1. Předmluva návrhu PCB
S rostoucí tržní konkurencí komunikačních a elektronických produktů se životní cyklus produktů zkracuje. Modernizace původních produktů a rychlost uvádění nových produktů hrají stále důležitější roli v přežití a rozvoji podniku. V souvislosti s výrobou se stále více a více stává konkurenceschopností, kterou lidé vize sledují, jak získat nové produkty s vyšší vyrobiTelností a kvalitou výroby s kratší dobou zavádění výroby.
Při výrobě elektronických produktů s miniaturizací a složitostí produktů je hustota montáže desek plošných spojů stále vyšší a vyšší. Nová generace procesu montáže SMT, který byl široce používán, tedy vyžaduje, aby konstruktéři zvážili vyrobiTelnost na samém začátku. Jakmile je špatná vyrobiTelnost způsobena špatným zohledněním při návrhu, je nutné návrh upravit, což nevyhnuTelně prodlouží dobu zavedení produktu a zvýší náklady na zavedení. I když se rozložení desky plošných spojů mírně změní, náklady na předělání desky s plošnými spoji a desky s pájecí pastou SMT jsou až tisíce nebo dokonce desítky tisíc juanů a analogový obvod je dokonce třeba znovu odladit. Zpoždění doby dovozu může způsobit, že podnik promeškává příležitost na trhu a může být strategicky ve velmi nevýhodné pozici. Pokud je však výrobek vyroben bez úprav, nevyhnuTelně bude mít výrobní vady nebo zvýší výrobní náklady, což bude dražší. Proto, když podniky navrhují nové produkty, čím dříve se uvažuje o vyrobiTelnosti designu, tím více přispívá k efektivnímu zavedení nových produktů.
2. Obsah, který je třeba vzít v úvahu při návrhu DPS
VyrobiTelnost návrhu DPS je rozdělena do dvou kategorií, jednou je technologie zpracování výroby desek plošných spojů; Druhý se týká obvodu a struktury součástí a desek plošných spojů procesu montáže. Na technologii zpracování výroby desek plošných spojů poskytnou běžní výrobci DPS vlivem své výrobní kapacity konstruktérům velmi podrobné požadavky, což je v praxi poměrně dobré. Ale podle autorova chápání je skutečným v praxi, kterému nebyla věnována dostatečná pozornost, druhý typ, a to návrh vyrobiTelnosti pro elektronickou montáž. Tento článek se zaměřuje také na popis problémů vyrobiTelnosti, které musí konstruktéři zvážit ve fázi návrhu DPS.
Návrh vyrobiTelnosti pro elektronickou montáž vyžaduje, aby návrháři DPS na začátku návrhu DPS zvážili následující:
2.1 Vhodný výběr režimu sestavení a rozložení součástek v návrhu DPS
Výběr režimu montáže a rozložení součástek je velmi důležitým aspektem vyrobiTelnosti DPS, který má velký vliv na efektivitu montáže, náklady a kvalitu produktu. Ve skutečnosti se autor dostal do kontaktu s poměrně velkým množstvím DPS a stále chybí ohleduplnost v některých zcela základních principech.
(1) Vyberte vhodný způsob montáže
Obecně se v závislosti na různých hustotách montáže DPS doporučují následující způsoby montáže:
Způsob montáže | Schematické | Obecný proces montáže |
1 Jednostranné plné SMD |
| Jednopanelová potištěná pájecí pasta, pájení přetavením po umístění |
2 Oboustranné plné SMD |
| A. Pájecí pasta potištěná na straně B, pájení přetavením SMD nebo bodové (tištěné) lepidlo na straně B po špičkovém pájení |
3 Jednostranná originální sestava |
| Potištěná pájecí pasta, post placement reflow pájení SMD špatné budoucí vlnové pájení perforovaných součástek |
4 Smíšené součástky na straně A Jednoduché SMD pouze na straně B |
| Potištěná pájecí pasta na straně A, pájení přetavením SMD; po tečkování (potištění) lepení SMD na stranu B, osazení perforovaných součástek, pájení vlnou THD a SMD na stranu B |
5 Vložte na stranu A Jednoduchý SMD pouze na stranu B |
| Po vytvrzení SMD bodovým (potištěným) lepidlem na straně B jsou perforované součástky namontovány a vlnově připájeny k THD a SMD straně B |
Jako inženýr obvodů bych měl správně rozumět procesu osazování DPS, abych se v zásadě mohl vyhnout některým chybám. Při volbě montážního režimu je kromě zvážení hustoty montáže DPS a náročnosti zapojení nutné vzít v úvahu typický procesní tok tohoto montážního režimu a úroveň procesního vybavení samotného podniku. Pokud podnik nemá dobrý proces svařování vlnou, pak výběr pátého způsobu montáže v tabulce výše vám může přinést spoustu problémů. Za zmínku také stojí, že pokud je proces pájení vlnou plánován pro svařovací povrch, je třeba se vyvarovat zkomplikování procesu umístěním několika SMDS na svařovací povrch.
(2) Rozložení komponent
Rozmístění součástí PCB má velmi důležitý dopad na efektivitu výroby a náklady a je důležitým ukazaTelem pro měření návrhu PCB spojiTelnosti. Obecně řečeno, součásti jsou uspořádány co nejrovnoměrněji, pravidelně a úhledně a jsou uspořádány ve stejném směru a rozložení polarity. Pravidelné uspořádání je vhodné pro kontrolu a přispívá ke zlepšení rychlosti záplaty/plug-in, rovnoměrné rozložení přispívá k odvodu tepla a optimalizaci svařovacího procesu. Na druhou stranu, aby se proces zjednodušil, návrháři DPS by si měli být vždy vědomi toho, že na obou stranách DPS lze použít pouze jeden skupinový proces svařování přetavením a svařováním vlnou. To je zvláště pozoruhodné v hustotě montáže, svařovací plocha DPS musí být rozdělena s více záplatovými součástmi. Konstruktér by měl zvážit, který skupinový svařovací proces použít pro namontované součásti na svarovém povrchu. Výhodně lze použít proces pájení vlnou po vytvrzení záplaty pro současné navaření kolíků děrovaných zařízení na povrch součásti. Komponenty náplasti pro svařování vlnou však mají poměrně přísná omezení, pouze odolnost proti třískám velikosti 0603 a vyšší, svařování SOT, SOIC (rozteč kolíků ≥1 mm a výška menší než 2,0 mm). U součástek rozmístěných na svařované ploše by měl být směr kolíků při svařování vlnovým hřebenem kolmý na směr přenosu DPS, aby bylo zajištěno, že svařovací konce nebo přívody na obou stranách součástek budou ponořeny do svařování současně. Pořadí uspořádání a rozestupy mezi sousedními součástmi by také měly splňovat požadavky na svařování hřebenem vln, aby se zabránilo "efektu stínění", jak je znázorněno na OBR. 1. Při použití vlnového pájení SOIC a dalších vícekolíkových součástek by měly být nastaveny ve směru toku cínu na dvou (každá strana 1) pájecích nožiček, aby se zabránilo nepřetržitému svařování.
Komponenty podobného typu by měly být na desce uspořádány ve stejném směru, což usnadňuje montáž, kontrolu a svařování komponent. Například, když jsou záporné vývody všech radiálních kondenzátorů obráceny k pravé straně desky, všechny DIP zářezy směřují stejným směrem atd., může to urychlit přístrojové vybavení a usnadnit hledání chyb. Jak je znázorněno na obrázku 2, protože deska A používá tuto metodu, je snadné najít reverzní kondenzátor, zatímco desce B trvá jeho nalezení více času. Ve skutečnosti může společnost standardizovat orientaci všech komponent desek plošných spojů, které vyrábí. Některá rozvržení desky to nemusí nutně umožňovat, ale mělo by to být úsilí.
Jaké problémy vyrobiTelnosti je třeba vzít v úvahu při návrhu DPS
Také podobné typy komponent by měly být co nejvíce uzemněny dohromady, se všemi nožičkami komponent ve stejném směru, jak je znázorněno na obrázku 3.
Autor se však skutečně setkal s poměrně velkým množstvím PCBS, kde je hustota montáže příliš vysoká a svařovací povrch PCB musí být také distribuován s vysokými součástmi, jako je tantalový kondenzátor a záplatová indukčnost, stejně jako SOIC a TSOP s tenkými mezerami. V tomto případě je možné použít pouze oboustranně potištěnou záplatu pájecí pasty pro zpětné svařování a zásuvné komponenty by měly být co nejvíce soustředěny v distribuci komponent, aby se přizpůsobily ručnímu svařování. Další možností je, že perforované prvky na čelní straně součásti by měly být rozmístěny pokud možno v několika hlavních přímých liniích, aby vyhovovaly procesu selektivního pájení vlnou, což může zabránit ručnímu svařování a zlepšit účinnost a zajistit kvalitu svařování. Diskrétní distribuce pájených spojů je hlavním tabu při selektivním pájení vlnou, což znásobí dobu zpracování.
Při nastavování polohy součástek v souboru plošných spojů je nutné dbát na vzájemnou shodu součástek a sítotiskových symbolů. Pokud se komponenty přesunou, aniž by se odpovídajícím způsobem posunuly symboly sítotisku vedle komponent, stane se to velkým rizikem kvality ve výrobě, protože ve skutečné výrobě jsou symboly sítotisku průmyslovým jazykem, který může vést výrobu.
2.2 DPS musí být vybavena upínacími hranami, polohovacími značkami a procesními polohovacími otvory nezbytnými pro automatickou výrobu.
V současné době je elektronická montáž jedním z odvětví s určitým stupněm automatizace, automatizační zařízení používaná ve výrobě vyžaduje automatický přenos DPS, takže směr přenosu DPS (obecně pro směr dlouhé strany), horní a spodní mají každý upínací okraj široký nejméně 3-5 mm, aby se usnadnil automatický přenos, vyhněte se blízkosti okraje desky kvůli upnutí nemůže automaticky namontovat.
Role polohovacích značek spočívá v tom, že PCB musí poskytovat alespoň dva nebo tři polohovací značky pro optický identifikační systém, aby bylo možné přesně lokalizovat PCB a opravovat chyby obrábění PCB pro montážní zařízení, které je široce používáno v optickém polohování. Z běžně používaných polohovacích značek musí být dva rozmístěny na diagonále DPS. Výběr polohovacích značek obecně používá standardní grafiku, jako je pevná kulatá podložka. Pro usnadnění identifikace by kolem značek měla být prázdná oblast bez dalších obvodových prvků nebo značek, jejichž velikost by neměla být menší než průměr značek (jak je znázorněno na obrázku 4) a vzdálenost mezi značkami a okrajem desky by měla být větší než 5 mm.
Při samotné výrobě DPS, stejně jako v procesu osazování poloautomatických zásuvných modulů, testování ICT a dalších procesech, musí DPS zajistit dva až tři polohovací otvory v rozích.
2.3 Racionální využití panelů pro zlepšení efektivity a flexibility výroby
Při sestavování DPS s malými rozměry nebo nepravidelnými tvary bude podléhat mnoha omezením, takže je obecně přijato sestavit několik malých DPS do DPS vhodné velikosti, jak je znázorněno na obrázku 5. Obecně lze u DPS s velikostí jedné strany menší než 150 mm uvažovat o použití metody spojování. Pomocí dvou, tří, čtyř atd. lze velikost velké desky plošných spojů spojit do vhodného rozsahu zpracování. Obecně platí, že PCB o šířce 150 mm ~ 250 mm a délce 250 mm ~ 350 mm je vhodnější velikost pro automatickou montáž.
Dalším způsobem desky je uspořádat PCB s SMD na obou stranách pozitivního a negativního pravopisu do velké desky, taková deska je běžně známá jako Yin a Yang, obecně z důvodu úspory nákladů na desku obrazovky, to zJménoná, že přes takovou desku jsou původně potřeba dvě strany desky obrazovky, nyní stačí otevřít desku obrazovky. Navíc, když technici připraví běžící program stroje SMT, je také vyšší efektivita programování DPS u Yin a Yang.
Když je deska rozdělena, spojení mezi poddeskami může být provedeno dvojitými drážkami ve tvaru písmene V, dlouhými štěrbinami a kulatými otvory atd., ale návrh musí být zvažován pokud možno tak, aby byla dělicí čára v přímé linii, aby se deska usnadnila, ale také vezměte v úvahu, že separační strana nemůže být příliš blízko k linii DPS, aby se DPS při desce snadno poškodila.
Existuje také velmi ekonomická deska a nevztahuje se na desku PCB, ale na síť mřížkové grafické desky. S použitím automatického tiskového lisu na pájecí pastu umožnil současný pokročilejší tiskový stroj (jako je DEK265) velikost ocelového pletiva 790 × 790 mm, nastavení vícestranného vzoru PCB sítě, může dosáhnout kusu ocelového pletiva pro tisk více produktů, je velmi úsporná praxe, zvláště vhodná pro vlastnosti produktů malých sérií a různých výrobců.
2.4 Úvahy o návrhu testovaTelnosti
Návrh testovaTelnosti SMT je hlavně pro současnou situaci ICT zařízení. Testovací problémy pro postprodukční výrobu jsou zohledněny v návrzích obvodů a povrchově montovaných PCB SMB. Pro zlepšení návrhu testovaTelnosti by měly být zváženy dva požadavky na návrh procesu a elektrický návrh.
2.4.1 Požadavky na návrh procesu
Přesnost umístění, postup výroby substrátu, velikost substrátu a typ sondy jsou všechny faktory, které ovlivňují spolehlivost sondy.
(1) polohovací otvor. Chyba umístění otvorů na substrátu by měla být v rozmezí ±0,05 mm. Umístěte alespoň dva polohovací otvory co nejdále od sebe. Použití nekovových polohovacích otvorů ke snížení tloušťky pájecího povlaku nemůže splnit požadavky na toleranci. Pokud je substrát vyroben jako celek a následně testován samostatně, musí být polohovací otvory umístěny na základní desce a na každém jednotlivém substrátu.
(2) Průměr zkušebního bodu není menší než 0,4 mm a vzdálenost mezi sousedními zkušebními body je větší než 2,54 mm, ne menší než 1,27 mm.
(3) Komponenty, jejichž výška je vyšší než *mm, by neměly být umístěny na testovací povrch, což způsobí špatný kontakt mezi sondou online testovacího zařízení a testovacím bodem.
(4) Umístěte zkušební bod 1,0 mm od součásti, aby nedošlo k poškození nárazem mezi sondu a součást. V okruhu 3,2 mm od kroužku polohovacího otvoru by neměly být žádné součásti ani testovací body.
(5) Zkušební bod nesmí být nastaven do vzdálenosti 5 mm od okraje DPS, který se používá k zajištění upínacího přípravku. Stejná procesní hrana je obvykle vyžadována u zařízení na výrobu dopravníkových pásů a zařízení SMT.
(6) Všechny detekční body musí být pocínované nebo musí být vybrány kovové vodivé materiály s měkkou texturou, snadnou penetrací a neoxidací, aby byl zajištěn spolehlivý kontakt a prodloužena životnost sondy.
(7) testovací bod nemůže být pokryt odporem pájky nebo textovým inkoustem, jinak se sníží kontaktní plocha testovacího bodu a sníží se spolehlivost testu.
2.4.2 Požadavky na elektrické provedení
(1) Zkušební bod SMC/SMD povrchu součásti by měl být veden ke svařovanému povrchu otvorem, pokud je to možné, a průměr otvoru by měl být větší než 1 mm. Tímto způsobem lze jednostranná jehlová lůžka použít pro online testování, čímž se sníží náklady na online testování.
(2) Každý elektrický uzel musí mít testovací bod a každý IC musí mít testovací bod NAPÁJENÍ a UZEMNĚNÍ a co nejblíže k této součástce, v rozsahu 2,54 mm od IC.
(3) Šířku testovacího bodu lze zvětšit na šířku 40 mil, když je nastavena na vedení okruhu.
(4) Rovnoměrně rozmístěte testovací body na tištěné desce. Pokud je sonda soustředěna v určité oblasti, vyšší tlak deformuje testovanou destičku nebo lůžko jehly a dále zabrání části sondy v dosažení testovacího bodu.
(5) Napájecí vedení na desce plošných spojů by mělo být rozděleno do oblastí, aby se nastavil zkušební bod přerušení tak, aby když se oddělovací kondenzátor napájení nebo jiné součásti na desce plošných spojů zkratovaly k napájecímu zdroji, rychleji a přesněji najděte místo poruchy. Při navrhování bodů přerušení by se měla vzít v úvahu kapacita přenosu energie po obnovení zkušebního bodu přerušení.
Obrázek 6 ukazuje příklad návrhu testovacího bodu. Testovací podložka je umístěna blízko vývodu součástky prodlužovacím vodičem nebo je testovací uzel použit perforovanou podložkou. Testovací uzel je přísně zakázáno vybírat na pájeném spoji součásti. Tento test může způsobit vytlačení virtuálního svarového spoje do ideální polohy pod tlakem sondy, takže virtuální chyba svařování je zakryta a dochází k takzvanému "efektu maskování chyb". Sonda může přímo působit na koncový bod nebo kolík součásti v důsledku vychýlení sondy způsobené chybou polohování, což může způsobit poškození součásti.
Jaké problémy vyrobiTelnosti je třeba vzít v úvahu při návrhu DPS?
3. Závěrečné poznámky k návrhu DPS
Výše uvedené jsou některé z hlavních principů, které je třeba vzít v úvahu při návrhu PCB. Ve výrobním návrhu DPS orientovaného na elektronickou montáž je poměrně mnoho detailů, jako je rozumné uspořádání lícujícího prostoru s konstrukčními díly, rozumné rozložení sítotiskové grafiky a textu, vhodné rozložení umístění těžkého nebo velkého topného zařízení, Ve fázi návrhu DPS je nutné nastavit testovací bod a testovací prostor do vhodné polohy a zvážit interferenci mezi matricí a blízkými distribuovanými součástmi, když jsou lisovací spojky instalovány tahovými spojkami. Návrhář PCB nejen zvažuje, jak získat dobrý elektrický výkon a krásné uspořádání, ale také neméně důležitý bod, kterým je vyrobiTelnost v návrhu PCB, aby bylo dosaženo vysoké kvality, vysoké účinnosti a nízkých nákladů.
