Dane wyjściowe montażu PCB

Po ukończeniu projektu PCB zazwyczaj celem jest jego wyprodukowanie i zmontowanie. Obowiązkiem projektanta jest przygotowanie wraz z projektem plików wyjściowych do montażu PCB i przekazanie ich producentowi. Producent wykorzysta te dane do zakupu komponentów, zaplanowania procesu montażu oraz przeprowadzenia końcowej kontroli. Wymagania montażowe powinny być opisane szczegółowo, tak aby monter otrzymał kompletne informacje potrzebne do wykonania PCBA.

Zanim jednak dojdzie do montażu, płytka musi zostać zaprojektowana zgodnie z najlepszymi praktykami DFA. Jeśli tak nie jest, a PCB zostaną wyprodukowane przed przeglądem przez montażystę, istnieje ryzyko, że płytki będą musiały zostać zezłomowane. Przyczyn złomowania może być wiele, ale odpowiednie oprogramowanie ECAD do projektowania PCB pomaga projektantom uniknąć części najczęstszych błędów montażowych.

Lista plików wyjściowych do montażu PCB

Na najbardziej podstawowym poziomie dwa standardowe pliki wyjściowe do montażu PCB to zestawienie materiałowe oraz plik pick-and-place. Zestawienie materiałowe jest dokumentem zakupowym określającym, jaki element odpowiada każdemu oznaczeniu referencyjnemu na PCB, natomiast plik pick-and-place wskazuje, gdzie każde oznaczenie referencyjne ma zostać umieszczone do lutowania. Na podstawie tych dwóch plików oraz krótkiego opisu PCB — albo nawet bez żadnego opisu — producent może w pełni zmontować PCBA.

Profesjonaliści i firmy zazwyczaj tworzą także trzeci standardowy plik wyjściowy projektu: rysunek montażowy. Rysunek montażowy zwykle zawiera:

• Obrys PCB i wymiary płytki
• Obrysy komponentów po stronie górnej i dolnej
• Oznaczenia referencyjne komponentów
• Wskaźniki polaryzacji i orientacji komponentów
• Wskaźniki pinu 1 dla układów scalonych i złączy
• Elementy mechaniczne i miejsca montażowe
• Widoki szczegółowe dla gęstych lub złożonych obszarów
• Uwagi montażowe, odnośniki i specjalne instrukcje produkcyjne
• Informacje o rewizji, numery rysunków i informacje w tabelce rysunkowej

Uwagi montażowe są ważne, ponieważ określają wymagania, które mogą nie być oczywiste na podstawie układu PCB, zestawienia materiałowego ani danych pick-and-place. Uwagi te mogą określać zgodność z RoHS, zgodność z odpowiednimi normami IPC, stosowanie określonych stopów lutowniczych lub typów pasty lutowniczej, wymagania dotyczące czyszczenia, kryteria kontroli oraz procesy specjalne, takie jak underfill, powłoka konformalna, unieruchamianie komponentów lub nakładanie kleju. Jasno sformułowane uwagi montażowe ograniczają niejednoznaczność i pomagają zapewnić, że gotowe PCBA spełnia wymagania mechaniczne, elektryczne i regulacyjne projektanta.

Wielu początkujących projektantów nie tworzy rysunków montażowych, ponieważ ich oprogramowanie CAD nie pomaga zautomatyzować tego procesu. Nawet niektóre systemy klasy enterprise, takie jak OrCAD i Xpedition, nie mają możliwości automatycznego tworzenia rysunku montażowego. Platformy te mogą polegać na innym oprogramowaniu, wymagającym oddzielnej licencji, aby wykonać to podstawowe zadanie.
Altium Designer wyróżnia się tym, że zawiera narzędzie Draftsman, które pozwala projektantom automatycznie tworzyć wysokiej jakości rysunki montażowe w ciągu kilku minut. Użytkownicy mogą tworzyć własne szablony i formaty arkuszy, co zapewnia pełną kontrolę nad formą rysunku montażowego. Mogą oni także umieszczać w rysunku montażowym dodatkowe elementy, takie jak osadzone BOM, notatki i odnośniki, a także osadzać parametry projektu w celu natychmiastowej aktualizacji rysunku.

Jeśli nie jesteś zwolennikiem używania tego narzędzia do generowania rysunku produkcyjnego lub montażowego, nadal istnieje sposób tworzenia takich rysunków bezpośrednio w pliku układu PCB. Jedną z powszechnych praktyk jest używanie warstw mechanicznych w układzie PCB do ręcznego rysowania elementów rysunku produkcyjnego i montażowego. Dzięki temu aktualizacje układu PCB są również natychmiast odzwierciedlane w rysunku montażowym. Aby wyeksportować rysunek montażowy, należy skompilować następujące warstwy do pliku DXF lub wydruku PDF:

• Warstwy mechaniczne z tabelką rysunkową i uwagami montażowymi
• Warstwa obrysu PCB
• Górna i dolna warstwa maski pasty
• Górna i dolna warstwa montażowa
• Wszelkie dodatkowe warstwy mechaniczne pokazujące zrywalną maskę, powłokę konformalną, miejsca nakładania kleju i inne specjalne wymagania montażowe

Często dołącza się również widoki izometryczne PCB wygenerowane z rysunku 3D. Jednak warstwy mechaniczne i narzędzia układu PCB zwykle nie potrafią generować widoków izometrycznych, więc trzeba je utworzyć w zewnętrznej aplikacji MCAD na podstawie modelu 3D PCBA. Taki widok jest zwykle eksportowany jako plik DXF z aplikacji MCAD i importowany z powrotem do pliku układu PCB na warstwę mechaniczną. Jednak Altium Draftsman potrafi generować widoki izometryczne bezpośrednio z pliku dokumentu PCB bez konieczności eksportu do aplikacji MCAD.

Inteligentne pliki wyjściowe projektu PCB

Inną opcją tworzenia plików wyjściowych projektu PCB na potrzeby montażu jest użycie inteligentnych formatów wyjściowych. Formatami tymi są ODB++ i IPC-2581.

Chociaż inteligentne pliki wyjściowe projektu PCB są obiektywnie lepsze do produkcji i montażu, nie są używane tak często jak pliki Gerber. Gerbery wciąż pozostają de facto standardem danych produkcyjnych, dlatego projektant musi również wygenerować zestawienie materiałowe i dane pick-and-place na potrzeby montażu. Aby mieć dostęp do jak najszerszego zakresu opcji montażu PCB, warto używać oprogramowania do projektowania PCB takiego jak Altium Designer, które obsługuje wszystkie trzy standardowe pakiety plików wyjściowych projektu PCB.

Skuteczne DFA zapobiega defektom montażu PCB

Podczas montażu prototypów PCB poziom usług dostawcy zazwyczaj obejmuje wystarczający margines na ewentualne poprawki PCB. Jednak przy skalowaniu produkcji do większych wolumenów zapobieganie defektom i unikanie koniecznych poprawek stają się kluczowymi elementami kontroli kosztów. Na tym etapie praktyki DFA zyskują jeszcze większe znaczenie i odnoszą się do podstawowych zasad projektowych stosowanych podczas tworzenia układu PCB i bibliotek PCB.

Aby skutecznie wdrożyć praktyki DFA dla montażu PCB o wysokiej wydajności, projektanci muszą wykorzystać swoje oprogramowanie ECAD oraz informacje od montażysty w następujący sposób:

• Projekt footprintów komponentów PCB
• Definiowanie ograniczeń montażowych jako reguł projektowych PCB
• Analiza PCB podczas przeglądu montażowego

Projekt footprintów PCB w DFA

Geometria footprintu to miejsce, w którym DFA na poziomie komponentu albo działa prawidłowo, albo się załamuje. Footprint, który nie odpowiada możliwościom procesu montażysty, wprowadza ryzyko defektów niezależnie od tego, jak dobrze wykonano resztę układu. Wymiary padów, odstępy courtyard, otwarcia maski lutowniczej i geometria pól lutowniczych bezpośrednio wpływają na dokładność pozycjonowania, tworzenie złączy lutowanych oraz dostęp do kontroli po lutowaniu rozpływowym.

Dla standardowych obudów SMD IPC-7351 stanowi punkt wyjścia, ale to konkretny proces montażysty — lutowanie falą, rozpływowe czy selektywne — decyduje o tym, który wariant wzoru pól lutowniczych jest odpowiedni. Przykładowo użycie nominalnego wzoru pól lub wariantu most-courtyard, gdy montażysta pracuje w profilu wysokiej gęstości, jest częstym niedopasowaniem prowadzącym do mostków lutowniczych lub niewystarczających spoin przy piętce wyprowadzenia.

Ten footprint został zaprojektowany tak, aby wdrażać najlepsze praktyki DFA przy lutowaniu padu centralnego, zapobiegając podciąganiu lutu i przesuwaniu się elementu podczas lutowania.

Reguły projektowe PCB dla DFA

Aby zapewnić spójne DFA, należy egzekwować wytyczne za pomocą zautomatyzowanych reguł projektowych, a nie ręcznej kontroli. Konkretne wartości ograniczeń należy pozyskać bezpośrednio od montażysty PCB, np. odstępy między komponentami, współczynniki apertury pasty i tolerancje. Nie należy polegać na ogólnych domyślnych wartościach IPC, ponieważ mogą one nie odpowiadać możliwościom montażysty, szczególnie w przypadku komponentów o drobnym rastrze.

Ograniczenia dostarczone przez montażystę należy bezpośrednio wprowadzić do systemu reguł projektowych w oprogramowaniu PCB, aby zapobiegać defektom montażowym. Obejmuje to definiowanie reguł dotyczących odstępów courtyard komponentów, rozszerzenia maski pasty i pasowania maski lutowniczej, tak aby kontrola reguł projektowych wykrywała potencjalne problemy przed produkcją.

• Minimalny odstęp courtyard między komponentami, określony na podstawie dokumentacji możliwości montażysty
• Rozszerzenie maski lutowniczej dla każdego typu padu, z rozróżnieniem definicji padów SMD i NSMD
• Minimalne współczynniki powierzchni apertury pasty, zwykle 0,66 lub wyższe, dla niezawodnego uwalniania pasty
• Granice keepout dla pick-and-place w pobliżu krawędzi płytki i otworów technologicznych
• Reguły via-in-pad dla wzorów padów termicznych, w tym wymagania dotyczące tentingu lub wypełniania

W Altium Designer każde z tych ograniczeń można zaimplementować za pomocą PCB Design Rules and Constraints Editor lub nowszego Constraint Manager. Użytkownicy platform takich jak Cadence OrCAD/Allegro oraz Siemens PADS/Xpedition będą lepiej zaznajomieni z interfejsem Constraint Manager, co ułatwia przejście do bardziej rozbudowanego środowiska projektowego w Altium Designer.

Przegląd montażowy PCB

Wymienione wyżej czynniki są przede wszystkim wdrażane na etapie układu PCB, a ich fizyczna realizacja następuje podczas montażu. Niestety, jeśli przed produkcją nie zostanie przeprowadzony przegląd montażowy, możliwe jest wytworzenie nieoptymalnej PCB, która nie jest w pełni zgodna z możliwościami DFA. W prostszych płytkach z komponentami SMD w dużych obudowach lub dużymi otworami przelotowymi może to nie stanowić problemu. Jednak w gęsto upakowanych PCB, PCB HDI lub elastycznych/sztywno-elastycznych PCB, nieuwzględnienie ograniczeń montażysty prawdopodobnie doprowadzi do defektów podczas montażu PCB.

Z tego powodu projektanci powinni rozważyć przesłanie danych produkcyjnych do montażysty PCB w celu przeglądu. Może to pomóc wykryć proste problemy projektowe, które prowadziłyby do defektów, i skorygować je jeszcze przed wyprodukowaniem gołych płytek. Jeśli tego się nie zrobi, szczególnie przy produkcji seryjnej, trzeba być przygotowanym na defekty, poprawki, a nawet złomowanie PCB.

Aby dowiedzieć się więcej o plikach wyjściowych do montażu PCB jako części kompleksowego pakietu produkcyjnego, obejrzyj poniższy film.

Niezależnie od tego, czy chcesz tworzyć niezawodną elektronikę zasilania, czy zaawansowane systemy cyfrowe, skorzystaj z kompletnego zestawu funkcji projektowania PCB oraz światowej klasy narzędzi CAD od Altium. Altium oferuje wiodącą na świecie platformę do tworzenia produktów elektronicznych, wyposażoną w najlepsze w branży narzędzia do projektowania PCB oraz funkcje współpracy międzydyscyplinarnej dla zaawansowanych zespołów projektowych. Skontaktuj się z ekspertem Altium już dziś!

Często zadawane pytania

Jakie pliki są wymagane do montażu PCB?

Minimalny pakiet danych do montażu PCB obejmuje zestawienie materiałowe (BOM) oraz plik pick-and-place. Profesjonalne pakiety produkcyjne powinny również zawierać rysunek montażowy z lokalizacjami komponentów, oznaczeniami orientacji, szczegółami mechanicznymi, informacjami o rewizji oraz uwagami montażowymi.

Jakie informacje powinien zawierać rysunek montażowy PCB?

Rysunek montażowy PCB powinien przedstawiać obrys płytki, wymiary, obrysy komponentów, oznaczenia referencyjne, oznaczenia biegunowości, wskaźniki pinu 1, elementy montażowe oraz widoki szczegółowe. Powinien również zawierać uwagi montażowe, wymagania dotyczące procesów specjalnych, numery rysunku oraz informacje o rewizji.

Jak utworzyć rysunek montażowy PCB w Altium Designer?

W Altium Designer projektanci mogą używać Draftsman do automatycznego generowania widoków montażowych na podstawie dokumentu PCB. Draftsman obsługuje również niestandardowe szablony, tabele BOM, notatki, odnośniki, parametry projektu oraz izometryczne widoki płytki.

Jaka jest różnica między ODB++ a IPC-2581?

ODB++ to zastrzeżony, inteligentny format danych PCB, natomiast IPC-2581 jest otwartym, neutralnym wobec dostawców standardem IPC opartym na uporządkowanym formacie XML. Oba mogą łączyć dane dotyczące produkcji, montażu, komponentów, połączeń, stackupu, testów i inspekcji w jednym pakiecie produkcyjnym.