PCB Tecnico - Discussione sul posizionamento dei componenti nella progettazione di PCB ad alta densità

Quando i circuiti stampati sostituirono le strisce e i sistemi manuali lenti e ingombranti del passato, divenne una nuova tecnologia che consentiva agli ingegneri elettronici di assemblare sistemi elettronici complessi relativamente rapidamente, facilmente ed economicamente. Di conseguenza, l'industria elettronica ha fatto grandi sforzi per rendere la fabbricazione di queste piastre il più semplice possibile. Molti soldi sono stati investiti e utilizzati per progettare software per aiutare a progettare, produrre, assemblare, ispezionare e testare i circuiti stampati.

Queste tecnologie consentono ai progettisti nel settore dell'elettronica di investire in processi migliorati che riducono le dimensioni delle parti, producono pacchetti di montaggio superficiale (SM) e ball grid array (BGA) e riducono la larghezza della linea e le dimensioni dei PCB. Altre caratteristiche, utilizzare X-ray imager per una migliore ispezione della scheda, ecc.

La lenta introduzione dell'intelligenza artificiale (AI) nel software di progettazione significa che alcuni compiti chiave, come il posizionamento dei componenti PCB, sono ancora controllati manualmente dagli ingegneri del layout. Come ingegnere di progettazione, sarà necessario garantire una comprensione del posizionamento dei pezzi per garantire la stabilità di progettazione.

Evoluzione del posizionamento dei componenti durante tutta la carriera progettuale

Ho progettato un circuito a bassa densità sessuale usando un metodo di avvolgimento. Poi c'è la possibilità di realizzare circuiti stampati. Ho iniziato con PCBS semplici (attraverso parti di foro, design ragionevolmente sparso) a parti SMT semplici e anche grandi. Ciò significava che il processo di saldatura manuale che seguiva il processo di progettazione PCB era abbastanza semplice nei primi giorni.

Tuttavia, più avanti vai nella tua carriera, ti viene assegnato di utilizzare PCB ad alta densità al fine di produrre piccole parti SMT, BGA e QFN in ambienti di progettazione fragili, e di utilizzare linee sottili e piccole distanze tra i componenti nel layout. Questo rende il "montaggio" dei PCB una nuova variabile che i progettisti devono affrontare. Questo può venire come una spiacevole sorpresa per alcuni, ma credo nell'avvertimento.

Posizionare le parti sul PCB

Un PCB può essere assemblato in uno dei molti modi diversi. Gli ingegneri di progettazione dovrebbero prendere in considerazione tecniche specifiche di assemblaggio come assemblaggio macchina, assemblaggio manuale e assemblaggio ibrido (forni manuali e infrarossi) prima di intraprendere la progettazione PCB. Queste scelte spesso dipendono dal costo, dal tempo, dalla quantità e dal tipo di progettazione che l'ingegnere è con

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Molte considerazioni guidano il processo di posizionamento delle parti sul PCB. Lunghezza del segnale (piccola somma), facilità di montaggio e facilità di test sono tutti fondamentali per l'assemblaggio PCB. Di seguito, esploreremo i componenti unici che assemblano ogni aspetto.

Linee guida importanti per i tipi di conferenze e DFA

Nell'industria elettronica nel suo complesso, quasi certamente avrete a che fare con molti tipi diversi di assemblaggio. È importante familiarizzare con ciò che è coinvolto in ogni processo, i vantaggi e gli usi tipici di ogni modulo di assemblaggio e quanto bene il processo DFA può essere ottimizzato per adattarsi alla produzione finale di PCB.

Posizionamento di componenti PCB nell'assemblaggio di macchine

Può essere spesso assemblato a macchina e utilizzato per la produzione di massa. L'impronta dei componenti sul PCB deve essere e deve essere conforme a tutte le regole di progettazione. L'assemblaggio della macchina non fornisce alcuna flessibilità che può essere raggiunta utilizzando persone in loop per produrre il PCB.

La macchina assembla la scheda sì. Utilizza costose macchine industriali per progettare e assemblare PCB secondo le regole. La necessità di tempi di ingegneria non ripetitivi significa che questo metodo è solitamente riservato alla saldatura ad alto volume.

Esempi di violazioni delle regole di progettazione che possono essere rifiutate da un sistema automatizzato (assemblaggio macchina)

Montaggio manuale e saldatura di problemi di ponte

L'assemblaggio manuale è una tecnica lenta. Questo richiede tempo e richiede lavoro umano a tempo pieno. È anche incline ad errori. I ponti hanno rovinato la carriera di molti ingegneri. Di conseguenza, la maggior parte delle agenzie lavora con due tecnici - l'assemblatore e il tecnico di garanzia della qualità (QA), che controllano il lavoro dell'assemblatore per garantire che il ponte di saldatura sul PCB non cresca.

Il tecnico di montaggio deve essere una persona molto talentuosa. Ti mettono in violazione delle regole di progettazione non consentite dalle macchine o anche dagli assemblatori ibridi. Pertanto, se il design (tipicamente un design a lotti piccoli) viola le regole di progettazione per raggiungere la compattezza, allora la saldatura manuale è la strada da percorrere.

Miscelare componenti in forno a infrarossi o saldatura ad onde

Il resto del mercato è occupato da metodi di assemblaggio ibridi, in cui i tecnici posizionano i componenti su schede e completano il processo di saldatura utilizzando forni IR o saldatori ad onda.

I componenti ibridi utilizzano tipicamente modelli e pasta di saldatura per creare PCB rivestiti con saldatura, dove il tecnico di assemblaggio semplicemente posiziona la parte sull'impronta designata e quindi inserisce la scheda riempita nel forno per completare il processo di riflusso/saldatura. Se si verificano errori come il sollevamento verticale durante la saldatura del forno, i miscelatori devono lasciare spazio sufficiente tra le parti per posizionarle manualmente e rielaborare le schede di saldatura. I tecnici del controllo qualità possono anche far parte della linea di produzione.

Posizionamento dei componenti nella progettazione di PCB ad alta densità

La necessità di produrre PCB ad alta densità crea nuove tentazioni che non sono presenti in disegni scarni. Quando sono impegnati in attività di progettazione ad alta densità, è importante ricordare che anche nei sistemi ad alta densità, i vecchi metodi di progettazione devono essere seguiti.

Una delle pratiche comuni che i progettisti rifiutano di seguire è quella di scartare il codice di riferimento, che porta ad un aumento significativo della densità. Tuttavia, l'assemblatore ha ancora bisogno di queste informazioni per assemblare la scheda. La rimozione di questi indicatori significa che l'ingegnere è ora responsabile della creazione di documentazione aggiuntiva per assistere e guidare il tecnico di assemblaggio durante il processo di assemblaggio PCB.

Ricorda - Un PCB, come uno schema o un programma, può richiedere molto sforzo per passare attraverso il processo di sviluppo prima che diventi una realtà, quindi ogni passo deve includere abbastanza documentazione per consentire agli altri di interagire con la tua creazione. Pensa sempre a come le tue scelte progettuali saranno percepite dalle persone che interagiscono con il tuo design dopo di te.

Tutti noi crediamo che la prossima persona potrebbe non pagare il prezzo alto per il tuo gadget. Qualcuno del team di progettazione e montaggio potrebbe dover convertire il PCB in un sistema elettronico completamente operativo per rendere i tuoi sogni una realtà.