PCB Tasarımında Hangi Üretilebilirlik Konularının Dikkate Alınması Gerekir?

1. PCB Tasarımının Önsözü

İletişim ve elektronik ürünlerin pazar rekabetinin artmasıyla birlikte ürünlerin yaşam döngüsü kısalıyor. Orijinal ürünlerin yükseltilmesi ve yeni ürünlerin piyasaya sürülme hızı, işletmenin hayatta kalması ve gelişmesinde giderek daha kritik bir rol oynamaktadır. Üretim bağlantısında, üretimde daha az ön süre ile daha yüksek üretilebilirliğe ve üretim kalitesine sahip yeni ürünlerin nasıl elde edileceği, vizyon sahibi insanlar tarafından giderek daha fazla rekabet gücü haline gelmiştir.

Elektronik ürünlerin imalatında, ürünlerin minyatürleşmesi ve karmaşıklaşmasıyla birlikte devre kartlarının montaj yoğunluğu da giderek artıyor. Buna göre yaygın olarak kullanılan yeni nesil SMT montaj süreci, tasarımcıların en baştan üretilebilirliği dikkate almasını gerektirmektedir. Zayıf üretilebilirlik, tasarımdaki yetersiz değerlendirmeden kaynaklandığında, tasarımın değiştirilmesi kaçınılmazdır; bu da kaçınılmaz olarak ürünün piyasaya sürülme süresini uzatacak ve piyasaya sürme maliyetini artıracaktır. PCB düzeni biraz değiştirilse bile, baskılı devre kartını ve SMT lehim pastası baskı elek levhasını yeniden yapmanın maliyeti binlerce, hatta onbinlerce yuan'a kadar çıkabilir ve analog devrenin yeniden hata ayıklaması bile gerekir. İthalat süresinin gecikmesi işletmenin pazardaki fırsatı kaçırmasına ve stratejik açıdan oldukça dezavantajlı duruma düşmesine neden olabilir. Ancak ürün üzerinde değişiklik yapılmadan üretilirse kaçınılmaz olarak üretim hataları oluşacak veya üretim maliyetleri artacak ve bu da daha maliyetli olacaktır. Bu nedenle, işletmeler yeni ürünler tasarlarken, tasarımın üretilebilirliği ne kadar erken dikkate alınırsa, yeni ürünlerin etkin bir şekilde tanıtılmasına da o kadar yardımcı olur.

2. PCB tasarımında dikkate alınması gereken içerikler

PCB tasarımının üretilebilirliği iki kategoriye ayrılır; bunlardan biri, baskılı devre kartlarının üretilmesine yönelik işleme teknolojisidir; İkincisi, montaj işleminin bileşenlerinin ve baskılı devre kartlarının devresini ve yapısını ifade eder. Baskılı devre kartlarının üretimine yönelik işleme teknolojisi için, genel PCB üreticileri, üretim kapasiTelevizyonerinin etkisinden dolayı, tasarımcılara çok ayrıntılı gereksinimler sağlayacaklardır ve bu da pratikte nispeten iyidir. Ancak yazarın anlayışına göre, pratikte yeterince ilgi görmeyen gerçek, ikinci tür olan elektronik montaj için üretilebilirlik tasarımıdır. Bu makalenin odak noktası aynı zamanda tasarımcıların PCB tasarımı aşamasında dikkate alması gereken üretilebilirlik konularını tanımlamaktır.

Elektronik montaj için üretilebilirlik tasarımı, PCB tasarımcılarının PCB tasarımının başlangıcında aşağıdakileri dikkate almasını gerektirir::

2.1 PCB tasarımında montaj modunun ve bileşen düzeninin uygun seçimi

Montaj modunun ve bileşen düzeninin seçimi, PCB üretilebilirliğinin çok önemli bir yönüdür; montaj verimliliği, maliyet ve ürün kalitesi üzerinde büyük etkisi vardır. Aslına bakılırsa yazar oldukça fazla sayıda PCB ile temasa geçmiştir ve bazı çok temel ilkelerde hâlâ dikkate alınmama durumu mevcuttur.

(1) Uygun montaj yöntemini seçin

Genel olarak PCB'nin farklı montaj yoğunluklarına göre aşağıdaki montaj yöntemleri tavsiye edilir::

Bir devre tasarım mühendisi olarak PCB montaj sürecini doğru anlamalıyım, böylece prensipte bazı hatalar yapmaktan kaçınabilirim. Montaj modunu seçerken PCB'nin montaj yoğunluğunu ve kablolamanın zorluğunu dikkate almanın yanı sıra, bu montaj modunun tipik süreç akışını ve işletmenin proses ekipmanı seviyesini de dikkate almak gerekir. İşletmenin dalga kaynak prosesi iyi değilse yukarıdaki tabloda beşinci montaj yöntemini seçmek size büyük sıkıntılar getirebilir. Ayrıca şunu da belirtmekte fayda var ki kaynak yüzeyine dalga lehimleme işlemi planlanıyorsa kaynak yüzeyine birkaç adet SMDS yerleştirilerek işlemi zorlaştırmaktan kaçınılmalıdır.

(2) Bileşen düzeni

PCB bileşenlerinin düzeni, üretim verimliliği ve maliyet üzerinde çok önemli bir etkiye sahiptir ve bağlanabilirliğin PCB tasarımını ölçmek için önemli bir endekstir. Genel olarak konuşursak, bileşenler mümkün olduğunca eşit, düzenli ve düzgün bir şekilde düzenlenir ve aynı yön ve kutup dağılımına göre düzenlenir. Düzenli düzenleme, inceleme için uygundur ve yama/takma hızının iyileştirilmesine yardımcı olur, düzgün dağıtım, ısı dağıtımına ve kaynak işleminin optimizasyonuna yardımcı olur. Öte yandan, süreci basitleştirmek için PCB tasarımcıları, PCB'nin her iki tarafında yalnızca bir grup kaynak işleminin (reflow kaynak ve dalga kaynağı) kullanılabileceğinin her zaman farkında olmalıdır. Bu özellikle montaj yoğunluğunda dikkat çekicidir, PCB kaynak yüzeyinin daha fazla yama bileşeni ile dağıtılması gerekir. Tasarımcı, kaynak yüzeyine monte edilen bileşenler için hangi grup kaynak işleminin kullanılacağını düşünmelidir. Tercihen, delikli cihazların pimlerini aynı anda bileşen yüzeyine kaynaklamak için yama kürlemesinden sonra bir dalga lehimleme işlemi kullanılabilir. Bununla birlikte, dalga kaynağı yama bileşenleri nispeten katı kısıtlamalara sahiptir; yalnızca 0603 ve üzeri boyutta talaş direnci, SOT, SOIC (pim aralığı ≥1 mm ve yükseklik 2,0 mm'den az) kaynak. Kaynak yüzeyine dağıtılan bileşenler için, bileşenlerin her iki tarafındaki kaynak uçlarının veya kablolarının aynı anda kaynağa daldırılmasını sağlamak amacıyla, dalga tepesi kaynağı sırasında pimlerin yönü PCB'nin iletim yönüne dik olmalıdır. Düzenleme sırası ve bitişik bileşenler arasındaki aralık, Şekil 2'de gösterildiği gibi "koruyucu etkiyi" önlemek için dalga tepesi kaynağının gerekliliklerini de karşılamalıdır. 1. Dalga lehimleme SOIC ve diğer çok pimli bileşenleri kullanırken, sürekli kaynağı önlemek için iki (her iki tarafta 1) lehim ayağında kalay akışı yönünde ayarlanmalıdır.

Benzer türdeki bileşenler, bileşenlerin monte edilmesini, incelenmesini ve kaynaklanmasını kolaylaştırmak için kart üzerinde aynı yönde düzenlenmelidir. Örneğin, tüm radyal kapasitörlerin negatif terminTümerinin plakanın sağ tarafına bakması, tüm DIP çentiklerinin aynı yöne bakması vb. enstrümantasyonu hızlandırabilir ve hataların bulunmasını kolaylaştırabilir. Şekil 2'de gösterildiği gibi A kartı bu yöntemi benimsediğinden ters kapasitörün bulunması kolaylaşırken B kartının bulunması daha fazla zaman alır. Aslında bir şirket ürettiği tüm devre kartı bileşenlerinin yönünü standartlaştırabilir. Bazı pano düzenleri buna mutlaka izin vermeyebilir, ancak bunun için çaba gösterilmesi gerekir.

PCB tasarımında hangi üretilebilirlik sorunları dikkate alınmalıdır?

Ayrıca benzer bileşen tipleri, Şekil 3'te gösterildiği gibi tüm bileşen ayakları aynı yönde olacak şekilde mümkün olduğunca birlikte topraklanmalıdır.

Ancak yazar gerçekten de montaj yoğunluğunun çok yüksek olduğu ve PCB'nin kaynak yüzeyinin ince aralıklı SOIC ve TSOP'un yanı sıra tantal kapasitör ve yama endüktansı gibi yüksek bileşenlerle dağıtılması gereken çok sayıda PCBS ile karşılaşmış. Bu durumda geri akışlı kaynak için yalnızca çift taraflı baskılı lehim pastası yaması kullanmak mümkün olup, manuel kaynağa uyum sağlamak için bileşenlerin dağıtımında mümkün olduğunca eklenti bileşenler yoğunlaştırılmalıdır. Diğer bir olasılık da, seçici dalga lehimleme işlemine uyum sağlamak için bileşen yüzeyindeki delikli elemanların birkaç ana düz çizgi halinde mümkün olduğunca dağıtılması gerektiğidir; bu, manüel kaynaklamayı ortadan kaldırabilir, verimliliği artırabilir ve kaynak kalitesini garanti edebilir. Ayrık lehim bağlantısı dağıtımı, seçici dalga lehimlemede işlem süresini katlayacak önemli bir tabudur.

Baskılı karton dosyasındaki bileşenlerin konumunu ayarlarken, bileşenler ile serigrafi sembolleri arasındaki birebir yazışmalara dikkat etmek gerekir. Bileşenlerin yanındaki serigrafi sembolleri hareket ettirilmeden bileşenler hareket ettirilirse, bu imalatta büyük bir kalite tehlikesi haline gelecektir, çünkü gerçek üretimde serigrafi sembolleri üretimi yönlendirebilecek endüstri dilidir.

2.2 PCB, otomatik üretim için gerekli olan sıkıştırma kenarları, konumlandırma işaretleri ve proses konumlandırma delikleri ile donatılmalıdır.

Şu anda, elektronik montaj otomasyon derecesine sahip endüstrilerden biridir, üretimde kullanılan otomasyon ekipmanı PCB'nin otomatik iletimini gerektirir, böylece PCB'nin iletim yönü (genellikle uzun yan yön için), üst ve alt her biri 3-5 mm'den az olmayan bir genişliğe sahiptir, otomatik iletimi kolaylaştırmak için, kelepçelemenin otomatik olarak monte edilememesi nedeniyle tahtanın kenarına yakın olmasından kaçının.

Konumlandırma işaretleyicilerinin rolü, PCB'nin, optik konumlandırmada yaygın olarak kullanılan montaj ekipmanı için PCB'yi doğru bir şekilde konumlandırmak ve PCB işleme hatalarını düzeltmek amacıyla optik tanımlama sistemi için en az iki veya üç konumlandırma işaretleyicisi sağlamasının gerekli olmasıdır. Yaygın olarak kullanılan konumlandırma işaretleyicilerinden ikisinin PCB'nin köşegenine dağıtılması gerekir. Konumlandırma işaretlerinin seçiminde genellikle katı yuvarlak ped gibi standart grafikler kullanılır. Tanımlamayı kolaylaştırmak için, işaretlerin etrafında, diğer devre özellikleri veya işaretleri olmayan, boyutu işaretlerin çapından (Şekil 4'te gösterildiği gibi) az olmayacak şekilde boş bir alan bulunmalı ve işaretler ile tahta kenarı arasındaki mesafe 5 mm'den fazla olmalıdır.

PCB'nin kendi imalatında, ayrıca yarı otomatik eklenti montaj sürecinde, ICT testlerinde ve diğer işlemlerde PCB'nin köşelerde iki ila üç konumlandırma deliği sağlaması gerekir.

2.3 Üretim verimliliğini ve esnekliğini artırmak için panellerin akılcı kullanımı

Küçük boyutlu veya düzensiz şekilli PCB'yi monte ederken, birçok kısıtlamaya tabi olacaktır, bu nedenle, genellikle birkaç küçük PCB'nin, Şekil 5'te gösterildiği gibi uygun boyuttaki PCB'ye birleştirilmesi benimsenir. Genel olarak, tek yan boyutu 150 mm'den küçük olan PCB'nin, ekleme yöntemini benimsemesi düşünülebilir. İki, üç, dört vb. ile büyük PCB'nin boyutu uygun işleme aralığına eklenebilir. Genellikle 150mm~250mm genişliğinde ve 250mm~350mm uzunluğundaki PCB, otomatik montajda daha uygun boyuttur.

Kartın başka bir yolu, PCB'yi her iki tarafında da SMD ile pozitif ve negatif bir yazımı büyük bir tahtaya düzenlemektir; böyle bir tahta genellikle Yin ve Yang olarak bilinir, genellikle ekran panosunun maliyetinden tasarruf etmek için, yani, böyle bir pano aracılığıyla, başlangıçta ekran panosunun iki tarafına ihtiyaç duyulur, şimdi sadece bir ekran panosu açmanız gerekir. Ayrıca teknisyenler SMT makinesinin çalışma programını hazırladığında Yin ve Yang'ın PCB programlama verimliliği de daha yüksektir.

Kart bölündüğünde, alt paneller arasındaki bağlantı çift yüzlü V-şekilli oluklar, uzun yuva delikleri ve yuvarlak delikler vb. ile yapılabilir, ancak tasarımın mümkün olduğu kadar ayırma hattını düz bir çizgide yapacak şekilde düşünülmesi gerekir, kartı kolaylaştırmak için, aynı zamanda ayırma tarafının PCB hattına çok yakın olamayacağını, böylece PCB'nin karta zarar vermesinin kolay olmayacağını da göz önünde bulundurun.

Ayrıca çok ekonomik bir kart da var ve PCB kartını değil, ızgara grafik kartının ağını ifade ediyor. Otomatik lehim pastası baskı presinin uygulanmasıyla, mevcut daha gelişmiş baskı presi (DEK265 gibi) 790 × 790 mm çelik hasır boyutuna izin vermiş, çok taraflı bir PCB örgü deseni oluşturmuş, birden fazla ürünün basımı için bir çelik hasır parçası elde edebilmiş, çok maliyet tasarrufu sağlayan bir uygulamadır, özellikle küçük partilerin ve çeşitli üreticilerin ürün özelliklerine uygundur.

2.4 Test edilebilirlik tasarımına ilişkin hususlar

SMT'nin test edilebilirlik tasarımı temel olarak mevcut BİT ekipmanı durumuna yöneliktir. Devre ve yüzeye monte PCB SMB tasarımlarında üretim sonrası üretime yönelik test konuları dikkate alınır. Test edilebilirlik tasarımını geliştirmek için proses tasarımı ve elektrik tasarımının iki gereksinimi dikkate alınmalıdır.

2.4.1 Proses tasarımının gereklilikleri

Konumlandırmanın doğruluğu, alt tabaka üretim prosedürü, alt tabaka boyutu ve prob tipinin tümü, probun güvenilirliğini etkileyen faktörlerdir.

(1) konumlandırma deliği. Alt tabakadaki deliklerin konumlandırılma hatası ±0,05 mm dahilinde olmalıdır. En az iki konumlandırma deliğini mümkün olduğu kadar uzağa yerleştirin. Lehim kaplamasının kalınlığını azaltmak için metalik olmayan konumlandırma deliklerinin kullanılması tolerans gerekliliklerini karşılayamaz. Alt tabaka bir bütün olarak üretilip ayrı ayrı test ediliyorsa, konumlandırma deliklerinin anakartta ve her bir alt tabaka üzerinde bulunması gerekir.

(2) Test noktasının çapı 0,4 mm'den az değildir ve bitişik test noktaları arasındaki aralık 2,54 mm'den fazla, 1,27 mm'den az değildir.

(3) Yüksekliği *mm'den yüksek olan bileşenler test yüzeyine yerleştirilmemelidir; bu, çevrimiçi test fikstürünün probu ile test noktası arasında zayıf temasa neden olacaktır.

(4) Prob ile bileşen arasında darbe hasarını önlemek için test noktasını bileşenden 1,0 mm uzağa yerleştirin. Konumlandırma deliği halkasının 3,2 mm yakınında hiçbir bileşen veya test noktası olmamalıdır.

(5) Test noktası, kelepçeleme fikstürünü sağlamak için kullanılan PCB kenarından 5 mm'ye kadar ayarlanmamalıdır. Aynı proses avantajı genellikle konveyör bant üretim ekipmanlarında ve SMT ekipmanlarında da gereklidir.

(6) Tüm algılama noktaları, güvenilir teması sağlamak ve probun servis ömrünü uzatmak için yumuşak dokulu, kolay nüfuz eden ve oksitlenmeyen kalaylı veya metal iletken malzemelerden seçilecektir.

(7) Test noktası lehim direnci veya metin mürekkebi ile kaplanamaz, aksi takdirde test noktasının temas alanı azalacak ve testin güvenilirliği azalacaktır.

2.4.2 Elektrik tasarımına ilişkin gereklilikler

(1) Bileşen yüzeyinin SMC/SMD test noktası, mümkün olduğu kadar delikten kaynak yüzeyine yönlendirilmeli ve delik çapı 1 mm'den büyük olmalıdır. Bu şekilde çevrimiçi test için tek taraflı iğne yatakları kullanılabilir ve böylece çevrimiçi testin maliyeti azalır.

(2) Her elektrik düğümünün bir test noktası olmalı ve her IC, GÜÇ ve TOPRAK için bir test noktasına sahip olmalı ve bu bileşene mümkün olduğunca yakın, IC'den 2,54 mm aralık dahilinde olmalıdır.

(3) Test noktasının genişliği, devre yönlendirmesinde ayarlandığında 40 mil genişliğe kadar genişletilebilir.

(4) Test noktalarını baskılı tahtaya eşit şekilde dağıtın. Prob belirli bir alanda yoğunlaşmışsa, yüksek basınç test altındaki plakayı veya iğne yatağını deforme edecek ve probun bir kısmının test noktasına ulaşması engellenecektir.

(5) Devre kartındaki güç kaynağı hattı, test kesme noktasını ayarlamak için bölgelere bölünmelidir, böylece güç ayırma kapasitörü veya devre kartındaki diğer bileşenler güç kaynağına kısa devre göründüğünde arıza noktasını daha hızlı ve doğru bir şekilde bulun. Kesme noktaları tasarlanırken, test kesme noktasının sürdürülmesinden sonraki güç taşıma kapasitesi dikkate alınmalıdır.

Şekil 6, bir test noktası tasarımının bir örneğini göstermektedir. Test pedi, uzatma kablosuyla bileşenin ucunun yakınına yerleştirilir veya test düğümü, delikli ped tarafından kullanılır. Bileşenin lehim bağlantısında test düğümünün seçilmesi kesinlikle yasaktır. Bu test, sanal kaynak bağlantısının, probun basıncı altında ideal konuma çıkmasını sağlayabilir, böylece sanal kaynak hatası örtbas edilir ve "hata maskeleme etkisi" meydana gelir. Konumlandırma hatasının neden olduğu probun sapması nedeniyle prob doğrudan bileşenin uç noktası veya pimi üzerinde etkili olabilir ve bu da bileşene zarar verebilir.

PCB tasarımında hangi üretilebilirlik konuları dikkate alınmalıdır?

3. PCB Tasarımına ilişkin kapanış konuşması

Yukarıdakiler PCB tasarımında dikkate alınması gereken ana ilkelerden bazılarıdır. Elektronik montaja yönelik PCB imalat tasarımında, eşleşen alanın yapısal parçalarla makul şekilde düzenlenmesi, serigrafi grafiklerin ve metinlerin makul şekilde dağıtılması, ağır veya büyük ısıtma cihazı konumunun uygun şekilde dağıtılması gibi pek çok ayrıntı vardır. PCB'nin tasarım aşamasında, test noktası ve test alanını uygun konuma ayarlamak ve kaplinler çekme ve basma perçinleme işlemiyle monte edildiğinde kalıp ile yakındaki dağıtılmış bileşenler arasındaki girişimi dikkate almak gerekir. Bir PCB tasarımcısı, yüksek kalite, yüksek verimlilik ve düşük maliyet elde etmek için sadece iyi elektriksel performansın ve güzel bir yerleşim planının nasıl elde edileceğini değil aynı zamanda PCB tasarımında aynı derecede önemli bir nokta olan üretilebilirliği de dikkate alır.