1. مقدمه طراحی PCB

با افزایش رقابت در بازار محصولات ارتباطی و الکترونیکی، چرخه عمر محصولات در حال کوتاه شدن است.ارتقاء محصولات اصلی و سرعت انتشار محصولات جدید نقش بسیار مهمی در بقا و توسعه شرکت ایفا می کند.در پیوند تولید، نحوه دستیابی به محصولات جدید با قابلیت ساخت و کیفیت ساخت بالاتر با زمان پیشروی کمتر در تولید، به رقابتی شدن بیشتر و بیشتر توسط افراد بینش تبدیل شده است.

در ساخت محصولات الکترونیکی، با کوچک شدن و پیچیدگی محصولات، تراکم مونتاژ برد مدارها بیشتر و بیشتر می شود.بر این اساس، نسل جدید فرآیند مونتاژ SMT که به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است، طراحان را ملزم می کند که قابلیت ساخت را در همان ابتدا در نظر بگیرند.هنگامی که تولید ضعیف به دلیل توجه ضعیف در طراحی ایجاد می شود، ناگزیر به اصلاح طرح می شود که به طور اجتناب ناپذیری زمان معرفی محصول را طولانی می کند و هزینه معرفی را افزایش می دهد.حتی اگر چیدمان PCB اندکی تغییر کند، هزینه ساخت مجدد برد چاپی و صفحه چاپ خمیر لحیم کاری SMT تا هزاران یا حتی ده ها هزار یوان است و مدار آنالوگ حتی نیاز به اشکال زدایی مجدد دارد.تاخیر در زمان واردات ممکن است باعث شود که بنگاه فرصت را در بازار از دست بدهد و از نظر استراتژیک در موقعیت بسیار نامطلوبی قرار گیرد.با این حال، اگر محصول بدون تغییر تولید شود، به ناچار دارای عیوب ساخت و یا افزایش هزینه های ساخت است که هزینه بیشتری را به همراه خواهد داشت.بنابراین، هنگامی که شرکت‌ها محصولات جدید را طراحی می‌کنند، هرچه زودتر قابلیت ساخت طرح در نظر گرفته شود، برای معرفی مؤثر محصولات جدید مساعدتر است.

2. محتویاتی که در طراحی PCB باید در نظر گرفته شوند

قابلیت ساخت طراحی PCB به دو دسته تقسیم می شود، یکی فناوری پردازش تولید بردهای مدار چاپی است.مورد دوم به مدار و ساختار اجزاء و بردهای مدار چاپی فرآیند نصب اشاره دارد.برای فناوری پردازش تولید بردهای مدار چاپی، سازندگان عمومی PCB، به دلیل تأثیر ظرفیت تولید خود، الزامات بسیار دقیقی را در اختیار طراحان قرار می دهند که در عمل نسبتاً خوب است.اما با توجه به درک نویسنده، واقعی در عمل که به اندازه کافی مورد توجه قرار نگرفته است، نوع دوم است، یعنی طراحی قابلیت ساخت برای مونتاژ الکترونیکی.تمرکز این مقاله همچنین توصیف مسائل مربوط به قابلیت ساخت است که طراحان باید در مرحله طراحی PCB در نظر بگیرند.

طراحی قابلیت ساخت برای مونتاژ الکترونیکی، طراحان PCB را ملزم می کند تا در ابتدای طراحی PCB موارد زیر را در نظر بگیرند:

2.1 انتخاب مناسب حالت مونتاژ و چیدمان اجزا در طراحی PCB

انتخاب حالت مونتاژ و چیدمان اجزاء یک جنبه بسیار مهم در ساخت PCB است که تأثیر زیادی بر کارایی مونتاژ، هزینه و کیفیت محصول دارد.در واقع، نویسنده با تعداد زیادی PCB در تماس بوده است و هنوز در برخی از اصول بسیار اساسی توجهی وجود ندارد.

(1) روش مونتاژ مناسب را انتخاب کنید

به طور کلی، با توجه به تراکم های مختلف مونتاژ PCB، روش های مونتاژ زیر توصیه می شود:

روش مونتاژ	شماتیک	فرآیند مجمع عمومی
1 SMD کامل یک طرفه		خمیر لحیم چاپ تک پانل، لحیم کاری مجدد پس از قرار دادن
2 SMD کامل دو طرفه		الف. خمیر لحیم چاپ شده در سمت B، لحیم کاری مجدد SMD یا چسب کلمات جامد در سمت B (چاپ شده) پس از حداکثر لحیم کاری
3 مجموعه اصلی یک طرفه		خمیر لحیم چاپی، لحیم کاری مجدد پس از قرار دادن SMD لحیم کاری موجی ضعیف اجزای سوراخ دار در آینده
4 جزء مخلوط در سمت A SMD ساده فقط در سمت B		خمیر لحیم چاپ شده در سمت A، لحیم کاری مجدد SMD.پس از نقطه گذاری (چاپ) چسب SMD در سمت B، نصب قطعات سوراخ شده، لحیم کاری موجی THD و SMD در سمت B
5 SMD ساده را فقط در سمت B قرار دهید		پس از پخت SMD با چسب نقطه ای (چاپی) در سمت B، اجزای سوراخ شده سوار شده و به THD و B-side SMD لحیم می شوند.

به عنوان یک مهندس طراحی مدار، باید درک درستی از فرآیند مونتاژ PCB داشته باشم تا بتوانم اصولاً از برخی اشتباهات جلوگیری کنم.هنگام انتخاب حالت مونتاژ، علاوه بر در نظر گرفتن تراکم مونتاژ PCB و سختی سیم کشی، لازم است جریان فرآیند معمولی این حالت مونتاژ و سطح تجهیزات فرآیند خود شرکت را در نظر بگیرید.اگر شرکت فرآیند جوشکاری موج خوبی نداشته باشد، انتخاب روش مونتاژ پنجم در جدول بالا ممکن است مشکلات زیادی را برای شما به همراه داشته باشد.همچنین شایان ذکر است که اگر فرآیند لحیم کاری موجی برای سطح جوش برنامه ریزی شده است، باید با قرار دادن چند SMDS روی سطح جوشکاری از پیچیده شدن فرآیند جلوگیری کرد.

(2) طرح کامپوننت

چیدمان اجزای PCB تأثیر بسیار مهمی بر کارایی و هزینه تولید دارد و یک شاخص مهم برای اندازه گیری طراحی PCB قابلیت اتصال است.به طور کلی، اجزا تا حد امکان به طور یکنواخت، منظم و منظم چیده شده اند و در یک جهت و توزیع قطبی قرار گرفته اند.چیدمان منظم برای بازرسی مناسب است و برای بهبود سرعت وصله / پلاگین مفید است، توزیع یکنواخت برای اتلاف گرما و بهینه سازی فرآیند جوشکاری مفید است.از سوی دیگر، به منظور ساده سازی فرآیند، طراحان PCB باید همیشه توجه داشته باشند که فقط یک فرآیند جوش گروهی جوشکاری جریانی و جوش موجی را می توان در دو طرف PCB استفاده کرد.این به ویژه در تراکم مونتاژ قابل توجه است، سطح جوش PCB باید با اجزای پچ بیشتری توزیع شود.طراح باید در نظر بگیرد که از کدام فرآیند جوش گروهی برای اجزای نصب شده روی سطح جوش استفاده کند.ترجیحاً می توان از فرآیند لحیم کاری موجی پس از پخت وصله برای جوش دادن پین های دستگاه های سوراخ شده روی سطح قطعه به طور همزمان استفاده کرد.با این حال، اجزای وصله جوش موج دارای محدودیت‌های نسبتاً سختی هستند، فقط مقاومت تراشه‌های اندازه 0603 و بالاتر، SOT، SOIC (فاصله پین ​​≥1mm و ارتفاع کمتر از 2.0mm) جوشکاری دارند.برای اجزای توزیع شده روی سطح جوش، جهت پین ها باید عمود بر جهت انتقال PCB در طول جوشکاری تاج موج باشد، به طوری که اطمینان حاصل شود که انتهای جوش یا سرنخ های جوش در هر دو طرف اجزا به طور همزمان در جوش غوطه ور هستند. زمان.ترتیب آرایش و فاصله بین اجزای مجاور نیز باید الزامات جوشکاری تاج موج را برآورده کند تا از "اثر محافظ" جلوگیری شود، همانطور که در شکل نشان داده شده است.1. هنگام استفاده از لحیم کاری موجی SOIC و سایر اجزای چند پین، باید در جهت جریان قلع در دو (هر طرف 1) پای لحیم کاری تنظیم شود تا از جوشکاری مداوم جلوگیری شود.

قطعات از نوع مشابه باید در یک جهت روی تخته چیده شوند تا نصب، بازرسی و جوش دادن قطعات آسانتر شود.به عنوان مثال، داشتن پایانه های منفی تمام خازن های شعاعی رو به سمت راست صفحه، داشتن تمام بریدگی های DIP در یک جهت و غیره، می تواند سرعت ابزار دقیق را افزایش دهد و یافتن خطاها را آسان تر کند.همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، از آنجایی که برد A این روش را اتخاذ می کند، یافتن خازن معکوس آسان است، در حالی که برد B برای یافتن آن زمان بیشتری می برد.در واقع، یک شرکت می تواند جهت گیری تمام اجزای برد مداری را که می سازد استاندارد کند.برخی از چیدمان‌های تابلو ممکن است لزوماً این اجازه را ندهند، اما باید تلاش کرد.

در طراحی PCB چه مسائل مربوط به قابلیت ساخت باید در نظر گرفته شود

همچنین، انواع اجزای مشابه باید تا حد امکان به هم متصل شوند و تمام پایه‌های اجزا در یک جهت باشند، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است.

با این حال، نویسنده در واقع با تعداد زیادی PCBS مواجه شده است، که در آن چگالی مونتاژ بسیار بالا است، و سطح جوش PCB نیز باید با اجزای بالایی مانند خازن تانتالیوم و اندوکتانس وصله، و همچنین SOIC با فاصله نازک توزیع شود. و TSOP.در این حالت فقط می توان از وصله خمیر لحیم چاپی دو طرفه برای جوشکاری جریان برگشتی استفاده کرد و اجزای پلاگین باید تا حد امکان در توزیع قطعات متمرکز شوند تا با جوشکاری دستی سازگار شوند.احتمال دیگر این است که عناصر سوراخ شده روی صفحه اجزاء باید تا حد امکان در چند خط مستقیم اصلی توزیع شوند تا فرآیند لحیم کاری موج انتخابی را تطبیق دهند که می تواند از جوشکاری دستی جلوگیری کند و کارایی را بهبود بخشد و کیفیت جوش را تضمین کند.توزیع گسسته اتصال لحیم کاری یک تابو اصلی در لحیم کاری موج انتخابی است که زمان پردازش را چند برابر می کند.

هنگام تنظیم موقعیت اجزاء در فایل برد چاپی، باید به مطابقت یک به یک بین اجزا و نمادهای سیلک اسکرین توجه کرد.اگر قطعات بدون حرکت متناظر نمادهای صفحه ابریشمی در کنار قطعات جابه‌جا شوند، به یک خطر کیفی عمده در ساخت تبدیل می‌شود، زیرا در تولید واقعی، نمادهای صفحه ابریشمی زبان صنعت هستند که می‌توانند تولید را هدایت کنند.

2.2 PCB باید مجهز به لبه های گیره، علائم موقعیت یابی و سوراخ های تعیین موقعیت فرآیند لازم برای تولید خودکار باشد.

در حال حاضر، نصب الکترونیکی یکی از صنایع دارای درجه اتوماسیون است، تجهیزات اتوماسیون مورد استفاده در تولید نیاز به انتقال خودکار PCB دارد، به طوری که جهت انتقال PCB (به طور کلی برای جهت جانبی طولانی)، بالا و پایین هر کدام. دارای لبه گیره با عرض حداقل 3-5 میلی متر، به منظور تسهیل انتقال خودکار، از نزدیکی لبه تخته اجتناب کنید زیرا گیره نمی تواند به طور خودکار نصب شود.

نقش نشانگرهای موقعیت یابی این است که PCB باید حداقل دو یا سه نشانگر موقعیت یابی برای سیستم شناسایی نوری فراهم کند تا بتواند به طور دقیق PCB را تعیین کند و خطاهای ماشینکاری PCB را برای تجهیزات مونتاژ که به طور گسترده در موقعیت یابی نوری استفاده می شود، تصحیح کند.از بین نشانگرهای موقعیت یابی که معمولاً استفاده می شود، دو نشانگر باید روی مورب PCB توزیع شوند.انتخاب علامت های موقعیت یابی عموماً از گرافیک های استاندارد مانند یک پد گرد جامد استفاده می کند.به منظور تسهیل در شناسایی، باید یک ناحیه خالی در اطراف علامت ها بدون سایر مشخصات مدار یا علائم وجود داشته باشد که اندازه آن نباید کمتر از قطر علائم (مانند شکل 4) و فاصله بین علائم باشد. و لبه تخته باید بیش از 5 میلی متر باشد.

در ساخت PCB خود، و همچنین در فرآیند مونتاژ پلاگین نیمه اتوماتیک، تست ICT و سایر فرآیندها، PCB نیاز به ایجاد دو تا سه سوراخ موقعیت در گوشه ها دارد.

2.3 استفاده منطقی از پانل ها برای بهبود کارایی و انعطاف پذیری تولید

هنگام مونتاژ PCB با اندازه های کوچک یا اشکال نامنظم، تحت محدودیت های زیادی قرار خواهد گرفت، بنابراین معمولاً مونتاژ چندین PCB کوچک در PCB با اندازه مناسب، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است، اتخاذ می شود. بیش از 150 میلی متر را می توان برای اتخاذ روش اتصال در نظر گرفت.با دو، سه، چهار، و غیره، اندازه PCB بزرگ را می توان به محدوده پردازش مناسب متصل کرد.به طور کلی، PCB با عرض 150mm~250mm و طول 250mm~350mm در مونتاژ اتوماتیک اندازه مناسب تر است.

روش دیگر برد این است که PCB را با SMD در هر دو طرف املای مثبت و منفی به یک برد بزرگ مرتب کنید، چنین بردی معمولاً به عنوان Yin و Yang شناخته می شود، به طور کلی برای در نظر گرفتن صرفه جویی در هزینه برد صفحه نمایش. است که، از طریق چنین هیئت مدیره، در اصل نیاز به دو طرف از هیئت مدیره صفحه نمایش، در حال حاضر تنها نیاز به باز کردن صفحه نمایش هیئت مدیره.علاوه بر این، هنگامی که تکنسین ها برنامه در حال اجرا دستگاه SMT را آماده می کنند، راندمان برنامه نویسی PCB یین و یانگ نیز بالاتر است.

هنگامی که تخته تقسیم می شود، اتصال بین تخته های فرعی را می توان از شیارهای V شکل دو طرفه، سوراخ های شکاف بلند و سوراخ های گرد و غیره ایجاد کرد، اما باید تا حد امکان طراحی را در نظر گرفت تا خط جداسازی در آن ایجاد شود. یک خط مستقیم، به منظور تسهیل هیئت مدیره، بلکه در نظر بگیرید که طرف جدایی نمی تواند خیلی نزدیک به خط PCB باشد به طوری که PCB هنگام آسیب دیدن برد آسان است.

برد بسیار مقرون به صرفه ای نیز وجود دارد و به برد PCB اشاره نمی کند بلکه به توری برد گرافیک شبکه ای اشاره دارد.با استفاده از دستگاه چاپ خمیر لحیم کاری خودکار، دستگاه چاپ پیشرفته تر فعلی (مانند DEK265) به اندازه مش فولادی 790×790 میلی متر اجازه می دهد، یک الگوی مش PCB چند وجهی تنظیم می کند، می تواند به یک تکه مش فولادی دست یابد. برای چاپ چندین محصول، یک عمل صرفه جویی در هزینه بسیار است، به ویژه برای ویژگی های محصول دسته کوچک و تولید کنندگان مختلف مناسب است.

2.4 ملاحظات طراحی آزمایش پذیری

طراحی آزمایش پذیری SMT عمدتاً برای وضعیت فعلی تجهیزات ICT است.مسائل تست برای تولید پس از تولید در طرح‌های PCB SMB روی مدار و روی سطح در نظر گرفته می‌شود.برای بهبود طراحی آزمایش پذیری، دو الزام طراحی فرآیند و طراحی الکتریکی باید در نظر گرفته شود.

2.4.1 الزامات طراحی فرآیند

دقت موقعیت یابی، روش ساخت بستر، اندازه بستر و نوع پروب همه عواملی هستند که بر قابلیت اطمینان پروب تأثیر می گذارند.

(1) سوراخ موقعیت.خطای قرار دادن سوراخ ها روی بستر باید در ± 0.05 میلی متر باشد.حداقل دو سوراخ موقعیت یابی را تا حد امکان از هم دور کنید.استفاده از سوراخ های تعیین موقعیت غیر فلزی برای کاهش ضخامت پوشش لحیم کاری نمی تواند الزامات تحمل را برآورده کند.اگر بستر به طور کامل ساخته شده و سپس به طور جداگانه آزمایش شود، سوراخ های تعیین موقعیت باید روی مادربرد و هر بستر جداگانه قرار گیرند.

(2) قطر نقطه آزمایش کمتر از 0.4 میلی متر نیست، و فاصله بین نقاط آزمایش مجاور بیش از 2.54 میلی متر است، نه کمتر از 1.27 میلی متر.

(3) قطعاتی که ارتفاع آنها بیشتر از * میلی متر است نباید روی سطح آزمایش قرار داده شوند، که باعث تماس ضعیف بین پروب فیکسچر تست آنلاین و نقطه آزمایش می شود.

(4) نقطه آزمایش را در فاصله 1.0 میلی متری از قطعه قرار دهید تا از آسیب ضربه بین پروب و قطعه جلوگیری شود.در فاصله 3.2 میلی متری حلقه سوراخ موقعیت یابی نباید هیچ جزء یا نقطه آزمایشی وجود داشته باشد.

(5) نقطه آزمایش نباید در فاصله 5 میلی متری لبه PCB، که برای اطمینان از اتصال گیره استفاده می شود، تنظیم شود.لبه فرآیند یکسان معمولاً در تجهیزات تولید تسمه نقاله و تجهیزات SMT مورد نیاز است.

(6) تمام نقاط تشخیص باید قلع یا مواد رسانای فلزی با بافت نرم، نفوذ آسان و غیر اکسیداسیون انتخاب شوند تا از تماس قابل اطمینان اطمینان حاصل شود و عمر مفید پروب افزایش یابد.

(7) نقطه آزمایش را نمی توان با مقاومت لحیم کاری یا جوهر متن پوشاند، در غیر این صورت، سطح تماس نقطه آزمایش را کاهش می دهد و قابلیت اطمینان تست را کاهش می دهد.

2.4.2 الزامات برای طراحی الکتریکی

(1) نقطه آزمایش SMC/SMD سطح قطعه باید تا آنجا که ممکن است از طریق سوراخ به سطح جوش هدایت شود و قطر سوراخ باید بیشتر از 1 میلی متر باشد.به این ترتیب می توان از تخت های سوزنی یک طرفه برای تست آنلاین استفاده کرد و در نتیجه هزینه تست آنلاین را کاهش داد.

(2) هر گره الکتریکی باید یک نقطه تست داشته باشد، و هر آی سی باید یک نقطه تست POWER و GROUND و تا حد امکان نزدیک به این جزء، در محدوده 2.54 میلی متر از آی سی داشته باشد.

(3) عرض نقطه آزمایش را می توان به عرض 40 میلی متر در زمانی که روی مسیریابی مدار تنظیم کرد، افزایش داد.

(4) نقاط تست را به طور مساوی روی تخته چاپ شده توزیع کنید.اگر پروب در یک منطقه خاص متمرکز شود، فشار بالاتر صفحه یا بستر سوزن تحت آزمایش را تغییر شکل می دهد و بیشتر از رسیدن بخشی از پروب به نقطه آزمایش جلوگیری می کند.

(5) خط منبع تغذیه روی برد مدار باید به مناطق تقسیم شود تا نقطه انفصال تست تنظیم شود تا زمانی که خازن جداکننده برق یا سایر اجزای روی برد مدار اتصال کوتاه به منبع تغذیه ظاهر شد، نقطه عیب را سریعتر پیدا کنید و به درستی.هنگام طراحی نقاط شکست، ظرفیت حمل توان پس از از سرگیری نقطه شکست آزمون باید در نظر گرفته شود.

شکل 6 نمونه ای از طراحی نقطه آزمون را نشان می دهد.پد تست در نزدیکی سرب قطعه توسط سیم کشنده تنظیم می شود یا گره تست توسط پد سوراخ شده استفاده می شود.انتخاب گره تست روی محل اتصال لحیم کاری جزء ممنوع است.این آزمایش ممکن است باعث شود اتصال جوش مجازی تحت فشار پروب به موقعیت ایده آل اکسترود شود، به طوری که عیب جوش مجازی پوشانده شود و به اصطلاح "اثر پوشاندن خطا" رخ دهد.پروب ممکن است مستقیماً روی نقطه انتهایی یا پین قطعه به دلیل بایاس پروب ناشی از خطای موقعیت یابی، که ممکن است باعث آسیب به قطعه شود، عمل کند.

در طراحی PCB چه مسائل مربوط به قابلیت ساخت باید در نظر گرفته شود؟

3. سخنان پایانی در طراحی PCB

موارد فوق برخی از اصول اصلی است که باید در طراحی PCB در نظر گرفته شود.در طراحی تولید مدار چاپی مبتنی بر مونتاژ الکترونیکی، جزئیات بسیار زیادی وجود دارد، مانند چیدمان منطقی فضای منطبق با قطعات ساختاری، توزیع معقول گرافیک و متن سیلک اسکرین، توزیع مناسب محل دستگاه گرمایش سنگین یا بزرگ. در مرحله طراحی PCB باید نقطه تست و فضای تست را در موقعیت مناسب قرار داد و هنگام نصب کوپلینگ ها با فرآیند پرچ کشی و پرس، تداخل بین قالب و اجزای توزیع شده نزدیک را در نظر گرفت.یک طراح PCB، نه تنها چگونگی دستیابی به عملکرد الکتریکی خوب و یک چیدمان زیبا را در نظر می گیرد، بلکه به یک نکته به همان اندازه مهم که قابلیت ساخت در طراحی PCB است، برای دستیابی به کیفیت بالا، راندمان بالا و هزینه کم توجه می کند.