Technologie PCB - Évitez les modifications d'ingénierie PCB intégrées

Les modifications apportées à l'ingénierie des PCB feront grimper les coûts de conception, entraîneront des retards importants dans le développement des produits et retarderont la mise sur le marché. Cependant, la plupart des Eco peuvent être contournés en réfléchissant soigneusement à sept domaines clés qui posent souvent des problèmes. Les sept principaux domaines sont: la sélection des composants, le stockage, la sensibilité à l'humidité (MSL), la conception de testabilité (DFT), la technologie de refroidissement, les radiateurs et le coefficient de dilatation thermique (CTE).

Sélection des composants

Pour éviter l'ECO, il est essentiel de lire attentivement les spécifications techniques des composants. Les concepteurs de PCB vérifient généralement régulièrement les données électriques et techniques des composants, ainsi que la durée de vie et la disponibilité du produit. Mais lorsque les composants en sont aux premiers stades de la commercialisation, il se peut que tous les indicateurs clés ne figurent pas sur la fiche technique. Si ces composants ne sont sur le marché que depuis quelques mois ou si seulement un petit nombre d'échantillons sont disponibles, les données de fiabilité actuellement disponibles peuvent ne pas être génériques ou détaillées. En fin de compte, par exemple, il peut ne pas fournir suffisamment de données de fiabilité ou de données d'assurance de la qualité sur le taux de défaillance du site.

Au lieu de penser que les articles superficiels écrits dans les instructions sont importants, contactez activement les fournisseurs de composants pour en savoir le plus possible sur les caractéristiques des composants et sur la façon dont ils peuvent être appliqués à la conception.

Le courant ou la tension maximale attendue qu'un composant doit traiter en est un bon exemple. Si le composant sélectionné ne peut pas gérer suffisamment de courant ou de tension, il peut brûler. La figure 1 montre un condensateur brûlé.

Regardons un autre exemple – un périphérique dans un boîtier LGA (Grid Array). En plus des contraintes électriques et mécaniques, vous voudrez peut - être tenir compte du type de flux recommandé, de la température de reflux autorisée ou non et du niveau de vide de soudure autorisé.

Il n'y a pas de norme IPC pour les vides spécifiquement associés aux dispositifs LGA. Dans certains cas, les dispositifs LGA avec des taux de vide allant jusqu'à 30% sont considérés comme fiables. Cependant, en général, un taux de vide inférieur allant jusqu'à 25% est préférable et 20% est le meilleur. La figure 2 montre une bille de soudure avec un taux de vide de 20,41%, ce qui est conforme à la norme IPC classe II.

En l'absence de données invalides, les ingénieurs en conception de PCB doivent s'appuyer sur leur expérience, leurs compétences et leur bon sens pour développer leurs conceptions avec des composants qui ne s'arrêtent pas immédiatement, sont disponibles à partir de plusieurs canaux et sont facilement disponibles sur le marché.

Il est également très important d'effectuer des analyses et des calculs supplémentaires lors de la sélection des éléments, tels que le calcul du courant ou de la tension pendant les performances de pointe. Les composants peuvent spécifier des indices de performance à des valeurs de pointe de température et de courant spécifiques. Cependant, pour une conception particulière, le concepteur de PCB doit prendre des mesures pour s’assurer qu’il effectue personnellement ces calculs critiques.

L'Ingénieur est responsable non seulement du calcul d'un composant individuel, mais aussi de la prise en compte de la relation entre ce composant et les autres composants utilisés dans une conception particulière. Ce calcul est par example particulièrement important pour les pièces simulées qui génèrent beaucoup de chaleur. Par example, il existe de nombreux composants analogiques placés d'un même côté de la carte et adjacents les uns aux autres. Ces composants génèrent une puissance considérable et génèrent donc beaucoup plus de chaleur par rapport à l'autre côté de la carte (naturellement les appareils numériques). Dans ce cas, le pelage du masque de soudure peut avoir lieu sur le côté rempli de la pièce de simulation.

La partie analogique du circuit du composant génère beaucoup de chaleur. Une surchauffe peut provoquer l'écaillage du masque de soudure et, dans le pire des cas, brûler les composants. La figure 3 montre le phénomène de pelage du masque de soudure de la carte.

Pendant la phase de conception de la disposition, les ingénieurs de conception et de mise en page doivent collaborer sur la disposition des composants pour éviter que les composants ne soient trop proches des bords de la carte, ou trop proches des autres composants, et pour éviter de ne pas laisser suffisamment d'espace entre eux. Il est facile de concevoir la disposition des composants sur un ordinateur, mais si vous ne créez pas de packages de composants avec précision dans la disposition, la machine de placement peut ne pas placer parfaitement ces composants côte à côte. Par example, la figure 4 montre le cas où le composant dépasse légèrement de la carte.

Mémoire

Le même principe s'applique au choix de la mémoire. Alors que de nouvelles générations de mémoires DRAM et Flash plus avancées continuent d'être disponibles sur le marché, il est difficile pour les concepteurs de PCB de rester à la pointe de la technologie et de déterminer précisément et à temps comment les spécifications de mémoire changeantes affectent les conceptions mises à jour.

Par exemple, la DRAM DDR2 est différente des dispositifs DDR3 actuels et les dispositifs DDR3 seront différents des DRAM ddr4 futures. Au moment de la rédaction de cet article, jedec avait déjà annoncé la publication de la norme ddr4 - jesd79 - 4. Selon le Cabinet d’études isuppli, les DRAM DDR3 représentent 85 à 90% du marché actuel des DRAM. Cependant, la société prévoit que la ddr4 nouvellement lancée prendra une part de 12% en 2014 et augmentera rapidement à 56% d’ici 2015.

Les concepteurs de circuits imprimés doivent surveiller de près la montée en puissance de la ddr4 et travailler en étroite collaboration avec les clients OEM, car ils peuvent inclure la DRAM ddr4 lors du lancement de la prochaine génération de systèmes embarqués. Ils doivent bien maîtriser les nouvelles fonctionnalités et la dynamique fonctionnelle pour éviter la satisfaction de conception et les ordres de modification d'ingénierie qui en découlent. Une autre chose à noter est que le prix de la mémoire fluctue.

Niveau de sensibilité à l'humidité (MSL)

Le niveau de sensibilité à l'humidité (MSL) peut facilement être négligé. Si le fabricant OEM ignore MSL dans la conception et ne traite pas correctement les spécifications MSL critiques, les informations MSL peuvent ne pas être prises en compte par l'utilisateur et le circuit peut ne pas fonctionner correctement lorsqu'il est utilisé sur le terrain. Cette probabilité est encore plus élevée lorsque le niveau réel de MSL est de 3, 4 ou 5. Dans ce cas, la cuisson peut ne pas être effectuée correctement et l'humidité peut l'utiliser, ce qui entraîne éventuellement un ordre de modification des travaux. Quand il s'agit de LGA, les entreprises d'assemblage de PCB devront remplacer ces paquets sur leurs PCB. La figure 5 est une étiquette MSL d'un composant indiquant une classe de sensibilité de 5 et indiquant la date de scellement et les instructions de cuisson.

Conception de testabilité

La conception de testabilité (DFT) est importante pour le test et la mise en service de PCB pendant la production. Lors de l'agencement des composants sur une carte, il est important de prêter une attention particulière à la position des points de sonde DFT et à l'angle sous lequel la sonde s'étend au - dessus des trous de contact, des plots et d'autres points d'essai.

Dans les premiers stades de la conception initiale, lorsque la DFT n'était pas autorisée, les tests sont devenus un gros problème et ECO est né. Dans certains cas extrêmes, si Eco ne peut pas résoudre le problème, il doit être repensé pour résoudre le problème.

Refroidissement, radiateurs et coefficient de dilatation thermique

Les méthodes de refroidissement peuvent facilement être négligées dans la conception, mais une évaluation minutieuse des exigences de refroidissement au début de la conception peut souvent éviter l'ECO.

Certains types de refroidissement sont refroidis à l'eau. Par exemple, la plupart des grandes cartes informatiques spécialisées contenant un grand nombre de BGA et de microprocesseurs pour des applications gourmandes en données telles que l'animation, le traitement d'images ou de vidéos nécessitent un refroidissement par eau.

Lors de l'utilisation d'un radiateur, un PCB ou un dispositif de production de chaleur est généralement connecté au châssis pour dissiper la chaleur vers l'environnement. Dans de nombreux cas, un radiateur tel que celui représenté sur la figure 6 est généralement utilisé pour aider à dissiper la chaleur. Si le bon radiateur n'est pas spécifié, un ordre de modification des travaux peut être généré. Pour qu'un radiateur dissipe la chaleur avec succès, un tel ordre de modification technique doit être développé et introduit.

Les concepteurs de PCB doivent s'assurer que les composants correspondent au coefficient de dilatation thermique (CTE) en termes de performances thermiques et effectuer tous les calculs pertinents. Il doit s'assurer que non seulement les appareils et leurs dimensions d'emballage sont adaptés les uns aux autres, mais aussi les matériaux de PCB tels que fr4, Rogers ou Teflon, afin d'éviter de générer beaucoup de chaleur ou de coefficient de dilatation thermique entre l'appareil et la carte. La différence. Cette garantie permet également d'éviter l'apparition de décollements de couches qui en résultent souvent.