pcb@zanustechnology.com
+381 11 454 10 51

15 Saveta za optimalan dizajn PCB ploča za montažu

15 Saveta za optimalan dizajn PCB ploča za montažu

Dizajniranje PCB ploča optimizovano za mašinsku montažu se često zanemaruje, ali je zapravo jedan od najvažnijih elemenata u procesu PCB dizajna. U ovom članku pročitaćete najvažnije savete koji za cilj imaju da Vam pomognu da postanete stručni u optimalnom PCB dizajnu koji osigurava jednostavnu i jeftinu asemblažu. Pratite ove savete kad dizajnirate štampane ploče za proizvodnju.

Šta podrazumeva optimalan dizajn ploče za asemblažu?

Pre nego što nastavimo, da razmotrimo šta podrazumeva PCB asemblaža. Kada je PCB dizajn gotov, prvo se izrađuje sama štampana ploča. Kad je to završeno, vrši se montiranje komponenata na PCB ploče – asemblaža ili montiranje.

Deluje jednostavno, ali problem koji se često pojavljuje je da prvobitni dizajn nije uzeo u obzir montažu. Umesto toga, ljudi se fokusiraju isključivo na samu štampanu ploču, bez razmatranja kako će se ta ploča kasnije masovno proizvoditi.

Kad se u procesu dizajna zanemari PCB montaža, to može dovesti do velikih komplikacija. PCB dizajn se može činiti prihvatljivim, ali pojedine odluke u dizajnu mogu otežati sklapanje PCB ploče. Na primer, pojedine komponente mogu biti previše blizu jedna drugoj što može dovesti do nefunkcionalnog proizvoda ili do problema u performansama.

Takođe postoji i pitanje dostupnosti komponenti. Da bi proces PCB montaže tekao glatko i efikasno, dostavljač komponenti mora da ima sve potrebne komponente čim stignu ploče. U slučaju da nisu dostupne, celokupan proces je usporen.

Postani majstor PCB montaže

Pobrojano čini samo deo potencijalnih problema, koji se mogu pojaviti sa pogrečnim pristupom PCB dizajnu. Pitanje je, kako majstori dizajna PCB ploča izbegavaju takve greške? Evo nekoliko korisnih saveta:

1. Obratite pažnju na udaljenost pojedinačnih komponenti

Jedno od najčešćih pitanja dizajnera, koji nisu majstori za PCB dizajn ima veze sa udaljenosću komponenti na štampanoj ploči. Postavljanje komponente previše blizu drugoj komponenti može dovesti do nekoliko problema koji mogu zahtevati novi dizajn i novu izradu, a to dovodi do gubitka vremena i novca.

PCB dizajneri koriste nekoliko tehnika kako bi izbegli ove probleme tokom montaže. Oni dizajniraju njihov footprint tako da uvek postoji označeno minimalno odstojanje do sledeće komponente. Ovaj pristup uklanja sve potencijalne probleme vezane za komponente koje se mogu naći preblizu jedna drugoj tokom sklapanja ploče.

Dizajneri moraju oprezno postavljati komponente kako ne bi došlo do njihovog preklapanja. U primeru iznad može se videti zelena linija oko komponente koja predstavlja preporučeno rastojanje od susedne komponente. U slučaju da nema dovoljno mesta na ploči, možete ih približiti bliže jednu drugoj, pridržavajući se pravilia za minimalnu razdaljinu.

Proverite da pravila o mimilanoj udaljenosti komponenti u Vašem PCB dizajnu. PCB dizajneri imaju specifične propise za blizinu za svaku pojedinačnu komponentu i njihove različite varijante. Na primer, minimalna razdaljina izmedju kondenzatora i otpornika mora da bude barem 0.2 mm, a poželjno je čak i 0.8 mm. Ovo jednostavno pravilo pomoći će vam da izbegnete mnogo problema vezanih za blizinu komponenti. U suprotnom, ti problemi mogu dovesti do usporene montaže kao i drugih budućih komplikacija. Za dodatna pravila razdaljine između komponenti, pogledajte tabelu ispod.

2. Birajte kompnente tokom dizajna ploče

PCB dizajneri biraju komponente vrlo rano u toku procesa dizajna kako bi osigurali da ne postoje konflikti izmedju dizajna i procesa sklapanja ploča. Ako uračunate i veličinu komponenti od samog početka, onda blizina i veličina komponenti više nisu problem i PCB montaža će proći bez problema. To nas vodi do našeg sledećeg saveta.

PCB dizajner mora da priča sa dizajnerom strujnog kola i sa inženjerima, da vidi do koje mere se može smanjiti veličina komponenti čime bi se došlo do dodatnog slobodnog prostora na ploči. Uostalom, manji deo vodi do manjeg uticaja na moguće probleme sa razmakom komponenti na ploči.

3. Razdvojite komponenti sa i bez olova

Nemojte mešati komponenti bez olova sa komponentama koje nisu navedeni za montažu bez olova. U slučaju da neki deo iziskuje montažu bez olova i ne postoji zamena za tipični olovni lem, celokupna ploča mora da se sklopi bez olova i sve komponente moraju biti kvalifikovane za sklapanje bez olova.

Ponekad jedini dostupni footprint za određenu komponentu je bezolovni BGA. Međutim, ploče koje će se koristiti za vojne projekte obično se rade u tehnici sa konvencionalnim olovnim kalajem u skladu sa zahtevima u ovoj industriji. PCB dizajner mora dobiti odobrenje od kupca za bezolovnu montažu; modifikovati dizajn ploče tako da koristi uređaj koji je dostupan u footprint-u za sklapanje sa olovnim kalajem, ili prilagoditi BGA za olovni kalaj (skup proces koji može oštetiti komponentu).

4. Ravnomerno rasporedite velike komponente

Rasporedite ravnomerno velike komponente na ploči tokom dizajna kako bi ste postigli najbolju moguću raspodelu toplote tokom ponovnog lemljenja. Uverite se da izvođač montaže svaki put koristi jedinstven termički profil za lemljenje.

5.  Izbegavajte korišćenje više tehnologija

Kad god je moguće, izbegavajte mešanje tehnologija. Montiranje samo jedne through hole komponente, na primer, najčešće znači dodatno utrošeno vreme i novac. Bilo bi efikasnije koristiti ili više through hole komponenti ili ni jednu. U slučaju da koristite trough hole tehnologiju, postavljanje svih takvih komponenti na jednoj strani ploče smanjiće vreme proizvodnje.

6.  Izaberite odgovarajuću veličinu paketa

Komunikacija između inženjera i PCB dizajnera trebalo bi da započne u početnoj fazi razvoja. Dizajner treba da pregleda BOM i pažljivo da ispita delove koji se koriste u dizajnu. Dizajner može preporučiti veće komponente ako ima mesta na ploči i ako trenutni dizajn bespotrebno koristi sitne komponente. Ovo će sigurno pomoći da se izbegnu komplikacije tokom sklapanja. Na primer, preporučljivo je koristiti otpornik veličine 0402, a ne 0201, kad god je to moguće. PCB dizajner bi izabrao kondenzator veličine 0805 pre nego veličine 1206 – ako 0805 može ispuniti sve zahteve. Ovo će osloboditi značajan prostor na ploči.

Takođe postoji veći broj prodavaca koji nude iste komponente. Izbor ovakvih komponenata koje imaju više alternativnih dobavljača izbegava kašnjenja tokom montaže, daje mogućnost i dizajneru i inženjeru da zamene delove bez promene dizajna PCB ploče u slučaju da komponenti nekog proizvođača nema na stanju.

Na kraju, važno je odabrati odgovarajuću veličinu pakovanja u fazi PCB dizajna. PCB dizajner bira manje pakete samo kad ima dobar razlog za to; u suprotnom, teže ka većim alternativama. Vrlo često inženjeri biraju nepotrebno male pakete komponenata. To može stvoriti probleme kod montaže, jer je mnogo teže popraviti i preraditi manje komponente. U zavisnosti od količine potrebne prerade, možda će biti isplativije potpuno preraditi kompletnu PCB ploču umesto uklanjati i ponovo lemiti nove komponente.

Nakon što potvrdite idealnu veličinu paketa, možete započeti odabir komponenata u istoj kategoriji gustine.

7.  Pazite se komponenti sa dugim vremenom isporuke

Kao što je već pomenuto, dostupnost komponenata može prouzrokovati značajna kašnjenja. Međutim, PCB dizajneri izbegavaju ovaj problem proverom dostupnosti svih komponenti pre nego što započnu PCB dizajn. Ako postoje delovi za koji imaju dugo vreme isporuke, mogu se naručiti rano i poslati PCB montažeru, koji takođe može da se bavi nabavkom šire dostupnih komponenata, tako da će svaka komponenta biti spremna kada Vaše ploče budu spremne za montažu. Kompanija Zanus upravo nudi ovakvu uslugu.

8.  Redovno ažurirajte svoj BOM tokom dizajniranja

BOM je ključni aspekt i PCB dizajna i montaže. U slučaju da postoje problemi sa BOM-om, PCB montažeri će pauzirati projekat dok se ne reše problemi sa inženjerom. Jedan od načina da se osigura ažuran BOM je da se redovno pregleda posle svake promene u Vašem dizajnu. Kad dodajete nove komponente tokom procesa dizajniranja, uverite se da ste takođe ažurirali BOM sa ispravnom šifrom delova, opisom i količine komponenata. Tokom procesa dizajniranja ploče, inženjer može zameniti komponentu zbog dugog vremena isporuke, veličine ili dostupnosti i zaboraviti da ažurira BOM. To može dovesti do raznoraznih problema sa montažom i može uzrokovati kašnjenja.

Formatirajte svaki BOM na ovaj način:

9. Pažljivo pregledajte razvoj svog footprint-a.

Footprint-ovi komponenata su drugi glavni aspekt dizajna izgleda. PCB dizajner će osigurati da se njihovi footprint-ovi naprave tačno u skladu sa tehničkom listu. Veoma je važno pravilno koristiti numerički ključ iz lista sa podacima da biste identifikovali tačnu komponentu. Netačno čitanje lista tehničkih podataka podataka rezultiraće pogrešnim dizajnom, što bi moglo zahtevati potpunu redizajn i ponovnu izradu ploča.

Slika ispod prikazuje primer različitih oznaka i njihovih footprint-a.

Obratite pažnju na brojeve modela i odgovarajući pin za svaki.

10. Obavezno pogledajte da li su svi indikatori prvog pina prisutni.

Glavni razlog zastoja u sklapanju PCB ploče je nedostatak indikatora pina 1 ili indikatora polariteta/orijentacije komponente na sito štampi. Veliki broj zahteva za montažu koje dobijemo zanemari oznaku pina 1 za svaki IC ili pogrešno predstave ili zanemaruju polaritet nekih kondenzatora, dioda ili LED dioda.

Najbolji način za izbegavanje problema sa sklapanjem: obratite se proizvođaču pre nego što dizajn PCB ploče uopšte započne.

Pridržavajte se pravila o označavanju polariteta dioda, uključujući LED diode: Stavite K na sloj sito štampe na kraju katode. Alternativno, koristite električni simbol za diode u ispravnoj orijentaciji. Nikada ne ukazujte na polaritet diode na strani anode. Nemojte stavljati bilo koje druge oznake ili će vaš dobavljač pogrešno protumačiti ono što nameravate.

Da biste orijentisali tantalne kondenzatore, označite pozitivnu stranu znakom plus na sito štampi. Zapamtite, tantalni kondenzatori mogu da se zapale ako su montirani sa izmenjenim polaritetom. Osim reverznog inženjeringa šeme, dobavljač ne može da utvrdi polaritet dela ukoliko nije jasno prikazan. Sito štampe ne smeju da ometaju pad-ove i simboli se ne smeju štampati ispod tela bilo koje komponente.

11. Via u pad-u se mora popuniti.

Osim ako se ne nalaze u termalnim pad-ovima, vie u pad-u se moraju popuniti. Matrica pad-ova na koju će se instalirati BGA može da ima prolazne i slepe vie, ali sve one moraju biti popunjene i izravnate, ili će lemovi biti ugroženi. Ugradite vie u termičke pad-ove ispod komponenta sa QFN pakovanjem kako biste pomogli protoku kalaja do većih bakarnih površina. Vie osiguravaju siguran sa termalnim pad-om i sprečavaju da komopnenta pluta na kalaju tokom sklapanja, što bi moglo ometati stvaranje dobrih spojeva. Firma koja asemblira ploče može nadoknaditi nedostatak prolaznih via u termalnim pad-ovima dodavanjem otvora u obliku prozorskog stakla u situ za lemljenje, kako bi se izbeglo plutanje komponente u kalaju, ali popravka je manje efikasna nego da su vie prisutne.

12. Jedan pad za jednu vezu.

Svaka veza sa svakom komponentom mora imati svoj nezavisan pad. Svaki pad mora da bude srazmeran veličinom sa pad-om komponente. Ako dve komponente dele pad – recimo, otpornik i kondenzator – nijedna ne može biti pravilno poravnata tokom sklapanja. A ako je jedan pad znatno veći od svog para za komponentu, podizanje jedne strane komponente može nastati zbog neravnomerno nataloženog lema u toku zagrevanja.

13. Jednostavno podešavanje CAM-a.

Nepotrebno je reći da je mnogo bolje uhvatiti probleme koji bi mogli da ometaju montažu pre nego što se ploče proizvedu. Ako će ploču proizvoditi i sastavljati isti pogon, proverite da li ćete dati podatke o dizajnu u ODB++ formatu kako biste brže identifikovali potencijalne proizvodne probleme i olakšali postavljanje CAM-a. Izvoženje dizajna u ODB++ formatu prikuplja podatke za proizvodnju, sastavljanje i testiranje u jedinstvenu strukturu koja podržava automatizovanu analizu i izbegava dugotrajno pretvaranje podataka u CAM fazi. Praktično sve glavne EDA platforme mogu da daju podatke o dizajnu u ODB++ formatu.

14. Obratite se isporuci komponenti.

Tehnički, deseti savet se ne odnosi na PCB dizajn, već na isporuku komponenata dobavljaču. Ako neke ili sve komponente kupac isporučuje firmi koja sklapa ploče – delovi moraju biti isporučeni u pažljivo organizovanom kompletu koji odgovara specifikaciji. Sve SMT komponente moraju biti isporučene u pakovanjima pogodnim za mašinsku montažu (reel, tape, tray…)

Dodatne komponente su potrebne za svaki deo naveden u specifikaciji, kako bi se pokrio škart tokom montaže. Na primer, firma koja radi montažu može zahtevati najmanje 100 ili 20% više 0201 otpornika od 1k oma nego što se zahteva u BOM-u. Delovi za svaku stavku na BOM-u moraju se poslati u jasno obeleženoj torbi odvojeno od ostalih delova. Svi IC-ovi se moraju isporučiti u originalnom, neotvorenom zaštitnom pakovanju koji uključuje sredstvo za sušenje, ili se moraju peći oko osam sati da bi se uklonila vlaga pre montaže, što bi moglo da pomeri sastavljanje za jedan dan.

Drugim rečima, osam traka od osam delova 12-pF kondenzatora veličine 1005 ne ispunjavaju zahtev BOM-a za 64 komada tog dela. Trake su prekratke za punjenje feeder-a mašine, pa čak i pod najboljim okolnostima svi delovi neće završiti na ploči. Pre isporuke dva puta proverite svoje komponente koristeći naše smernice za ugradnju.

Zaključujemo preporukom najboljeg načina za izbegavanje problema sa sklapanjem: obratite se proizvođaču pre nego što dizajn PCB ploče uopšte započne.

15. Proverite ove dodatne savete za sastavljanje PCB-a.

Dodatni detalji o montaži koje treba imati na umu tokom faze dizajna uključuju toplotu i pranje. Obavezno znajte koji su maksimalni nivoi toplote vaših komponenata, da li se mogu oprati i vrstu montaže koju zahtevaju. Ako će se ručno lemiti, dizajn PCB ploče mora uključivati prostor za alat za lemljenje.

Uverite se da su svi kondenzatori okrenuti u istom smeru. Ovo štedi vreme pick and place mašine tokom postavljanja komponenata.

Obratite pažnju na komponente koje emituju toplotu. Prostor oko ovih komponenti mora biti pažljivo pregledan. Uverite se da toplota ne utiče negativno na bilo koje komponente ili vodove oko komponente.

Tags: , , , ,