Основные элементы дизайна для надежного производства печатных плат

Как обязательная часть, которой обладают электронные изделия, печатные платы (PCB) играют ключевую роль в реализации функциональности электронных изделий, что приводит к выдающейся важности проектирования печатных плат, потому что производительность проектирования печатных плат напрямую определяет функцию и стоимость электронных изделий. Отличное проектирование печатных плат способно удержать электронные изделия далеко от множества проблем, обеспечивая, что изделия будут плавно производиться и способны удовлетворять все требования практического применения.

Среди всех элементов, способствующих проектированию печатных плат, Design for Manufacture (DFM — проектирование для производства) определенно является существенным, поскольку он связывает проектирование печатных плат и производство печатных плат, так что проблемы будут раскрыты рано и решены вовремя в течение всего жизненного цикла электронных изделий. Существует миф, что сложность проектирования печатных плат будет увеличиваться по мере того, как технологичность электронных изделий учитывается в фазе проектирования печатных плат. Когда речь идет о жизненном цикле проектирования электронного изделия, DFM не только может сделать электронные изделия плавно вовлеченными в автоматическое производство с экономией затрат на труд в производственном процессе, но и может эффективно сократить производственный цикл для гарантии своевременного завершения конечных электронных изделий.

Технологичность печатных плат

Проектирование для производства — ключевой элемент, ведущий к высокоэффективному производству, высокому качеству и низкой стоимости, так как технологичность и проектирование печатных плат объединены. Изучение технологичности печатных плат имеет широкий диапазон, который можно в общем классифицировать на производство печатных плат (fabrication) и сборку печатных плат (assembly).

• Производство печатных плат (Fabrication)

Что касается производства печатных плат, следующие аспекты должны быть приняты во внимание: размер печатной платы, форма печатной платы, технологическая рейка и фидуциальный маркер. Как только эти аспекты не будут полностью учтены в стадии проектирования печатных плат, произведенные печатные платы, возможно, не смогут быть приняты автоматической монтажной машиной, если не будут приняты дополнительные меры обработки. Это еще хуже: некоторые платы не смогут вовлекаться в автоматическое производство с использованием ручной пайки. В результате производственный период удлинится, и затраты на труд возрастут.

a. Размер печатной платы

Каждая монтажная машина имеет свои требования к размеру печатной платы, которые отличаются друг от друга в соответствии с параметрами каждой монтажной машины. Например, максимальный размер печатной платы, принимаемый монтажной машиной в PCBCart, составляет 500 мм × 450 мм, а минимальный — 30 мм × 30 мм. Это не значит, что мы не можем заниматься сборкой печатных плат меньше 30 мм × 30 мм, и когда требуется меньший размер, можно полагаться на панели. Монтажные машины никогда не принимают печатные платы, которые либо слишком большие, либо слишком маленькие по размеру, когда можно полагаться только на ручной монтаж с ростом затрат на труд и выходом производственного периода из-под контроля. Таким образом, в стадии проектирования печатных платы требование к размеру печатной платы, установленное автоматическим производством монтажа, должно быть полностью учтено и должно контролироваться в допустимом диапазоне.

Нижеизображение демонстрирует файл дизайна панели печатной платы, завершенный EDA программным обеспечением. Как панель 5x2, каждый квадратный блок — одиночная плата с размером 50 мм × 20 мм. Соединение между каждым одиночным блоком достигается технологией V-cut/V-scoring. На этом изображении весь квадрат показывает конечный размер панели 100 мм × 100 мм. Основываясь на требовании к размеру панели, упомянутом выше, можно заключить, что размер панели попадает в приемлемый диапазон.

Примечание: если вы заинтересованы в заказе печатных плат в типе панели, пожалуйста, обратитесь к этому руководству, чтобы получить цены на панели печатных плат.

b. Форма печатной платы

Помимо размера печатной платы, все монтажные машины устанавливают требование в плане формы печатной платы. Обычная форма печатной платы должна быть прямоугольником, отношение длины к ширине которого должно быть 4:3 или 5:4 — оптимально. Когда печатная плата имеет неправильную форму, дополнительные меры должны быть приняты перед SMT сборкой, приводя к увеличению стоимости. Чтобы предотвратить это, печатные платы должны быть спроектированы в обычной форме в стадии проектирования печатных плат, чтобы требования SMT могли быть выполнены. Тем не менее, это трудно достичь в практических ситуациях. Когда некоторые электронные изделия должны быть неправильными по форме, штампованные отверстия плюс мосты должны использоваться для того, чтобы форма конечной печатной платы имела обычную форму. После сборки лишняя часть может быть устранена из печатной платы, что удовлетворяет и требование автоматического монтажа, и пространство.

Нижеизображение указывает неправильную форму печатной платы с добавленной обрабатывающей кромкой через EDA программное обеспечение. Весь размер платы 80 мм × 52 мм, в то время как квадратная область — размер практической печатной платы. Размер правого верхнего углового участка 40 мм × 20 мм, который является обрабатывающей кромкой, результатом штампованных отверстий плюс мосты.

c. Технологическая рейка

Для удовлетворения требований автоматического производства технологическая рейка должна быть размещена на печатных платах для фиксации печатных плат.

В стадии проектирования печатных плат 5-мм широкая технологическая рейка должна быть оставлена заранее, где никакие компоненты и трассы не оставлены. Обычно технологическую рейку размещают на более короткой стороне печатной платы, но более короткая сторона может быть выбрана, когда отношение длины к ширине превышает 80%. Технологическая рейка будет устранена после сборки как роль вспомогательного производства.

d. Фидуциальный маркер

Для печатных плат с монтированными компонентами фидуциальные маркеры должны быть добавлены как общие референсные точки, обеспечивающие каждое сборочное оборудование точно определять позиции компонентов. Поэтому фидуциальные маркеры — эталонные точки SMT производства, необходимые для автоматического производства.

Компоненты требуют 2 фидуциальных маркера, в то время как печатные платы требуют 3 фидуциальных маркера, которые должны быть размещены на краю печатной платы и покрывать все SMT компоненты. Центральное расстояние между фидуциальным маркером и краем платы должно быть не менее 5 мм. Для печатной платы с двухсторонней сборкой SMT компонентов фидуциальные маркеры должны быть доступны на обеих сторонах. Если компоненты размещены слишком плотно для размещения фидуциальных маркеров на плате, они могут быть размещены на технологической рейке.

• Сборка печатных плат (Assembly)

Сборка печатных плат, сокращенно PCBA, на самом деле является процессом пайки компонентов на голые печатные платы. Для соответствия требованию автоматического производства, сборка печатных плат устанавливает некоторые требования на корпусе компонента и компоновке компонента.

a. Корпус компонента

В процессе проектирования PCBA, если корпус компонента не соответствует подходящим стандартам с расстоянием между компонентами слишком близким друг к другу, автоматический монтаж не будет выполнен.

Для получения оптимального корпуса для компонентов, профессиональное EDA дизайнерское программное обеспечение должно быть использовано для совместимости с международными стандартами корпуса компонентов. В процессе проектирования печатныхplats, область bird's-eye view никогда не должна перекрываться с другой областью, и автоматические IC монтажные машины смогут точно распознавать и выполнять поверхностный монтаж.

b. Компоновка компонентов

Компоновка компонентов — важная задача в проектировании печатных плат, потому что ее производительность напрямую ассоциирована с тем, как печатные платы будут выглядеть и уровнем сложности производственного процесса.

В процессе компоновки компонентов стороны сборки для SMD компонентов и THD компонентов должны быть определены. Здесь давайте установим переднюю сторону печатной платы как сторону компонента A, а заднюю — сторону компонента B. Компоновка компонентов должна учитывать форму сборки, включая одностороннюю однотипную сборку, двухстороннюю однотипную сборку, одностороннюю смешанную сборку, сторону A смешанную и сторону B однотипную сборку, сторону A THD и сторону B SMD сборку. Разные сборки требуют разных производственных процессов и технологий. Поэтому, что касается компоновки компонентов, оптимальная компоновка должна быть выбрана для того, чтобы производство стало простым и легким, улучшая производственную эффективность всего процесса.

Кроме того, ориентация компоновки компонентов, расстояние между компонентами, теплоотвод и высота компонентов должны быть приняты во внимание.

Вообще говоря, ориентация компонентов должна поддерживать последовательность. Компоновка компонентов соответствует принципу кратчайшего расстояния трассировки, на основе которого полярная ориентация должна быть последовательной для компонентов с полярными метками, а компоненты без полярных меток должны быть аккуратно размещены на оси X или Y. Высота компонентов должна быть 4 мм максимум, в то время как направление передачи компонента и печатной платы должно поддерживать 90°.

Для улучшения скорости пайки компонентов и удобства последующей проверки расстояние между компонентами должно быть последовательным. Компоненты должны быть близки друг к другу в пределах одной сети, в то время как безопасное расстояние должно быть оставлено между разными сетями согласно падению напряжения. Шелкография и площадка никогда не должны перекрываться, иначе компоненты не будут смонтированы.

Проблемы теплоотвода должны учитываться из-за практической рабочей температуры печатной платы и тепловых свойств электрических компонентов. Компоновка компонентов должна фокусироваться на теплоотводе, в то время как вентилятор или радиатор должны использоваться при необходимости. Подходящие радиаторы должны быть выбраны для мощных компонентов, и термочувствительные компоненты должны быть размещены далеко от тех, что генерируют тепло. Высокие компоненты должны быть размещены позади низких компонентов.

Все еще есть больше деталей, которые должны быть сфокусированы на DFM печатных плат, и опыт должен накапливаться в практике. Например, проектирование печатных плат высокоскоростных сигналов требует специальных требований к импедансу, которые должны быть обсуждены с производителем платы до реального производства для определения импеданса и информации о слоях. Для производственной подготовки некоторых печатных плат с малым размером и плотной трассировкой, производственные возможности по минимальной ширине трассы и диаметру виа должны быть обсуждены с производителем печатных плат для гарантии гладкого производства таких печатных плат.

Получите доступ к БЕСПЛАТной проверке DFM/DFA от PCBCart

Мы полностью осознали значимость времени и стоимости для клиентов. DFM/DFA проверка перед реальным производством способна определить, может ли производство быть плавно реализовано на основе вашего файла дизайна. Более того, этот сервис, предоставляемый PCBCart, полностью БЕСПЛАТНЫЙ, несмотря на что, сервис DFM/DFA проверки бесценен, поскольку система, которую мы используем, — Valor DFM Check, тип автоматической системы, выполняющей точную проверку технологичности на высокой скорости. Свяжитесь с нами для получения большей информации о нашем БЕСПЛАТНОМ DFM/DFA Check. Это определенно стоит того!

Только что завершили новый дизайн печатной платы и ищете PCB House? Проверьте, сколько вы можете сэкономить, используя наш custom сервис производства печатных плат.

Полезные ресурсы:
• PCBCart производит печатные платы в любой неправильной форме — НЕТ дополнительной платы
• PCBCart обладает продвинутым сервисом сборки печатных плат — множество вариантов добавленной стоимости
• Сервис закупки компонентов от PCBCart — НЕТ поддельных электронных компонентов
• Требования к файлам для эффективного и гладкого производства печатных плат