Ebook o produkcji PCB

Płytki drukowane mają ogromne znaczenie w naszym życiu. Znajdują się we wszystkim - od naszych telewizorów i komputerów, po pralki i zegarki. Jako projektant PCB, rozumiesz krew, pot i łzy, które są wkładane w każdą płytę i urządzenia, które obsługują. Rzadko kiedy projekt PCB przebiega gładko od początku do końca. Jednak istnieje wiele kroków, które możesz podjąć, aby zwiększyć efektywność i zmniejszyć liczbę problemów w procesie. Najważniejsze jest, abyś pozostał czujny i oddany każdemu etapowi projektu, aby upewnić się, że twój projekt zostanie zakończony na czas, w ramach budżetu i dokładnie tak, jak sobie zaplanowałeś.

Dołącz do nas, gdy omawiamy tematy i wskazówki związane z procesem produkcji PCB, w tym: 

• Jak zapobiegać błędom umieszczania nadruków na PCB w procesie produkcji
• Czy znaczniki fiducjalne na PCB są nadal potrzebne przy nowoczesnych możliwościach produkcyjnych?
• Wytyczne projektowania PCB dla produkcji: Jak unikać krytycznych błędów projektowych
• Wytyczne projektowania CAD PCB dla produkcji: Jak trasowanie ścieżek może wpływać na złącza lutownicze
• Wskazówki dotyczące projektowania PCB i fabrykacji w celu zapobiegania przerwom obwodów podczas produkcji PCB
• Jak rozmieszczenie komponentów może zdecydować o budżecie produkcji

JAK UNIKNĄĆ BŁĘDÓW W UMIESZCZENIU NADRUKU NA PŁYTKACH PCB

Jeśli pamiętasz Igrzyska Olimpijskie z 1996 roku, to na pewno kojarzysz silne zakończenie występu Kerri Strug. Ukończyła swój drugi i ostatni skok na skokach z kontuzjowaną kostką, dając drużynie USA złoty medal i udowadniając, jak ważne jest wytrwałość do końca. A jednak wszyscy wiemy, jak kuszące jest odprężenie i opuszczenie gardy na końcu projektu, nawet przy projektowaniu płytek obwodów. Jedną z ostatnich rzeczy, które robimy przed wysłaniem projektu do produkcji, jest dokonywanie korekt obrazów i oznaczeń referencyjnych na nadruku płytki. Jednak większość czasu ten krok nie jest wykonany z taką samą starannością jak reszta projektu. Może to skutkować odrzuceniem projektu przez producenta i odesłaniem go do projektanta w celu wprowadzenia poprawek. Przyjrzyjmy się niektórym potencjalnym problemom z nadrukami na PCB i sposobom, w jaki projektanci mogą ich unikać.

Zakończ silnie jak gimnastyczka.

JAKIE SĄ POTENCJALNE PROBLEMY Z NADRUKAMI NA PCB?

Zastanawiasz się pewnie, co może pójść nie tak, oto niektóre z konsekwencji nieprzeprowadzenia ostatecznych korekt nadruku przed wysłaniem projektu.

Nieprawidłowo przedstawione komponenty: Jeśli sitodruk nie przedstawia dokładnie zamierzonych komponentów, może to prowadzić do zamieszania u techników wykonujących debugowanie lub modyfikacje. Może to obejmować kształt, który nieprawidłowo reprezentuje skojarzony komponent lub numery pinów i wskaźniki polaryzacji, które znajdują się na niewłaściwych pinach. Można sobie wyobrazić rodzaj niepokoju, jaki poczują technicy płytek, kiedy będą sondować stronę plusową kondensatora i odkryją, że wskaźniki polaryzacji są faktycznie odwrócone.

Nieczytelny tekst sitodruku: Jeśli tekst sitodruku jest nieczytelny, technikom płytek zajmuje więcej czasu na interpretację oznaczeń referencyjnych. Często dzieje się tak z powodu użycia zbyt małej wielkości czcionki, aby była czytelna, lub użycia niewłaściwej szerokości linii. Linie o zbyt wąskiej szerokości nie zostaną pomyślnie nadrukowane na płytce, podczas gdy linie o zbyt dużej szerokości rozrosną się i staną się równie nieczytelne.

Oznaczenia referencyjne umieszczone na niewłaściwych komponentach: Czasami oznaczenia referencyjne kończą się na niewłaściwych komponentach. Może się to zdarzyć, jeśli komponent zostanie przesunięty, ale nie oznaczenie referencyjne, lub może to być błąd ze strony projektanta. W każdym przypadku technicy próbujący testować płytę będą sondować komponenty, które nie pasują do tego, co widzą na schemacie.

Oznaczenia referencyjne umieszczone tak, że są przykryte przez zamontowane komponenty: Widzieliśmy również wiele przykładów, gdzie oznaczenia referencyjne na sitodruku znajdują się pod zamontowanymi częściami. Czasami jest to nieuniknione w gęsto zaprojektowanych układach, ale powinniśmy dołożyć wszelkich starań, aby tego unikać. Wyobraź sobie ponownie techników, którzy mają trudności ze znalezieniem „C143” na twoim projekcie, gdy oznaczenie referencyjne nie jest widoczne.

Tusz sitodrukowy pokrywający metal lub wpadający do otworów: Tusz sitodrukowy, który zakrywa goły metal, taki jak piny montażu powierzchniowego czy przelotki metalizowane, może faktycznie spowodować konieczność złomowania płytki. Ponadto, elementy sitodruku, które kolidują z innymi elementami sitodruku lub sitodruk, który wychodzi poza krawędź płytki, nikomu nie pomagają.

WSPÓŁPRACA Z TWOIM PRODUCENTEM

Pierwszym krokiem w unikaniu tego rodzaju błędów jest zapoznanie się z wytycznymi dotyczącymi projektowania sitodruku twojego producenta płytek obwodów. Podadzą ci informacje o optymalnych i minimalnych rozmiarach czcionek oraz szerokościach linii. Będą również w stanie podać ci specyfikacje odstępów dla sitodruku względem innych obiektów, w tym gołego metalu i przelotek metalizowanych. Nawiązanie dobrej komunikacji z twoim producentem i zrozumienie, czego potrzebują, zanim przedłożysz im projekt, jest kluczowym elementem zmniejszenia błędów produkcyjnych.

Zróbmy to!

CO MOŻESZ ZROBIĆ JAKO PROJEKTANT, ABY ZMNINIMALIZOWAĆ BŁĘDY NA SITODRUKU?

Spójrz na swój projekt świeżym okiem, jakbyś był osobą odpowiedzialną za modyfikowanie i debugowanie płytki. Jeśli możesz zobaczyć wyjście sitodruku swojego projektu za pomocą oddzielnego przeglądarki, pomoże to w tej kontroli. Czy widzisz i czytasz wszystkie oznaczenia referencyjne? Czy masz oznaczone części z dużą liczbą pinów, aby znaleźć pin 1? Czy masz zaznaczoną poprawną polarność na odpowiednich częściach? Jeśli nie możesz odczytać i zinterpretować sitodruku, możesz być pewien, że twoi technicy również nie będą mogli.

Ostatecznie, użyj Silkscreen DRC’s w swoim systemie CAD. Upewnij się, że sprawdziłeś sitodruk na gołym metalu, sitodruk wchodzący do otworów oraz odstępy sitodruku do innych obiektów i elementów sitodruku. Te kontrole mogą zaoszczędzić ci wielu problemów.

Przyznajmy to; projektowanie płytki może być bardzo zabawne. W rzeczywistości, końcowe ręczne trasowanie może być bardzo odprężające, szczególnie po zakończeniu trudnego rozmieszczenia i krytycznego trasowania. Niemniej jednak, projekt musi być przygotowany do finalnych plików wyjściowych, co może być zadaniem żmudnym i monotonnym. Nie jest rzadkością, że projektanci PCB poświęcają mniej niż pełną uwagę czyszczeniu sitodruku i innym zadaniom związanym z wyjściem, ponieważ po prostu chcą zakończyć projekt i przejść do następnego. Ale jak olimpijski gimnastyk, musisz zakończyć mocno. Chcesz więcej pomysłów, jak zakończyć swój projekt z DRC sitodruku? Porozmawiaj z ekspertem w Altium.

CZY WSPÓŁCZESNE MOŻLIWOŚCI PRODUKCYJNE NADAL WYMAGAJĄ UMIESZCZANIA ZNACZNIKÓW FIDUCJALNYCH NA PCB?

Około 10 lat temu przestałem oglądać filmy grozy. W moich młodszych latach naprawdę lubiłem być przerażony, ale kiedy zacząłem swoją karierę inżynierską, zainteresowałem się bardziej filmami akcji i sci-fi. Prawdopodobnie dlatego, że w pracy dostawałem swoją porcję historii grozy, kiedy proste błędy prowadziły do katastrofalnych koszmarów powdrożeniowych.

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

Gdy moi dostawcy montażu PCB wysłali mi emaila z informacją, że nie są w stanie zmontować maszynowo MCU na 200 zamówionych płytach produkcyjnych, zaczęły się moje kłopoty. Będąc przyzwyczajonym do gniazd PLCC, które są elementami przewlekanymi, nie przyszło mi do głowy, aby zapewnić na PCB znaczniki fiducjalne. Niezrobienie tego oznaczało, że wszystkie MCU w pakietach QFP z małymi rozstawami musiały być montowane ręcznie.

To spowodowało wyższy procent odrzucanych płyt i niezliczone godziny spędzone na naprawianiu usterek wynikających z niedoskonałego ręcznego lutowania. Od tego czasu zawsze stosuję znaczniki fiducjalne w moich projektach, nawet jeśli moi dostawcy mówią mi, że ulepszyli swoje maszyny do pracy bez znaczników.

Możesz skończyć z kompletnym bałaganem, jeśli pominiesz znaczniki fiducjalne.

CO TO JEST ZNACZNIK FIDUCJALNY I JAK POMAGA W PRODUKCJI

W projektowaniu PCB, znacznik fiducjalny to zaokrąglony kształt z miedzi, który służy jako punkt odniesienia dla maszyn montażowych typu pick and place. Znaczniki fiducjalne pomagają maszynom rozpoznać orientację PCB oraz jego komponenty montażu powierzchniowego z obudowami o małych rozstawach, takie jak Quad Flat Package (QFP), Ball Grid Arrays (BGAs) czy Quad Flat No-Lead (QFN).

Istnieją dwa typy znaczników fiducjalnych, które są powszechnie stosowane w projektach PCB: globalne znaczniki fiducjalne i lokalne znaczniki fiducjalne. Globalne znaczniki fiducjalne to miedziane punkty odniesienia umieszczone na krawędzi PCB, które pozwalają maszynie określić orientację płytki względem osi X-Y. Maszyny montażowe używają również znacznika fiducjalnego do kompensacji wszelkich skosów, gdy PCB jest zaciskane.

Lokalne znaczniki fiducjalne to miedziane znaczniki umieszczane na zewnątrz narożnika komponentu montowanego powierzchniowo o obudowie kwadratowej. Są one używane przez maszyny montażowe do precyzyjnego lokalizowania obrysu komponentu i redukują błędy w umieszczaniu komponentów. Jest to szczególnie ważne, gdy w projekcie znajdują się komponenty o drobnych rozstawach i duże komponenty w obudowie kwadratowej.

Zawsze sprawdzaj z producentem wymagania dotyczące znaczników fiducjalnych.

CZY ZNACZNIKI FIDUCJALNE SĄ KONIECZNE PRZY NOWOCZESNEJ TECHNOLOGII PRODUKCYJNEJ?

Zawsze projektowałem moje PCB z zarówno globalnymi, jak i lokalnymi znacznikami fiducjalnymi. Jednak, kiedy natknąłem się na artykuł wyjaśniający możliwość pominięcia lokalnych fiducjali, byłem zaintrygowany. Usunięcie znaczników fiducjalnych na mniejszych PCB, aby maksymalizować przestrzeń dla ścieżek sygnałowych, miało sens.

W wyniku postępów w technologii produkcyjnej, lokalne znaczniki fiducjalne mogą być pominięte w pewnych warunkach. Na mniejszych płytach, nowoczesne maszyny montażowe mogą umieszczać komponenty SMT używając tylko globalnych fiducjali. Znaczniki fiducjalne mogą być również pominięte dla komponentów o większym rozstawie. Na przykład, komponenty montowane powierzchniowo z rozstawami powyżej 1,0 mm mogą być precyzyjnie umieszczane przez najnowsze maszyny.

Mając to na uwadze, ważne jest, aby omówić zakres możliwości maszyn Twojego producenta przed usunięciem lokalnych znaczników fiducjalnych z projektu. Nauczyłem się na własnej skórze, że nie wszyscy producenci są wyposażeni w maszyny napędzane najnowszą technologią. 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 DOTYCZĄCE UŻYWANIA ZNACZNIKÓW FIDUCJALNYCH W PROJEKTOWANIU PCB

Jeśli chcesz uzyskać najlepsze wyniki z montażu maszynowego, musisz właściwie umieścić znaczniki fiducjalne. Istnieje kilka ważnych wytycznych dotyczących umieszczania znacznika fiducjalnego w projekcie.

1. Znacznik fiducjalny tworzy się, umieszczając niewierconą warstwę miedzi w kształcie koła. Znacznik fiducjalny musi być wolny od maski lutowniczej.
2. Optymalny rozmiar znacznika fiducjalnego powinien wynosić między 1mm a 3mm. 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 uwzględniając obszaru odstępu znacznika fiducjalnego.
5. Dla lokalnego znacznika fiducjalnego, umieść co najmniej dwa znaczniki fiducjalne po przekątnej na zewnętrznej krawędzi komponentu montowanego powierzchniowo.

Używając profesjonalnego oprogramowania do projektowania PCB, znacznik fiducjalny można umieścić, wstawiając pad, zmieniając rozmiar pada na zero i ustawiając odpowiednie wartości dla średnicy.  Potrzebujesz więcej wskazówek dotyczących umieszczania znaczników fiducjalnych w swoim projekcie? Skontaktuj się z ekspertem w Altium.

WYTYCZNE PROJEKTOWANIA PCB DLA PRODUKCJI: JAK UNIKAĆ KRYTYCZNYCH BŁĘDÓW PROJEKTOWYCH

Przysięgam, że byłbym w drodze, aby zostać następnym MasterChefem, gdybym nie ukończył mojego stopnia inżynierskiego. Nie dlatego, że jestem niesamowicie dobry w gotowaniu, ale dlatego, że nie poddałem się po przerażającej próbie ugotowania smażonego makaronu ryżowego. Nie namaczanie tych długich nitek makaronu skutkowało pastą o teksturze twardego drutu, która była nie do uratowania. To był dobry przykład tego, co może się stać z daniem, gdy nie będziesz uważnie przestrzegać instrukcji.

Tak jak w gotowaniu, błędy są nieuniknione w projektowaniu elektroniki, nawet dla najbardziej skrupulatnych projektantów. Ale niektóre błędy są na tyle krytyczne, że trzeba będzie wyrzucić całą płytkę drukowaną (PCB) i zacząć od nowa. Kiedy cierpliwie czekasz na prototyp PCB, aby przetestować swoje obwody, może to oznaczać kosztowne opóźnienia w cyklu rozwoju produktu.

KRYTYCZNE BŁĘDY PROJEKTOWE W PRODUKCJI PCB

Wszyscy nienawidzimy popełniać błędy. Ale w rzeczywistości, potrzeba dwóch lub trzech prób, aby uzyskać idealny projekt. Dopóki naprawiamy błędy we wczesnych projektach, po prostu przecinając ścieżki lub używając przewodów zwrotnych, wpływ na proces rozwoju jest minimalny. Nie można tego powiedzieć o niektórych z poniższych błędów, które prawie zawsze niszczą twoje PCB.

1. Użycie niewłaściwego obrysu

Chociaż większość pasywnych komponentów jest dostępna zarówno w wersji przewlekanej, jak i montowanej powierzchniowo, układy scalone (IC), szczególnie układy o specjalnych funkcjach, są produkowane tylko w kilku typach obudów. Pomylenie Małego Obwodu Zintegrowanego (SOIC) z Pakietem Małego Obwodu Zmniejszonego (SSOP) może skutkować próbą dopasowania mniejszego IC do większego obrysu, lub odwrotnie.

Pamiętaj, aby zweryfikować typ obudowy swoich komponentów, dokładnie sprawdzając ich karty katalogowe. Nie zakładaj niczego i upewnij się, że zarówno wymiary układu scalonego, jak i jego rozstaw pinów są poprawne. Nauczyłem się tej lekcji, kiedy przez pomyłkę użyłem wersji „wąskiej” SOIC, ponieważ wersja „szeroka” miała taki sam rozstaw pinów.

Używaj odpowiednich komponentów IC, aby uniknąć błędów projektowych, które wpłyną na ślad projektu.

2. Nieprawidłowe wyrównanie magistrali adresowej

W moich pierwszych latach jako projektant, wysokie wymagania dotyczące pamięci o dużej gęstości oznaczały użycie równoległej pamięci Flash lub statycznej pamięci RAM (SRAM). Musiałem radzić sobie z do 23 bitów adresu i 8 bitów sygnałów danych. Błąd w dopasowaniu pinów adresowych mikrokontrolera do komponentów pamięci mógł skutkować niezdatnym do użytku prototypem lub spędzeniem kilku dni na przecinaniu i przewijaniu sygnałów za pomocą przewodów zworkowych. Aby tego uniknąć, musiałem w pełni zrozumieć magistralę adresową mikroprocesora i sposób, w jaki każdy układ pamięci powinien być podłączony.

3. Złe projektowanie płaszczyzny masy

Wpływ odpowiedniego projektowania płaszczyzny masy może nie być oczywisty w prostych układach cyfrowych. Jednak możesz otrzymać partię zamontowanych, ale nieakceptowalnych PCB, jeśli zignorujesz najlepsze praktyki dotyczące płaszczyzny masy dla układów analogowych lub mieszanych. Może to powodować zakłócenia i przebicie sygnału, co czyni koniecznym szybkie wyprodukowanie lepszego projektu.

Chociaż miałem szczęście uratować PCB z złymi połączeniami masy, teraz upewniam się, że przyszłe projekty przestrzegają odpowiednich projektów płaszczyzny masy. Pamiętaj, aby oddzielać masy analogowe i cyfrowe w jednym punkcie, gdy jest to odpowiednie, i rozważać ścieżkę przepływu prądu.

4. Nieprawidłowe otwory montażowe

Otwory montażowe mogą być pomocne w redukcji zakłóceń elektromagnetycznych (EMI). Jednak, jeśli współrzędne twoich otworów montażowych są nieprawidłowe, to dobrze funkcjonująca płyta nie zostanie zabezpieczona w obudowie. Upewnij się, że twoje współrzędne są dokładne, w przeciwnym razie może nie być jasnej ścieżki, aby zabezpieczyć śrubę.

Dla projektów, w których PCB jest montowane do obudowy, kluczowe jest rozpoczęcie układu PCB od umieszczenia otworów montażowych na właściwych współrzędnych przed montażem innych komponentów.

Wiercenie nie pomoże, gdy na początku źle określisz pozycję otworu.

5. Nadmierna gęstość prądu na cienkiej miedzi

Co może pójść nie tak, gdy masz wszystko pokryte, wykonując obliczenia budżetu mocy na poziomie podukładu? Powszechnym błędem jest nieuwzględnienie całkowitego prądu przepływającego przez główny tor sygnału napięcia. Innym częstym błędem jest niezapewnienie odpowiedniej szerokości miedzi. Te błędy mogą skutkować przegrzewaniem się lub, w niektórych przypadkach, całkowitym rozpadem przewodzącej miedzi. Prawidłowa analiza budżetu mocy powinna dać Ci jasny obraz wymaganej szerokości toru. Jeśli pracujesz z profesjonalnym oprogramowaniem do projektowania PCB, takim jak Altium Designer, możesz skorzystać z narzędzi analizy spadku napięcia DC, aby zweryfikować swoje obliczenia.

WYTYCZNE PROJEKTOWANIA PCB CAD DLA PRODUKCJI: JAK TRASOWANIE ŚCIEŻEK MOŻE WPŁYWAĆ NA ZŁĄCZA LUTOWNICZE

Zdjęcie redakcyjne: Aija Lehtonen / Shutterstock.com

Kilka tygodni temu uczestniczyłem w koncercie będącym hołdem dla wielkiego lidera big bandu, Stana Kentona. Uwielbiam jazz big bandowy z wielu powodów, jednym z nich jest konfiguracja muzyków i instrumentów w zespole. Zazwyczaj jest około 15 do 20 muzyków grających na różnych instrumentach, a każdy wykonuje inną partię. Jeśli choć jedna osoba popełni błąd, może to zrujnować równowagę utworu, który został tak starannie zaaranżowany przez kompozytora.

Ważność harmonijnej gry każdego członka zespołu przypomniała mi o znaczeniu prawidłowo wyprodukowanej płytki drukowanej. Jeśli choć jeden element nie zostanie prawidłowo przylutowany, gotowa płyta drukowana może mieć przerywane awarie, lub w ogóle nie działać. Tak jak saksofon grający fałszywą nutę może zepsuć cały utwór, tak złe połączenie lutownicze może zrujnować całą płytę. Na szczęście, zasady projektowania pod kątem produkcji (DFM) mogą pomóc uniknąć fałszywych połączeń lutowniczych na twojej płycie drukowanej.

Jednym z obszarów, w których zasady DFM mogą pomóc Twojej płytce, może być niespodzianka. Sposób prowadzenia ścieżek na PCB może mieć bezpośredni wpływ na problemy z lutowaniem, a zasady DFM oferują tutaj pewne wskazówki. Przyjrzyjmy się teraz, jak prowadzenie ścieżek może powodować problemy takie jak zimne złącza lutowane czy efekt nagrobka, abyś wiedział, czego unikać w przyszłości.

Ostre kąty ścieżek

Pierwszym problemem, na który się zapatrzymy, są ostre kąty ścieżek. Chociaż ta sytuacja nie prowadzi bezpośrednio do problemu z lutowaniem, jest to problem z prowadzeniem ścieżek, o którym wspominają wytyczne DFM dla PCB.

Ostre kąty w ścieżkach to ścieżki, które mają rogi większe niż 90 stopni. Powoduje to, że ścieżka zawraca na siebie. Klin, który jest tworzony przez ostry kąt ścieżki, może uwięzić kwasowe chemikalia podczas procesu fabrykacji. Te uwięzione chemikalia nie zawsze są odpowiednio usuwane podczas fazy czyszczenia fabrykacji i będą dalej niszczyć ścieżkę. Może to ostatecznie doprowadzić do przerwania ścieżki lub powodować przerywane połączenia.

Prowadzenie ścieżek na PCB

Wystawanie części z powodu szerokości ścieżek

Tombstoning zachodzi, gdy mały element z dwoma wyprowadzeniami, taki jak rezystor montażu powierzchniowego, staje na jednej ze swoich poduszek podczas lutowania. Wynika to z nierównomiernego ogrzewania obu poduszek podczas przetapiania lutu. Strona, która roztopi się pierwsza, przyciąga do siebie element, powodując efekt tombstoningu.

Jednym z czynników, które mogą powodować tę nierównowagę ogrzewania, jest użycie ścieżek o różnych rozmiarach na obu poduszkach. Im szersza ścieżka, tym dłużej będzie trwało ogrzewanie poduszki, do której jest podłączona. Jeśli jedna z poduszek elementu ma bardzo wąską ścieżkę, a druga bardzo szeroką, prawdopodobnie wystąpi nierównowaga przetapiania lutu i jedna poduszka roztopi się i przetopi przed drugą.

Często inżynieria elektryczna wymaga ścieżki zasilającej, która jest zbyt szeroka, aby producent mógł ją niezawodnie lutować. Wytyczne projektowania PCB dla produkcji mają zalecenia dotyczące minimalnych i maksymalnych szerokości ścieżek, które należy stosować przy różnych rozmiarach części, ale to może nie rozwiązać Twojego problemu. Kluczem dla Ciebie jest zrównoważenie wymagań inżynierii elektrycznej i produkcji oraz osiągnięcie wspólnego porozumienia między nimi. W ten sposób możesz spełnić potrzeby obu stron w swoim projekcie.

Reguły DFM mogą pomóc Ci wyeliminować problemy produkcyjne na Twojej płytce.

ZIMNE LUTY

Kolejnym problemem, który może wystąpić podczas prowadzenia grubych ścieżek, jest powstanie zimnego lutowania. Zimne lutowanie to takie, w którym cyna nie została prawidłowo przetopiona, aby zapewnić dobre połączenie, lub cyna odciągnęła się od połączenia. Prowadząc grubą ścieżkę z pada, rozmiar grubej ścieżki może spowodować odciągnięcie cyny z pada, gdzie jest potrzebna do wykonania połączenia z częścią.

Rozwiązaniem jest użycie szerokości ścieżek mniejszych niż rozmiar pada. Niektóre wytyczne DFM zalecają ścieżkę nie szerszą niż 0,010 mila, chociaż i to musi być dostosowane, aby zrównoważyć potrzeby inżynierii elektrycznej i mechanicznej.

Jest znacznie więcej aspektów wytycznych projektowania PCB pod kątem produkcji, niż tylko zalecenia dotyczące trasowania ścieżek, które tutaj przedstawiliśmy. Wytyczne DFM pomogą Ci również w odpowiednim rozmieszczaniu komponentów, dobieraniu rozmiarów obrysów oraz innych aspektach Twojego projektu. Ostatecznie pomoże to Twojemu projektowi zostać wyprodukowanym z jak najmniejszą liczbą błędów. Płytka obwodu drukowanego, która jest wolna od błędów podczas produkcji, jest odzwierciedleniem dobrego i solidnego projektu, trochę jak słuchanie zespołu Stan Kenton grającego bezbłędną wersję Intermission.

Oprogramowanie do projektowania PCB, takie jak Altium Designer, posiada zaawansowane możliwości trasowania oraz inne funkcje, które lepiej pomogą Ci projektować zgodnie z Twoimi zasadami DFM. To pomoże Ci dostarczyć projekt zgodny z DFM za pierwszym razem producentowi.

Chcesz dowiedzieć się więcej o tym, jak Altium może pomóc Ci w Twoim kolejnym projekcie, aby zapewnić jego zgodność z DFM? Porozmawiaj z ekspertem w Altium.

Wskazówki dotyczące projektowania i produkcji PCB, aby zapobiec przerwom w obwodach podczas produkcji PCB

Przez kilka lat mieszkałem w mieście, w którym znajdowała się fabryka czekolady i cukierków. To był niesamowity, a zarazem okropny czas, ponieważ można było iść do fabryki i kupować "sekundy", czyli słodycze drugiej jakości, za około 75% normalnej ceny. Zazwyczaj błąd był kosmetyczny, jak pęknięta czekolada na karmelu, i wszystko smakowało całkiem dobrze.

Kiedy producent PCB popełnia błąd, czasami jest on kosmetyczny, a płyta nadal będzie funkcjonować. Coś takiego jak nieprawidłowe wyrównanie końcowego nadruku ekranowego prawdopodobnie nie wpłynie na wydajność elektryczną, ale podobne nieprawidłowe wyrównanie maski lutowniczej lub warstwy miedzi może całkowicie zrujnować twoją płytę. Ponieważ PCB mają za zadanie przesyłać elektryczność, większość znaczących wad wydajnościowych ma charakter elektryczny, takie jak przerwy w obwodzie, zwarcia oraz błędy w trasowaniu lub materiałach.

W zależności od twojego źródła, przerwy w obwodzie stanowią około jednej trzeciej wad PCB, szczególnie w postaci otwartych złączy lutowniczych. Istnieje wiele przyczyn, które mogą powodować przerwy w obwodzie na twojej płycie, różniące się od materiałów, przez przetwarzanie, po obsługę. Oto najczęstsze przyczyny.

PASTA LUTOWNICZA

Jeśli pasta lutownicza jest nakładana nierównomiernie, zarówno pod względem ilości depozytu, jak i pominięcia niektórych miejsc, wówczas nie będzie jej wystarczająco, aby utworzyć solidne połączenie. Możesz skończyć z otwartym obwodem lub złączem, które jest słabe i podatne na pęknięcia. Innym problemem z pastą lutowniczą jest nierównomierna temperatura przepływu na powierzchni. Jeśli kiedykolwiek podgrzewałeś czekoladę w mikrofalówce, prawdopodobnie widziałeś gorące punkty, które topią się znacznie wcześniej niż reszta. Ten sam rodzaj zmienności może wystąpić podczas przepływu lutu. Jeśli niektóre obszary nie osiągną temperatury przepływu i nie połączą się całkowicie, połączenie elektryczne nie zostanie utworzone, podobnie jak pozostawienie nieroztopionych kawałków czekolady w twoim kakao lub mieszance do lukru.

Podczas nakładania pasty lutowniczej, jeśli stosunek proporcji (szerokość otworu do grubości szablonu) jest nieprawidłowy, prawdopodobieństwo wystąpienia problemów z depozytami pasty lutowniczej jest większe. Upewnij się, że sprawdzasz grubość warstwy, szczególnie maski lutowniczej, u swojego producenta.

Podobnie jak topienie czekolady, lut musi osiągnąć temperaturę przepływu wszędzie na twojej płytce.

ZANIECZYSZCZENIE

Nikt nie chce jeść skażonej czekolady. Komponenty PCB również mogą zostać skażone. Zanieczyszczenie środowiskowe może pochodzić z różnych źródeł, zarówno na płytce, jak i w paście lutowniczej. Oczywiste przyczyny to wycieki chemikaliów, kurz i cząsteczki w powietrzu oraz oleje pochodzące od dotykania.

Nawet wilgoć w powietrzu może prowadzić do przyspieszonej korozji. Każde zanieczyszczenie lub korozja powierzchni padu lub nóżki komponentu może uniemożliwić prawidłowe połączenie złącza lutowniczego. Sprawdź kontrole jakości od swojego producenta i stosuj wewnętrzne procedury obsługi, aby upewnić się, że części pozostają czyste i nieuszkodzone.

Odciski palców na płytce to powszechne źródło zanieczyszczenia, często prowadzące do korozji i słabych połączeń lutowniczych

SZPARY I PĘKNIĘCIA

Szpary spowodowane nierównościami powierzchni mogą powodować utratę płaskości PCB, co sprawia, że odległość między różnymi nóżkami tego samego komponentu może się znacznie różnić, uniemożliwiając nawet kontakt nóżek z pastą lutowniczą podczas przepływu. Jest to najczęstsze, jeśli masz deformacje komponentów lub nieregularności maski lutowniczej, ale może to również wynikać z innych problemów z niezgodnością termiczną, problemów w układzie warstw (jak pęcherze powietrza spowodowane nieprawidłowym odgazowaniem) lub fizycznym nieodpowiednim obchodzeniem się z płytą.

Czasami szczeliny i pęknięcia są na tyle poważne, że można je zobaczyć gołym okiem, ale najczęściej potrzebny jest mikroskop lub rentgen, aby znaleźć problemy, szczególnie przy mniejszych opakowaniach komponentów. W zależności od budżetu, który masz na rozwiązywanie problemów, możesz być zmuszony do używania testów elektrycznych, aby zidentyfikować lokalizację przerwanego obwodu i zlecić producentowi lub laboratorium testowemu wykonanie końcowej analizy przyczyny.

Coś tak prostego jak upuszczenie twojej płytki może przerwać połączenia lutownicze, szczególnie jeśli były one kruche od początku, jak czekoladowe jajko!

Błędy podczas fabrykacji mogą być czasochłonne i kosztowne. Możesz poprawić proces, zarządzając swoimi projektami i informacjami o producencie za pomocą wysokiej jakości oprogramowania do projektowania układów, takiego jak Altium Designer i Altium Vault.  Chcesz dowiedzieć się więcej o tym, jak możliwości Alitum mogą pomóc Ci ulepszyć proces projektowania i produkcji?

Porozmawiaj z ekspertem od projektowania PCB Altium.

JAK UMIESZCZENIE KOMPONENTÓW MOŻE ZDECYDOWAĆ O BUDŻECIE NA PRODUKCJĘ

Z każdym nowym projektem PCB nadchodzi moment, kiedy musisz podejmować decyzje oparte na czymś więcej niż tylko wydajność. Przestrzeń fizyczna jest łatwo przeoczana w świecie równań, schematów i oscyloskopów - często skupiamy się na integralności sygnału ponad takie banały jak objętość komponentów. W czasach, gdy komputery zajmowały całe pomieszczenia, nie musieliśmy być tak precyzyjni w kwestii przestrzeni. Jednak koszty, czas i wymagania dotyczące przestrzeni oczywiście się zmieniły. Teraz w podróży każdego projektanta nadchodzi moment, kiedy rzeczywistość ich budżetu (lub jego braku) uderza ich prosto w twarz, i musimy zwrócić się ku ocenie implikacji kosztowych naszych decyzji - szczególnie jak układ naszej płytki wpływa na koszty produkcji. Przeszliśmy długą drogę zarówno w skalowalności komponentów, jak i naszej wiedzy o ich rozmieszczaniu. Ucząc się na naszych błędach, możemy zidentyfikować kilka kluczowych obszarów, które mogą pomóc utrzymać twój projekt w bardziej przyjaznym dla budżetu zakresie.

CO POWODUJE, ŻE KOSZTY PRODUKCJI GWALTOWNIE ROSNĄ?

Z dostępną technologią w fabrykach, może się wydawać, że na małym budżecie możliwe jest wszystko. Chociaż może to być w większości prawdą, każdy dodatkowy krok w procesie produkcyjnym to krok, który na pewno zostanie zafakturowany. Idea prostego projektu powinna być zawsze obecna w twoich myślach, ponieważ producenci będą dążyć do naliczenia opłat za wszelką dodatkową pracę, którą będą musieli wykonać. Obejmuje to szybkie maszyny do umieszczania komponentów na płytce, kroki lutowania prowadzone przez maszyny, obracanie płytki, czas dotyku pracownika fabryki i tak dalej. Im więcej muszą majstrować przy twojej płytce, tym większy koszt dla ciebie.

UNIKAJ PUŁAPEK BUDŻETOWYCH ZWIĄZANYCH Z PRZESTRZENIĄ W PROCESIE PRODUKCJI

Istnieją setki wskazówek i trików, z którymi niewątpliwie się spotkasz i które przyswoisz podczas projektowania. Jednakże, poniższe trzy taktyki to łatwo dostępne, przyjazne dla budżetu owoce, które zawsze powinieneś mieć na uwadze.

Dodatkowe kroki w produkcji twojego projektu PCB zwiększą koszty.

• Organizacja Twojej Płytki. Z uwagi na różnorodność technologii montażu komponentów obecnie, prawdopodobnie będziemy łączyć elementy przewlekane z elementami montowanymi powierzchniowo. Stanowi to pewien problem dla producentów, ponieważ istnieją unikalne sposoby instalowania i lutowania każdego komponentu do PCB. Z pewnością doda to mnóstwo dodatkowych kroków i czasu potrzebnego na dotknięcie, aby wyprodukować płytę—co z kolei zwiększy koszty Twojego ogólnego budżetu produkcyjnego. Jeśli trzymanie się jednej technologii montażu jest poza pytaniem projektowym, wówczas grupowanie podobnie montowanych komponentów razem po jednej stronie płytki ograniczy liczbę kroków potrzebnych do skutecznego lutowania takich grup. 
• Orientacja Poszczególnych Komponentów.Przez całe życie mogłeś słyszeć, żeby trzymać swoje kaczki w rzędzie. Bez względu na to, jak przez te wszystkie lata trzymałeś swoje kaczki (lub inne ptactwo), muszę przypomnieć Ci tę samą starą zasadę w odniesieniu do projektowania PCB. Rozrzucanie komponentów po całej płytce nie jest złym zwyczajem, ale koszty produkcji mogą wzrosnąć do nowych wysokości. Utrzymywanie komponentów zorientowanych względem siebie i w ładnym, równym rzędzie zmniejszy czas spędzony na lutowaniu, jak również zminimalizuje błędy i dodatkowe kroki potrzebne w produkcji. 
• Umieszczanie komponentów na górnej stronie płytki.Pracując z prostą płytą dwuwarstwową, sugerujemy umieszczanie komponentów po stronie górnej płyty. W zależności od fizycznych ograniczeń, możesz myśleć "Hej, mogę umieścić połowę komponentów po jednej stronie, a drugą połowę na dole. Zaoszczędziłbym mnóstwo miejsca!" Jednak postępuj ostrożnie, ponieważ może to stać się koszmarem produkcyjnym. Na etapie montażu PCB, szybka maszyna do umieszczania komponentów może łatwo poradzić sobie z jedną stroną PCB. Jeśli jednak Twoja płyta wymaga umieszczenia komponentów również po drugiej stronie, koszty mogą przekroczyć Twoje możliwości finansowe.

Dobre techniki umieszczania obniżą koszty produkcji Twojego PCB.

ĆWICZENIE CZYNI MISTRZA (I OBDNIZA KOSZTY PRODUKCJI) 

Jak w każdym projektowaniu, jest sztuka i jest nauka. Projektowanie PCB wymaga odrobiny obu. Zachowanie organizacji płyty, orientacji komponentów i umieszczanie komponentów po stronie górnej na początkowych etapach projektowania utrzyma Cię na ścieżce do akceptowalnego kompromisu, jednocześnie minimalizując koszty produkcji. 

Kolejnym świetnym sposobem na kontrolę budżetu produkcyjnego jest korzystanie z narzędzi do zarządzania specyfikacją materiałową (BOM). Po całym wysiłku włożonym w obniżenie kosztów poprzez staranne rozmieszczenie komponentów, nadal można napotkać nieoczekiwane wydatki z powodu błędnej BOM. Błędy w ręcznie tworzonej BOM mogą spowolnić lub zatrzymać produkcję twojej płytki PCB, dodając czas i koszty. Na szczęście, możesz wyeliminować ryzyko tych błędów, używając narzędzi do zarządzania BOM, które automatycznie tworzą twoją BOM PCB.

Czy tworzenie bezbłędnej BOM PCB za pomocą narzędzi do zarządzania BOM brzmi jak rozwiązanie, które mogłoby ci pomóc? W takim razie narzędzia BOM od Altium mogą być odpowiedzią, której szukasz. Jeśli tak, dowiedz się więcej, rozmawiając z ekspertem w Altium.