1. Предисловие к проектированию печатных плат

С ростом конкуренции на рынке коммуникационной и электронной продукции жизненный цикл продукции сокращается.Модернизация оригинальной продукции и скорость выпуска новой продукции играют все более важную роль в выживании и развитии предприятия.В сфере производства вопрос о том, как получить новую продукцию с более высокой технологичностью и качеством изготовления с меньшими сроками подготовки к производству, становится все более и более конкурентоспособным, к которому стремятся дальновидные люди.

При производстве электронных изделий по мере миниатюризации и усложнения изделий плотность сборки плат становится все выше и выше.Соответственно, новое поколение процесса сборки SMT, которое получило широкое распространение, требует от проектировщиков рассмотрения технологичности в самом начале.Если плохая технологичность вызвана плохим вниманием к проектированию, необходимо внести изменения в конструкцию, что неизбежно продлит время внедрения продукта и увеличит стоимость внедрения.Даже если компоновка печатной платы немного изменена, стоимость повторного изготовления печатной платы и платы для трафаретной печати паяльной пастой SMT составляет до тысяч или даже десятков тысяч юаней, а аналоговую схему даже необходимо повторно отладить.Задержка времени импорта может привести к тому, что предприятие упустит возможность на рынке и окажется в очень невыгодном стратегическом положении.Однако, если продукт производится без модификаций, он неизбежно будет иметь производственные дефекты или увеличит производственные затраты, что будет более дорогостоящим.Поэтому, когда предприятия разрабатывают новую продукцию, чем раньше рассматривается технологичность конструкции, тем больше способствует эффективному внедрению новой продукции.

2. Содержание, которое следует учитывать при проектировании печатной платы

Технологичность конструкции печатной платы делится на две категории: одна — технология обработки производства печатных плат;Второе относится к схеме и строению компонентов и печатных плат процесса монтажа.Что касается технологии производства печатных плат, основные производители печатных плат из-за влияния своих производственных мощностей предоставляют разработчикам очень подробные требования, что на практике является относительно хорошим.Но, по пониманию автора, реальным на практике, которому не уделяется должного внимания, является второй тип, а именно технологичность проектирования электронной сборки.Целью данной статьи также является описание проблем технологичности, которые проектировщики должны учитывать на этапе проектирования печатной платы.

Проектирование технологичности электронной сборки требует, чтобы разработчики печатных плат в начале проектирования печатных плат учитывали следующее:

2.1 Соответствующий выбор режима сборки и расположения компонентов при проектировании печатной платы

Выбор режима сборки и расположения компонентов является очень важным аспектом технологичности печатных плат, который оказывает большое влияние на эффективность сборки, стоимость и качество продукции.Фактически, автор имел дело с довольно большим количеством печатных плат, и некоторые базовые принципы все еще не учтены.

(1) Выберите подходящий метод сборки.

Как правило, в зависимости от плотности сборки печатной платы рекомендуются следующие методы сборки:

Метод сборки	Схематическое изображение	Общий процесс сборки
1 односторонний, полный SMD		Паяльная паста с печатью на одной панели, пайка оплавлением после установки
2 Двусторонний полный SMD		A. Напечатанная паяльная паста на стороне B, пайка оплавлением SMD или точечный (печатной) клей на стороне B после пиковой пайки.
3 Односторонняя оригинальная сборка		Печатная паяльная паста, пайка оплавлением после размещения SMD, плохая будущая пайка волновой пайкой перфорированных компонентов
4 Смешанные компоненты на стороне A. Простой SMD только на стороне B.		Печатная паяльная паста на стороне А, пайка SMD оплавлением;после точечной печати (печати) фиксация клеем SMD на стороне B, монтаж перфорированных компонентов, пайка волновой пайкой THD и SMD на стороне B
5 Вставка на стороне A. Простой SMD только на стороне B.		После отверждения SMD точечным (печатным) клеем на стороне B перфорированные компоненты монтируются и припаиваются волновой пайкой к THD и SMD стороны B.

Как инженер-схемотехник, я должен правильно понимать процесс сборки печатной платы, чтобы в принципе избежать некоторых ошибок.При выборе режима сборки, помимо учета плотности сборки печатной платы и сложности разводки, необходимо учитывать типовую технологическую схему этого режима сборки и уровень технологического оснащения самого предприятия.Если на предприятии нет хорошего процесса волновой сварки, то выбор пятого способа сборки в таблице выше может принести вам немало хлопот.Также стоит отметить, что если планируется процесс пайки волновой пайкой сварочной поверхности, следует избегать усложнения процесса размещением нескольких SMDS на сварочной поверхности.

(2) Расположение компонентов

Расположение компонентов печатной платы оказывает очень важное влияние на эффективность производства и стоимость и является важным показателем для измерения возможности подключения печатной платы.Вообще говоря, компоненты расположены максимально равномерно, регулярно и аккуратно, в одном направлении и с одинаковым распределением полярности.Обычное расположение удобно для проверки и способствует повышению скорости установки/вставки, равномерное распределение способствует рассеиванию тепла и оптимизации процесса сварки.С другой стороны, чтобы упростить процесс, проектировщики печатных плат всегда должны помнить, что с каждой стороны печатной платы можно использовать только один групповой процесс сварки: сварку оплавлением и волновую сварку.Это особенно примечательно с точки зрения плотности сборки, поверхность сварки печатной платы должна быть распределена с большим количеством патч-компонентов.Проектировщик должен рассмотреть, какой групповой процесс сварки использовать для установленных на поверхности сварного шва компонентов.Предпочтительно, чтобы одновременно приваривать выводы перфорированных устройств к поверхности компонента, можно использовать процесс волновой пайки после отверждения заплат.Тем не менее, компоненты накладок волновой сварки имеют относительно строгие ограничения: сопротивление стружкообразованию только размером 0603 и выше, сварка SOT, SOIC (расстояние между контактами ≥1 мм и высота менее 2,0 мм).Для компонентов, распределенных по сварочной поверхности, направление штифтов должно быть перпендикулярно направлению передачи печатной платы во время сварки гребня волны, чтобы гарантировать, что концы или выводы сварки с обеих сторон компонентов погружены в сварку одновременно. время.Порядок расположения и расстояние между соседними компонентами также должны соответствовать требованиям сварки гребней волны, чтобы избежать «эффекта экранирования», как показано на фиг.1. При использовании волновой пайки SOIC и другие многоконтактные компоненты следует устанавливать в направлении потока олова на двух (по 1 с каждой стороны) ножках припоя, чтобы предотвратить непрерывную сварку.

Компоненты одного типа должны располагаться на плате в одном направлении, чтобы облегчить монтаж, проверку и сварку компонентов.Например, если отрицательные клеммы всех радиальных конденсаторов обращены к правой стороне пластины, а все DIP-выемки обращены в одном направлении и т. д., это может ускорить работу приборов и облегчить поиск ошибок.Как показано на рисунке 2, поскольку плата A использует этот метод, обратный конденсатор легко найти, тогда как плате B требуется больше времени для его поиска.Фактически, компания может стандартизировать ориентацию всех компонентов печатной платы, которые она производит.Некоторые макеты плат не обязательно позволяют это, но это должно потребовать усилий.

Какие вопросы технологичности следует учитывать при проектировании печатных плат

Кроме того, компоненты схожего типа следует заземлять вместе, насколько это возможно, при этом все ножки компонентов должны быть направлены в одном направлении, как показано на рисунке 3.

Однако автор действительно сталкивался с довольно большим количеством печатных плат, где плотность сборки слишком высока, а поверхность сварки печатной платы также должна быть распределена с высокими компонентами, такими как танталовый конденсатор и индуктивность патча, а также тонкоразмещенные SOIC. и ТСОП.В этом случае для сварки обратным потоком можно использовать только накладку паяльной пасты с двусторонней печатью, а вставные компоненты должны быть максимально сконцентрированы в распределении компонентов для адаптации к ручной сварке.Другая возможность заключается в том, что перфорированные элементы на поверхности компонента должны быть распределены как можно дальше по нескольким основным прямым линиям, чтобы обеспечить процесс селективной волновой пайки, что позволит избежать ручной сварки, повысить эффективность и гарантировать качество сварки.Дискретное распределение паяных соединений является основным табу при селективной волновой пайке, что приводит к многократному увеличению времени обработки.

При настройке положения компонентов в файле печатной платы необходимо обращать внимание на однозначное соответствие между компонентами и шелкографическими обозначениями.Если компоненты перемещаются без соответствующего перемещения символов шелкографии рядом с компонентами, это станет серьезной угрозой для качества производства, поскольку в реальном производстве символы шелкографии являются отраслевым языком, который может направлять производство.

2.2 Печатная плата должна быть оборудована зажимными краями, метками позиционирования и отверстиями для позиционирования процесса, необходимыми для автоматического производства.

В настоящее время электронный монтаж является одной из отраслей с определенной степенью автоматизации, оборудование автоматизации, используемое в производстве, требует автоматической передачи печатной платы, так что направление передачи печатной платы (обычно для направления длинной стороны), верхняя и нижняя каждая иметь зажимную кромку шириной не менее 3-5 мм, чтобы облегчить автоматическую передачу, избегайте вблизи края платы, поскольку зажим не может автоматически монтироваться.

Роль маркеров позиционирования заключается в том, что печатная плата должна предоставить как минимум два или три маркера позиционирования для системы оптической идентификации, чтобы точно определять местоположение печатной платы и исправлять ошибки обработки печатной платы для сборочного оборудования, которое широко используется в оптическом позиционировании.Из обычно используемых маркеров позиционирования два должны быть расположены по диагонали печатной платы.Для выбора меток позиционирования обычно используется стандартная графика, такая как сплошная круглая площадка.Для облегчения идентификации вокруг меток должна быть пустая область без других схемных элементов или знаков, размер которой не должен быть меньше диаметра меток (как показано на рисунке 4), а расстояние между метками и край доски должен быть более 5 мм.

При изготовлении самой печатной платы, а также в процессе сборки полуавтоматических вставных модулей, тестирования ИКТ и других процессах на печатной плате необходимо предусмотреть два-три позиционирующих отверстия по углам.

2.3 Рациональное использование панелей для повышения эффективности и гибкости производства

При сборке печатной платы небольшого размера или неправильной формы на нее распространяется множество ограничений, поэтому обычно принято собирать несколько небольших печатных плат в печатную плату соответствующего размера, как показано на рисунке 5. Как правило, печатная плата с размером одной стороны меньше чем 150 мм можно считать методом сращивания.Размер большой печатной платы можно объединить в два, три, четыре и т. д. до соответствующего диапазона обработки.Как правило, печатная плата шириной 150–250 мм и длиной 250–350 мм является более подходящим размером для автоматической сборки.

Другой способ создания платы - это размещение печатной платы с SMD с обеих сторон положительного и отрицательного написания в большую плату, такая плата широко известна как Инь и Ян, как правило, из соображений экономии стоимости экранной платы. то есть для такой доски изначально нужны две стороны экранной доски, теперь нужно только открыть экранную доску.Кроме того, когда технические специалисты готовят рабочую программу машины SMT, эффективность программирования Инь и Ян на печатной плате также повышается.

Когда плата разделена, соединение между подплатами может быть выполнено с помощью двойных V-образных канавок, длинных прорезей, круглых отверстий и т. д., но конструкция должна быть продумана, насколько это возможно, чтобы линия разделения была четкой. прямая линия, чтобы облегчить плату, но также учтите, что сторона разделения не может быть слишком близко к линии печатной платы, чтобы печатную плату можно было легко повредить при использовании платы.

Существует также очень экономичная плата, которая относится не к печатной плате, а к сетке графической платы.Благодаря применению автоматической печатной машины для паяльной пасты нынешняя более совершенная печатная машина (например, DEK265) позволяет использовать стальную сетку размером 790 × 790 мм, создавать многосторонний рисунок сетки печатной платы и получать кусок стальной сетки. для печати нескольких продуктов — это очень экономичная практика, особенно подходящая для характеристик продукции небольших партий и различных производителей.

2.4 Аспекты проектирования тестируемости

Проектирование тестируемости SMT в основном предназначено для текущей ситуации с оборудованием ИКТ.Вопросы тестирования для постпроизводственного производства учитываются при разработке схем и печатных плат поверхностного монтажа SMB.Чтобы улучшить проектирование контролепригодности, следует учитывать два требования к проектированию технологического процесса и проектированию электрооборудования.

2.4.1 Требования к технологическому проектированию

Точность позиционирования, процедура изготовления подложки, размер подложки и тип датчика — все это факторы, влияющие на надежность датчика.

(1) позиционирующее отверстие.Погрешность расположения отверстий на подложке должна быть в пределах ±0,05 мм.Установите как минимум два позиционирующих отверстия как можно дальше друг от друга.Использование неметаллических позиционирующих отверстий для уменьшения толщины паяного покрытия не может соответствовать требованиям допусков.Если подложка изготавливается целиком, а затем тестируется отдельно, установочные отверстия должны располагаться на материнской плате и на каждой отдельной подложке.

(2) Диаметр контрольной точки составляет не менее 0,4 мм, а расстояние между соседними контрольными точками составляет более 2,54 мм и не менее 1,27 мм.

(3) Компоненты, высота которых превышает *мм, не следует размещать на испытательной поверхности, поскольку это приведет к плохому контакту между датчиком приспособления для онлайн-тестирования и контрольной точкой.

(4) Разместите контрольную точку на расстоянии 1,0 мм от компонента, чтобы избежать ударного повреждения между датчиком и компонентом.В радиусе 3,2 мм от кольца позиционирующего отверстия не должно быть никаких компонентов или контрольных точек.

(5) Контрольная точка не должна располагаться в пределах 5 мм от края печатной платы, который используется для обеспечения зажимного приспособления.Один и тот же технологический край обычно требуется в оборудовании для производства конвейерных лент и оборудовании SMT.

(6) Все точки обнаружения должны быть изготовлены из луженых или металлических проводящих материалов с мягкой текстурой, легким проникновением и отсутствием окисления, чтобы обеспечить надежный контакт и продлить срок службы зонда.

(7) контрольная точка не может быть покрыта сопротивлением припоя или текстовыми чернилами, в противном случае это уменьшит площадь контакта контрольной точки и снизит надежность теста.

2.4.2 Требования к электрическому проектированию

(1) Контрольная точка SMC/SMD на поверхности компонента должна быть как можно дальше подведена к сварочной поверхности через отверстие, а диаметр отверстия должен быть больше 1 мм.Таким образом, для онлайн-тестирования можно использовать односторонние игольницы, что снижает стоимость онлайн-тестирования.

(2) Каждый электрический узел должен иметь контрольную точку, а каждая микросхема должна иметь контрольную точку ПИТАНИЯ и ЗАЗЕМЛЕНИЯ, расположенную как можно ближе к этому компоненту, в пределах 2,54 мм от микросхемы.

(3) Ширина контрольной точки может быть увеличена до 40 мил, если она установлена ​​на трассе цепи.

(4) Равномерно распределите контрольные точки на печатной плате.Если зонд сконцентрирован в определенной области, более высокое давление деформирует испытуемую пластину или игольницу, что еще больше не позволит части зонда достичь контрольной точки.

(5) Линия электропитания на печатной плате должна быть разделена на области для установки контрольной точки прерывания, чтобы при возникновении короткого замыкания на силовом конденсаторе или других компонентах на печатной плате, можно было быстрее найти точку неисправности и точно.При проектировании точек останова следует учитывать допустимую мощность после возобновления точки останова испытания.

На рис. 6 показан пример конструкции контрольной точки.Тестовая площадка устанавливается рядом с выводом компонента с помощью удлинительного провода, или тестовый узел используется с помощью перфорированной площадки.Контрольный узел категорически запрещается выбирать на паяном соединении компонента.В результате этого испытания виртуальное сварное соединение может вытянуться до идеального положения под давлением зонда, так что виртуальный дефект сварки будет скрыт и произойдет так называемый «эффект маскировки дефекта».Датчик может непосредственно воздействовать на конечную точку или штифт компонента из-за смещения датчика, вызванного ошибкой позиционирования, что может привести к повреждению компонента.

Какие вопросы технологичности следует учитывать при проектировании печатных плат?

3. Заключительные замечания по проектированию печатных плат.

Выше приведены некоторые из основных принципов, которые следует учитывать при проектировании печатной платы.В конструкции печатной платы, ориентированной на электронную сборку, присутствует довольно много деталей, таких как разумное расположение стыкуемого пространства с конструктивными деталями, разумное распределение шелкографии и текста, правильное распределение расположения тяжелых или крупных нагревательных устройств. , На этапе проектирования печатной платы необходимо установить контрольную точку и испытательное пространство в соответствующем положении, а также учитывать взаимодействие между матрицей и близлежащими распределенными компонентами, когда муфты устанавливаются в процессе клепки с помощью вытягивания и прессования.Разработчик печатных плат учитывает не только то, как получить хорошие электрические характеристики и красивую компоновку, но и не менее важный момент - технологичность конструкции печатной платы, чтобы добиться высокого качества, высокой эффективности и низкой стоимости.