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2023-05-10
Con la creciente competencia en el mercado de los productos de comunicación y electrónicos, el ciclo de vida de los productos se está acortando.La actualización de los productos originales y la velocidad de lanzamiento de nuevos productos juegan un papel cada vez más crítico en la supervivencia y el desarrollo de la empresa.En el enlace de fabricación, cómo obtener nuevos productos con mayor capacidad de fabricación y calidad de fabricación con menos tiempo de espera en la producción se ha convertido cada vez más en la competitividad que persiguen las personas con visión.
En la fabricación de productos electrónicos, con la miniaturización y la complejidad de los productos, la densidad de ensamblaje de las placas de circuito es cada vez mayor.En consecuencia, la nueva generación de procesos de ensamblaje SMT que se ha utilizado ampliamente requiere que los diseñadores consideren la capacidad de fabricación desde el principio.Una vez que la capacidad de fabricación deficiente es causada por una consideración deficiente en el diseño, está obligado a modificar el diseño, lo que inevitablemente prolongará el tiempo de introducción del producto y aumentará el costo de introducción.Incluso si el diseño de PCB cambia ligeramente, el costo de volver a hacer la placa impresa y la placa de pantalla de impresión de pasta de soldadura SMT es de miles o incluso decenas de miles de yuanes, e incluso es necesario volver a depurar el circuito analógico.
El retraso del tiempo de importación puede hacer que la empresa pierda la oportunidad en el mercado y se encuentre en una posición estratégicamente muy desventajosa.Sin embargo, si el producto se fabrica sin modificaciones, inevitablemente tendrá defectos de fabricación o aumentará los costos de fabricación, que serán más costosos.Por lo tanto, cuando las empresas diseñan nuevos productos, cuanto antes se considere la capacidad de fabricación del diseño, más propicio para la introducción efectiva de nuevos productos.
La capacidad de fabricación del diseño de PCB se divide en dos categorías, una es la tecnología de procesamiento para producir placas de circuito impreso;El segundo se refiere al circuito y estructura de los componentes y placas de circuito impreso del proceso de montaje.Para la tecnología de procesamiento de la producción de placas de circuito impreso, los fabricantes generales de PCB, debido a la influencia de su capacidad de fabricación, proporcionarán a los diseñadores requisitos muy detallados, lo cual es relativamente bueno en la práctica.Pero según el entendimiento del autor, lo real en la práctica que no ha recibido suficiente atención es el segundo tipo, a saber, el diseño de fabricación para ensamblaje electrónico.El enfoque de este documento también es describir los problemas de fabricación que los diseñadores deben considerar en la etapa de diseño de PCB.
El diseño de la capacidad de fabricación para el ensamblaje electrónico requiere que los diseñadores de PCB consideren lo siguiente al comienzo del diseño de PCB:
La selección del modo de ensamblaje y el diseño de los componentes es un aspecto muy importante de la capacidad de fabricación de PCB, que tiene un gran impacto en la eficiencia del ensamblaje, el costo y la calidad del producto.De hecho, el autor ha estado en contacto con bastantes PCB, y todavía hay una falta de consideración en algunos principios muy básicos.
Generalmente, de acuerdo con las diferentes densidades de ensamblaje de PCB, se recomiendan los siguientes métodos de ensamblaje:
Como ingeniero de diseño de circuitos, debo tener una comprensión correcta del proceso de ensamblaje de PCB, para poder evitar cometer algunos errores en principio.Al seleccionar el modo de ensamblaje, además de considerar la densidad de ensamblaje de PCB y la dificultad del cableado, es necesario considerar el flujo de proceso típico de este modo de ensamblaje y el nivel de equipo de proceso de la propia empresa.Si la empresa no tiene un buen proceso de soldadura por ola, entonces elegir el quinto método de ensamblaje en la tabla anterior puede causarle muchos problemas.También vale la pena señalar que si el proceso de soldadura por ola está planificado para la superficie de soldadura, se debe evitar complicar el proceso colocando algunos SMDS en la superficie de soldadura.
El diseño de los componentes de PCB tiene un impacto muy importante en la eficiencia y el costo de producción y es un índice importante para medir el diseño de PCB de la capacidad de conexión.En términos generales, los componentes están dispuestos de la manera más uniforme, regular y ordenada posible, y dispuestos en la misma dirección y distribución de polaridad.La disposición regular es conveniente para la inspección y favorece la mejora de la velocidad de conexión/parche, la distribución uniforme favorece la disipación del calor y la optimización del proceso de soldadura.
Por otro lado, para simplificar el proceso, los diseñadores de PCB siempre deben tener en cuenta que solo se puede usar un proceso de soldadura en grupo de soldadura por reflujo y soldadura por ola en cada lado de la PCB.Esto es especialmente notable en la densidad de ensamblaje, la superficie de soldadura de PCB debe distribuirse con más componentes de parche.El diseñador debe considerar qué proceso de soldadura en grupo usar para los componentes montados en la superficie de soldadura.Preferiblemente, se puede usar un proceso de soldadura por ola después del curado del parche para soldar las clavijas de los dispositivos perforados en la superficie del componente al mismo tiempo.
Sin embargo, los componentes del parche de soldadura por ola tienen restricciones relativamente estrictas, solo 0603 y resistencia de astillado de tamaño superior, soldadura SOT, SOIC (espaciado entre pines ≥1 mm y altura inferior a 2,0 mm).Para los componentes distribuidos en la superficie de soldadura, la dirección de los pines debe ser perpendicular a la dirección de transmisión de la placa de circuito impreso durante la soldadura de cresta de onda, para garantizar que los extremos de soldadura o los conductores en ambos lados de los componentes estén sumergidos en la soldadura al mismo tiempo. tiempo.
El orden de disposición y la separación entre componentes adyacentes también deben cumplir los requisitos de la soldadura de cresta de onda para evitar el "efecto de protección", como se muestra en la FIG.1. Al usar SOIC de soldadura por ola y otros componentes de clavijas múltiples, debe configurarse en la dirección del flujo de estaño en dos (cada lado 1) pies de soldadura, para evitar la soldadura continua.
Los componentes de tipo similar deben colocarse en la misma dirección en la placa, lo que facilita el montaje, la inspección y la soldadura de los componentes.Por ejemplo, tener los terminales negativos de todos los capacitores radiales hacia el lado derecho de la placa, tener todas las muescas DIP en la misma dirección, etc., puede acelerar la instrumentación y facilitar la búsqueda de errores.Como se muestra en la Figura 2, dado que la placa A adopta este método, es fácil encontrar el condensador inverso, mientras que la placa B tarda más en encontrarlo.De hecho, una empresa puede estandarizar la orientación de todos los componentes de la placa de circuito que fabrica.Es posible que algunos diseños de placa no lo permitan necesariamente, pero debería ser un esfuerzo.
Qué problemas de fabricación deben considerarse en el diseño de PCB
Además, los tipos de componentes similares deben conectarse a tierra juntos tanto como sea posible, con todas las patas de los componentes en la misma dirección, como se muestra en la Figura 3.
Sin embargo, el autor ha encontrado una gran cantidad de PCBS, donde la densidad de ensamblaje es demasiado alta, y la superficie de soldadura de la PCB también debe distribuirse con componentes altos como capacitor de tantalio e inductancia de parche, así como SOIC de espacio delgado. y TSOP.En este caso, solo es posible utilizar parches de soldadura en pasta impresos a doble cara para la soldadura de reflujo, y los componentes enchufables deben concentrarse en la medida de lo posible en la distribución de los componentes para adaptarse a la soldadura manual.Otra posibilidad es que los elementos perforados en la cara del componente se distribuyan en la medida de lo posible en unas pocas líneas rectas principales para acomodar el proceso de soldadura por ola selectiva, que puede evitar la soldadura manual y mejorar la eficiencia y garantizar la calidad de la soldadura.La distribución discreta de juntas de soldadura es un tabú importante en la soldadura por ola selectiva, lo que multiplicará el tiempo de procesamiento.
Al ajustar la posición de los componentes en el archivo de la placa impresa, es necesario prestar atención a la correspondencia uno a uno entre los componentes y los símbolos de serigrafía.Si los componentes se mueven sin mover los símbolos de serigrafía al lado de los componentes, se convertirá en un riesgo importante para la calidad en la fabricación, porque en la producción real, los símbolos de serigrafía son el lenguaje de la industria que puede guiar la producción.
En la actualidad, el montaje electrónico es una de las industrias con un grado de automatización, el equipo de automatización utilizado en la producción requiere transmisión automática de PCB, de modo que la dirección de transmisión de PCB (generalmente para la dirección del lado largo), la parte superior e inferior cada uno tenga un borde de sujeción de no menos de 3-5 mm de ancho, para facilitar la transmisión automática, evite cerca del borde del tablero debido a que la sujeción no puede montarse automáticamente.
La función de los marcadores de posicionamiento es que la PCB debe proporcionar al menos dos o tres marcadores de posicionamiento para que el sistema de identificación óptica ubique con precisión la PCB y corrija los errores de mecanizado de la PCB para el equipo de ensamblaje que se usa ampliamente en el posicionamiento óptico.De los marcadores de posicionamiento comúnmente utilizados, dos deben estar distribuidos en la diagonal del PCB.La selección de marcas de posicionamiento generalmente utiliza gráficos estándar, como una almohadilla redonda sólida.Para facilitar la identificación, debe haber un área vacía alrededor de las marcas sin otras características del circuito o marcas, cuyo tamaño no debe ser menor que el diámetro de las marcas (como se muestra en la Figura 4), y la distancia entre las marcas y el borde del tablero debe tener más de 5 mm.
En la fabricación de la propia placa de circuito impreso, así como en el proceso de montaje de complementos semiautomáticos, pruebas de TIC y otros procesos, la placa de circuito impreso debe contar con dos o tres orificios de posicionamiento en las esquinas.
Al ensamblar PCB con tamaños pequeños o formas irregulares, estará sujeto a muchas restricciones, por lo que generalmente se adopta para ensamblar varios PCB pequeños en PCB de tamaño apropiado, como se muestra en la Figura 5. Generalmente, PCB con un tamaño de lado único de menos de 150 mm se puede considerar para adoptar el método de empalme.Por dos, tres, cuatro, etc., el tamaño de PCB grande se puede empalmar al rango de procesamiento adecuado.En general, la placa de circuito impreso con un ancho de 150 mm~250 mm y una longitud de 250 mm~350 mm es el tamaño más adecuado para el montaje automático.
Otra forma de la placa es colocar la PCB con SMD en ambos lados de una ortografía positiva y negativa en una placa grande, dicha placa se conoce comúnmente como Yin y Yang, generalmente por la consideración de ahorrar el costo de la placa de pantalla, es decir, a través de dicho tablero, originalmente necesita dos lados del tablero de pantalla, ahora solo necesita abrir un tablero de pantalla.Además, cuando los técnicos preparan el programa de ejecución de la máquina SMT, la eficiencia de programación de PCB de Yin y Yang también es mayor.
Cuando se divide el tablero, la conexión entre los subtableros se puede realizar mediante ranuras en forma de V de doble cara, orificios ranurados largos y orificios redondos, etc., pero se debe considerar el diseño en la medida de lo posible para hacer la línea de separación en una línea recta, para facilitar la placa, pero también considere que el lado de separación no puede estar demasiado cerca de la línea de PCB para que la PCB sea fácil de dañar cuando la placa.
También es una placa muy económica y no se refiere a la placa PCB, sino a la malla de la placa gráfica grid.Con la aplicación de una prensa de impresión de pasta de soldadura automática, la prensa de impresión más avanzada actual (como DEK265) ha permitido el tamaño de malla de acero de 790 × 790 mm, configurar un patrón de malla de PCB de varios lados, puede lograr una pieza de malla de acero para la impresión de múltiples productos, es una práctica muy económica, especialmente adecuada para las características del producto de lotes pequeños y variedad de fabricantes.
El diseño de capacidad de prueba de SMT es principalmente para la situación actual de los equipos de TIC.Los problemas de prueba para la fabricación posterior a la producción se tienen en cuenta en los diseños de SMB de PCB montados en superficie y circuitos.Para mejorar el diseño de capacidad de prueba, se deben considerar dos requisitos de diseño de procesos y diseño eléctrico.
La precisión del posicionamiento, el procedimiento de fabricación del sustrato, el tamaño del sustrato y el tipo de sonda son factores que afectan la confiabilidad de la sonda.
(1) orificio de posicionamiento.El error de posicionamiento de los agujeros en el sustrato debe ser de ±0,05 mm.Establezca al menos dos orificios de posicionamiento lo más separados posible.El uso de orificios de posicionamiento no metálicos para reducir el espesor del recubrimiento de soldadura no puede cumplir con los requisitos de tolerancia.Si el sustrato se fabrica como un todo y luego se prueba por separado, los orificios de posicionamiento deben ubicarse en la placa base y en cada sustrato individual.
(2) El diámetro del punto de prueba no es inferior a 0,4 mm, y el espacio entre los puntos de prueba adyacentes es superior a 2,54 mm, no inferior a 1,27 mm.
(3) Los componentes cuya altura sea superior a * mm no deben colocarse sobre la superficie de prueba, lo que provocará un contacto deficiente entre la sonda del accesorio de prueba en línea y el punto de prueba.
(4) Coloque el punto de prueba a 1,0 mm del componente para evitar daños por impacto entre la sonda y el componente.No debe haber componentes ni puntos de prueba dentro de los 3,2 mm del anillo del orificio de posicionamiento.
(5) El punto de prueba no debe establecerse dentro de los 5 mm del borde de la placa de circuito impreso, que se utiliza para asegurar el dispositivo de sujeción.Por lo general, se requiere el mismo borde de proceso en equipos de producción de cintas transportadoras y equipos SMT.
(6) Todos los puntos de detección deben estar estañados o deben seleccionarse materiales conductores de metal con textura suave, fácil penetración y que no se oxiden para garantizar un contacto confiable y prolongar la vida útil de la sonda.
(7) el punto de prueba no puede cubrirse con resistencia de soldadura o tinta de texto, de lo contrario, reducirá el área de contacto del punto de prueba y reducirá la confiabilidad de la prueba.
(1) El punto de prueba SMC/SMD de la superficie del componente debe llevarse a la superficie de soldadura a través del orificio en la medida de lo posible, y el diámetro del orificio debe ser superior a 1 mm.De esta forma, los lechos de agujas de un solo lado se pueden usar para las pruebas en línea, lo que reduce el costo de las pruebas en línea.
(2) Cada nodo eléctrico debe tener un punto de prueba, y cada IC debe tener un punto de prueba de ALIMENTACIÓN y TIERRA, y lo más cerca posible de este componente, dentro del rango de 2,54 mm desde el IC.
(3) El ancho del punto de prueba se puede ampliar a 40 mil de ancho cuando se configura en el enrutamiento del circuito.
(4) Distribuya uniformemente los puntos de prueba en la placa impresa.Si la sonda se concentra en un área determinada, la presión más alta deformará la placa o el lecho de agujas bajo prueba, lo que impedirá que parte de la sonda alcance el punto de prueba.
(5) La línea de suministro de energía en la placa de circuito debe dividirse en regiones para establecer el punto de interrupción de la prueba de modo que cuando el capacitor de desacoplamiento de energía u otros componentes en la placa de circuito presenten un cortocircuito en la fuente de alimentación, encuentre el punto de falla más rápidamente y precisamente.Al diseñar puntos de interrupción, se debe considerar la capacidad de transporte de energía después de reanudar el punto de interrupción de prueba.
La Figura 6 muestra un ejemplo de un diseño de punto de prueba.El cable de extensión coloca la almohadilla de prueba cerca del cable del componente o la almohadilla perforada usa el nodo de prueba.Está estrictamente prohibido seleccionar el nodo de prueba en la unión de soldadura del componente.Esta prueba puede hacer que la junta de soldadura virtual se extruya a la posición ideal bajo la presión de la sonda, de modo que la falla de soldadura virtual se cubra y se produzca el llamado "efecto de enmascaramiento de fallas".La sonda puede actuar directamente sobre el punto final o el pin del componente debido a la polarización de la sonda causada por el error de posicionamiento, lo que puede dañar el componente.
¿Qué problemas de fabricación se deben considerar en el diseño de PCB?
Los anteriores son algunos de los principios principales que deben considerarse en el diseño de PCB.En el diseño de fabricación de PCB orientado al ensamblaje electrónico, hay muchos detalles, como la disposición razonable del espacio correspondiente con las partes estructurales, la distribución razonable de gráficos y texto serigrafiados, la distribución adecuada de la ubicación de dispositivos de calefacción pesados o grandes. , En la etapa de diseño de PCB, es necesario configurar el punto de prueba y el espacio de prueba en la posición adecuada, y considerar la interferencia entre la matriz y los componentes distribuidos cercanos cuando los acoplamientos se instalan mediante el proceso de remachado de tracción y presión.Un diseñador de PCB, no solo considera cómo obtener un buen rendimiento eléctrico y un diseño hermoso, sino también un punto igualmente importante que es la capacidad de fabricación en el diseño de PCB, para lograr alta calidad, alta eficiencia y bajo costo.
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