Quels problèmes de fabricabilité doivent être pris en compte dans la conception de PCB

1. Préface de la conception des PCB

Avec la concurrence croissante sur le marché des produits de communication et électroniques, le cycle de vie des produits se raccourcit. La mise à niveau des produits originaux et la rapidité de sortie des nouveaux produits jouent un rôle de plus en plus critique dans la survie et le développement de l'entreprise. Dans le domaine de la fabrication, comment obtenir de nouveaux produits avec une fabricabilité et une qualité de fabrication supérieures avec moins de délais de PRODUITion est devenu de plus en plus la compétitivité recherchée par les visionnaires.

Dans la fabrication de produits électroniques, avec la miniaturisation et la complexité des produits, la densité d'assemblage des circuits imprimés est de plus en plus élevée. En conséquence, la nouvelle génération de processus d'assemblage SMT qui a été largement utilisée oblige les concepteurs à prendre en compte la fabricabilité dès le début. Une fois que la mauvaise fabricabilité est causée par une mauvaise prise en compte dans la conception, elle est vouée à modifier la conception, ce qui prolongera inévitablement le temps d'introduction du produit et augmentera le coût d'introduction. Même si la disposition du PCB est légèrement modifiée, le coût de refonte de la carte imprimée et de la sérigraphie de pâte à souder SMT peut atteindre des milliers, voire des dizaines de milliers de yuans, et le circuit analogique doit même être re-débogué. Le retard du délai d'importation peut amener l'entreprise à rater une opportunité sur le marché et à se retrouver dans une position stratégique très désavantageuse. Cependant, si le produit est fabriqué sans modification, il présentera inévitablement des défauts de fabrication ou augmentera les coûts de fabrication, ce qui sera plus coûteux. Par conséquent, lorsque les entreprises conçoivent de nouveaux produits, plus la fabricabilité de la conception est prise en compte tôt, plus elle est propice à l'introduction efficace de nouveaux produits.

2. Contenu à prendre en compte dans la conception des PCB

La fabricabilité de la conception des PCB est divisée en deux catégories : l'une est la technologie de traitement de PRODUITion de cartes de circuits imprimés ; La seconde fait référence au circuit et à la structure des composants et des cartes de circuits imprimés du processus de montage. Pour la technologie de traitement de PRODUITion de cartes de circuits imprimés, les fabricants généraux de PCB, en raison de l'influence de leur capacité de fabrication, fourniront aux concepteurs des exigences très détaillées, ce qui est relativement bon dans la pratique. Mais selon la compréhension de l'auteur, le réel dans la pratique qui n'a pas reçu suffisamment d'attention est le deuxième type, à savoir la conception de fabricabilité pour l'assemblage électronique. L'objectif de cet article est également de décrire les problèmes de fabricabilité que les concepteurs doivent prendre en compte lors de l'étape de conception des PCB.

La conception de la fabricabilité pour l'assemblage électronique nécessite que les concepteurs de PCB prennent en compte les éléments suivants au début de la conception des PCB:

2.1 Sélection appropriée du mode d'assemblage et de la disposition des composants dans la conception des PCB

La sélection du mode d'assemblage et de la disposition des composants est un aspect très important de la fabricabilité des PCB, qui a un impact important sur l'efficacité de l'assemblage, le coût et la qualité du produit. En fait, l’auteur a été en contact avec un grand nombre de PCB, et certains principes très fondamentaux n’ont toujours pas été pris en compte.

(1) Sélectionnez la méthode d'assemblage appropriée

Généralement, selon les différentes densités d'assemblage de PCB, les méthodes d'assemblage suivantes sont recommandées:

En tant qu'ingénieur en conception de circuits, je dois avoir une bonne compréhension du processus d'assemblage des PCB, afin d'éviter de commettre certaines erreurs de principe. Lors de la sélection du mode d'assemblage, en plus de prendre en compte la densité d'assemblage des PCB et la difficulté du câblage, il est nécessaire de prendre en compte le flux de processus typique de ce mode d'assemblage et le niveau d'équipement de traitement de l'entreprise elle-même. Si l'entreprise ne dispose pas d'un bon processus de soudage à la vague, choisir la cinquième méthode d'assemblage dans le tableau ci-dessus peut vous poser beaucoup de problèmes. Il convient également de noter que si le processus de brasage à la vague est prévu pour la surface à souder, il convient d'éviter de compliquer le processus en plaçant quelques SMDS sur la surface à souder.

(2) Disposition des composants

La disposition des composants PCB a un impact très important sur l'efficacité et le coût de la PRODUITion et constitue un indice important pour mesurer la connectabilité de la conception du PCB. D'une manière générale, les composants sont disposés aussi uniformément, régulièrement et proprement que possible, et disposés dans la même direction et dans la même répartition de polarité. La disposition régulière est pratique pour l'inspection et favorise l'amélioration de la vitesse de patch/plug-in, une distribution uniforme favorise la dissipation thermique et l'optimisation du processus de soudage. D'autre part, afin de simplifier le processus, les concepteurs de PCB doivent toujours être conscients qu'un seul groupe de procédés de soudage, le soudage par refusion et le soudage à la vague, peut être utilisé de chaque côté du PCB. Ceci est particulièrement remarquable dans la densité d'assemblage, la surface de soudage des PCB doit être répartie avec davantage de composants de patch. Le concepteur doit déterminer quel groupe de processus de soudage utiliser pour les composants montés sur la surface de soudure. De préférence, un processus de brasage à la vague après durcissement par patch peut être utilisé pour souder simultanément les broches des dispositifs perforés sur la surface du composant. Cependant, les composants des patchs de soudage à la vague ont des contraintes relativement strictes, seulement une résistance aux éclats de taille 0603 et supérieure, un soudage SOT, SOIC (espacement des broches ≥ 1 mm et hauteur inférieure à 2,0 mm). Pour les composants répartis sur la surface de soudage, la direction des broches doit être perpendiculaire à la direction de transmission du PCB lors du soudage en crête de vague, afin de garantir que les extrémités ou les fils de soudage des deux côtés des composants sont immergés dans le soudage en même temps. L'ordre de disposition et l'espacement entre les composants adjacents doivent également répondre aux exigences du soudage en crête de vague pour éviter « l'effet de blindage », comme le montre la FIG. 1. Lors de l'utilisation du soudage à la vague, le SOIC et d'autres composants multibroches doivent être réglés dans le sens du flux d'étain sur deux pieds de soudure (de chaque côté 1) pour éviter un soudage continu.

Les composants de type similaire doivent être disposés dans la même direction sur la carte, ce qui facilite le montage, l'inspection et le soudage des composants. Par exemple, avoir les bornes négatives de tous les condensateurs radiaux face au côté droit de la plaque, avoir toutes les encoches DIP orientées dans la même direction, etc., peut accélérer l'instrumentation et faciliter la recherche d'erreurs. Comme le montre la figure 2, puisque la carte A adopte cette méthode, il est facile de trouver le condensateur inverse, tandis que la carte B prend plus de temps pour le trouver. En fait, une entreprise peut standardiser l’orientation de tous les composants de circuits imprimés qu’elle fabrique. Certaines configurations de cartes ne le permettent pas nécessairement, mais cela devrait demander un effort.

Quels problèmes de fabricabilité doivent être pris en compte dans la conception des PCB

De plus, les types de composants similaires doivent être mis à la terre ensemble autant que possible, avec tous les pieds des composants dans la même direction, comme le montre la figure 3.

Cependant, l'auteur a effectivement rencontré un certain nombre de PCBS, où la densité d'assemblage est trop élevée, et la surface de soudage du PCB doit également être répartie avec des composants élevés Téléphones qu'un condensateur au tantale et une inductance de patch, ainsi que du SOIC et du TSOP à espacement mince. Dans ce cas, il est uniquement possible d'utiliser un patch de pâte à souder imprimé double face pour le soudage par reflux, et les composants enfichables doivent être concentrés autant que possible dans la distribution des composants pour s'adapter au soudage manuel. Une autre possibilité est que les éléments perforés sur la face du composant soient répartis autant que possible en quelques lignes droites principales pour s'adapter au processus de brasage sélectif à la vague, ce qui peut éviter le soudage manuel, améliorer l'efficacité et garantir la qualité du soudage. La distribution discrète des joints de soudure est un tabou majeur dans le brasage sélectif à la vague, qui va multiplier le temps de traitement.

Lors de l'ajustement de la position des composants dans le fichier de la carte imprimée, il est nécessaire de faire attention à la correspondance biunivoque entre les composants et les symboles sérigraphiés. Si les composants sont déplacés sans déplacer les symboles sérigraphiés à côté des composants, cela deviendra un risque majeur pour la qualité de la fabrication, car dans la PRODUITion réelle, les symboles sérigraphiés sont le langage industriel qui peut guider la PRODUITion.

2.2 Le PCB doit être équipé de bords de serrage, de marques de positionnement et de trous de positionnement de processus nécessaires à la PRODUITion automatique.

À l'heure actuelle, le montage électronique est l'une des Secteurs avec un certain degré d'automatisation, l'équipement d'automatisation utilisé dans la PRODUITion nécessite une transmission automatique du PCB, de sorte que la direction de transmission du PCB (généralement pour le sens du côté long), le haut et le bas ont chacun un bord de serrage d'au moins 3 à 5 mm de large, afin de faciliter la transmission automatique, éviter de se rapprocher du bord de la carte en raison du serrage qui ne peut pas monter automatiquement.

Le rôle des marqueurs de positionnement est que le PCB doit fournir au moins deux ou trois marqueurs de positionnement pour que le système d'identification optique puisse localiser avec précision le PCB et corriger les erreurs d'usinage du PCB pour l'équipement d'assemblage largement utilisé dans le positionnement optique. Parmi les repères de positionnement couramment utilisés, deux doivent être répartis sur la diagonale du PCB. La sélection des marques de positionnement utilise généralement des graphiques standards Téléphones qu'un pavé rond plein. Afin de faciliter l'identification, il doit y avoir une zone vide autour des marques sans autres caractéristiques ou marques du circuit, dont la taille ne doit pas être inférieure au diamètre des marques (comme le montre la figure 4), et la distance entre les marques et le bord de la carte doit être supérieure à 5 mm.

Dans la fabrication du PCB lui-même, ainsi que dans le processus d'assemblage de plug-ins semi-automatiques, de tests TIC et d'autres processus, le PCB doit fournir deux à trois trous de positionnement dans les coins.

2.3 Utilisation rationnelle des panneaux pour améliorer l'efficacité et la flexibilité de la PRODUITion

Lors de l'assemblage de PCB de petites tailles ou de formes irrégulières, il sera soumis à de nombreuses restrictions, il est donc généralement adopté d'assembler plusieurs petits PCB en PCB de taille appropriée, comme le montre la figure 5. Généralement, les PCB avec une taille d'un seul côté inférieure à 150 mm peuvent être envisagés pour adopter la méthode d'épissage. Par deux, trois, quatre, etc., la taille d'un grand PCB peut être raccordée à la plage de traitement appropriée. Généralement, les PCB d'une largeur de 150 mm à 250 mm et d'une longueur de 250 mm à 350 mm sont la taille la plus appropriée pour l'assemblage automatique.

Une autre façon d'utiliser la carte consiste à disposer le PCB avec SMD des deux côtés d'une orthographe positive et négative dans une grande carte, une Téléphonele carte est communément connue sous le nom de Yin et Yang, généralement dans le but d'économiser le coût de la carte d'écran, c'est-à-dire qu'à travers une Téléphonele carte, il faut à l'origine deux côtés de la carte d'écran, il suffit maintenant d'ouvrir une carte d'écran. De plus, lorsque les techniciens préparent le programme d'exécution de la machine SMT, l'efficacité de la programmation des PCB du Yin et du Yang est également plus élevée.

Lorsque la carte est divisée, la connexion entre les sous-cartes peut être constituée de rainures en forme de V double face, de trous oblongs longs et de trous ronds, etc., mais la conception doit être considérée autant que possible pour réaliser la ligne de séparation en ligne droite, afin de faciliter la carte, mais également considérer que le côté de séparation ne peut pas être trop proche de la ligne PCB afin que le PCB soit facile à endommager lorsque la carte.

Il existe également une carte très économique et ne fait pas référence à la carte PCB, mais au maillage de la carte graphique en grille. Avec l'application d'une presse à imprimer automatique de pâte à souder, la presse à imprimer actuelle plus avancée (Téléphonele que DEK265) a permis la taille d'un treillis en acier de 790 × 790 mm, a mis en place un motif de maillage PCB multi-faces, peut réaliser un morceau de treillis en acier pour l'impression de plusieurs produits, est une pratique très économique, particulièrement adaptée aux caractéristiques des produits de petits lots et de divers fabricants.

2.4 Considérations sur la conception de testabilité

La conception de testabilité de SMT est principalement adaptée à la situation actuelle des équipements TIC. Les problèmes de test pour la fabrication post-PRODUITion sont pris en compte dans les conceptions SMB de circuits imprimés et de PCB montés en surface. Pour améliorer la conception de testabilité, deux exigences de conception de processus et de conception électrique doivent être prises en compte.

2.4.1 Exigences de conception de processus

La précision du positionnement, la procédure de fabrication du substrat, la taille du substrat et le type de sonde sont autant de facteurs qui affectent la fiabilité de la sonde.

(1) trou de positionnement. L'erreur de positionnement des trous sur le substrat doit être inférieure à ± 0,05 mm. Placez au moins deux trous de positionnement aussi éloignés que possible. L'utilisation de trous de positionnement non métTousiques pour réduire l'épaisseur du revêtement de soudure ne peut pas répondre aux exigences de tolérance. Si le substrat est fabriqué dans son ensemble puis testé séparément, les trous de positionnement doivent être situés sur la carte mère et sur chaque substrat individuel.

(2) Le diamètre du point de test n'est pas inférieur à 0,4 mm et l'espacement entre les points de test adjacents est supérieur à 2,54 mm, pas inférieur à 1,27 mm.

(3) Les composants dont la hauteur est supérieure à *mm ne doivent pas être placés sur la surface de test, ce qui entraînerait un mauvais contact entre la sonde du dispositif de test en ligne et le point de test.

(4) Placez le point de test à 1,0 mm du composant pour éviter tout dommage par impact entre la sonde et le composant. Il ne doit y avoir aucun composant ou point de test à moins de 3,2 mm de l'anneau du trou de positionnement.

(5) Le point de test ne doit pas être réglé à moins de 5 mm du bord du PCB, qui est utilisé pour garantir le dispositif de serrage. Le même avantage de processus est généralement requis dans les équipements de PRODUITion de bandes transporteuses et les équipements SMT.

(6) Tous les points de détection doivent être des matériaux conducteurs étamés ou métTousiques avec une texture douce, une pénétration facile et une non-oxydation doivent être sélectionnés pour garantir un contact fiable et prolonger la durée de vie de la sonde.

(7) le point de test ne peut pas être recouvert par une résistance de soudure ou par de l'encre de texte, sinon cela réduirait la zone de contact du point de test et réduirait la fiabilité du test.

2.4.2 Exigences relatives à la conception électrique

(1) Le point de test SMC/SMD de la surface du composant doit être conduit jusqu'à la surface de soudage à travers le trou aussi loin que possible, et le diamètre du trou doit être supérieur à 1 mm. De cette manière, les fontures unilatérales peuvent être utilisées pour les tests en ligne, réduisant ainsi le coût des tests en ligne.

(2) Chaque nœud électrique doit avoir un point de test, et chaque IC doit avoir un point de test de POWER et GROUND, et aussi proche que possible de ce composant, dans la plage de 2,54 mm du IC.

(3) La largeur du point de test peut être agrandie jusqu'à 40 mil lorsqu'il est défini sur le routage du circuit.

(4) Répartissez uniformément les points de test sur la carte imprimée. Si la sonde est concentrée dans une certaine zone, la pression plus élevée déformera la plaque ou le lit d'aiguille testé, empêchant ainsi une partie de la sonde d'atteindre le point de test.

(5) La ligne d'alimentation sur le circuit imprimé doit être divisée en régions pour définir le point d'arrêt du test de sorte que lorsque le condensateur de découplage de puissance ou d'autres composants sur le circuit imprimé apparaissent en court-circuit avec l'alimentation, trouver le point de défaut plus rapidement et plus précisément. Lors de la conception des points d'arrêt, la capacité de charge après la reprise du point d'arrêt de test doit être prise en compte.

La figure 6 montre un exemple de conception de point de test. Le tampon de test est placé près du fil du composant par le fil d'extension ou le nœud de test est utilisé par le tampon perforé. Il est strictement interdit de sélectionner le nœud de test sur le joint de soudure du composant. Ce test peut faire extruder le joint de soudage virtuel vers la position idéale sous la pression de la sonde, de sorte que le défaut de soudage virtuel soit masqué et que ce que l'on appelle « l'effet de masquage des défauts » se produise. La sonde peut agir directement sur le point final ou la broche du composant en raison de la polarisation de la sonde provoquée par l'erreur de positionnement, ce qui peut endommager le composant.

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3. Remarques finales sur la conception des PCB

Les principes ci-dessus doivent être pris en compte lors de la conception de PCB. Dans la conception de fabrication de PCB orientée vers l'assemblage électronique, il y a beaucoup de détails, Téléphones que la disposition raisonnable de l'espace correspondant avec les pièces structurelles, la distribution raisonnable des graphiques et du texte sérigraphiés, la répartition appropriée de l'emplacement des dispositifs de chauffage lourds ou volumineux. Au stade de la conception du PCB, il est nécessaire d'instTouser le point de test et l'espace de test dans la position appropriée, et de prendre en compte l'interférence entre la matrice et les composants distribués à proximité lorsque les couplages sont instTousés par le processus de rivetage par traction et pression. Un concepteur de PCB considère non seulement comment obtenir de bonnes performances électriques et une belle disposition, mais également un point tout aussi important qui est la fabricabilité dans la conception de PCB, afin d'obtenir une haute qualité, un rendement élevé et un faible coût.