E-Book: Przewodnik po produkcji PCB: Część 2

Dekodowanie uwag dotyczących produkcji PCB

Dobry znajomy ma żart na temat planowania nowego projektu PCB pod kątem produkcji: często pyta „czy dzwoniłeś już do swojego producenta dzisiaj?”, aby podkreślić, że należy wielokrotnie kontaktować się z partnerem produkcyjnym w trakcie procesu projektowania. Jest to coś, o czym projektanci często zapominają, co może prowadzić do poważnych problemów przed rozpoczęciem produkcji na dużą skalę. Faktem jest, że twoja płyta powinna przejść przez wiele rund analizy DFM (Design for Manufacturability - Projektowanie z myślą o produkcji), aby zapewnić możliwość produkcji, zarówno pod względem fabrykacji, jak i montażu.

Kiedy więc należy zacząć poddawać swój projekt analizie DFM? Innym ważnym pytaniem może być: jaki jest najlepszy sposób na przyspieszenie procesu analizy DFM? W każdej płycie jest wiele elementów do sprawdzenia, a pełna inspekcja projektów pod kątem możliwości produkcji może być czasochłonna, szczególnie w przypadku skomplikowanych układów. Oto, czego można się spodziewać w analizie DFM i jak szybko przeprowadzić swój projekt przez ten proces.

Co wchodzi w skład analizy DFM dla PCB?

Ogólnie rzecz biorąc, analiza DFM dotyczy wszystkiego, co ma być produkowane na dużą skalę. Produkty wytwarzane muszą być zaprojektowane tak, aby pasowały do procesu używanego do produkcji wysokonakładowej, więc projekt musi zostać sprawdzony, aby upewnić się, że nic w projekcie nie spowoduje niskiej wydajności, wad lub krótkiej żywotności. W dzisiejszych czasach producent PCB i montażysta PCB mogą znajdować się po przeciwnych stronach globu, i kluczowe jest, aby zapewnić im wszystkim dostęp do jednego, kontrolowanego magazynu informacji o projekcie, aby mogli przeprowadzić analizę DFM.

Analiza DFM dla PCB polega na sprawdzeniu, czy projekt będzie zgodny z procesami produkcji i montażu stosowanymi przez twojego producenta. Każdy doświadczony projektant powinien wiedzieć, że lista możliwych wyborów projektowych, które mogą obniżyć jakość, jest długa. Wiem, że ja nadal nie zapamiętałem każdego możliwego problemu z produkowalnością, który może czaić się w projekcie, więc często polegam na moim producencie, aby sprawdził moje płytki, gdy zamierzam złożyć zamówienie na produkcję.

Sprawdzaj swój projekt często

To porusza ważny punkt: kiedy należy przeprowadzić pewne kontrole DFM nad swoim projektem? Jeśli pracujesz nad prostszymi płytkami, prawdopodobnie wystarczy polegać na swoim producencie, aby przeprowadził ostateczną kontrolę DFM przed produkcją; powtarzające się głębokie analizy DFM po prostu zajmują zbyt dużo czasu, gdy twój producent może wykonać to szybko. Dla czegoś bardziej zaawansowanego, jak płytki mieszane sygnałowe o wysokiej liczbie warstw z ciasnymi odstępami i wieloma standardami sygnalizacji, konieczne są wielokrotne analizy DFM, aby wczesnie wykryć potencjalne problemy z jakością.

Najlepszym sposobem, aby zapobiec niepotrzebnym zmianom projektu przed produkcją, jest przeprowadzenie analizy DFM w kilku różnych momentach:

Podczas wybierania komponentów: Dotyczy to głównie rozmiarów komponentów pasywnych, szczególnie 0201 i 01005. Jeśli musisz użyć tych małych komponentów, po prostu upewnij się, że twój producent może sobie z nimi poradzić.

Podczas planowania rozmieszczenia: W tym momencie nadal określamy niektóre podstawowe aspekty płytki, takie jak możliwa liczba warstw, zakres szerokości ścieżek, rozmiary via, czy będziemy musieli przejść na HDI, które laminaty PCB użyć oraz który poziom wykonalności IPC będzie odpowiedni dla projektu.

Po umieszczeniu komponentów: Po umieszczeniu komponentów zastanów się nad procesem montażu, szczególnie w kontekście lutowania na dwustronnych płytach SMD. Pomyśl także, jak komponenty uziemione będą lutowane do ich płaszczyzny odniesienia i czy potrzebują ulg termicznych.

Planując układ warstw: Zdziwiłbyś się, ile układów warstw musi zostać zmodyfikowanych, zanim projekt może zostać przekazany do produkcji. To tak proste, jak zapytanie twojego producenta o zweryfikowaną tabelę układu warstw.

Po wygenerowaniu plików Gerber: Niektóre defekty są łatwiejsze do zauważenia w twoich plikach Gerber, więc najlepiej jest przeskanować twoje pliki Gerber pod kątem takich rzeczy, jak nakładające się otwory wiertnicze i stosunki aspektu przelotek.

We współpracy z zespołem MCAD: W niektórych przypadkach umieszczenie lutowalnych złączy lub innych elementów mechanicznych może stworzyć nadmiernie ciasne odstępy.

Istnieje kilka z tych punktów, które warto omówić bardziej szczegółowo, ponieważ mogą być rzadziej omawiane w niektórych innych artykułach.

Odstępy między komponentami

Niektóre kwestie dotyczące złącz dotyczą również innych komponentów, ale jest jeszcze jeden aspekt związany z odstępami, który warto sprawdzić. Upewnij się, że uwzględniłeś możliwość rozszerzenia podczas montażu, szczególnie w przypadku złącz z plastikową osłoną lub podstawą. Jeśli dwa komponenty są zbyt blisko siebie i rozszerzają się podczas lutowania, mogą oba oderwać się od płytki podczas montażu.

Sprawdzenie odstępów w analizie DFM pomogłoby nam przewidzieć oderwanie komponentów podczas niedawnego cyklu fabrykacji.

Przyglądanie się śladom

Oczywiście, powinieneś dokładać starań, aby upewnić się, że twoje ślady są zweryfikowane. Można to zrobić ręcznie, lub korzystając wyłącznie z weryfikowanych komponentów bezpośrednio od producentów, gdy są dostępne. Jednak, gdy ślad trafi do układu, musisz sprawdzić otwory w masce lutowniczej, odstępy do przelotek, odstępy do innych komponentów, proporcje przelotek oraz więcej. Jeśli nie używasz oprogramowania z odpowiednimi funkcjami sprawdzania reguł, możesz zostawić pływającą podkładkę termiczną, lub możesz umieścić otwór wiertniczy zbyt blisko kępy lutu. Możesz bezpośrednio przyjrzeć się układowi PCB, ale całkowicie w porządku jest wygenerowanie wstępnych plików Gerbera i porównanie swoich warstw (patrz poniżej).

Możesz zauważyć komponenty, które wymagają otworów w masce lutowniczej i łezek z tymczasowych plików Gerbera.

Kontrola układu warstw

To może brzmieć prosto, ale z łatwością przejdziesz ten etap, jeśli po prostu poprosisz swojego producenta o układ warstw z pożądaną liczbą warstw i ich rozmieszczeniem. Oni już wykonali analizę DFM (Design for Manufacturability), potrzebną do zapewnienia, że określone układy warstw przejdą przez ich proces. Podadzą ci szerokość ścieżki, odstępy między ścieżkami (dla par różnicowych) oraz grubość warstw, które będziesz musiał użyć z wybranymi materiałami laminatów. W niektórych przypadkach możesz być zaskoczony, że pożądany materiał laminatu jest niedostępny i będziesz musiał użyć bliskiego odpowiednika.

Jeśli skontaktujesz się ze swoim producentem wcześnie, wyślą ci kwalifikowaną tabelę układu warstw.

Dla układów 4-warstwowych prawdopodobnie otrzymasz standardowy układ 8mil/40mil/8mil S/P/P/S dający łączną grubość 62 mil. Bardziej złożone układy mogą wymagać niestandardowej tabeli, szczególnie gdy masz płytkę, która wymaga trasowania z kontrolowaną impedancją. Jeśli uzyskasz informacje o układzie warstw wcześnie, nie zaryzykujesz zastosowania niewłaściwej szerokości ścieżki i odstępów potrzebnych do kontrolowanej impedancji, wszystko będzie już zweryfikowane.

Analiza DFM przed fabrykacją

Gdy już skończysz swoją płytę i wyślesz ją do produkcji, producent powinien przeprowadzić własną analizę DFM (Design for Manufacturability) na podstawie twoich finalizowanych plików Gerber. Zauważ, że piszę tutaj "powinien", ponieważ nie wszyscy producenci to robią; u niektórych producentów, wrzucasz swoje pliki Gerber i oni wyprodukują płytę dokładnie tak, jak wygląda ona w twoich plikach fabrycznych bez pytania. U niektórych producentów będziesz musiał wyraźnie poprosić o ten poziom usługi, ponieważ różne poziomy usług będą dostępne tylko jako dodatek.

Po otrzymaniu analizy DFM od swojego producenta, zobaczysz wiele wyników w następujących dwóch obszarach: sprawdzenia odstępów w stosunku do możliwości procesowych oraz sprawdzenia w stosunku do konkretnych wymagań branżowych.

Sprawdzanie rozmiarów elementów względem możliwości procesowych

Gdy już umieścisz swoje pliki projektowe u swojego producenta i oni przeprowadzą swoją analizę DFM, prawdopodobnie zobaczysz wiele wyników dotyczących sprawdzeń odstępów. Producent powinien już sprawdzić wymienione powyżej obszary, ale będą musieli również porównać rozmiary twoich elementów i odstępy względem ich możliwości procesowych. Nawet jeśli przeszłeś przez ten proces z wstępnymi plikami Gerber jako część wyceny, najlepiej jest po prostu przeprowadzić to ponownie, ponieważ mogłeś coś przeoczyć.

Przykładowy raport analizy DFM od jednego z moich preferowanych producentów ITAR jest pokazany poniżej. W tej tabeli możemy zobaczyć, gdzie występują odstępy, rozmiary pierścieni anulujących oraz odległości między otworami metalizowanymi a miedzią. Z dolnego wiersza widać, że moje ustawienie odległości ścieżki od miedzi jest zbyt małe, a pady na niektórych obrysach mają małe rozmiary pierścieni anulujących.

Przykładowy raport analizy DFM pokazujący odległości w porównaniu do możliwości procesowych.

W tym przykładzie mamy wiele błędów wzdłuż konkretnego obrysu, który akurat jest pakietem TO-92. W tym przypadku rozmiar otworu w wbudowanej bibliotece był zbyt duży, co zmusiło do zmniejszenia rozmiaru pierścienia anulującego wokół krawędzi, aby zachować odległości. Po zmianie rozmiaru otworu, udało się uzyskać miejsce na pierścień anulujący klasy 2, jednocześnie pozostawiając wystarczającą odległość, aby zapobiec zwarciam.

Dla dużego, skomplikowanego projektu z tysiącami sieci, jak producent sprawdza każdą możliwą cechę w układzie PCB? Istnieją aplikacje, które pomagają automatyzować ten proces i będą kompilować raport z wszelkimi naruszeniami procesu. Niektórzy producenci mają własne aplikacje, których używają wewnętrznie, podczas gdy inni udostępnią ci dostęp do programu do pobrania, którego możesz użyć do sprawdzenia swojego projektu przed produkcją.

Przegląd Zgodności z Klasami IPC

Kolejnym obszarem wymagań projektowych, który może wymagać większego doświadczenia, jest przegląd zgodności z klasami IPC. Ważnym punktem do wskazania podczas procesu wyceny jest, którego poziomu kwalifikacji IPC szukasz, jeśli w ogóle. Obejmuje to sprawdzanie łezek, rozmiarów pierścieni anulujących, średnic wierceń i padów w stosunku do masy miedzi, zdolności do pokrywania przezplatów i otworów oraz wymagań dotyczących grubości dielektryka, tylko po to, by wymienić kilka głównych wymagań niezawodnościowych. Układ fizyczny zostanie porównany z możliwościami producenta, aby upewnić się, że wynikowy projekt może spełnić wymagania kwalifikacyjne i wydajnościowe określone w standardach IPC, i zmiany będą musiały zostać dokonane przed fabrykacją.

Jak Szybko Przekazać Dane Projektowe Twojemu Producentowi

Jaki jest najszybszy sposób, aby przekazać pliki w ręce twojego producenta, i jak możesz upewnić się, że w pełni rozumieją oni zamierzenia twojego projektu? Potrzebujesz najlepszego zestawu narzędzi do współpracy w chmurze, jakie możesz znaleźć. W dzisiejszych czasach, gdy wszystko jest realizowane cyfrowo, projektanci PCB potrzebują narzędzi, które pomogą im współpracować nad skomplikowanymi projektami i dzielić się nimi ze swoimi partnerami produkcyjnymi. Dzięki platformie Altium 365, łatwo jest szybko udostępnić wszystko, od pełnych wydań projektów po pojedyncze pliki projektowe, twojemu producentowi, innym członkom zespołu i klientom.

Altium 365 pomaga również usprawnić analizę DFM dzięki kompletnemu zestawowi funkcji dokumentacyjnych, w tym:

• Narzędzia do hostingu i zarządzania komponentami oraz bibliotekami
• Zintegrowany system kontroli wersji oparty na Gi
• Integracja z wewnętrznymi narzędziami baz danych lub zewnętrznymi aplikacjami kontroli wersji
• Funkcje dostępu i zarządzania użytkownikami

W Altium 365 istnieje niezwykle wygodny sposób, aby przekazać swoją płytę do producenta za pomocą funkcji „Wyślij do producenta”. Gdy projekt zostanie opublikowany w Twojej przestrzeni roboczej Altium 365, możesz przejść do wydania projektu i kliknąć przycisk „Wyślij do producenta” na górze ekranu, jak pokazano poniżej. Twój producent może następnie otworzyć projekt w Altium Designer lub może pobrać pliki wydania i przeprowadzić analizę DFM za pomocą aplikacji do analizy DFM.

Po opublikowaniu projektu w Twojej przestrzeni roboczej Altium Designer, możesz udzielić dostępu swojemu producentowi.

Gdy Twój projekt trafi do producenta, może on skomentować konkretne punkty projektu, co pomoże upewnić się, że nie ma żadnych nieporozumień podczas czytania raportu z analizy DFM. Te komentarze można następnie przeglądać online w Altium 365 przez przeglądarkę lub w układzie PCB, gdy otworzysz swój projekt w Altium Designer. Żadna inna usługa oparta na chmurze nie pomaga przejść przez wiele rund analizy DFM jak Altium 365.

Najszybszym sposobem na przeprowadzenie projektu przez wiele rund analizy DFM, jednocześnie śledząc zmiany w projektach w całym procesie, jest użycie platformy Altium 365^™. Będziesz miał do dyspozycji wszystkie narzędzia potrzebne do udostępniania, przechowywania i zarządzania wszystkimi danymi projektu PCB na bezpiecznej platformie w chmurze. Altium 365 to jedyna platforma współpracy w chmurze specjalnie dla projektowania i produkcji PCB, a wszystkie funkcje w Altium 365 są zintegrowane z narzędziami projektowymi klasy światowej w Altium Designer^®.

Czy umieszczanie znaczników fiducjalnych na PCB jest nadal konieczne przy współczesnych możliwościach produkcyjnych?

Około 10 lat temu przestałem oglądać filmy grozy. W młodości naprawdę lubiłem być przerażony do granic możliwości, ale kiedy zacząłem swoją karierę inżynierską, zainteresowałem się bardziej filmami akcji i science fiction. Prawdopodobnie dlatego, że w pracy dostawałem swoją dawkę horrorów, gdy proste błędy prowadziły do katastrofalnych koszmarów po produkcji.

Kiedy zaczynałem swoją karierę w projektowaniu elektroniki, komponenty przewlekane były niezwykle popularne, a komponenty montowane powierzchniowo stanowiły rzadki widok. Kiedy pakiety (Quad Flat Package) QFP mikrokontrolerów (MCU) stały się popularne, nie miałem wyboru i musiałem przejść z starego układu plastikowego nośnika z wyprowadzeniami (PLCC) na QFP. Wynikało to z faktu, że PLCC wymaga dodatkowego gniazda, podczas gdy QFP można montować bezpośrednio na płytce PCB. Z tego co mogłem zauważyć, to tylko kwestia czasu, zanim producenci chipów przestaną produkować MCU w obudowach PLCC na rzecz QFP lub podobnych pakietów.

Kiedy dostawcy montażu moich PCB wysłali mi e-maila z informacją, że nie są w stanie zmontować maszynowo MCU na 200 zamówionych przez mnie płytach produkcyjnych, zaczęły się moje kłopoty. Będąc przyzwyczajonym do gniazd PLCC, które są elementami przewlekającymi, nie przyszło mi do głowy, aby umieścić na PCB znaczniki fiducjalne. Umiejscowienie znaczników fiducjalnych jest kluczowe, a ich brak oznaczał, że wszystkie MCU w obudowach QFP z małymi rozstawami musiały być montowane ręcznie.

To spowodowało wyższy procent odrzucenia płyt i niezliczone godziny spędzone na naprawianiu błędów wynikających z niedoskonałego lutowania ręcznego. Od tego czasu zawsze stosuję znacznik fiducjalny w moich projektach, nawet jeśli moi dostawcy mówią mi, że ulepszyli swoje maszyny do pracy bez znaczników. Ponadto, nauka o umiejscowieniu znaczników fiducjalnych była ogromnym skokiem w mojej karierze! Nigdy więcej nie popełnię błędu pominięcia tych znaczników!

Czy znaczniki fiducjalne są konieczne przy nowoczesnej technologii produkcyjnej?

Zawsze projektowałem moje płytki drukowane z globalnymi i lokalnymi znacznikami fiducjalnymi. Jednak, kiedy natknąłem się na artykuł wyjaśniający możliwość pominięcia lokalnych fiducjali, byłem zaintrygowany. Miało to sens, aby usunąć znaczniki fiducjalne na mniejszych PCB, aby zmaksymalizować przestrzeń dla ścieżek sygnałowych.

W wyniku postępów w technologii produkcyjnej, lokalne znaczniki fiducjalne mogą być pomijane w pewnych warunkach. Na mniejszych płytach, nowoczesne maszyny montażowe mogą umieszczać komponenty SMT wykorzystując tylko globalne punkty fiducjalne. Znaczniki fiducjalne mogą być również pomijane dla komponentów, które mają większy rozstaw. Na przykład, komponenty montażu powierzchniowego z rozstawami 1,0 mm i większymi mogą być dokładnie umieszczane przez najnowsze maszyny.

Jednakże, ważne jest, aby omówić zakres możliwości maszyn producenta przed usunięciem lokalnych znaczników fiducjalnych w swoim projekcie. Nauczyłem się na własnej skórze, że nie wszyscy producenci są wyposażeni w maszyny oparte na najnowszej technologii. Z drugiej strony, globalne znaczniki fiducjalne nigdy nie powinny być pomijane w twoich projektach. Nawet jeśli pracujesz z niektórymi z najbardziej zaawansowanych możliwości produkcyjnych.

Najlepsze praktyki stosowania znaczników fiducjalnych w projektowaniu PCB

Jeśli chcesz uzyskać najlepsze wyniki z montażu maszynowego, musisz właściwie zastosować znaczniki fiducjalne. Istnieje kilka ważnych wytycznych dotyczących umieszczania znaczników fiducjalnych w twoim projekcie.

1. Znacznik fiducjalny jest tworzony przez umieszczenie nieprzewierconej warstwy miedzi w kształcie koła. Znacznik fiducjalny musi być wolny od maski lutowniczej.
2. Optymalny rozmiar znacznika fiducjalnego powinien wynosić od 1 do 3 mm. Należy utrzymać obszar wolny od elementów o średnicy podobnej do średnicy znacznika.

3. Dla globalnych znaczników fiducjalnych, 3 znaczniki są umieszczane na krawędzi płytek dla najlepszej dokładności. W przypadkach, gdy przestrzeń jest niewystarczająca, wymagany jest co najmniej 1 globalny znacznik fiducjalny.

4. Znacznik fiducjalny musi zachować odległość 0,3 cala od krawędzi płytki, nie licząc obszaru wolnego od elementów znacznika fiducjalnego.

5. Dla lokalnych, umieszczenie znaczników fiducjalnych to co najmniej dwa znaczniki fiducjalne po przekątnej na zewnętrznej krawędzi komponentu montowanego powierzchniowo.

6. Gdy płyta jest większa, każde błędne ustawienie kątowe podczas produkcji będzie mniejsze. Dzieje się tak, ponieważ małe odchylenie kątowe będzie łatwiejsze do wykrycia, gdy odległość między znacznikami fiducjalnymi jest większa.

Uwaga na temat rozmiaru znaczników fiducjalnych PCB

Rozmiar fiduciala PCB zazwyczaj wynosi od 1 do 3 mm, ale odpowiedni rozmiar zależy od maszyn montażowych używanych przez twojego producenta. Niektórzy producenci zalecają dodanie 3 fiduciali w narożnikach płytki, ponieważ umożliwia to uzyskanie dwóch pomiarów wyrównania kątowego i pozwala maszynie pick-and-place wywnioskować poprawną orientację. Niektórzy producenci podają konkretny rozmiar, który również zależy od wykorzystywanego sprzętu montażowego. Ogólnie średnica otworu w masce lutowniczej powinna być dwukrotnie większa niż średnica gołego miedzianego fiduciala, chociaż niektórzy producenci preferują, aby otwór w masce lutowniczej był trzykrotnie większy niż średnica fiduciala. Ponadto, rozmiar fiduciala PCB na tej samej płytce (zarówno globalny, jak i lokalny) powinien być spójny i nie powinien różnić się o więcej niż ~25 mikronów.

Jeśli montujesz płytę dwuwarstwową, fiduciale górnej i dolnej warstwy powinny znajdować się dokładnie nad sobą. Może to być zaskakujące; można by pomyśleć, że układ fiduciali powinien być lustrzanym odbiciem siebie, ale nigdy nie widziałem, aby producent określił to w swoich wytycznych. Rozmiar fiduciala PCB górnej i dolnej warstwy powinien być taki sam, włącznie z otworem w masce lutowniczej.

 

Lokalne znaczniki fiducjalne zazwyczaj mają rozmiar nie większy niż 1 mm z otworem w masce lutowniczej o średnicy 2 mm, chociaż warto zwrócić uwagę na zasadę D-3D przedstawioną na powyższym obrazku, ponieważ producent może preferować większy otwór w masce lutowniczej dla rozmiaru fiducjala na PCB. Rozmiar lokalnego fiducjala PCB zwykle nie jest dużo większy niż 1 mm, aby umożliwić trasowanie ścieżek i pozostawić miejsce na inne komponenty. Dla małych komponentów, takich jak rezystor 0201 lub chip-size BGA, maszyna montażowa będzie na tyle dokładna, że lokalny fiducjal nie jest potrzebny, a maszyna będzie dokładnie wiedzieć, gdzie mają się znaleźć twoje komponenty.

Nie ma nic złego w sprawdzeniu, czy rozmiar fiducjala PCB i otwór w masce lutowniczej są prawidłowe przed wysłaniem projektu do producenta. Fiducjale są klasyfikowane jako elementy mechaniczne na płytce i nie są z niczym połączone, więc zmiana footprintu dla niestandardowego fiducjala i umieszczenie nowego fiducjala w razie potrzeby to prosta sprawa. Niektórzy producenci mogą zmodyfikować rozmiar fiducjala PCB za ciebie, jeśli nie są one odpowiednio dobrane.

Możesz łatwo zaprojektować i umieścić swoje znaczniki fiducjalne, pady, poligony i inne elementy miedziane na swojej płytce PCB, korzystając z najlepszych na świecie funkcji projektowania i układu PCB w Altium Designer^®. Użytkownicy mogą korzystać z jednej zintegrowanej platformy projektowej z funkcjami projektowania obwodów i układu PCB do tworzenia płyt obwodów nadających się do produkcji. Gdy zakończysz projektowanie i chcesz wysłać pliki do producenta, platforma Altium 365^™ ułatwia współpracę i udostępnianie projektu.

Odczytywanie notatek do produkcji PCB

Wysłanie płytki do produkcji to ekscytujący i stresujący moment. Wiele bezsennych nocy było wynikiem pierwszej serii produkcyjnej, dlatego ważne jest, aby wszystko zostało sprawdzone, ponownie przeglądnięte i mogło przejść inspekcję DFM! Jeśli potrzebujesz wprowadzić projekt do produkcji, jednym z ważnych dokumentów, które możesz stworzyć, jest rysunek produkcyjny. W tym rysunku musisz zawrzeć notatki dotyczące produkcji PCB, które poinformują Twojego producenta, jak zbudować twoją płytę.

Dlaczego po prostu nie przekazać swojemu producentowi plików projektowych i nie pozwolić mu to rozgryźć? Istnieje kilka powodów, ale oznacza to, że odpowiedzialność wraca do Ciebie jako projektanta, aby wytworzyć pliki produkcyjne i dokumentację dla Twojej PCB. Ponadto, jeśli ktoś przesyła Ci rysunek projektu, powinieneś przynajmniej być w stanie przeczytać ten rysunek i zrozumieć, co mówi. Jeśli nigdy nie musiałeś umieszczać informacji na rysunku produkcyjnym lub przygotowywać notatek produkcyjnych, to tak naprawdę jest dość proste, jeśli masz odpowiednie narzędzia projektowe. Przyjrzymy się, jak możesz to zrobić w swoim układzie PCB i jak to pomoże Ci szybko wygenerować dane dla Twojego producenta.

Co to są notatki produkcyjne PCB?

Rysunek wykonawczy PCB jest używany przez producenta, aby upewnić się, że każdy na hali produkcyjnej rozumie wymagania danej konstrukcji i jak ta konstrukcja powinna być wykonana. W ramach rysunku wykonawczego znajdują się notatki dotyczące produkcji PCB. Te notatki są zazwyczaj szablonizowane przez różne biura projektowe lub produkcyjne, ponieważ nie ma ścisłego standardu, który wskazywałby, co powinno lub nie powinno być zawarte w notatkach dotyczących produkcji PCB. Twoje notatki nie mówią dosłownie wykonawcy, jak zbudować PCB, są one tam, aby poinformować wykonawcę o wymaganiach w finalnej gołej płycie, tak aby cała konstrukcja mogła być zakończona sukcesem.

To oznacza, że kiedy przygotowujesz się do wysłania projektu do produkcji, nie musisz ręcznie przepisywać wszystkich notatek produkcyjnych: możesz skopiować swój szablon do układu PCB, wstawić niektóre ważne punkty specyficzne dla projektu i wysłać to do swojego wykonawcy do przeglądu. Jako przykład tego, co zobaczysz w notatkach dotyczących produkcji PCB, spójrz na poniższy przykład.

Przykładowe notatki dotyczące produkcji PCB, których używamy w naszych projektach.

Jeśli chcesz otworzyć tekstową kopię powyższych notatek i dostosować je do swoich projektów, możesz je pobrać z tego linku. Twoje notatki mogą zostać przekształcone w format, który jest krótszy lub bardziej wygodny dla Twoich projektów. Jeśli jesteś indywidualnym projektantem i pracujesz nad wieloma projektami, umieszczenie tych notatek w układzie PCB lub na rysunku produkcyjnym może pomóc Ci śledzić wymagania projektu. Jeśli pracujesz w większej organizacji, prawdopodobnie masz określone wymagania od swojego pracodawcy. Jeśli te wymagania nie są określone, wtedy to Ty jako projektant będziesz musiał je opracować.

Notatki fabryczne PCB nie są ściśle ustandaryzowane pod względem treści i formatu. Jednak istnieje kilka podstawowych informacji, które znajdziesz w każdym profesjonalnym zestawie notatek fabrycznych PCB, i część tej informacji jest dość oczywista. Coś takiego jak grubość płytki czy tolerancje są (lub powinny być) raczej oczywiste. Inne aspekty notatek produkcyjnych zasługują na wyjaśnienie. Nie będę wchodził w każdy punkt z powyższego przykładu, ale chcę podkreślić kilka z nich, ponieważ są one kluczowe dla zapewnienia prawidłowej produkcji Twojej płytki.

Notatka 1: Poziom klasy IPC

Niniejsza notatka określa poziom wydajności płytki po jej wdrożeniu w terenie zgodnie z normą IPC-6012. Jest to standard niezawodności, a producent będzie go używał do określenia poziomu kontroli, jaką musi przeprowadzić, aby zapewnić niezawodność. Trzy klasy to:

Klasa 1: Zarezerwowana dla produktów jednorazowego użytku przeznaczonych do jednorazowego lub kilkukrotnego użycia

Klasa 2: Przeznaczona dla produktów o przedłużonej żywotności, które będą umieszczane w ciągłej eksploatacji

Klasa 3: Przeznaczona dla produktów o najwyższej niezawodności, gdzie życie ludzkie może być zagrożone w przypadku awarii produktu. Jest to standardowy wymóg dla sprzętu wojskowego, medycznego i lotniczego.

Zazwyczaj, jeśli tego nie określisz, domyślnym poziomem kontroli będzie Klasa 2, a możliwe że Klasa 1, jeśli wybierasz producenta z niższej półki cenowej. Niektóre projekty lub producenci mogą być zgodni tylko z poziomami inspekcji IPC-A-600; omówię te różnice w nadchodzącym blogu.

Notatka 4-6: Cechy powierzchni

Wszystkie cechy powierzchni powinny być określone, w tym maska lutownicza, sitodruk i powłoka. Jeśli tego nie zaznaczysz, zazwyczaj otrzymasz wykończenie powierzchni z cyny-ołowiu lub srebra, więc upewnij się, że określisz coś bardziej niezawodnego, jak ENIG, jeśli tego potrzebujesz. Co do czcionki i rozmiaru sitodruku, nie musisz tego tutaj uwzględniać, zostanie to pokazane w twoich plikach Gerber.

Sitodruk, maska lutownicza i powłoka powinny być określone w twoich notatkach produkcyjnych.

Notatka 15: Wymagania testowe

Powyższy przykład pokazuje wymaganie płaskości dla płytki, ale tak naprawdę wprowadza wymaganie testowe. Zauważ, że część B Notatki 15 wymienia:

• TEST ZGODNIE Z AKTUALNĄ REWIZJĄ IPC-TM-650 2.4.22

IPC-TM-650 2.4.22 to konkretna metoda testowa, której musi odpowiadać goła płyta. Jest to standardowe wymaganie, aby zapewnić, że komponenty nie są przechylone podczas lutowania i montażu.

Inne wymagania testowe mogą być wymienione w tej sekcji. Takie wymagania mogą obejmować testy upuszczania lub delaminacji, testy wibracyjne (zwykle stosowane w PCBA), testy utleniania, testy cykli temperaturowych lub jakiekolwiek inne testy, które uznasz za ważne w swojej końcowej aplikacji. Jeśli standard IPC lub inny standard branżowy wymienia metodologię wymaganą dla testu, wówczas ten standard powinien być wymieniony wraz ze specyfikacją, którą płyta musi spełniać. Jest to powszechne w przypadku płyt mil-aero, które mają konkretne wymagania dotyczące bezpieczeństwa lub niezawodności, wykraczające poza te określone w standardach IPC. Jeśli jest to projekt hobbystyczny lub jednorazowy prototyp, zwykle nie musisz określać niczego poza płaskością, która jest standardowym wymogiem wydajności wśród producentów.

To zdjęcie pokazuje użycie oprzyrządowania testowego do testów wibracyjnych na gotowej płycie.

Uwaga 16: Materiał PCB

Przyjrzałem się znaczeniu materiałów oraz temu, jak określić materiały w wcześniejszym poście na blogu. Ta sekcja powinna określać najważniejsze wymagania dotyczące materiału. W powyższym przykładzie ocena palności to standardowa ocena NEMA, która jest używana do określenia, czym jest podłoże FR4. Inna uwaga (część B w przykładzie) dotyczy wartości temperatury przejścia szklistego (Tg). Im wyższa spodziewana temperatura pracy twojej płyty, tym wyższa wymagana wartość Tg dla podłoża, co zapewnia, że montaż PCBA może wytrzymać cykle termiczne. W tej sekcji nie powinieneś określać wymagań dotyczących stałej dielektrycznej; to zostanie omówione w sekcji impedancji.

Uwaga 17: Tolerancja Rejestracji

Poziom rejestracji w twojej płycie odnosi się do poziomego niezgodności między warstwami w PCB. Gdy PCB jest prasowane, wystąpią drobne zmiany w bocznym wyrównaniu warstw, zazwyczaj mniejsze niż kilka mils. Nigdy nie uda ci się osiągnąć tej liczby na poziomie 0 mils, ale producenci zazwyczaj zbliżają się na tyle, że nie musisz zbytnio martwić się o nieprawidłową rejestrację podczas wiercenia i platerowania przelotek. Niskie niezgodności zapewniają, że wszelkie pady umieszczone na przelotkach będą się linować i tworzyć mocne połączenie z baryłką przelotki.

W projektach klasy IPC 3 prawdopodobnie będziesz musiał dodać łzę, aby zapewnić mocne połączenie z przelotką na wypadek jakiejkolwiek niezgodności rejestracji i wyłamania. Upewnij się, że Twoje narzędzia do trasowania PCB mogą stosować łzy, jeśli projektujesz z myślą o tym poziomie niezawodności.

Uwaga 19: Impedancja

Impedancja może być trudna, ponieważ ściśle wiąże się z wymaganiami dotyczącymi materiałów PCB. Powodem, dla którego chcemy określić Tg i palność w Uwadze 16, jest to, że te wartości mogą mieć zastosowanie do różnych materiałów. Jednak nie wszystkie z tych odpowiednich materiałów zapewnią dokładnie właściwą impedancję, więc impedancja, którą określisz, może być możliwa tylko z kilkoma konkretnymi materiałami, które pasują do Twojego układu warstw.

Istnieje kilka sposobów, aby określić wymagania dotyczące impedancji w Twoim projekcie:

Określ szerokość i odstępy: Możesz określić wartości impedancji, których potrzebujesz dla pojedynczych ścieżek lub par różnicowych na różnych warstwach, jak również wymaganą szerokość, jak zrobiłem to w przykładzie. Zauważ, że nie wszyscy producenci mogą lub będą wybierać materiały, aby spełnić te cele dla Ciebie; niektórzy producenci po prostu nie mają wystarczająco dużo materiałów na stanie, aby mieszać i dopasowywać laminaty, aby osiągnąć Twoje cele, i będziesz musiał szukać gdzie indziej lub płacić więcej.

Wykorzystaj układ warstw swojego producenta: Lepszym rozwiązaniem jest po prostu zadzwonić do swojego producenta, uzyskać ich standardowy układ warstw dla liczby warstw, które planujesz, i użyć ich wartości szerokości ścieżki/odstępów między parami dla swojej płytki, aby zapewnić kontrolowaną impedancję. W ten sposób będziesz wiedzieć, że mogą wyprodukować twoją płytę tak, jak została zaprojektowana. Nie jesteś do tego zobowiązany, ale gdy przechodzisz na wyższą liczbę warstw, zakres jakichkolwiek wymaganych przeprojektowań, aby spełnić wymagania dotyczące impedancji, będzie większy, więc najlepiej jest poprosić o te informacje przed rozpoczęciem projektowania.

Jeśli masz wiele wymagań, które musisz określić na różnych warstwach, możesz stworzyć tabelę impedancji, która zawiera informacje o szerokości i płaszczyźnie odniesienia na każdej warstwie w rysunku fabrykacji PCB. Możesz wtedy dołączyć tekst "ZOBACZ TABELĘ IMPEDANCJI DLA WYMAGAŃ DOTYCZĄCYCH SZEROKOŚCI I TOLERANCJI" (lub napisać coś podobnego).

Przykładowa tabela impedancji. [Źródło: PCB Universe]

Gdzie umieścić swoje notatki dotyczące fabrykacji PCB

Notatki należy umieścić na rysunku produkcyjnym, na przykład w pliku DWG/DXF lub w pliku PDF. Rysunek płytki, tabela wierceń, tabela impedancji i rysunek układu warstw mogą znajdować się na tej samej stronie i z pewnością można umieścić na niej notatki, jeśli jest miejsce. Powszechną praktyką jest umieszczenie rysunku wierceń, rysunku układu warstw, tabeli wierceń i notatek na jednej stronie, a następnie umieszczenie warstw Gerbera na innej stronie.

Inną popularną opcją jest bezpośrednie umieszczenie ich w układzie PCB, co oznacza, że praktycznie przekształcasz swój układ PCB w duży rysunek produkcyjny PCB. Użyj obiektu String w swoim układzie PCB i po prostu wklej bezpośrednio notatki produkcyjne. Mogą być umieszczone na warstwie mechanicznej i eksportowane jako część twoich Gerberów (możesz umieścić je na warstwie rysunku wierceń). Pozwala to każdemu, kto ma twój plik projektu, zobaczyć notatki produkcyjne bezpośrednio obok układu.

Skontaktuj się ze swoim producentem wcześnie, aby zapewnić sukces

Najlepszą ścieżką, którą możesz podążać podczas budowania nowej płytki, jest wcześniejszy kontakt z producentem i dowiedzenie się, co powinno znaleźć się w Twoich notatkach do produkcji PCB. Jeśli uzyskasz te dane wcześnie, możesz je uwzględnić w swoich notatkach do produkcji PCB razem z rysunkiem fabrycznym. Ten dokument będzie centralnym repozytorium dla danych projektowych Twojego projektu, więc dobrze jest prowadzić szczegółowe notatki produkcyjne dla projektu, na wypadek gdybyś planował ponownie go produkować w przyszłości. Prowadzenie dokumentacji jest również dobre dla indywidualnych projektantów, którzy chcą przejść do pracy w większych organizacjach, gdzie dokumentacja jest znacznie bardziej krytyczna i musi być bardzo szczegółowa.

Zanim przygotujesz swoje notatki do produkcji PCB, musisz stworzyć układ PCB za pomocą wysokiej jakości, łatwego w użyciu oprogramowania, takiego jak CircuitMaker. Użytkownicy mogą łatwo tworzyć nowe projekty i płynnie przechodzić do produkcji. Wszyscy użytkownicy CircuitMaker mają również dostęp do osobistej przestrzeni roboczej na platformie Altium 365, gdzie mogą przesyłać i przechowywać dane projektowe w chmurze oraz łatwo przeglądać projekty za pomocą przeglądarki internetowej na bezpiecznej platformie.