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2023-05-10
Com a crescente concorrência no mercado de produtos eletrônicos e de comunicação, o ciclo de vida dos produtos está diminuindo.A atualização de produtos originais e a velocidade de lançamento de novos produtos desempenham um papel cada vez mais crítico na sobrevivência e desenvolvimento da empresa.No elo fabril, como obter novos produtos com maior manufaturabilidade e qualidade fabril com menor lead-in time na produção tem se tornado cada vez mais a competitividade buscada por pessoas de visão.
Na fabricação de produtos eletrônicos, com a miniaturização e complexidade dos produtos, a densidade de montagem das placas de circuito está se tornando cada vez maior.Consequentemente, a nova geração do processo de montagem SMT, que tem sido amplamente utilizado, exige que os projetistas considerem a capacidade de fabricação desde o início.Uma vez que a baixa capacidade de fabricação é causada por má consideração no projeto, é necessário modificar o projeto, o que inevitavelmente prolongará o tempo de introdução do produto e aumentará o custo de introdução.Mesmo que o layout do PCB seja ligeiramente alterado, o custo de refazer a placa impressa e a placa da tela de impressão da pasta de solda SMT é de até milhares ou mesmo dezenas de milhares de yuans, e o circuito analógico ainda precisa ser re-depurado.
O atraso no tempo de importação pode fazer com que a empresa perca a oportunidade no mercado e fique em uma posição muito desvantajosa estrategicamente.Porém, se o produto for fabricado sem modificação, inevitavelmente apresentará defeitos de fabricação ou aumentará os custos de fabricação, que serão mais onerosos.Portanto, quando as empresas projetam novos produtos, quanto mais cedo a capacidade de fabricação do projeto for considerada, mais propício para a introdução efetiva de novos produtos.
A capacidade de fabricação do design de PCB é dividida em duas categorias, uma é a tecnologia de processamento de produção de placas de circuito impresso;A segunda refere-se ao circuito e estrutura dos componentes e placas de circuito impresso do processo de montagem.Para a tecnologia de processamento de produção de placas de circuito impresso, os fabricantes gerais de PCB, devido à influência de sua capacidade de fabricação, fornecerão aos projetistas requisitos muito detalhados, o que é relativamente bom na prática.Mas, segundo o entendimento do autor, o real na prática que não tem recebido atenção suficiente é o segundo tipo, ou seja, o projeto de manufaturabilidade para montagem eletrônica.O foco deste artigo também é descrever as questões de manufaturabilidade que os projetistas devem considerar no estágio de projeto de PCB.
O projeto de fabricação para montagem eletrônica exige que os projetistas de PCBs considerem o seguinte no início do projeto de PCB:
A seleção do modo de montagem e o layout do componente é um aspecto muito importante da fabricação de PCB, que tem um grande impacto na eficiência da montagem, custo e qualidade do produto.De fato, o autor entrou em contato com bastante PCB, e ainda há uma falta de consideração em alguns princípios muito básicos.
Geralmente, de acordo com diferentes densidades de montagem de PCB, os seguintes métodos de montagem são recomendados:
Como engenheiro de projeto de circuitos, devo ter uma compreensão correta do processo de montagem de PCB, para evitar cometer alguns erros em princípio.Ao selecionar o modo de montagem, além de considerar a densidade de montagem da placa de circuito impresso e a dificuldade de fiação, é necessário considerar o fluxo de processo típico desse modo de montagem e o nível de equipamento de processo do próprio empreendimento.Se a empresa não tiver um bom processo de soldagem por onda, escolher o quinto método de montagem na tabela acima pode trazer muitos problemas.Também é importante notar que, se o processo de soldagem por onda for planejado para a superfície de soldagem, deve-se evitar complicar o processo colocando alguns SMDS na superfície de soldagem.
O layout dos componentes do PCB tem um impacto muito importante na eficiência e no custo da produção e é um índice importante para medir o design do PCB quanto à capacidade de conexão.De um modo geral, os componentes são dispostos da maneira mais uniforme, regular e ordenada possível e dispostos na mesma direção e distribuição de polaridade.O arranjo regular é conveniente para inspeção e propício para melhorar a velocidade do patch/plug-in, a distribuição uniforme é propícia à dissipação de calor e otimização do processo de soldagem.
Por outro lado, para simplificar o processo, os projetistas de PCB devem sempre estar cientes de que apenas um processo de soldagem em grupo de soldagem por refluxo e soldagem por onda pode ser usado em ambos os lados do PCB.Isso é especialmente notável na densidade de montagem, a superfície de soldagem PCB deve ser distribuída com mais componentes de remendo.O projetista deve considerar qual processo de soldagem de grupo usar para os componentes montados na superfície de solda.De preferência, um processo de soldagem por onda após a cura do remendo pode ser usado para soldar os pinos dos dispositivos perfurados na superfície do componente ao mesmo tempo.
No entanto, os componentes de remendo de soldagem por onda têm restrições relativamente rígidas, apenas 0603 e resistência a cavacos de tamanho superior, soldagem SOT, SOIC (espaçamento de pinos ≥1 mm e altura inferior a 2,0 mm).Para componentes distribuídos na superfície de soldagem, a direção dos pinos deve ser perpendicular à direção de transmissão do PCB durante a soldagem de crista de onda, de modo a garantir que as extremidades ou condutores de soldagem em ambos os lados dos componentes estejam imersos na soldagem ao mesmo tempo tempo.
A ordem de disposição e o espaçamento entre os componentes adjacentes também devem atender aos requisitos da soldagem de crista de onda para evitar o "efeito de blindagem", conforme mostrado na FIG.1. Ao usar SOIC de solda por onda e outros componentes de vários pinos, deve ser definido na direção do fluxo de estanho em dois (cada lado 1) pés de solda, para evitar soldagem contínua.
Componentes de tipo semelhante devem ser dispostos na mesma direção na placa, facilitando a montagem, inspeção e soldagem dos componentes.Por exemplo, ter os terminais negativos de todos os capacitores radiais voltados para o lado direito da placa, ter todos os entalhes DIP voltados para a mesma direção, etc., pode acelerar a instrumentação e facilitar a localização de erros.Como mostra a Figura 2, como a placa A adota esse método, é fácil encontrar o capacitor reverso, enquanto a placa B leva mais tempo para encontrá-lo.Na verdade, uma empresa pode padronizar a orientação de todos os componentes da placa de circuito que fabrica.Alguns layouts de placa podem não necessariamente permitir isso, mas deve ser um esforço.
Quais problemas de fabricação devem ser considerados no projeto de PCB
Além disso, tipos de componentes semelhantes devem ser aterrados o máximo possível, com todos os pés dos componentes na mesma direção, conforme mostrado na Figura 3.
No entanto, o autor realmente encontrou um grande número de PCBS, onde a densidade de montagem é muito alta e a superfície de soldagem do PCB também deve ser distribuída com componentes altos, como capacitor de tântalo e indutância de patch, bem como SOIC de espaçamento fino e TSOP.Neste caso, só é possível usar pasta de solda impressa frente e verso para soldagem de refluxo, e os componentes plug-in devem ser concentrados tanto quanto possível na distribuição dos componentes para se adaptar à soldagem manual.Outra possibilidade é que os elementos perfurados na face do componente sejam distribuídos o máximo possível em algumas linhas retas principais para acomodar o processo de soldagem por onda seletiva, o que pode evitar a soldagem manual e melhorar a eficiência e garantir a qualidade da soldagem.A distribuição discreta da junta de solda é um grande tabu na soldagem por onda seletiva, o que multiplicará o tempo de processamento.
Ao ajustar a posição dos componentes no arquivo da placa impressa, é necessário prestar atenção à correspondência de um para um entre os componentes e os símbolos da serigrafia.Se os componentes forem movidos sem mover os símbolos serigráficos próximos aos componentes, isso se tornará um grande risco de qualidade na fabricação, porque na produção real, os símbolos serigráficos são a linguagem da indústria que pode orientar a produção.
Atualmente, a montagem eletrônica é uma das indústrias com um grau de automação, o equipamento de automação usado na produção requer transmissão automática de PCB, de modo que a direção de transmissão de PCB (geralmente para a direção lateral longa), a parte superior e inferior de cada ter uma borda de fixação não inferior a 3-5 mm de largura, a fim de facilitar a transmissão automática, evite perto da borda da placa devido à fixação não pode ser montada automaticamente.
O papel dos marcadores de posicionamento é que o PCB precisa fornecer pelo menos dois ou três marcadores de posicionamento para que o sistema de identificação óptica localize com precisão o PCB e corrija os erros de usinagem do PCB para o equipamento de montagem amplamente utilizado no posicionamento óptico.Dos marcadores de posicionamento comumente utilizados, dois devem ser distribuídos na diagonal da PCB.A seleção de marcas de posicionamento geralmente usa gráficos padrão, como uma almofada redonda sólida.Para facilitar a identificação, deve haver uma área vazia ao redor das marcas sem outras características de circuito ou marcas, cujo tamanho não deve ser menor que o diâmetro das marcas (conforme Figura 4) e a distância entre as marcas e a borda da placa deve ser superior a 5 mm.
Na fabricação da própria placa de circuito impresso, bem como no processo de montagem de plug-in semiautomático, teste de TIC e outros processos, a placa de circuito impresso precisa fornecer de dois a três orifícios de posicionamento nos cantos.
Ao montar PCB com tamanhos pequenos ou formas irregulares, ele estará sujeito a muitas restrições, por isso é geralmente adotado montar vários PCB pequenos em PCB de tamanho apropriado, conforme mostrado na Figura 5. Geralmente, PCB com tamanho de lado único menor de 150mm pode ser considerado para adotar o método de emenda.Por dois, três, quatro, etc., o tamanho do PCB grande pode ser unido à faixa de processamento apropriada.Geralmente, PCB com largura de 150mm~250mm e comprimento de 250mm~350mm é o tamanho mais apropriado na montagem automática.
Outra maneira da placa é organizar o PCB com SMD em ambos os lados de uma ortografia positiva e negativa em uma placa grande, tal placa é comumente conhecida como Yin e Yang, geralmente para a consideração de economizar o custo da placa de tela, ou seja, através de tal placa, originalmente precisa de dois lados da placa de tela, agora só precisa abrir uma placa de tela.Além disso, quando os técnicos preparam o programa de execução da máquina SMT, a eficiência de programação PCB de Yin e Yang também é maior.
Quando a placa é dividida, a conexão entre as placas secundárias pode ser feita de ranhuras em forma de V de face dupla, orifícios longos e redondos, etc., mas o design deve ser considerado o máximo possível para fazer a linha de separação em uma linha reta, a fim de facilitar a placa, mas também considere que o lado da separação não pode estar muito próximo da linha do PCB, para que o PCB seja fácil de danificar quando a placa.
Existe também uma placa bem econômica e não se refere à placa PCB, mas sim à malha da placa gráfica grid.Com a aplicação de uma prensa de impressão automática de pasta de solda, a impressora atual mais avançada (como DEK265) permitiu o tamanho de malha de aço de 790 × 790 mm, configura um padrão de malha de PCB de vários lados, pode obter um pedaço de malha de aço para a impressão de vários produtos, é uma prática muito econômica, especialmente adequada para as características do produto de pequenos lotes e variedade de fabricantes.
O projeto de testabilidade do SMT é principalmente para a situação atual do equipamento de TIC.Problemas de teste para fabricação pós-produção são levados em consideração em projetos de PCB SMB montados em circuito e em superfície.Para melhorar o projeto de testabilidade, dois requisitos de projeto de processo e projeto elétrico devem ser considerados.
A precisão do posicionamento, procedimento de fabricação do substrato, tamanho do substrato e tipo de sonda são fatores que afetam a confiabilidade da sonda.
(1) orifício de posicionamento.O erro de posicionamento dos orifícios no substrato deve estar dentro de ±0,05 mm.Defina pelo menos dois orifícios de posicionamento o mais distantes possível.O uso de orifícios de posicionamento não metálicos para reduzir a espessura do revestimento de solda não pode atender aos requisitos de tolerância.Se o substrato for fabricado como um todo e depois testado separadamente, os orifícios de posicionamento devem estar localizados na placa-mãe e em cada substrato individual.
(2) O diâmetro do ponto de teste não é inferior a 0,4 mm e o espaçamento entre os pontos de teste adjacentes é superior a 2,54 mm e não inferior a 1,27 mm.
(3) Componentes com altura superior a *mm não devem ser colocados na superfície de teste, o que causará mau contato entre a sonda do dispositivo de teste online e o ponto de teste.
(4) Coloque o ponto de teste a 1,0 mm de distância do componente para evitar danos por impacto entre a sonda e o componente.Não deve haver componentes ou pontos de teste dentro de 3,2 mm do anel do orifício de posicionamento.
(5) O ponto de teste não deve ser definido dentro de 5 mm da borda do PCB, que é usada para garantir o dispositivo de fixação.A mesma aresta de processo geralmente é necessária em equipamentos de produção de correias transportadoras e equipamentos SMT.
(6) Todos os pontos de detecção devem ser estanhados ou materiais condutores de metal com textura macia, fácil penetração e não oxidação devem ser selecionados para garantir contato confiável e prolongar a vida útil da sonda.
(7) o ponto de teste não pode ser coberto por resistência de solda ou tinta de texto, caso contrário, reduzirá a área de contato do ponto de teste e reduzirá a confiabilidade do teste.
(1) O ponto de teste SMC/SMD da superfície do componente deve ser direcionado para a superfície de soldagem através do orifício o mais longe possível, e o diâmetro do orifício deve ser maior que 1 mm.Desta forma, os leitos de agulhas de um lado podem ser usados para testes online, reduzindo assim o custo dos testes online.
(2) Cada nó elétrico deve ter um ponto de teste, e cada IC deve ter um ponto de teste de ENERGIA e TERRA, e o mais próximo possível deste componente, dentro da faixa de 2,54mm do IC.
(3) A largura do ponto de teste pode ser ampliada para 40mil de largura quando for definida no roteamento do circuito.
(4) Distribua uniformemente os pontos de teste no quadro impresso.Se a sonda estiver concentrada em uma determinada área, a pressão mais alta deformará a placa ou o leito da agulha em teste, impedindo ainda mais que parte da sonda alcance o ponto de teste.
(5) A linha da fonte de alimentação na placa de circuito deve ser dividida em regiões para definir o ponto de interrupção do teste, de modo que, quando o capacitor de desacoplamento de energia ou outros componentes da placa de circuito aparecerem em curto-circuito com a fonte de alimentação, encontre o ponto de falha mais rapidamente e com precisão.Ao projetar pontos de interrupção, a capacidade de transporte de energia após retomar o ponto de interrupção do teste deve ser considerada.
A Figura 6 mostra um exemplo de design de ponto de teste.A almofada de teste é colocada perto do condutor do componente pelo fio de extensão ou o nó de teste é usado pela almofada perfurada.O nó de teste é estritamente proibido de ser selecionado na junta de solda do componente.Este teste pode fazer com que a junta de solda virtual extruda até a posição ideal sob a pressão da sonda, de forma que a falha de solda virtual seja encoberta e ocorra o chamado "efeito de mascaramento de falha".O apalpador pode atuar diretamente na ponta ou pino do componente devido ao viés do apalpador causado pelo erro de posicionamento, podendo causar danos ao componente.
Quais questões de manufatura devem ser consideradas no projeto de PCB?
Os itens acima são alguns dos principais princípios que devem ser considerados no projeto de PCB.No projeto de fabricação de PCB orientado para montagem eletrônica, há muitos detalhes, como o arranjo razoável do espaço correspondente com as peças estruturais, distribuição razoável de gráficos e texto em serigrafia, distribuição apropriada de local de dispositivo de aquecimento pesado ou grande , Na fase de projeto do PCB, é necessário configurar o ponto de teste e o espaço de teste na posição apropriada e considerar a interferência entre a matriz e os componentes distribuídos próximos quando os acoplamentos são instalados pelo processo de rebitagem por tração e pressão.Um projetista de placas de circuito impresso não considera apenas como obter um bom desempenho elétrico e um layout bonito, mas também um ponto igualmente importante que é a capacidade de fabricação no design de placas de circuito impresso, a fim de obter alta qualidade, alta eficiência e baixo custo.
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