Электронная книга по производству печатных плат

Печатные платы занимают огромное место в нашей жизни. Они есть во всём - от наших телевизоров и компьютеров до стиральных машин и часов. Как дизайнер печатных плат, вы понимаете всю кровь, пот и слёзы, которые вложены в каждую плату и устройства, которые они обслуживают. Редко какой проект печатной платы проходит гладко от начала и до конца. Однако существует ряд шагов, которые вы можете предпринять, чтобы повысить эффективность и уменьшить количество проблем в процессе. Крайне важно оставаться бдительным и преданым каждому этапу проекта, чтобы убедиться, что ваш дизайн будет завершён в срок, в рамках бюджета и точно так, как вы надеялись.

Присоединяйтесь к нам, пока мы обсуждаем темы и советы, связанные с процессом производства печатных плат, включая: 

• Как предотвратить ошибки размещения шелкографии при производстве печатных плат
• Всё ли ещё необходимы маркеры для позиционирования на печатных платах с современными производственными возможностями?
• Руководство по дизайну печатных плат для производства: как избежать критических ошибок в дизайне
• Руководство по CAD-дизайну печатных плат для производства: как трассировка может влиять на пайку
• Советы по дизайну и производству печатных плат для предотвращения обрывов цепей в процессе производства
• Как размещение компонентов может сыграть решающую роль в вашем производственном бюджете

КАК ПРЕДОТВРАТИТЬ ОШИБКИ РАЗМЕЩЕНИЯ ШЕЛКОГРАФИИ НА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТАХ

Если вы помните Олимпиаду 1996 года, то знаете о блестящем финише Керри Страг. Она завершила свой второй и последний прыжок с поврежденным лодыжкой, принеся команде США золотую медаль и доказав важность упорства до самого конца. И тем не менее, мы все знаем, как соблазнительно расслабиться и опустить стражу в конце проекта, даже при проектировании печатных плат. Одно из последних действий перед отправкой проекта на изготовление - это корректировка изображений шелкографии и обозначений на плате. Однако, чаще всего этот этап не выполняется с таким же вниманием, как остальная часть проекта. Это может привести к тому, что проект будет отклонен производителем и возвращен дизайнеру для исправлений. Давайте рассмотрим некоторые потенциальные проблемы с шелкографией на печатных платах и как дизайнеры могут их избежать.

Завершите сильно, как гимнаст.

КАКИЕ МОГУТ БЫТЬ ПРОБЛЕМЫ С ШЕЛКОГРАФИЕЙ НА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТАХ?

Возможно, вы задаетесь вопросом, что может пойти не так, вот некоторые последствия несовершения окончательных корректировок шелкографии перед отправкой вашего проекта.

Неправильно представленные компоненты: Если шелкография не точно отображает предполагаемые компоненты, это может привести к путанице для техников, выполняющих отладку или модификации. Это может включать в себя форму, которая неверно представляет соответствующий компонент, или номера выводов и индикаторы полярности, которые находятся на неправильных выводах. Можно представить, какое беспокойство испытывают техники плат, когда они ищут плюсовую сторону конденсатора и обнаруживают, что индикаторы полярности на самом деле перепутаны.

Нечитаемый текст шелкографии: Если текст шелкографии нечитаем, техникам плат требуется больше времени для интерпретации опознавательных обозначений. Это часто связано с использованием слишком маленького размера шрифта для читаемости или неправильного размера ширины линии. Линии слишком узкой ширины не будут успешно наноситься на плату методом шелкографии, в то время как линии слишком большой ширины будут расширяться и становиться также нечитаемыми.

Опознавательные обозначения, размещенные на неправильных компонентах: Иногда опознавательные обозначения оказываются на неправильных компонентах. Это может произойти, если компонент перемещен, но не опознавательное обозначение, или это может быть ошибка со стороны дизайнера. В любом случае, техники, пытающиеся протестировать плату, будут проверять компоненты, которые не соответствуют тому, что они видят на схеме.

Обозначения компонентов, расположенные так, что они закрыты собранными компонентами: Мы также видели множество примеров, когда обозначения на шелкографии оказываются под собранными деталями. Иногда это неизбежно в плотных конструкциях, но мы должны делать всё возможное, чтобы этого не происходило. Представьте, как техники пытаются найти на вашей плате «C143», когда обозначение компонента не видно.

Чернила шелкографии покрывают металл или попадают в отверстия: Чернила шелкографии, которые покрывают голый металл, такой как контактные площадки для поверхностного монтажа или металлизированные сквозные отверстия, могут фактически привести к браку платы. Также элементы шелкографии, сталкивающиеся с другими элементами шелкографии, или шелкография, выходящая за край платы, никому не помогают.

РАБОТА С ВАШИМ ПРОИЗВОДИТЕЛЕМ

Первый шаг в избежание таких ошибок - ознакомиться с руководствами по дизайну шелкографии вашего производителя печатных плат. Они предоставят вам информацию о оптимальных и минимальных размерах шрифта и ширины линий. Они также смогут дать вам спецификации зазоров для шелкографии относительно других объектов, включая голый металл и металлизированные сквозные отверстия. Установление хорошей связи с вашим производителем и понимание того, что им нужно до того, как вы отправите им дизайн, является ключевым моментом для снижения производственных ошибок.

Давайте сделаем это!

ЧТО ВЫ, КАК ДИЗАЙНЕР, МОЖЕТЕ СДЕЛАТЬ, ЧТОБЫ СВЕСТИ К МИНИМУМУ ОШИБКИ В ШЕЛКОГРАФИИ?

Посмотрите на свой дизайн свежим взглядом, как будто вы тот, кто будет вносить изменения и отлаживать плату. Если вы можете просмотреть результат вашей шелкографии в отдельном просмотрщике, это поможет с этой проверкой. Видите ли вы и можете ли читать все обозначения компонентов? Указаны ли у вас крупные компоненты с большим количеством выводов, чтобы можно было найти вывод 1? Указана ли у вас правильная полярность на соответствующих деталях? Если вы не можете прочитать и интерпретировать шелкографию, то будьте уверены, что и ваши техники не смогут.

Наконец, используйте Проверки шелкографии DRC в вашей CAD-системе. Обязательно проверьте шелкографию на голом металле, шелкографию, заходящую в отверстия, и зазоры шелкографии относительно других объектов и элементов шелкографии. Эти проверки могут избавить вас от множества проблем.

Давайте признаем; проектирование платы может быть очень увлекательным занятием. Фактически, финальная ручная трассировка может быть очень успокаивающей, особенно после завершения сложного размещения и критической трассировки. Тем не менее, дизайн должен быть подготовлен к финальным выходным файлам, и это может быть утомительной и монотонной задачей. Не редкость, что дизайнеры печатных плат относятся к очистке шелкографии и другим задачам, связанным с выходными данными, не с полной отдачей, потому что они просто хотят завершить проект и перейти к следующему. Но, как олимпийский гимнаст, вы должны закончить на сильной ноте. Хотите узнать больше идей о том, как завершить ваш дизайн с DRC шелкографии? Обратитесь к эксперту в Altium.

ВСЕ ЕЩЕ НЕОБХОДИМЫ ЛИ МЕТКИ ФИДУЦИАЛЬНЫХ ОРИЕНТИРОВ НА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТАХ С УЧЕТОМ СОВРЕМЕННЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРОИЗВОДСТВА?

Примерно 10 лет назад я перестал смотреть фильмы ужасов. В молодости мне действительно нравилось пугаться до безумия, но когда я начал свою инженерную карьеру, мне стали больше интересны жанры боевиков и научной фантастики. Вероятно, это потому, что на работе я сталкивался со своей долей ужасающих историй, когда простые ошибки приводили к катастрофическим последствиям после производства.

Когда я начал свою карьеру в области электронного проектирования, компоненты с отверстиями были чрезвычайно популярны, а поверхностно монтируемые компоненты встречались редко. Когда корпуса микроконтроллеров (MCU) типа (Quad Flat Package) QFP стали популярны, у меня не было выбора, кроме как перейти с устаревшего корпуса plastic leaded chip carrier (PLCC). Это потому, что PLCC требует дополнительного разъема, в то время как QFP можно монтировать непосредственно на печатную плату. Насколько я мог судить, это было лишь вопросом времени, прежде чем производители чипов перестанут выпускать MCU в корпусах PLCC в пользу QFP или аналогичных корпусов.

Когда мои поставщики сборки печатных плат отправили мне электронное письмо с сообщением о том, что они не могут машинно собрать MCU на 200 заказанных мной производственных платах, начался мой кошмар. Будучи привыкшим к разъемам PLCC, которые являются компонентами с отверстиями, я не подумал предоставить на печатной плате маркеры для ориентации. Неспособность сделать это означала, что все MCU в корпусах QFP с мелким шагом пришлось собирать вручную.

Это привело к увеличению процента отклонения плат и к бесчисленным часам, потраченным на исправление дефектов из-за несовершенного ручного пайки. С тех пор я всегда стараюсь использовать маркеры ориентации в своих проектах, даже если мои поставщики говорят мне, что они обновили свои машины для работы без маркеров.

Вы можете столкнуться с полным беспорядком, если пропустите маркеры ориентации.

ЧТО ТАКОЕ МАРКЕР ОРИЕНТАЦИИ И КАК ОН ПОМОГАЕТ В ПРОИЗВОДСТВЕ

В дизайне печатных плат маркер ориентации — это округлая форма из меди, которая служит точкой отсчета для машин сборки типа "pick and place". Маркеры ориентации помогают машинам распознавать ориентацию платы и ее поверхностно монтируемые компоненты с мелким шагом контактов, такие как Quad Flat Package (QFP), Ball Grid Arrays (BGA) или Quad Flat No-Lead (QFN).

Существует два типа маркеров ориентации, обычно используемых в дизайне печатных плат: глобальные маркеры ориентации и локальные маркеры ориентации. Глобальные маркеры ориентации — это медная отметка, размещенная на краю платы, которая позволяет машине определить ориентацию платы относительно осей X-Y. Машины для установки также используют маркер ориентации для компенсации любого перекоса, когда плата зажата.

Локальные маркеры фидуциалов - это медные маркеры, которые размещаются снаружи угла компонента с поверхностным монтажом в корпусе квад. Они используются монтажными машинами для точного определения местоположения контура компонента и снижают ошибки при размещении компонентов. Это особенно важно, когда в вашем дизайне есть компоненты с мелким шагом и большие компоненты в корпусе квад.

Всегда консультируйтесь с вашим производителем по поводу требований к маркерам фидуциалов.

НЕОБХОДИМЫ ЛИ МАРКЕРЫ ФИДУЦИАЛОВ С СОВРЕМЕННЫМИ ТЕХНОЛОГИЯМИ ПРОИЗВОДСТВА?

Я всегда проектировал свои печатные платы с использованием как глобальных, так и локальных маркеров фидуциалов. Однако, когда я наткнулся на статью, объясняющую возможность исключения локальных фидуциалов, это заинтриговало меня. Имело смысл убрать маркеры фидуциалов на меньших печатных платах, чтобы максимизировать пространство для сигнальных дорожек.

В результате достижений в технологии производства, локальные маркеры фидуциалов могут быть опущены в определенных условиях. На меньших платах современные монтажные машины могут размещать компоненты SMT, используя только глобальные фидуциалы. Маркеры фидуциалов также могут быть опущены для компонентов с большим шагом. Например, компоненты с поверхностным монтажом с шагом выше 1,0 мм могут быть точно установлены последними машинами.

Тем не менее, важно обсудить возможности машин вашего производителя перед тем, как убирать локальные маркеры позиционирования в вашем дизайне. Я узнал на собственном опыте, что не все производители оснащены машинами, работающими на основе последних технологий. С другой стороны, глобальные маркеры позиционирования никогда не должны исключаться из ваших проектов. Даже если вы работаете с некоторыми из самых передовых производственных возможностей.  

ЛУЧШИЕ ПРАКТИКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАРКЕРОВ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ В ДИЗАЙНЕ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Если вы хотите получить максимум от сборки на машинах, вам нужно правильно разместить маркеры позиционирования. Существует несколько важных рекомендаций по размещению маркера позиционирования в вашем дизайне.

1. Маркер позиционирования создается путем размещения непросверленного медного слоя в виде круга. Маркер позиционирования должен быть свободен от паяльной маски.
2. Оптимальный размер маркера позиционирования должен быть между 1 мм и 3 мм. Должна быть сохранена зона очистки, аналогичная диаметру маркера.
3. Для глобальных маркеров на краю платы размещают 3 маркера для наилучшей точности. В случаях, когда места недостаточно, требуется как минимум 1 глобальный маркер позиционирования.
4. Маркер фидуциала должен находиться на расстоянии не менее 0,3 дюйма от края платы, не считая зоны очистки маркера фидуциала.
5. Для локального фидуциала разместите по крайней мере два маркера фидуциала по диагонали на внешнем крае компонента с поверхностным монтажом.

Используя профессиональное программное обеспечение для проектирования печатных плат, маркер фидуциала можно разместить, вставив площадку, изменив размер площадки до нуля и установив правильные значения диаметра.  Нужны дополнительные советы по размещению маркеров фидуциала в вашем дизайне? Обратитесь к эксперту в Altium.

РУКОВОДСТВО ПО ДИЗАЙНУ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА: КАК ИЗБЕЖАТЬ КРИТИЧЕСКИХ ОШИБОК В ДИЗАЙНЕ

Клянусь, я бы отправился в путешествие, чтобы стать следующим МастерШефом, если бы не получил степень инженера. Не потому, что я невероятно хорош в кулинарии, а потому, что не сдался после ужасной попытки приготовить жареную рисовую лапшу. Неудача с замачиванием этих длинных нитей лапши привела к тому, что паста получилась с текстурой жесткой проволоки, которую уже было не спасти. Это был хороший пример того, что может случиться с блюдом, если не следовать инструкциям внимательно.

Как и в кулинарии, ошибки неизбежны в проектировании электроники, даже для самых внимательных дизайнеров. Но некоторые ошибки настолько критичны, что вам придется выбросить всю печатную плату (PCB) и начать сначала. Когда вы терпеливо ждете прототип PCB для тестирования ваших схем, это может привести к дорогостоящим задержкам в цикле разработки продукта.

КРИТИЧЕСКИЕ ОШИБКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ PCB

Всем нам не нравится делать ошибки. Но на деле, чтобы получить идеальный дизайн, требуется две или три попытки. Пока мы исправляем ошибки в ранних проектах, просто отрезая дорожки или используя перемычки, влияние на процесс разработки минимально. То же самое не скажешь о некоторых из следующих ошибок, которые почти всегда портят ваши PCB.

1. Использование Неправильного Посадочного Места

Хотя большинство пассивных компонентов доступны как в сквозном, так и в поверхностном монтаже, интегральные схемы (IC), особенно IC специального назначения, производятся только в нескольких типах корпусов. Путаница между Small Outline Integrated Circuit (SOIC) и Shrink Small Outline Package (SSOP) может привести к попытке установить меньшую IC на большее посадочное место, или наоборот.

Не забывайте проверять тип корпуса ваших компонентов, тщательно изучая их технические описания. Не делайте предположений и убедитесь, что размеры микросхемы и ее шаг контактов указаны верно. Я усвоил этот урок, когда по ошибке использовал «узкую» версию SOIC, поскольку «широкая» версия имела тот же шаг контактов.

Используйте правильные компоненты ИС, чтобы избежать ошибок в дизайне, которые повлияют на размер платы.

2. Неправильное выравнивание шины адреса

В мои первые годы работы дизайнером требования к плотности памяти означали использование параллельной Flash-памяти или статической оперативной памяти (SRAM). Мне приходилось иметь дело до 23 бит адреса и 8 бит сигналов данных. Ошибка в соответствии адресных выводов микроконтроллера с компонентами памяти могла привести к неработоспособности прототипа или потратить несколько дней на перепайку и переподключение сигналов с помощью перемычек. Чтобы избежать этого, мне приходилось полностью понимать шины адресации микропроцессора и как должны быть подключены каждые микросхемы памяти.

3. Плохой дизайн земляной плоскости

Влияние правильного проектирования земляной плоскости может быть не очевидным в простых цифровых схемах. Но вы можете получить партию собранных, но неприемлемых печатных плат, если игнорировать лучшие практики земляной плоскости для аналоговых или смешанных схем. Это может вызвать помехи и перекрестные наводки, делая необходимым быстро создать лучший дизайн.

Мне повезло, что я смог спасти печатные платы с плохими заземляющими соединениями, теперь я стараюсь, чтобы будущие проекты соответствовали правильному дизайну земляной плоскости. Не забывайте разделять аналоговые и цифровые земли в одной точке, когда это уместно, и учитывать путь тока.

4. Неправильные монтажные отверстия

Монтажные отверстия могут быть полезны для уменьшения электромагнитных помех (EMI). Однако, если координаты ваших монтажных отверстий неверны, то ваша хорошо работающая плата не будет закреплена в корпусе. Убедитесь, что ваши координаты точны, иначе может не быть четкого пути для закрепления винта.

Для конструкций, где печатная плата монтируется в корпус, жизненно важно начать размещение печатной платы с правильного расположения монтажных отверстий перед установкой других компонентов.

Сверление не поможет, если вы с самого начала неправильно определите положение отверстия.

5. Чрезмерная плотность тока на тонкой меди

Что может пойти не так, если вы учли все, выполнив расчеты бюджета мощности на уровне подсхемы? Распространенная ошибка заключается в недооценке общего тока, проходящего через основную дорожку сигнала напряжения. Еще одна распространенная ошибка - недостаточная ширина медной дорожки. Эти ошибки могут привести к перегреву или, в некоторых случаях, к полному разрушению проводящей меди. Правильный анализ бюджета мощности должен дать вам четкое представление о необходимой ширине дорожки. Если вы работаете с профессиональным программным обеспечением для проектирования печатных плат, таким как Altium Designer, вы можете воспользоваться инструментами анализа падения напряжения постоянного тока для проверки ваших расчетов.

РУКОВОДСТВО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА: КАК ТРАССИРОВКА МОЖЕТ ВЛИЯТЬ НА СОЕДИНЕНИЯ ПАЯНИЯ

Авторское право на редакционный материал: Aija Lehtonen / Shutterstock.com

Несколько недель назад я посетил концерт, посвященный великому лидеру джазового оркестра Стэну Кентону. Мне очень нравится джаз в стиле big band по многим причинам, одна из которых - состав музыкантов и инструментов в оркестре. Обычно в нем участвуют около 15-20 музыкантов на разных инструментах, и каждый играет свою партию. Если хотя бы один человек допустит ошибку, это может нарушить баланс номера, который так тщательно был распланирован композитором.

Важность гармоничного совместного исполнения каждым членом оркестра напомнила мне о важности правильно изготовленной печатной платы. Если хотя бы одна деталь не припаяна правильно, готовая печатная плата может иметь периодические сбои или вовсе не работать. Так же, как саксофон, играющий ложную ноту, может испортить весь номер, плохой паяный шов может испортить всю плату. К счастью, правила проектирования для производства (DFM) могут помочь вам избежать проблем с паяными соединениями на вашей печатной плате.

Одна из областей, где правила DFM могут помочь вашей плате, может оказаться неожиданной. То, как вы прокладываете дорожки на вашей печатной плате, может напрямую влиять на проблемы с пайкой, и правила DFM предлагают некоторые рекомендации в этом плане. Давайте сейчас рассмотрим, как прокладка дорожек может вызвать такие проблемы, как холодные паяные соединения или "тумбстоунинг", чтобы вы знали, чего следует избегать в будущем.

ОСТРЫЕ УГЛЫ ДОРОЖЕК

Первая проблема, на которую мы посмотрим, это острые углы дорожек. Хотя эта ситуация не приводит непосредственно к проблеме с пайкой, это проблема прокладки, отмеченная в руководствах по DFM для печатных плат.

Острые углы в дорожках — это дорожки, у которых углы более 90 градусов. Это заставляет дорожку возвращаться назад к себе. Клин, создаваемый острым углом дорожки, может удерживать кислотные химикаты во время процесса изготовления. Эти застрявшие химикаты не всегда удаляются, как следует, во время фазы очистки при изготовлении и будут дальше разъедать дорожку. Это в конечном итоге может привести к разрыву дорожки или вызвать прерывистые соединения.

Прокладка дорожек на печатной плате

ТУМБСТОУНИНГ ДЕТАЛЕЙ ИЗ-ЗА ШИРИНЫ ДОРОЖЕК

Томбстоунинг происходит, когда маленькая деталь с двумя выводами, такая как поверхностный резистор, встает на один из своих контактов во время пайки. Это результат разницы в нагреве между двумя контактами во время переплавки припоя. Та сторона, которая плавится первой, тянет к себе деталь, вызывая эффект томбстоунинга.

Одним из факторов, вызывающих эту разницу в нагреве, является использование разных по размеру дорожек для двух контактов. Чем шире дорожка, тем дольше будет нагреваться контакт, к которому она подключена. Если у одного контакта детали очень узкая дорожка, а у другого - очень широкая, скорее всего, у вас будет дисбаланс переплавки припоя, и один контакт расплавится и переплавится раньше другого.

Часто в электротехнике требуется слишком широкая дорожка питания, чтобы производитель мог надежно паять. В руководствах по проектированию печатных плат для производства есть рекомендации по минимальной и максимальной ширине дорожек для деталей разного размера, но это может не решить вашу проблему. Ключ для вас - найти баланс между требованиями электротехники и производства и прийти к общему согласию между ними. Таким образом, вы сможете удовлетворить потребности обеих сторон в вашем проекте.

Правила DFM могут помочь вам избежать проблем с производством на вашей плате.

ХОЛОДНЫЕ ПАЯНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Еще одна проблема, которая может возникнуть при прокладке толстых дорожек, - это создание холодного паяного соединения. Холодное паяное соединение - это соединение, в котором припой не переплавился должным образом для обеспечения хорошего контакта, или припой отошел от соединения. При прокладке толстой дорожки из контактной площадки размер толстой дорожки может привести к тому, что припой будет оттянут от площадки, где он необходим для соединения с компонентом.

Решение заключается в использовании дорожек шириной меньше, чем размер площадки. Некоторые руководства по DFM рекомендуют ширину дорожки не более 0.010 милов, хотя это снова должно быть сбалансировано с учетом потребностей как электрического, так и механического проектирования.

В разработке печатных плат для производства существует гораздо больше рекомендаций, чем просто советы по трассировке, которые мы вам здесь дали. Руководства по DFM также помогут вам с правильным размещением компонентов, размерами посадочных мест и другими аспектами вашего дизайна. Это в конечном итоге поможет изготовить вашу конструкцию с минимальным количеством ошибок. Печатная плата, не содержащая ошибок в процессе производства, является отражением хорошего и прочного дизайна, это как слушать, как оркестр Стэна Кентона исполняет безошибочную версию Intermission.

Программное обеспечение для проектирования печатных плат, такое как Altium Designer, обладает продвинутыми возможностями трассировки и другими функциями, которые лучше помогут вам проектировать согласно вашим правилам DFM. Это поможет вам с первого раза предоставить вашему производителю дизайн, соответствующий DFM.

Хотите узнать больше о том, как Altium может помочь вам в вашем следующем проекте для обеспечения его соответствия DFM? Обратитесь к эксперту в Altium.

СОВЕТЫ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И ИЗГОТОВЛЕНИЮ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОБРЫВОВ ЦЕПЕЙ ВО ВРЕМЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Несколько лет я жил в городе, где была фабрика по производству шоколада и конфет. Это было удивительное и ужасное время одновременно, потому что можно было прийти на фабрику и купить "второсортные" или нестандартные конфеты со скидкой около 75% от обычной цены. Обычно ошибка была косметической, например, шоколад трескался на карамели, и на вкус все было абсолютно нормально.

Когда производитель печатных плат делает ошибку, иногда она бывает косметической, и плата все равно будет функционировать. Что-то вроде неправильного выравнивания финальной печати, вероятно, не повлияет на электрические характеристики, но подобное неправильное выравнивание маски пайки или медного слоя может полностью испортить вашу плату. Поскольку печатные платы предназначены для передачи электричества, большинство значительных дефектов производительности носят электрический характер, такие как разрывы цепи, короткие замыкания и сбои в маршрутизации или материалах.

В зависимости от вашего источника, разрывы цепи составляют около трети дефектов печатных плат, особенно в виде разрывов паяных соединений. Ряд проблем может вызвать разрывы цепи на вашей плате, начиная от материалов и заканчивая обработкой и обращением. Вот самые распространенные причины.

ПАЯЛЬНАЯ ПАСТА

Если припой наносится неравномерно, будь то из-за различий в количестве нанесенного материала или из-за пропуска некоторых мест, то его может не хватить для формирования прочного соединения. В результате может образоваться разрыв цепи или соединение, которое будет слабым и склонным к разрушению. Другая проблема с припоем - это неравномерные температуры переплавления по поверхности. Если вы когда-либо разогревали шоколад в микроволновке, вы, вероятно, замечали горячие точки, которые тают гораздо быстрее остальных. Такая же переменчивость может произойти во время переплавления припоя. Если некоторые участки не достигают температуры переплавления и полностью не соединяются, электрическое соединение не образуется, подобно оставшимся нерасплавленным кусочкам шоколада в вашем какао или креме.

Когда наносится припой, если соотношение сторон (ширина апертуры к толщине трафарета) нарушено, вероятность возникновения проблем с отложениями припоя увеличивается. Обязательно проверьте толщину слоя, особенно вашей паяльной маски, с вашим производителем.

Как и в случае с таянием шоколада, припой должен достигать температур переплавления везде на вашей плате.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ

Никто не хочет есть загрязненный шоколад. Компоненты печатных плат тоже могут быть загрязнены. Загрязнение окружающей среды может происходить из различных источников, как на самой плате, так и в паяльной пасте. Очевидные причины - химические разливы, пыль и частицы в воздухе, а также масла от прикосновений.

Даже влажность в воздухе может привести к ускоренной коррозии. Любое загрязнение или коррозия поверхности площадки или вывода компонента может помешать правильному сцеплению паяного соединения. Проверяйте контроль качества у вашего производителя и используйте внутреннее обращение, чтобы убедиться, что детали остаются чистыми и неповрежденными.

Отпечатки пальцев на плате - обычный источник загрязнения, часто приводящий к коррозии и плохим паяным соединениям

ЩЕЛИ И ТРЕЩИНЫ

Щели, вызванные неровностями поверхности, могут привести к потере планарности участков печатной платы, из-за чего расстояние между различными выводами на одном и том же компоненте может сильно варьироваться, и выводы даже не смогут соприкоснуться с паяльной пастой во время рефлоу. Это наиболее распространено, если у вас есть деформация компонентов или неровности паяльной маски, но может быть вызвано и другими проблемами термического несоответствия, проблемами в стеке слоев (например, воздушными пузырями из-за неправильного выгазирования) или физическим неправильным обращением с платой.

Иногда промежутки и трещины настолько серьезны, что их можно увидеть невооруженным глазом, но чаще всего для обнаружения проблем, особенно с мелкими компонентами, вам потребуется использовать микроскоп или рентген. В зависимости от бюджета, который у вас есть на устранение неполадок, вам может потребоваться использовать электрические испытания для определения местоположения обрыва цепи и поручить вашему производителю или испытательной лаборатории провести окончательный анализ причин.

Что-то такое простое, как уронить вашу плату, может привести к разрыву паяных соединений, особенно если они изначально были хрупкими, как шоколадное яйцо!

Ошибки в процессе изготовления могут быть времязатратными и дорогостоящими. Вы можете улучшить процесс, управляя вашими проектами и информацией о производителе с помощью качественного программного обеспечения для проектирования плат, такого как Altium Designer и Altium Vault.  Хотите узнать больше о том, как возможности Altium могут помочь вам улучшить процесс проектирования и производства?

Обратитесь к эксперту по проектированию печатных плат Altium.

КАК РАЗМЕЩЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ МОЖЕТ СКАЗАТЬСЯ НА ВАШЕМ БЮДЖЕТЕ НА ПРОИЗВОДСТВО

С каждым новым проектом печатной платы наступает момент, когда приходится принимать решения, основываясь не только на производительности. Физическое пространство легко упускается из виду в мире уравнений, схем и осциллографов — мы часто сосредотачиваемся на целостности сигнала, игнорируя такие мелочи, как объем компонентов. В эпоху, когда компьютеры занимали целые комнаты, нам не приходилось задумываться о распределении пространства. Однако стоимость, время и требования к пространству, очевидно, изменились. Теперь в пути каждого дизайнера наступает момент, когда реальность его бюджета (или его отсутствие) сталкивает его лицом к лицу, и мы должны обратиться к оценке стоимостных последствий наших решений — особенно как расположение нашей платы влияет на стоимость производства. Мы проделали большой путь как в масштабируемости компонентов, так и в наших знаниях о размещении компонентов. Учась на своих ошибках, мы можем выделить несколько ключевых областей, которые могут помочь сохранить ваш дизайн в более бюджетно-дружелюбных рамках.

ЧТО ПРИВОДИТ К РОСТУ СТОИМОСТИ ПРОИЗВОДСТВА?

С учетом доступных технологий кажется, что на небольшом бюджете возможно всё. Хотя это в основном верно, каждый дополнительный этап в производственном процессе – это этап, который обязательно будет оплачен. Идея простого дизайна всегда должна быть у вас в голове, поскольку производители будут искать возможность взимать плату за любую дополнительную работу, которую им придется выполнять. Это включает в себя быстрое размещение компонентов на плате с помощью машин для автоматической установки, этапы пайки с использованием машинного управления, переворачивание платы, время работы сотрудников на производстве и так далее. Чем больше им придется возиться с вашей платой, тем выше будет стоимость для вас.

ИЗБЕГАЙТЕ ЛОВУШЕК БЮДЖЕТА, СВЯЗАННЫХ С ПРОСТРАНСТВОМ

Существует сотни советов и хитростей, с которыми вы, несомненно, столкнетесь и которые усвоите на протяжении всего процесса проектирования. Однако следующие три тактики являются вашими легкодоступными, бюджетно-эффективными приемами, о которых вы всегда должны помнить.

Дополнительные этапы в производстве вашего дизайна печатной платы увеличат затраты.

• Организация вашей платы. С разнообразием технологий монтажа компонентов в наши дни, нам, вероятно, придется сочетать сквозные и поверхностно-монтируемые компоненты. Это создает небольшую проблему для производителей, поскольку существуют уникальные способы установки и пайки каждого компонента на печатную плату. Это, безусловно, добавит множество дополнительных шагов и времени на обработку, необходимых для производства платы, тем самым увеличивая общую стоимость вашего производственного бюджета. Если использование одной технологии монтажа не входит в вопросы дизайна, то группировка компонентов с аналогичным монтажом на одной стороне платы ограничит количество шагов, необходимых для успешной пайки таких групп. 
• Ориентация отдельных компонентов.На протяжении всей вашей жизни вам, возможно, говорили, что нужно держать своих уток в ряду. Независимо от того, как вы держали своих уток (или другую домашнюю птицу) все эти годы, я должен вернуть вас к той же старой пословице в отношении вашего дизайна печатной платы. Разбрасывание компонентов по всей плате не является ошибкой, но ваши производственные затраты взлетят до небес. Размещение ваших компонентов ориентированно друг к другу и в аккуратном ряду сократит время, затрачиваемое на пайку, а также минимизирует ошибки и лишние шаги, необходимые в производстве. 
• Размещение компонентов на верхней стороне платы.При работе с простой двухслойной платой мы рекомендуем размещать компоненты на верхней стороне платы. В зависимости от ваших физических ограничений, вы можете подумать: "Эй, я мог бы разместить половину компонентов на одной стороне и другую половину на нижней. Я бы сэкономил много места!" Однако будьте осторожны, так как это может превратиться в производственный кошмар. На этапе сборки печатной платы быстродействующая машина для установки компонентов может быстро справиться с одной стороной печатной платы. Однако, если ваша плата требует установки компонентов и на вторую сторону, ваши затраты могут взлететь до небес.

Хорошие методы размещения снизят производственные затраты вашей печатной платы.

ПРАКТИКА ПРИВОДИТ К СОВЕРШЕНСТВУ (И К СНИЖЕНИЮ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗАТРАТ) 

Как и в любом мировом дизайне, есть искусство, и есть наука. Ваш дизайн печатной платы потребует немного и того, и другого. Учитывая организацию платы, ориентацию компонентов и размещение компонентов на верхней стороне на начальных этапах вашего дизайна, вы останетесь на пути к приемлемому компромиссу, одновременно сведя к минимуму производственные затраты. 

Еще один отличный способ контролировать бюджет на производство - это использование инструментов управления перечнем материалов. Ведь даже после всех усилий по снижению затрат за счет тщательного размещения компонентов, вы все равно можете столкнуться с непредвиденными расходами из-за некорректного перечня материалов. Ошибки в вручную созданном перечне могут замедлить или остановить производство вашей печатной платы, увеличивая время и расходы. К счастью, вы можете исключить возможность этих ошибок, используя инструменты управления перечнем материалов для автоматического создания перечня материалов вашей печатной платы.

Звучит ли создание безошибочного перечня материалов печатной платы с помощью инструментов управления перечнем материалов как полезное решение для вас? Тогда инструменты перечня материалов от Altium могут быть тем решением, которое вы ищете. Если это так, узнайте больше информации, поговорив с экспертом из Altium.