Выходные данные для сборки печатной платы

Когда вы завершаете проектирование печатной платы, обычно предполагается, что она будет изготовлена и собрана. Ответственность за подготовку выходных данных для сборки PCB в составе проекта и их передачу производителю лежит на разработчике. Производитель будет использовать эти данные для закупки компонентов, планирования процесса сборки и проведения финальной инспекции. Требования к сборке должны быть подробно описаны, чтобы предоставить сборщику исчерпывающую информацию, необходимую для изготовления PCBA.

Прежде чем переходить к сборке, ваша плата должна быть спроектирована с учетом лучших практик DFA. Если это не так и PCB будут изготовлены до проверки со стороны сборщика, существует риск, что платы придется утилизировать. Причин, по которым это происходит, много, но правильное ECAD-программное обеспечение для проектирования PCB помогает разработчикам избежать некоторых из наиболее распространенных ошибок при сборке.

Список выходных данных для сборки PCB

На самом базовом уровне двумя стандартными файлами выходных данных для сборки PCB являются спецификация материалов и файл pick-and-place. Спецификация материалов — это закупочный документ, в котором указано, какой компонент соответствует каждому позиционному обозначению на PCB, а файл pick-and-place определяет, где должно быть размещено каждое позиционное обозначение для пайки. Имея эти два файла и краткое описание PCB, либо даже вовсе без описания, производитель может полностью собрать PCBA.

Профессионалы и компании, как правило, создают третий стандартный выходной документ проекта: сборочный чертеж. Сборочный чертеж обычно содержит:

• Контур PCB и габаритные размеры платы
• Контуры компонентов на верхней и нижней сторонах
• Позиционные обозначения компонентов
• Обозначения полярности и ориентации компонентов
• Обозначения вывода 1 для интегральных схем и разъемов
• Механический крепеж и места монтажа
• Детализированные виды для плотных или сложных областей
• Примечания по сборке, выноски и специальные производственные указания
• Информация о ревизии, номера чертежей и данные основной надписи

Примечания по сборке важны, поскольку они задают требования, которые могут быть неочевидны из топологии PCB, спецификации материалов или данных pick-and-place. Эти примечания могут определять соответствие требованиям RoHS, соблюдение применимых стандартов IPC, использование определенных паяльных сплавов или типов паяльной пасты, требования к очистке, критерии инспекции, а также специальные процессы, такие как underfill, конформное покрытие, фиксация компаундом или нанесение клея. Четкие примечания по сборке уменьшают неоднозначность и помогают гарантировать, что готовая PCBA будет соответствовать механическим, электрическим и нормативным требованиям разработчика.

Многие начинающие разработчики не создают сборочные чертежи, потому что их CAD-программы не помогают автоматизировать этот процесс. Даже некоторое ПО корпоративного уровня, такое как OrCAD и Xpedition, не умеет автоматически создавать сборочный чертеж. Эти платформы могут полагаться на другое программное обеспечение с отдельной лицензией для выполнения этой базовой задачи.
Altium Designer отличается тем, что включает инструмент Draftsman, который позволяет разработчикам автоматически создавать высококачественные сборочные чертежи за считаные минуты. Пользователи могут создавать собственные шаблоны и размеры листов, обеспечивая полный контроль над форматом сборочного чертежа. Пользователи также могут добавлять в сборочный чертеж дополнительные элементы, например встраивать BOM, добавлять примечания и выноски, а также включать параметры проекта для мгновенного обновления чертежа.

Если вам не нравится использовать инструмент для генерации производственного или сборочного чертежа, все равно есть способ создать такие чертежи внутри файла топологии PCB. Один из распространенных подходов — использовать механические слои в вашей топологии PCB, чтобы вручную рисовать элементы производственного и сборочного чертежей. В этом случае изменения в топологии PCB также сразу отражаются в вашем сборочном чертеже. Для вывода сборочного чертежа необходимо объединить следующие слои в файл DXF или в PDF-печать:

• Механические слои с основной надписью и примечаниями по сборке
• Слой контура PCB
• Верхний и нижний слои паяльной пасты
• Верхний и нижний сборочные слои
• Любые дополнительные механические слои, показывающие снимаемую маску, конформное покрытие, места нанесения клея и другие специальные требования к сборке

Также часто включают изометрические виды PCB, созданные на основе 3D-чертежа. Однако механические слои и инструменты топологии PCB обычно не могут генерировать изометрические виды, поэтому их приходится создавать во внешнем MCAD-приложении на основе 3D-модели PCBA. Обычно такой вид экспортируется из MCAD-приложения в файл DXF и затем импортируется обратно в файл топологии PCB на механический слой. Однако Altium Draftsman может генерировать изометрические виды напрямую из файла документа PCB без необходимости экспорта в MCAD-приложение.

Интеллектуальные выходные данные проектирования PCB

Еще один вариант создания выходных данных проекта PCB для сборки — использовать интеллектуальные форматы вывода. Такими форматами файлов являются ODB++ и IPC-2581.

Хотя интеллектуальные выходные данные проектирования PCB объективно лучше подходят для изготовления и сборки, они используются не так часто, как Gerber-файлы. Gerber по-прежнему остается фактическим стандартом для производственных данных, поэтому разработчику также потребуется сформировать спецификацию материалов и данные pick-and-place для сборки. Чтобы обеспечить себе максимально широкий выбор вариантов сборки PCB, используйте ПО для проектирования PCB, такое как Altium Designer, которое поддерживает все три стандартных пакета выходных данных проектирования PCB.

Успешный DFA предотвращает дефекты при сборке PCB

При сборке прототипов PCB уровень сервиса поставщика обычно включает достаточный запас на доработку вашей PCB при необходимости. Однако по мере перехода к большим объемам предотвращение дефектов и исключение обязательных доработок становятся критически важными элементами контроля затрат. На этом этапе практики DFA становятся еще важнее, и они связаны с базовыми методами проектирования, применяемыми в топологии PCB и библиотеках PCB.

Чтобы успешно внедрить практики DFA для высоковыходной сборки PCB, разработчикам необходимо использовать свое ECAD-программное обеспечение и информацию от сборщика следующим образом:

• Проектирование посадочных мест компонентов PCB
• Определение ограничений сборки как правил проектирования PCB
• Проверка PCB в рамках анализа сборки

Проектирование посадочных мест PCB в контексте DFA

Геометрия посадочного места — это тот уровень, на котором DFA либо работает успешно, либо разрушается на уровне компонента. Посадочное место, не соответствующее технологическим возможностям сборщика, создает риск дефектов независимо от того, насколько хорошо выполнена остальная часть топологии. Размеры площадок, зазоры courtyard, окна паяльной маски и геометрия контактных площадок напрямую влияют на точность установки, формирование паяных соединений и доступность для инспекции после оплавления.

Для стандартных корпусов SMD IPC-7351 задает базовую основу, однако именно конкретный процесс сборщика — волновая пайка, оплавление или селективная пайка — определяет, какой вариант рисунка контактных площадок является подходящим. Например, использование nominal land pattern или most-courtyard land pattern в ситуации, когда сборщик работает с профилем высокой плотности, — это распространенное несоответствие, приводящее к перемычкам припоя или недостаточному формированию паяного шва у пятки вывода.

Это посадочное место спроектировано с учетом лучших практик DFA для пайки центральной площадки, чтобы предотвратить растекание припоя и смещение во время пайки.

Правила проектирования PCB для DFA

Чтобы обеспечить стабильное соблюдение DFA, внедряйте рекомендации через автоматизированные правила проектирования, а не через ручную проверку. Получайте конкретные значения ограничений непосредственно от вашего сборщика PCB, например по расстояниям между компонентами, соотношениям апертур паяльной пасты и допускам. Не полагайтесь на общие значения IPC по умолчанию, так как они могут не соответствовать возможностям вашего сборщика, особенно для компонентов с малым шагом выводов.

Применяйте ограничения, предоставленные сборщиком, непосредственно в системе правил проектирования вашего ПО для PCB, чтобы предотвратить дефекты сборки. Это включает определение правил для зазоров courtyard компонентов, расширения маски паяльной пасты и совмещения паяльной маски, чтобы проверка правил проектирования могла выявить потенциальные проблемы до изготовления.

• Минимальный зазор courtyard между компонентами, заданный на основе документации по возможностям сборщика
• Расширение паяльной маски для каждого типа площадок, с различением определений площадок SMD и NSMD
• Минимальные значения area ratio для апертур паяльной пасты, обычно 0,66 или выше для надежного отделения пасты
• Границы запретных зон для pick-and-place возле краев платы и технологических отверстий
• Правила via-in-pad для рисунков термоплощадок, включая требования к tenting или заполнению

Внутри Altium Designer любые из этих ограничений можно реализовать с помощью PCB Design Rules and Constraints Editor или более нового Constraint Manager. Пользователям таких платформ, как Cadence OrCAD/Allegro и Siemens PADS/Xpedition, интерфейс Constraint Manager будет более знаком, что упрощает переход к более мощной среде проектирования в Altium Designer.

Проверка PCB перед сборкой

Перечисленные выше факторы в основном реализуются на этапе топологии PCB и приобретают физическое воплощение во время сборки. К сожалению, если вы не проведете проверку на сборку до изготовления, возможно, будет произведена неоптимальная PCB, которая не полностью соответствует возможностям DFA. В более простых платах с SMD-компонентами в крупных корпусах или большими сквозными отверстиями это может не быть проблемой. Но в плотных PCB, HDI PCB или гибких/гибко-жестких PCB несоблюдение ограничений сборщика с высокой вероятностью приведет к дефектам при сборке PCB.

По этой причине разработчикам следует рассмотреть возможность отправки производственных данных сборщику PCB на проверку. Это может помочь выявить простые ошибки проектирования, которые приведут к дефектам, и исправить их до изготовления голых плат. Если этого не сделать, особенно при серийном производстве, будьте готовы к дефектам, доработке и даже утилизации PCB.

Чтобы узнать больше о выходных данных для сборки PCB как части полного производственного пакета, посмотрите видео ниже.

Независимо от того, нужно ли вам создавать надежную силовую электронику или передовые цифровые системы, используйте полный набор функций проектирования PCB и CAD-инструменты мирового класса от Altium. Altium предоставляет ведущую в мире платформу для разработки электронных изделий, включающую лучшие в отрасли инструменты проектирования PCB и возможности междисциплинарного взаимодействия для передовых команд разработчиков. Свяжитесь со специалистом Altium уже сегодня!

Часто задаваемые вопросы

Какие файлы необходимы для сборки PCB?

Минимальный комплект данных для сборки PCB включает спецификацию материалов (BOM) и файл pick-and-place. Профессиональный производственный комплект также должен включать сборочный чертеж с расположением компонентов, указателями ориентации, механическими деталями, информацией о ревизии и примечаниями по сборке.

Какая информация должна быть включена в сборочный чертеж PCB?

Сборочный чертеж PCB должен содержать контур платы, размеры, контуры компонентов, позиционные обозначения, маркировку полярности, указатели первого вывода, крепежные элементы и детальные виды. Он также должен включать примечания по сборке, специальные требования к процессу, номера чертежей и информацию о ревизии.

Как создать сборочный чертеж PCB в Altium Designer?

В Altium Designer разработчики могут использовать Draftsman для автоматической генерации сборочных видов из документа PCB. Draftsman также поддерживает пользовательские шаблоны, таблицы BOM, примечания, выноски, параметры проекта и изометрические виды платы.

В чем разница между ODB++ и IPC-2581?

ODB++ — это проприетарный интеллектуальный формат данных PCB, тогда как IPC-2581 — это открытый, независимый от поставщика стандарт IPC на основе структурированного XML. Оба формата позволяют объединить данные для изготовления, сборки, компонентов, электрических соединений, стека слоев, тестирования и инспекции в единый производственный пакет.