Công nghệ PCB - Thiết bị gắn bề mặt dựa trên IPC Thiết kế bao bì PCB

Để giải quyết vấn đề thỏa hiệp giữa khả năng sản xuất và hiệu suất sản phẩm trong quá trình thiết kế PCB, gói thiết bị gắn trên bề mặt PCB được thiết kế theo tiêu chuẩn IPC-7351b.

Giới thiệu

Hiện nay, trong quá trình thiết kế PCB, nhiều lần cần phải thỏa hiệp giữa khả năng sản xuất và hiệu suất sản phẩm do yêu cầu thu nhỏ, mật độ cao và độ tin cậy của sản phẩm. Trong quá trình thiết kế PCB, thiết kế bao bì là một quá trình quan trọng và dễ bị bỏ qua, chất lượng thiết kế của nó ảnh hưởng trực tiếp đến việc lắp ráp thiết bị sau này và chất lượng sản phẩm. Hiện nay, có rất nhiều tiêu chuẩn thiết kế bao bì bao gồm tiêu chuẩn quốc tế, tiêu chuẩn quân sự quốc gia, tiêu chuẩn doanh nghiệp và tiêu chuẩn thiết kế thống nhất phải được sử dụng để hướng dẫn thiết kế.

1. Tổng quan

1.1 Tầm quan trọng của thiết kế bao bì PCB

Trong quá trình thiết kế PCB, đôi khi các vấn đề sau đây xảy ra:

1) Các thông số kỹ thuật của các thành phần và tấm PCB không phù hợp, chẳng hạn như thông số kỹ thuật 0603 được cài đặt trên thông số kỹ thuật 0805 hoặc thông số kỹ thuật 0805 được cài đặt trên thông số kỹ thuật 0603;

2) Đối với các bộ phận có cùng thông số kỹ thuật, có nhiều thiết kế bao bì khác nhau và các tiêu chuẩn không đồng nhất;

3) Kích thước của miếng đệm phù hợp với gói PCB không phù hợp với thông số kỹ thuật.

Tất cả các vấn đề trên là do các tiêu chuẩn xây dựng thư viện không nhất quán, không chuẩn mực, gây ra rất nhiều rắc rối trong các hoạt động SMT sau này, thậm chí hàn kém, cuối cùng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất; Do đó, thiết kế của gói PCB có ảnh hưởng đến cả khả năng sản xuất và tuổi thọ của sản phẩm SMT. Tạo ra ảnh hưởng rất lớn.

1.2 Giới thiệu tiêu chuẩn IPC-7351b

IPC là Hiệp hội quốc tế về kết nối công nghiệp điện tử. IPC-7351b là một yêu cầu chung cho các tiêu chuẩn thiết kế gắn trên bề mặt và mô hình nối đất, thay thế tiêu chuẩn IPC-SM-782A. IPC-7351b đề xuất thiết kế pad gói PCB từ các biến như mật độ thành phần, môi trường tác động cao và yêu cầu làm lại, IPC-7351b chia gói PCB thành 3 loại. Như thể hiện trong hình 1, người dùng có thể chọn kích thước phù hợp với sản phẩm của họ từ 3 mật độ.

1) Mật độ lớp A

Mở rộng đệm tối đa cho các ứng dụng có mật độ thành phần thấp, ví dụ điển hình là các sản phẩm cầm tay/cầm tay hoặc các sản phẩm tiếp xúc với môi trường sốc hoặc rung cao. Cấu trúc hàn là mạnh nhất và có thể dễ dàng gia công lại nếu cần. Cả hàn thủ công và hàn máy đều có thể hoạt động với biên độ lớn.

2) Lớp mật độ B

Phương tiện truyền thông Pad mở rộng cho các sản phẩm có mật độ thành phần trung bình và cung cấp một cấu trúc hàn mạnh mẽ. Cả hàn tay và hàn máy đều có thể hoạt động.

3) Mật độ lớp C

Phần mở rộng pad tối thiểu phù hợp với các thiết bị nhỏ có yêu cầu cấu trúc hàn tối thiểu đối với mẫu pad và mật độ lắp ráp thành phần cao nhất có thể đạt được. Thích hợp cho hàn cơ khí, hàn bằng tay là khó khăn hơn.

2. Thiết kế gói linh kiện điện tử gắn trên bề mặt

2.1 Thiết kế pad SMD

2.1.1 Tính toán kích thước của SMD pad gói tiêu chuẩn

Bao bì tiêu chuẩn đề cập đến bao bì đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế như JEDEC và EIA, chẳng hạn như SOP, SOIC, TSSOP, TQFP, v.v. Công thức tính toán đệm dưới dạng bao bì này như sau:

Trong đó: Z là khoảng cách giữa các cạnh ngoài của miếng đệm ở cả hai bên của gói; G là khoảng cách giữa các cạnh bên trong của đệm trên cả hai mặt của gói; X là chiều rộng của miếng đệm đóng gói; L là khoảng cách giữa cạnh ngoài cùng của pin ở cả hai bên của thành phần; S là khoảng cách giữa các cạnh bên trong của pin ở cả hai bên của thiết bị phần tử; W là chiều rộng của chân thành phần; JT là chiều dài của phần mở rộng điểm hàn (ngón chân hàn), tức là ngón chân hàn; JH là chiều dài của cạnh bên trong của mối hàn (gót chân), tức là gót chân; JS là chiều dài của cạnh hàn, tức là cạnh chân; CL là dung sai kích thước của thành phần, tức là sự khác biệt giữa tối đa và tối thiểu của L; CS là dung sai kích thước của thành phần, tức là sự khác biệt giữa giá trị S lớn nhất và nhỏ nhất; CW là dung sai kích thước của thành phần, tức là sự khác biệt giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của W; F là dung sai trong quá trình xử lý bảng mạch in; P là dung sai trong quá trình hàn máy SMT.

2.1.2 Thông số tính toán pin ở các dạng bao bì khác nhau

Trong tiêu chuẩn IPC-7351b, có các khuyến nghị để tính toán các thông số đóng gói JT, JH và JS cho các dạng đóng gói tiêu chuẩn khác nhau và ba mức mật độ, cũng như các khuyến nghị để điều chỉnh hệ số. Các thông số đóng gói có thể được tính toán theo mức độ mật độ của sản phẩm.

2.1.3 Thiết lập tham số điện trở SMD Pad

Kích thước của mặt nạ pad cho biết kích thước mở của pad và kích thước của nó thường mở rộng một kích thước trên cơ sở kích thước pad. Kích thước mở rộng cần được xác định dựa trên khả năng xử lý của nhà sản xuất. Thông thường, các thiết lập được đề xuất như sau: mở rộng 6mil trên cơ sở kích thước đĩa, mặt nạ hàn cho lỗ không kim loại giống như kích thước lỗ.

2.2.2 Lớp lưới thép

Lớp màn hình đóng gói chủ yếu được sử dụng trong phạm vi kích thước vật lý của các chỉ số trên PCB và như một tài liệu tham khảo để định vị thiết bị trong quá trình lắp ráp PCB SMT. Kết hợp với phần mềm thiết kế CADENCE và khả năng xử lý truyền thống của nhà sản xuất, thiết kế lớp màn hình PCB của thiết bị SMD có một số cân nhắc đặc biệt. Tất nhiên, các thông số có thể được điều chỉnh theo quy trình sản xuất.

1) Chiều rộng dây của lớp lưới thép nói chung là 5 triệu.

2) Khung bên ngoài của lớp lưới thép không cho phép chèn lót và khoảng cách từ lớp lót thường được yêu cầu là 10 mils.

3) Lớp màn hình dây cần vẽ dấu 1 inch của thiết bị. Vòng tròn rỗng có thể được sử dụng. Chiều rộng dòng đề nghị là 5 triệu và bán kính là 20 triệu để dễ dàng xử lý và kiểm tra PCB sau này. Đồng thời, vòng tròn rỗng không thể chồng chéo với các màn hình lụa khác.

4) Đối với các thiết bị có phân cực dương và âm, phân cực dương hoặc âm của thiết bị phải được đánh dấu rõ ràng để tạo điều kiện lắp ráp và xác định thiết bị.

2.2.3 Kích thước vật lý của thiết bị

Khi gói PCB được thiết lập, kích thước của khu vực gói có thể được sử dụng làm mục kiểm tra DRC cho bố trí thiết bị trong phần mềm CADENCE. Kích thước của khu vực đóng gói có thể được coi là bao gồm hai mặt hàng, bao gồm kích thước bên ngoài tối đa của gói và khoảng cách thiết bị cần thiết cho quá trình hàn kết hợp với nhau để tạo thành khu vực đóng gói. Bảng 4 đề xuất khoảng cách thiết bị cần thiết cho các quy trình hàn thông thường. Nếu có phần mềm gây nhiễu trong khu vực đóng gói trong quá trình thiết kế PCB, nó sẽ tự động báo cáo lỗi.

3. Kết luận

Trong quá trình thiết kế bao bì PCB, miễn là xem xét toàn diện điều kiện môi trường, hiệu suất sản phẩm, mức mật độ, khả năng sản xuất sản phẩm, tuân theo hướng dẫn thiết kế chip, tham khảo tiêu chuẩn IPC-7351, bạn có thể thiết kế bao bì PCB với khả năng sản xuất tốt phù hợp với yêu cầu hiệu suất sản phẩm. Đơn vị của tác giả sử dụng mức độ mật độ A trong tiêu chuẩn IPC-7351b để xây dựng một thư viện bao bì thành phần, tiếp tục cải thiện độ tin cậy của sản phẩm. Phương pháp này đã được chứng minh là khả thi, cải thiện khả năng hàn và độ tin cậy của sản phẩm.