¿Qué cuestiones de fabricación deben considerarse en el diseño de PCB?

1. Prefacio del diseño de PCB

Con la creciente competencia en el mercado de PRODUCTOos electrónicos y de comunicación, el ciclo de vida de los PRODUCTOos se está acortando. La actualización de los PRODUCTOos originales y la velocidad de lanzamiento de nuevos PRODUCTOos desempeñan un papel cada vez más crítico en la supervivencia y el desarrollo de la empresa. En el ámbito de la fabricación, cómo obtener nuevos PRODUCTOos con mayor capacidad de fabricación y calidad de fabricación con menos tiempo de espera en la producción se ha convertido cada vez más en la competitividad que persiguen las personas con visión.

En la fabricación de PRODUCTOos electrónicos, con la miniaturización y complejidad de los PRODUCTOos, la densidad de ensamblaje de las placas de circuito es cada vez mayor. En consecuencia, la nueva generación del proceso de ensamblaje SMT que se ha utilizado ampliamente requiere que los diseñadores consideren la capacidad de fabricación desde el principio. Una vez que la mala capacidad de fabricación se debe a una mala consideración en el diseño, es probable que se modifique el diseño, lo que inevitablemente prolongará el tiempo de introducción del PRODUCTOo y aumentará el costo de introducción. Incluso si el diseño de la PCB se cambia ligeramente, el costo de rehacer la placa impresa y la placa de pantTodosa de impresión de pasta de soldadura SMT es de hasta miles o incluso decenas de miles de yuanes, e incluso es necesario volver a depurar el circuito analógico. El retraso en el tiempo de importación puede hacer que la empresa pierda la oportunidad en el mercado y se encuentre en una posición estratégica muy desventajosa. Sin embargo, si el PRODUCTOo se fabrica sin modificaciones, inevitablemente tendrá defectos de fabricación o aumentará los costos de fabricación, lo que será más costoso. Por lo tanto, cuando las empresas diseñan nuevos PRODUCTOos, cuanto antes se considere la posibilidad de fabricación del diseño, más propicio será la introducción efectiva de nuevos PRODUCTOos.

2. Contenidos a considerar en el diseño de PCB

La capacidad de fabricación del diseño de PCB se divide en dos categorías: una es la tecnología de procesamiento para producir placas de circuito impreso; El segundo se refiere al circuito y estructura de los componentes y placas de circuito impreso del proceso de montaje. Para la tecnología de procesamiento de la producción de placas de circuito impreso, los fabricantes generales de PCB, debido a la influencia de su capacidad de fabricación, proporcionarán a los diseñadores requisitos muy detTodosados, lo cual es relativamente bueno en la práctica. Pero según entiende el autor, lo que en la práctica no ha recibido suficiente atención es el segundo tipo, es decir, el diseño de capacidad de fabricación para el ensamblaje electrónico. El objetivo de este artículo también es describir los problemas de capacidad de fabricación que los diseñadores deben considerar en la etapa de diseño de PCB.

El diseño de capacidad de fabricación para ensamblajes electrónicos requiere que los diseñadores de PCB consideren lo siguiente al comienzo del diseño de PCB:

2.1 Selección adecuada del modo de ensamblaje y disposición de los componentes en el diseño de PCB

La selección del modo de ensamblaje y el diseño de los componentes es un aspecto muy importante de la capacidad de fabricación de PCB, que tiene un gran impacto en la eficiencia del ensamblaje, el costo y la calidad del PRODUCTOo. De hecho, el autor ha entrado en contacto con bastantes PCB y todavía faltan en consideración algunos principios muy básicos.

(1) Seleccione el método de montaje apropiado

Generalmente, según las diferentes densidades de ensamblaje de PCB, se recomiendan los siguientes métodos de ensamblaje:

Como ingeniero de diseño de circuitos, debo tener una comprensión correcta del proceso de ensamblaje de PCB para poder evitar cometer algunos errores en principio. Al seleccionar el modo de ensamblaje, además de considerar la densidad de ensamblaje de PCB y la dificultad del cableado, es necesario considerar el flujo de proceso típico de este modo de ensamblaje y el nivel de equipo de proceso de la propia empresa. Si la empresa no tiene un buen proceso de soldadura por ola, elegir el quinto método de ensamblaje en la tabla anterior puede causarle muchos problemas. También vale la pena señalar que si se planifica el proceso de soldadura por ola para la superficie de soldadura, se debe evitar complicar el proceso colocando algunos SMDS en la superficie de soldadura.

(2) Diseño de componentes

El diseño de los componentes de PCB tiene un impacto muy importante en la eficiencia y el costo de la producción y es un índice importante para medir el diseño de la capacidad de conexión de la PCB. En términos generales, los componentes están dispuestos de la manera más uniforme, regular y ordenada posible y en la misma dirección y distribución de polaridad. La disposición regular es conveniente para la inspección y favorece la mejora de la velocidad de conexión/parche, la distribución uniforme favorece la disipación del calor y la optimización del proceso de soldadura. Por otro lado, para simplificar el proceso, los diseñadores de PCB siempre deben tener en cuenta que solo se puede utilizar un proceso de soldadura grupal de soldadura por reflujo y soldadura por onda en cada lado de la PCB. Esto es especialmente notable en la densidad del ensamblaje, la superficie de soldadura de PCB debe distribuirse con más componentes de parche. El diseñador debe considerar qué grupo de proceso de soldadura utilizar para los componentes montados en la superficie de soldadura. Preferiblemente, se puede utilizar un proceso de soldadura por ola después del curado del parche para soldar al mismo tiempo las clavijas de los dispositivos perforados en la superficie del componente. Sin embargo, los componentes del parche de soldadura por ola tienen restricciones relativamente estrictas, solo resistencia a la viruta de tamaño 0603 y superior, soldadura SOT, SOIC (espaciado entre pines ≥1 mm y altura inferior a 2,0 mm). Para los componentes distribuidos en la superficie de soldadura, la dirección de los pasadores debe ser perpendicular a la dirección de transmisión de la PCB durante la soldadura de cresta de onda, para garantizar que los extremos de soldadura o los cables en ambos lados de los componentes estén sumergidos en la soldadura al mismo tiempo. El orden de disposición y el espaciado entre componentes adyacentes también deben cumplir los requisitos de la soldadura de cresta ondulada para evitar el "efecto de blindaje", como se muestra en la FIG. 1. Cuando se utiliza soldadura por ola SOIC y otros componentes de múltiples pines, se debe configurar en la dirección del flujo de estaño en dos (cada lado 1) pies de soldadura, para evitar la soldadura continua.

Los componentes de tipo similar deben disponerse en la misma dirección en el tablero, lo que facilita el montaje, inspección y soldadura de los componentes. Por ejemplo, tener los terminales negativos de todos los condensadores radiales orientados hacia el lado derecho de la placa, tener todas las muescas DIP orientadas en la misma dirección, etc., puede acelerar la instrumentación y facilitar la búsqueda de errores. Como se muestra en la Figura 2, dado que la placa A adopta este método, es fácil encontrar el condensador inverso, mientras que la placa B tarda más en encontrarlo. De hecho, una empresa puede estandarizar la orientación de todos los componentes de las placas de circuito que fabrica. Es posible que algunos diseños de tablero no necesariamente lo permitan, pero debería ser un esfuerzo.

¿Qué cuestiones de capacidad de fabricación deben considerarse en el diseño de PCB?

Además, los tipos de componentes similares deben conectarse a tierra juntos tanto como sea posible, con todas las patas de los componentes en la misma dirección, como se muestra en la Figura 3.

Sin embargo, el autor se ha encontrado con una gran cantidad de PCBS, donde la densidad de ensamblaje es demasiado alta y la superficie de soldadura de la PCB también debe distribuirse con componentes altos como condensadores de tantalio e inductancia de parche, así como SOIC y TSOP con espacios delgados. En este caso, solo es posible utilizar un parche de pasta de soldadura impreso a doble cara para la soldadura por reflujo, y los componentes enchufables deben concentrarse lo más posible en la distribución de componentes para adaptarse a la soldadura manual. Otra posibilidad es que los elementos perforados en la cara del componente se distribuyan lo más posible en unas pocas líneas rectas principales para acomodar el proceso de soldadura por ola selectiva, lo que puede evitar la soldadura manual y mejorar la eficiencia y garantizar la calidad de la soldadura. La distribución discreta de las juntas de soldadura es un tabú importante en la soldadura por ola selectiva, lo que multiplicará el tiempo de procesamiento.

Al ajustar la posición de los componentes en el archivo de la placa impresa, es necesario prestar atención a la correspondencia uno a uno entre los componentes y los símbolos serigrafiados. Si los componentes se mueven sin mover correspondientemente los símbolos serigrafiados al lado de los componentes, se convertirá en un riesgo importante para la calidad en la fabricación, porque en la producción real, los símbolos serigrafiados son el lenguaje de la industria que puede guiar la producción.

2.2 La PCB debe estar equipada con bordes de sujeción, marcas de posicionamiento y orificios de posicionamiento del proceso necesarios para la producción automática.

En la actualidad, el montaje electrónico es una de las industrias con un grado de automatización, el equipo de automatización utilizado en la producción requiere la transmisión automática de PCB, de modo que la dirección de transmisión de PCB (generalmente para la dirección del lado largo), la parte superior e inferior cada una tiene un borde de sujeción de no menos de 3-5 mm de ancho, para facilitar la transmisión automática, evite cerca del borde de la placa debido a que la sujeción no puede montarse automáticamente.

La función de los marcadores de posicionamiento es que la PCB debe proporcionar al menos dos o tres marcadores de posicionamiento para que el sistema de identificación óptica ubique con precisión la PCB y corrija los errores de mecanizado de la PCB para el equipo de ensamblaje que se usa ampliamente en el posicionamiento óptico. De los marcadores de posicionamiento comúnmente utilizados, dos deben estar distribuidos en la diagonal de la PCB. La selección de marcas de posicionamiento generalmente utiliza gráficos estándar, como una almohadilla redonda sólida. Para facilitar la identificación, debe haber un área vacía alrededor de las marcas sin otras características o marcas del circuito, cuyo tamaño no debe ser menor que el diámetro de las marcas (como se muestra en la Figura 4), y la distancia entre las marcas y el borde del tablero debe ser superior a 5 mm.

En la fabricación de PCB en sí, así como en el proceso de ensamblaje de complementos semiautomáticos, pruebas de TIC y otros procesos, los PCB deben proporcionar de dos a tres orificios de posicionamiento en las esquinas.

2.3 Uso racional de paneles para mejorar la eficiencia y flexibilidad de la producción

Al ensamblar PCB con tamaños pequeños o formas irregulares, estará sujeto a muchas restricciones, por lo que generalmente se adopta ensamblar varios PCB pequeños en PCB del tamaño apropiado, como se muestra en la Figura 5. Generalmente, se puede considerar que los PCB con un tamaño de un solo lado de menos de 150 mm adoptan el método de empalme. En dos, tres, cuatro, etc., el tamaño de una PCB grande se puede unir al rango de procesamiento apropiado. Generalmente, una PCB con un ancho de 150 mm ~ 250 mm y una longitud de 250 mm ~ 350 mm es el tamaño más apropiado en el ensamblaje automático.

Otra forma de la placa es organizar la PCB con SMD en ambos lados de una ortografía positiva y negativa en una placa grande, una placa de este tipo se conoce comúnmente como Yin y Yang, generalmente para ahorrar el costo de la placa de pantTodosa, es decir, a través de dicha placa, originalmente se necesitaban dos lados de la placa de pantTodosa, ahora solo es necesario abrir un tablero de pantTodosa. Además, cuando los técnicos preparan el programa de ejecución de la máquina SMT, la eficiencia de programación de PCB de Yin y Yang también es mayor.

Cuando la placa está dividida, la conexión entre las subplacas se puede hacer mediante ranuras en forma de V de doble cara, orificios largos y redondos, etc., pero el diseño debe considerarse en la medida de lo posible para hacer la línea de separación en una línea recta, para facilitar la placa, pero también considere que el lado de separación no puede estar demasiado cerca de la línea de PCB para que la PCB sea fácil de dañar cuando la placa.

También hay una placa muy económica y no se refiere a la placa PCB, sino a la mTodosa de la placa gráfica grid. Con la aplicación de una prensa de impresión automática de pasta de soldadura, la prensa de impresión más avanzada actual (como la DEK265) ha permitido el tamaño de mTodosa de acero de 790 × 790 mm, configurar un patrón de mTodosa de PCB de múltiples lados, puede lograr una pieza de mTodosa de acero para la impresión de múltiples PRODUCTOos, es una práctica que ahorra mucho costo, especialmente adecuada para las características del PRODUCTOo de lotes pequeños y una variedad de fabricantes.

2.4 Consideraciones del diseño de comprobabilidad

El diseño de capacidad de prueba de SMT se adapta principalmente a la situación actual de los equipos de TIC. Los problemas de prueba para la fabricación de posproducción se tienen en cuenta en los diseños de circuitos y PCB para PYMES montadas en superficie. Para mejorar el diseño de capacidad de prueba, se deben considerar dos requisitos de diseño de procesos y diseño eléctrico.

2.4.1 Requisitos del diseño de procesos

La precisión del posicionamiento, el procedimiento de fabricación del sustrato, el tamaño del sustrato y el tipo de sonda son factores que afectan la confiabilidad de la sonda.

(1) orificio de posicionamiento. El error de posicionamiento de los agujeros en el sustrato debe ser de ±0,05 mm. Coloque al menos dos orificios de posicionamiento lo más separados posible. El uso de orificios de posicionamiento no metálicos para reducir el espesor del recubrimiento de soldadura no puede cumplir con los requisitos de tolerancia. Si el sustrato se fabrica como un todo y luego se prueba por separado, los orificios de posicionamiento deben ubicarse en la placa base y en cada sustrato individual.

(2) El diámetro del punto de prueba no es inferior a 0,4 mm y el espacio entre puntos de prueba adyacentes es superior a 2,54 mm y no inferior a 1,27 mm.

(3) Los componentes cuya altura sea superior a *mm no deben colocarse sobre la superficie de prueba, lo que provocará un mal contacto entre la sonda del dispositivo de prueba en línea y el punto de prueba.

(4) Coloque el punto de prueba a 1,0 mm de distancia del componente para evitar daños por impacto entre la sonda y el componente. No debe haber componentes ni puntos de prueba a menos de 3,2 mm del anillo del orificio de posicionamiento.

(5) El punto de prueba no deberá establecerse a menos de 5 mm del borde de la PCB, que se utiliza para asegurar el dispositivo de sujeción. Generalmente se requiere la misma ventaja de proceso en los equipos de producción de cintas transportadoras y en los equipos SMT.

(6) Todos los puntos de detección deberán ser materiales conductores estañados o metálicos con textura sUAVe, fácil penetración y sin oxidación para garantizar un contacto confiable y prolongar la vida útil de la sonda.

(7) el punto de prueba no puede cubrirse con resistencia de soldadura o tinta de texto; de lo contrario, reducirá el área de contacto del punto de prueba y reducirá la confiabilidad de la prueba.

2.4.2 Requisitos para el diseño eléctrico.

(1) El punto de prueba SMC/SMD de la superficie del componente debe conducirse a la superficie de soldadura a través del orificio en la medida de lo posible, y el diámetro del orificio debe ser superior a 1 mm. De esta manera, se pueden utilizar lechos de agujas de un solo lado para las pruebas en línea, reduciendo así el costo de las pruebas en línea.

(2) Cada nodo eléctrico debe tener un punto de prueba, y cada IC debe tener un punto de prueba de ENERGÍA y TIERRA, y lo más cerca posible de este componente, dentro del rango de 2,54 mm del IC.

(3) El ancho del punto de prueba se puede ampliar a 40 mil cuando se configura en la ruta del circuito.

(4) Distribuya uniformemente los puntos de prueba en el tablero impreso. Si la sonda se concentra en un área determinada, la presión más alta deformará la placa o el lecho de la aguja bajo prueba, evitando aún más que parte de la sonda alcance el punto de prueba.

(5) La línea de suministro de energía en la placa de circuito debe dividirse en regiones para establecer el punto de interrupción de prueba, de modo que cuando el capacitor de desacoplamiento de energía u otros componentes en la placa de circuito presenten un cortocircuito con la fuente de alimentación, encuentre el punto de fTodosa de manera más rápida y precisa. Al diseñar puntos de interrupción, se debe considerar la capacidad de transporte de energía después de reanudar el punto de interrupción de la prueba.

La Figura 6 muestra un ejemplo de diseño de un punto de prueba. La almohadilla de prueba se coloca cerca del cable del componente mediante el cable de extensión o la almohadilla perforada utiliza el nodo de prueba. Está estrictamente prohibido seleccionar el nodo de prueba en la junta de soldadura del componente. Esta prueba puede hacer que la junta de soldadura virtual se extruya hasta la posición ideal bajo la presión de la sonda, de modo que la fTodosa de soldadura virtual quede cubierta y se produzca el llamado "efecto de enmascaramiento de fTodosas". La sonda puede actuar directamente sobre el extremo o pin del componente debido a la polarización de la sonda causada por el error de posicionamiento, lo que puede causar daños al componente.

¿Qué cuestiones de capacidad de fabricación deben considerarse en el diseño de PCB?

3. Comentarios finales sobre el diseño de PCB

Los anteriores son algunos de los principios fundamentales que deben considerarse en el diseño de PCB. En el diseño de fabricación de PCB orientado al ensamblaje electrónico, hay muchos detTodoses, como la disposición razonable del espacio coincidente con las partes estructurales, la distribución razonable de gráficos y textos serigrafiados, la distribución adecuada de la ubicación del dispositivo de calentamiento pesado o grande. En la etapa de diseño de PCB, es necesario configurar el punto de prueba y el espacio de prueba en la posición adecuada, y considerar la interferencia entre la matriz y los componentes distribuidos cercanos cuando los acoplamientos se instalan mediante el proceso de remachado por tracción y presión. Un diseñador de PCB no solo considera cómo obtener un buen rendimiento eléctrico y un diseño hermoso, sino también un punto igualmente importante que es la capacidad de fabricación en el diseño de PCB, para lograr alta calidad, alta eficiencia y bajo costo.