierzchniowego do PCB poprzez masowe ogrzewanie całego zestawu. Proces ogrzewania powoduje stopienie pasty lutowniczej, wcześniej naniesionej na wzory lądowania komponentów, i utworzenie filetów lutowniczych między wyprowadzeniami komponentów a wzorami lądowania na płytce. Ogrzewanie może być wykonane za pomocą promieniowania podczerwonego lub przez ogrzewanie cieczy do jej punktu wrzenia (zmiana fazy gazowej) w celu przeniesienia ciepła na lut. Oba sposoby są zazwyczaj realizowane w atmosferze gazu obojętnego.

REGIONY - Sekcje określone przez segmenty liniowe i okrągłe, powszechnie używane do wylewania miedzi dla plików Gerber.

REJESTRACJA - Proces wyrównywania warstw PCB z otworami, które zostały precyzyjnie wywiercone w określonych miejscach.

ŻYWICA - Wysokotemperaturowy termoplastyk używany z szkłem do produkcji wielowarstwowych laminatów drukowanych obwodów.

PAKIET REZYSTORÓW - Rezystory dostarczane w zaprogramowanych pakietach. Czasami w pakiecie rezystorów jedno wyprowadzenie jest wspólne.

OGANICZENIE STOSOWANIA NIEBEZPIECZNYCH SUBSTANCJI (RoHS) - Europejska dyrektywa, szeroko przyjęta na całym świecie, mająca na celu ograniczenie stosowania niebezpiecznych substancji w sprzęcie elektrycznym i elektronicznym. Wymaga również zastąpienia ciężkich metali takich jak ołów, rtęć, kadm i sześciowartościowy chrom oraz środków opóźniających palenie, takich jak polibromowane bifenyle (PBB) czy polibromowane difenyle etery (PBDE), bezpieczniejszymi alternatywami.

WALCOWANA MIEDŹ - Typ miedzi, który uzyskuje się przez bardzo cienkie walcowanie między ciężkimi wałkami, szeroko stosowany do produkcji elastycznych PCB. Jej gładka powierzchnia sprawia, że jest idealna do zastosowań elastycznych.

ZACIENIANIE - Blokowanie fali lutowniczej od małych komponentów przez większe komponenty lub piny komponentów przelotowych.

OBUDOWY TYPU SIP - Obudowy układów scalonych, które mają jeden rząd pinów łączących (np. moduł pamięci).

TRANZYSTORY W OBUDOWIE SMALL OUTLINE (SOT) - Dyskretne obudowy półprzewodnikowe posiadające dwa wyprowadzenia w kształcie skrzydeł mewy po jednej stronie i jedno po drugiej stronie.

MOSTKOWANIE LUTU - Zlutowanie dwóch punktów lutowniczych, które tworzy niezamierzone połączenie między nimi.

FILET LUTOWNICZY - Ogólne określenie używane do opisania konturu połączeń lutowniczych utworzonych między zakończeniem komponentu a wzorem lądowania PWB po lutowaniu.

MASKA LUTOWNICZA - Powłoka materiału używana do ochrony lub maskowania przewodzących ścieżek lub obszarów PWB przed powstawaniem mostków lutowniczych.

PASTA LUTOWNICZA - Mieszanka drobnych kulkowych cząstek lutu, topnika, rozpuszczalnika i środka zawiesinowego, używana w lutowaniu reflow. Pasta lutownicza jest nanoszona na podłoże za pomocą dozowania lutu oraz drukowania przez sito lub szablon.

WYPEŁNIENIE LUTOWNICZE STRONA LUTOWANA (DÓŁ) - Termin używany do opisania strony lutowniczej PWB przy użyciu technologii przewlekania.

URZĄDZENIE MONTOWANE POWIERZCHNIOWO (SMD) - Urządzenie, które nie jest wkładane do otworów przelotowych, ale zaprojektowane do umieszczania i lutowania na padach na powierzchni podłoża.

TECHNOLOGIA MONTAŻU POWIERZCHNIOWEGO (SMT) - Technologia montażu PCB i obwodów hybrydowych, gdzie komponenty są montowane na padach na powierzchni podłoża, a nie w otworach przelotowych.

MAŁY OBWÓD ZINTEGROWANY W WĄSKIEJ OBUDOWIE –  (SOIC)  - Obudowa układu scalonego mająca dwie równoległe rzędy wyprowadzeń w kształcie skrzydeł mewy. Obecnie dostępne pakiety mają od 8 do 40 wyprowadzeń.

TEARDROP PADS - Dodane miedzi/metalu do pada w celu zmniejszenia naprężeń mechanicznych i termicznych oraz stworzenia mocniejszych połączeń ścieżka-do-pada, ścieżka-do-via i ścieżka-do-ścieżki.

PUNKT TESTOWY - Via lub pad z własnym oznaczeniem referencyjnym do sondowania i testowania węzłów na PCB.

ULGA TERMICZNA - Technika używana przy via i otworach w celu utrzymania temperatury procesu, aby zapobiec złemu wypełnieniu otworów i zimnym złączom lutowniczym, ponieważ miedź w wielowarstwowej płytce może stać się radiatorem ciepła.

TOMBSTONE (MOSTEK) - Stan, który występuje, gdy wada lutowania, orientacji komponentów, typu komponentu lub innych czynników spowodowała oderwanie jednego końca komponentu chipowego od pada lutowniczego, co skutkuje przerwą w obwodzie. Komponent może stać na końcu w pozycji pionowej lub prawie pionowej.

OTWORY NARZĘDZIOWE - Ogólne określenie używane dla otworów lub szczelin w PWBs lub surowcu, aby pomóc w procesie produkcyjnym.

ŚCIEŻKA - Przewodząca ścieżka lub linia. Zobacz również „Land” i „Pad”.

VIA - Metalizowany otwór przelotowy służący jako połączenie przelotowe dla przewodników z boku komponentów na bok lutowania płyty lub z warstwy zewnętrznej do warstwy wewnętrznej. Via nie jest przeznaczona do montowania komponentów.

LUTOWANIE FALOWE - Lutowanie zespołu przez przeprowadzenie komponentów montażu powierzchniowego, zamontowanych po stronie lutowania płyty, przez adhezyjną warstwę a następnie przez falę stopionego lutu. Zazwyczaj komponenty przelotowe zainstalowane po górnej stronie płyty są lutowane w tym samym czasie. Aplikacja pasty lutowniczej nie jest wymagana dla tego montażu.

GNIAZDA ZIF - Gniazdo o zerowej sile wkładania dla montowania urządzeń elektronicznych, zaprojektowane tak, aby nie stresować ani nie uszkadzać ich podczas wkładania.

Prace cytowane

 

Dodatek A - Kody poleceń plików Gerbera

Projektowanie z myślą o produkcji (DFM) to nie tylko kwestia procesu projektowania, ale także świadomość tego, co dzieje się zarówno przed, jak i po zakończeniu układania płytki, począwszy od pierwszego komponentu, który umieszczasz cyfrowo, aż po ostatnią część, którą fizycznie umieszcza maszyna pick-and-place na twojej PCB. W swojej istocie DFM jest tak samo sztuką, jak i nauką, wymagającą od inżynierów świadomości nie tylko własnych trosk i obaw w procesie projektowania, ale także potrzeb każdego interesariusza. To obowiązek projektanta, aby zrozumieć proces produkcji PCB, aby mogli z powodzeniem wdrażać praktyki DFM w swojej PCB.

W tym poradniku przyjrzeliśmy się głęboko DFM dla projektowania PCB z dwóch perspektyw: fabrykacji i montażu. Pod względem fabrykacji, projektanci będą ograniczeni przez możliwości przetwarzania i muszą upewnić się, że fizyczny układ w ich systemie nie narusza tych ograniczeń. Pod względem montażu, projektant musi nadal zapewnić, że ich fizyczny układ nie będzie kolidował z podstawowymi aspektami procesu montażu i przyczyni się do wysokich wydajności. Aby zaprojektować udaną PCB za pierwszym razem, musisz spojrzeć przez szerszą soczewkę i widzieć projekt, który tworzysz w domenie cyfrowej, jako mały fragment większej układanki.

Celem tego poradnika jest dostarczenie początkującym projektantom narzędzi, które są potrzebne, aby uniknąć naruszenia ograniczeń DFM/DFA w procesie produkcji PCB. Oferujemy proste, lecz ważne wytyczne dotyczące następujących tematów:

• Przegląd procesu fabrykacji
• Ważne elementy, które należy uwzględnić w obrysach PCB, aby ułatwić fabrykację i montaż
• Ważne właściwości materiałów, które mają zastosowanie przy wyborze materiałów dla większości PCB
• Wskazówki dotyczące strategii układu PCB, aby zapewnić pomyślną produkcję
• Dokumentowanie PCB za pomocą rysunków fabrykacyjnych i montażowych

Aby dowiedzieć się więcej na temat innych ważnych tematów związanych z projektowaniem PCB, zapoznaj się z naszą stroną Poradników na hubie zasobów Altium.

Pobierz PDF