10 ошибок в разводке печатной платы, приводящих к ошибкам при сборке печатной платы 

Абстрактный 

Недостатки разводки печатной платы в опубликованной материнской плате (печатных платах) могут значительно затруднить успех сборки и конечную функциональность. Избежание основных ошибок проектирования печатных плат сокращает задержки производства, снижает расходы и обеспечивает высокое качество. В этой статье рассматриваются 10 основных ошибок проектирования печатных плат, которые часто приводят к ошибкам сборки, подкрепленные передовыми методами проектирования и техническими знаниями.

Исключительная разводка печатной платы выходит за рамки простого создания функциональной схемы. Она включает в себя разработку для производства (DFM) и сборки (DFA). Отличная схема может быть полностью ослаблена форматом, который трудно или невозможно правильно построить.

Избегая этих 10 типичных ошибок проектирования, вы можете значительно минимизировать ошибки при настройке, снизить затраты и ускорить вывод продукции на рынок.

1. Неправильные или неполные посадочные места компонентов.

Ошибка:

• Использование общего посадочного места, которое не соответствует техническим характеристикам конкретного элемента, разработка отпечатка с нуля с неправильными измерениями (например, неправильный размер контактной площадки, шаг или расстояние) или неточная ориентация контакта 1.

Почему это проблема:

• Детали не подойдут: Выводы детали не будут совпадать с контактными площадками, что сделает автоматическую и даже ручную пайку невозможной.
• Плохие паяные соединения: Неправильные размеры контактных площадок могут привести к слабым паяным соединениям, эффекту надгробного камня (когда деталь стоит на одном конце) или соединению припоя.
• Сбой в цепи: Если отображение контактов неверно, схема не будет работать, и элементы могут быть повреждены.

Как это исправить: 

• Доверяйте техническим характеристикам: Всегда используйте технические характеристики производителя для конкретного номера детали, которую вы используете. Он обязательно должен включать «Рекомендуемый шаблон контактных площадок».
• Используйте генераторы посадочных мест, совместимые с IPC: Большинство современных программ EDA (Electronic Style Automation) включают инструменты для создания посадочных мест, совместимых с IPC-7351, на основе измерений элементов.
• Подтвердите контакт 1: Дважды проверьте, чтобы индикатор контакта 1 на вашем посадочном месте совпадал с индикатором на физическом элементе.

2. Недостаточный зазор между компонентами.

Ошибка 

Размещение элементов слишком близко друг к другу — классическая ошибка DFA.

• Надежная загрузка элементов без учета физических требований процесса настройки.

Почему это проблема: 

• Столкновения при выборе и размещении: Насадка устройства выбора и размещения может врезаться в окружающий, более высокий элемент при размещении меньшего.
• Проблемы с пайкой: Соединение припоя может легко произойти между контактными площадками окружающих деталей во время пайки оплавлением.
• Переделка затруднена: Если элемент перестает работать, у специалиста нет физического пространства для использования устройства горячего воздуха или паяльной трубки для удаления и замены его, не повредив его соседей.

Как это исправить: 

• Определите политики DRC: Установите проверки правил проектирования (DRC) в своей программе для расстояния между компонентами. Общее правило — оставить как минимум 0,5 мм (20 мил) между компонентами меньшего размера и даже больше для компонентов большего размера или более высоких.
• Проконсультируйтесь со своим сборщиком: Ваш контрактный производитель (CENTIMETERS) может предоставить вам свои конкретные требования к зазорам в зависимости от их оборудования.

3. Пренебрежение тепловыми отводами.

Ошибка: 

Большие медные заливки и плоскости заземления отлично подходят для управления температурным режимом и стабильности сигнала, но они могут стать кошмаром для пайки.

• Подключение контактной площадки элемента непосредственно к большому медному самолету без теплового отвода.

Почему это проблема: 

• Медный самолет функционирует как огромный теплоотвод, отводя тепло от контактной площадки во время пайки. Это мешает контактной площадке достичь правильной температуры оплавления, что приводит к холодное паяное соединение . Это скрытая проблема, которая может пройти первую проверку, но позже выйти из строя в этой области.

Как это исправить: 

• Используйте тепловые отводы: В своей программе EDA убедитесь, что контактные площадки, подключающиеся к большим медным плоскостям, используют схему теплового отвода (обычно напоминающую спицы на колесе). Это создает тепловой мост, позволяющий контактной площадке достаточно нагреваться, сохраняя при этом прочное электрическое соединение с самолетом.

4. Шелкография поверх контактных площадок.

Ошибка: 

Шелкография — это слой чернил, используемый для обозначений компонентов, логотипов и других маркировок. Хотя это и полезно, это может вызвать серьезные проблемы, если его потерять.

• Размещение шелкографического текста или линий поверх открытых медных контактных площадок, где будут припаяны элементы.

Почему это проблема: 

• Чернила не позволяют припою правильно смачивать контактную площадку. Это создает ненадежное или несуществующее паяное соединение, вызывающее разрыв цепи. Во время настройки деталь может быть перекошена или надгробным камнем, поскольку она пытается выбрать неровную поверхность.

Как это исправить: 

• Запустите проверку DRC: В вашей программе EDA есть подробная проверка зазора между шелкографией и контактной площадкой. Запустите его и устраните все нарушения.
• Соблюдайте зазор: Убедитесь, что существует минимальный зазор (например, 0,1 мм или 4 мил ) между любым типом шелкографии и стороной контактной площадки для пайки.

5. Переходное отверстие в контактной площадке (без надлежащей обработки).

Ошибка: 

Размещение через прямо в центре контактной площадки для поверхностного монтажа — отличный способ сэкономить место, но он требует специального производственного шага.

• Проектирование с переходными отверстиями непосредственно в контактных площадках для пайки без указания производителю, что они должны быть заглушены и покрыты .

Почему это проблема:

•  Во время пайки оплавлением расплавленный припой будет стекать прямо в ствол через капиллярное действие. Это лишает контактную площадку припоя, что приводит к плохому или разомкнутому паяному соединению. Это особенно неприятно для элементов BGA (Round Grid Range).

Как это исправить: 

• Лучшая практика: Лучшее решение — переместить использование непосредственно за пределы контактной площадки и прикрепить его с помощью короткой трассы (известной как конструкция «собачья кость»).
• Если вам следует использовать переходное отверстие в контактной площадке: Четко укажите в своих производственных примечаниях, что переходные отверстия в контактных площадках должны быть «подключены и покрыты» (или «заполнены и покрыты»). Это дополнительный этап процесса с соответствующими затратами, но он важен для надежной настройки.

6. Отсутствующие или плохо размещенные реперные знаки.

Ошибка: 

Реперные знаки — это небольшие медные ручки на печатной плате, которые функционируют как точки отсчета для автоматизированных оптических устройств, таких как машины выбора и размещения.

• Пренебрежение добавлением реперных знаков в макет или размещение их в неоптимальных местах.

Почему это проблема:

•  Без четких реперных знаков устройство выбора и размещения не может точно «видеть» положение и ориентацию платы. Это приводит к систематическим ошибкам позиционирования деталей, когда все детали смещаются или вращаются, что гарантирует неудачную настройку.

Как это исправить: 

• Используйте реперные знаки панели: Разместите как минимум 3 реперных знака на печатной плате, в идеале в форме «L» рядом с углами.
• Используйте локальные реперные знаки: Для элементов с малым шагом, таких как BGA или QFP, разместите 1 или 2 соседних реперных знака рядом с элементом для более точного позиционирования.
• Стандартный макет: Обычный реперный знак — это 1 мм диаметр медного круга с 2 мм размер зазора паяльной маски. Не закрывайте его шелкографией.

7. Неполная или неопределенная производственная документация.

Ошибка: 

Файлы макета, которые вы отправляете своему сборщику, являются их единственным руководством пользователя. Любая двусмысленность обязательно приведет к задержкам или ошибкам.

• Предоставление спецификации (BOM) с отсутствующими номерами деталей поставщика (MPN), недостаточного файла Centroid (выбор и размещение) или неопределенных примечаний по сборке.

Почему это проблема: 

• Заказаны неправильные детали: Без определенного MPN сборщик может приобрести деталь с тем же значением, но с другим корпусом, номинальным напряжением или сопротивлением.
• Ошибки размещения деталей: Неправильные данные Centroid обязательно приведут к тому, что детали будут размещены в неправильном месте или с неправильным поворотом.
• Производственные остановки: Сборщику придется остановить производство и позвонить вам для получения информации, что задержит ваш проект.

Как это исправить: 

• Создайте идеальную спецификацию: Включите обозначения ссылок (R1, C1, U1), количество, значение, конкретный MPN, тип комплекта (0402, SOIC-8) и столбец «Не устанавливать» (DNI), если это необходимо.
• Подтвердите свои документы Centroid: Убедитесь, что он включает обозначение рекомендации, координаты X-Y, поворот и сторону платы (верх/низ) для каждого компонента.
• Предложите четкие иллюстрации сборки: Используйте иллюстрации, чтобы выделить уникальные инструкции, поляризацию (для диодов, конденсаторов) и любые этапы ручной сборки.

8. Пренебрежение политиками панелизации.

Ошибка:

Для серийного производства платы не изготавливаются по одной. Они организованы прямо в большую «панель».

• Размещение деталей слишком близко к краю платы, не учитывая, как платы будут отделены от панели.

Почему это проблема:

•  Элементы, расположенные рядом со стороной, могут быть повреждены маршрутизатором или инструментом для насечки V-образной канавки, используемым для депанелизации. Кроме того, может потребоваться зазор для направляющих инструментов, которые удерживают панель в сборочных машинах.

Как это исправить:  

• Соблюдайте зазор по краям: Держите все элементы на расстоянии не менее 2,5 мм (100 мил) от стороны платы, особенно при использовании V-образных канавок.
• Просмотрите вместе со своим CM: Поговорите со своим домом по настройке об их выбранном методе панелизации (V-образная канавка против маршрутизации вкладок с «мышиными атаками») и расположите соответствующим образом.

9. Плохая разводка паяльной маски

Ошибка:

Паяльная маска — это защитный слой, который предотвращает короткое замыкание окружающих трасс припоем. Неправильно определенная маска так же плоха, как и отсутствие маски вообще.

•  Создание «дамб» или «заусенцев» паяльной маски (маска между контактными площадками), которые также являются тонкими.

Почему это проблема: 

• Если интернет паяльной маски между двумя контактными площадками с малым шагом находится ниже минимальной возможности производителя (например, < 3 мил), он обязательно будет прилипать эффективно. Он может отслаиваться во время производства или пайки, падать на контактную площадку и вызывать перемычку припоя (короткое замыкание).

Как это исправить: 

• Знайте характеристики своей фабрики: Проверьте минимальную ширину сети/заусенцев паяльной маски вашего производителя и установите это в целом в своем DRC.
• Используйте групповое покрытие для малого шага: Для исключительно мелких компонентов, где надежная плотина затруднена, лучше, чтобы производитель использовал единое «групповое» отверстие паяльной маски для ряда контактов.

10. Плохой выбор элементов и управление жизненным циклом.

Ошибка: 

Стиль может быть идеальным для сборки, но его трудно построить, потому что детали недоступны.

• Создание с использованием компонентов, которые являются редкими, не рекомендуются для новых конструкций (NRND) или находятся в конце срока службы (EOL). Кроме того, выбор невероятно маленьких комплектов (например, 01005), когда это абсолютно необходимо.

Почему это проблема: 

• Задержки в цепочке поставок: Если важная деталь имеет срок поставки 52 недели или отсутствует на складе где-либо, ваш проект обречен на провал.
• Более высокие затраты на сборку: Сверхмалые или экзотические комплекты требуют современного оборудования и более строгого контроля процедур, что увеличивает затраты на сборку.

Как это исправить: 

• Проверьте поставки во время макета: Используйте сайты поставщиков (например, Digi-Key, Mouser, Octopart), чтобы проверять уровни поставок и подготовку пока вы делаете .
• Избегайте компонентов EOL/NRND: Большинство веб-сайтов поставщиков обязательно будут отмечать компоненты, которые не рекомендуются для новых макетов. Следуйте этим предупреждениям.
• Укажите альтернативы: В своей спецификации укажите 1 или 2 предварительно проверенных альтернативных номера компонентов для обычных деталей, таких как резисторы и конденсаторы.

Часто задаваемые вопросы 

Вердикт 

Избежание этих 10 обычных ошибок стиля резко повышает цену успеха настройки печатной платы. Правильно спроектированная плата обеспечивает плавный переход от прототипа к производству, снижает ошибки при настройке и минимизирует перерасход средств. Сотрудничество с вашим производителем по настройке печатной платы на этапе макета имеет важное значение.