1. Kata Pengantar Desain PCB

Dengan meningkatnya persaingan pasar produk komunikasi dan elektronik, siklus hidup produk semakin pendek.Peningkatan produk asli dan kecepatan peluncuran produk baru memainkan peran yang semakin penting dalam kelangsungan hidup dan pengembangan perusahaan.Dalam bidang manufaktur, cara mendapatkan produk baru dengan kemampuan manufaktur yang lebih tinggi dan kualitas manufaktur dengan waktu tunggu produksi yang lebih sedikit telah menjadi daya saing yang dikejar oleh orang-orang yang memiliki visi.

Dalam pembuatan produk elektronik, dengan miniaturisasi dan kompleksitas produk, kepadatan perakitan papan sirkuit menjadi semakin tinggi.Oleh karena itu, proses perakitan SMT generasi baru yang telah banyak digunakan mengharuskan desainer untuk mempertimbangkan kemampuan manufaktur sejak awal.Jika kemampuan manufaktur yang buruk disebabkan oleh pertimbangan yang buruk dalam desain, maka desain tersebut pasti akan dimodifikasi, yang pasti akan memperpanjang waktu pengenalan produk dan meningkatkan biaya pengenalan.Sekalipun tata letak PCB sedikit berubah, biaya pembuatan ulang papan cetak dan papan layar pencetakan pasta solder SMT mencapai ribuan atau bahkan puluhan ribu yuan, dan sirkuit analog bahkan perlu di-debug ulang.Keterlambatan waktu impor dapat menyebabkan perusahaan kehilangan peluang di pasar dan berada pada posisi yang sangat tidak menguntungkan secara strategis.Namun, jika suatu produk diproduksi tanpa modifikasi, pasti akan terjadi cacat produksi atau peningkatan biaya produksi, yang akan menjadi lebih mahal.Oleh karena itu, ketika perusahaan merancang produk baru, semakin dini pertimbangan kemampuan manufaktur dari desain tersebut, semakin kondusif bagi pengenalan produk baru secara efektif.

2. Hal yang perlu diperhatikan dalam desain PCB

Kemampuan manufaktur desain PCB dibagi menjadi dua kategori, satu adalah teknologi pemrosesan produksi papan sirkuit cetak;Yang kedua mengacu pada rangkaian dan struktur komponen dan papan sirkuit tercetak dari proses pemasangan.Untuk teknologi pemrosesan produksi papan sirkuit cetak, produsen PCB umum, karena pengaruh kapasitas produksinya, akan memberikan persyaratan yang sangat rinci kepada desainer, yang dalam praktiknya relatif baik.Namun menurut pemahaman penulis, yang nyata dalam praktiknya yang kurang mendapat perhatian adalah tipe kedua, yaitu desain manufacturability untuk perakitan elektronik.Fokus makalah ini juga untuk menjelaskan masalah manufakturabilitas yang harus dipertimbangkan oleh desainer dalam tahap desain PCB.

Desain kemampuan manufaktur untuk perakitan elektronik mengharuskan perancang PCB untuk mempertimbangkan hal-hal berikut pada awal desain PCB:

2.1 Pemilihan mode perakitan dan tata letak komponen yang tepat dalam desain PCB

Pemilihan mode perakitan dan tata letak komponen merupakan aspek yang sangat penting dari kemampuan manufaktur PCB, yang berdampak besar pada efisiensi perakitan, biaya, dan kualitas produk.Faktanya, penulis telah banyak bersentuhan dengan PCB, dan masih ada kekurangan dalam mempertimbangkan beberapa prinsip yang sangat mendasar.

(1) Pilih metode perakitan yang sesuai

Secara umum, menurut kepadatan perakitan PCB yang berbeda, metode perakitan berikut direkomendasikan:

Metode perakitan	Skema	Proses perakitan umum
1 SMD penuh satu sisi		Pasta solder cetak panel tunggal, penyolderan reflow setelah penempatan
2 SMD penuh dua sisi		A. Pasta solder cetak sisi-B, solder reflow SMD, atau lem titik sisi-B (cetakan) kata-kata padat setelah penyolderan puncak
3 Rakitan asli satu sisi		Pasta solder yang dicetak, penyolderan reflow pasca penempatan SMD, penyolderan gelombang masa depan yang buruk pada komponen berlubang
4 Komponen campuran di sisi A SMD sederhana hanya di sisi B		Pasta solder tercetak di sisi A, penyolderan reflow SMD;setelah diberi titik (printing) lem pemasangan SMD pada sisi B, pemasangan komponen yang berlubang, penyolderan gelombang THD dan SMD pada sisi B
5 Sisipkan pada sisi A SMD sederhana hanya pada sisi B		Setelah menyembuhkan SMD dengan perekat titik (cetak) pada sisi B, komponen berlubang dipasang dan disolder gelombang ke THD dan SMD sisi B.

Sebagai seorang insinyur desain sirkuit, saya harus memiliki pemahaman yang benar tentang proses perakitan PCB, sehingga saya dapat menghindari kesalahan prinsip.Saat memilih mode perakitan, selain mempertimbangkan kepadatan perakitan PCB dan kesulitan pengkabelan, perlu juga mempertimbangkan aliran proses khas dari mode perakitan ini dan tingkat peralatan proses perusahaan itu sendiri.Jika perusahaan tidak memiliki proses pengelasan gelombang yang baik, maka memilih metode perakitan kelima pada tabel di atas mungkin akan membawa Anda banyak masalah.Perlu juga dicatat bahwa jika proses penyolderan gelombang direncanakan untuk permukaan pengelasan, sebaiknya hindari mempersulit proses dengan menempatkan beberapa SMDS pada permukaan pengelasan.

(2) Tata letak komponen

Tata letak komponen PCB memiliki dampak yang sangat penting terhadap efisiensi produksi dan biaya serta merupakan indeks penting untuk mengukur keterhubungan desain PCB.Secara umum, komponen-komponen disusun secara merata, teratur, dan serapi mungkin, serta disusun dalam arah dan distribusi polaritas yang sama.Pengaturan teratur memudahkan inspeksi dan kondusif untuk meningkatkan kecepatan patch/plug-in, distribusi seragam kondusif untuk pembuangan panas dan optimalisasi proses pengelasan.Di sisi lain, untuk menyederhanakan proses, perancang PCB harus selalu menyadari bahwa hanya satu kelompok proses pengelasan yaitu pengelasan reflow dan pengelasan gelombang yang dapat digunakan di kedua sisi PCB.Hal ini terutama patut diperhatikan dalam kepadatan perakitan, permukaan pengelasan PCB harus didistribusikan dengan lebih banyak komponen tambalan.Perancang harus mempertimbangkan kelompok proses pengelasan mana yang akan digunakan untuk komponen yang dipasang pada permukaan las.Lebih disukai, proses penyolderan gelombang setelah perawatan patch dapat digunakan untuk mengelas pin perangkat berlubang pada permukaan komponen pada saat yang bersamaan.Namun, komponen patch pengelasan gelombang memiliki batasan yang relatif ketat, hanya resistansi chip ukuran 0603 ke atas, pengelasan SOT, SOIC (jarak pin ≥1 mm dan tinggi kurang dari 2,0 mm).Untuk komponen yang didistribusikan pada permukaan pengelasan, arah pin harus tegak lurus dengan arah transmisi PCB selama pengelasan puncak gelombang, untuk memastikan bahwa ujung atau kabel pengelasan di kedua sisi komponen terendam dalam pengelasan pada waktu yang sama. waktu.Urutan susunan dan jarak antar komponen yang berdekatan juga harus memenuhi persyaratan pengelasan puncak gelombang untuk menghindari "efek pelindung", seperti yang ditunjukkan pada Gambar.1. Saat menggunakan SOIC penyolderan gelombang dan komponen multi-pin lainnya, harus diatur searah aliran timah pada dua kaki solder (masing-masing sisi 1), untuk mencegah pengelasan terus menerus.

Komponen dengan tipe serupa harus disusun dalam arah yang sama di papan, sehingga memudahkan pemasangan, pemeriksaan, dan pengelasan komponen.Misalnya, menempatkan terminal negatif semua kapasitor radial menghadap sisi kanan pelat, menempatkan semua takik DIP menghadap ke arah yang sama, dll., dapat mempercepat instrumentasi dan mempermudah menemukan kesalahan.Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, karena papan A mengadopsi metode ini, maka mudah untuk menemukan kapasitor terbalik, sedangkan Papan B membutuhkan lebih banyak waktu untuk menemukannya.Faktanya, sebuah perusahaan dapat menstandarkan orientasi seluruh komponen papan sirkuit yang dibuatnya.Beberapa tata letak papan mungkin tidak mengizinkan hal ini, tetapi ini harus menjadi upaya.

Masalah kemampuan manufaktur apa yang harus dipertimbangkan dalam desain PCB

Selain itu, jenis komponen yang serupa harus dibumikan sebisa mungkin, dengan semua kaki komponen berada pada arah yang sama, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.

Namun penulis memang menemui cukup banyak PCB yang kepadatan rakitannya terlalu tinggi, dan permukaan pengelasan PCB juga harus terdistribusi dengan komponen tinggi seperti kapasitor tantalum dan induktansi patch, serta SOIC dengan jarak tipis. dan TSOP.Dalam hal ini, hanya mungkin untuk menggunakan tempelan pasta solder cetak dua sisi untuk pengelasan arus balik, dan komponen plug-in harus dikonsentrasikan sejauh mungkin dalam distribusi komponen untuk beradaptasi dengan pengelasan manual.Kemungkinan lain adalah bahwa elemen berlubang pada permukaan komponen harus didistribusikan sejauh mungkin dalam beberapa garis lurus utama untuk mengakomodasi proses penyolderan gelombang selektif, yang dapat menghindari pengelasan manual dan meningkatkan efisiensi, serta menjamin kualitas pengelasan.Distribusi sambungan solder diskrit adalah hal yang tabu dalam penyolderan gelombang selektif, yang akan melipatgandakan waktu pemrosesan.

Saat mengatur posisi komponen dalam file papan cetak, perhatian harus diberikan pada korespondensi satu-satu antara komponen dan simbol silkscreen.Jika komponen dipindahkan tanpa memindahkan simbol silkscreen di sebelah komponen, hal ini akan menjadi bahaya kualitas yang besar di bidang manufaktur, karena dalam produksi sebenarnya, simbol silkscreen adalah bahasa industri yang dapat memandu produksi.

2.2 PCB harus dilengkapi dengan tepi penjepit, tanda pemosisian, dan lubang pemosisian proses yang diperlukan untuk produksi otomatis.

Saat ini pemasangan elektronik merupakan salah satu industri dengan derajat otomasi, peralatan otomasi yang digunakan dalam produksinya memerlukan transmisi PCB secara otomatis, sehingga arah transmisi PCB (umumnya untuk arah sisi panjang), masing-masing atas dan bawah. memiliki tepi penjepit lebar tidak kurang dari 3-5mm, untuk memudahkan transmisi otomatis, hindari dekat tepi papan karena penjepit tidak dapat dipasang secara otomatis.

Peran penanda pemosisian adalah bahwa PCB perlu menyediakan setidaknya dua atau tiga penanda pemosisian untuk sistem identifikasi optik guna menemukan lokasi PCB secara akurat dan memperbaiki kesalahan pemesinan PCB untuk peralatan perakitan yang banyak digunakan dalam pemosisian optik.Dari penanda posisi yang biasa digunakan, dua harus didistribusikan pada diagonal PCB.Pemilihan tanda positioning umumnya menggunakan grafik standar seperti pad bulat padat.Untuk memudahkan identifikasi, harus ada area kosong di sekitar tanda tanpa fitur sirkuit atau tanda lain, yang ukurannya tidak boleh kurang dari diameter tanda (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4), dan jarak antar tanda. dan tepi papan harus lebih dari 5 mm.

Dalam pembuatan PCB itu sendiri, serta dalam proses perakitan plug-in semi-otomatis, pengujian TIK dan proses lainnya, PCB perlu menyediakan dua hingga tiga lubang posisi di sudut-sudutnya.

2.3 Penggunaan panel secara rasional untuk meningkatkan efisiensi dan fleksibilitas produksi

Saat merakit PCB dengan ukuran kecil atau bentuk tidak beraturan, akan dikenakan banyak batasan, sehingga umumnya diadopsi untuk merakit beberapa PCB kecil menjadi PCB dengan ukuran yang sesuai, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. Umumnya, PCB dengan ukuran satu sisi lebih kecil dari 150mm dapat dianggap mengadopsi metode penyambungan.Dengan dua, tiga, empat, dll., ukuran PCB besar dapat disambung ke rentang pemrosesan yang sesuai.Umumnya PCB dengan lebar 150mm~250mm dan panjang 250mm~350mm adalah ukuran yang lebih sesuai dalam perakitan otomatis.

Cara lain dari papan tersebut adalah dengan menyusun PCB dengan SMD pada kedua sisi ejaan positif dan negatif menjadi sebuah papan besar, papan seperti itu biasa disebut Yin dan Yang, umumnya untuk pertimbangan menghemat biaya papan layar, Artinya, melalui papan seperti itu, awalnya membutuhkan dua sisi papan layar, sekarang hanya perlu membuka papan layar.Selain itu, ketika teknisi menyiapkan program berjalan mesin SMT, efisiensi pemrograman PCB Yin dan Yang juga lebih tinggi.

Apabila papan dibelah, sambungan antar sub-papan dapat dibuat dengan alur berbentuk V bermuka ganda, lubang slot panjang dan lubang bundar, dll, namun desainnya harus diperhatikan semaksimal mungkin agar garis pemisahnya masuk. garis lurus, untuk memudahkan papan, namun perlu diperhatikan juga bahwa sisi pemisah tidak boleh terlalu dekat dengan garis PCB sehingga PCB mudah rusak saat papan.

Ada juga papan yang sangat ekonomis dan tidak mengacu pada papan PCB, tetapi pada jaring papan grafis grid.Dengan penerapan mesin cetak pasta solder otomatis, mesin cetak yang lebih canggih saat ini (seperti DEK265) telah memungkinkan ukuran jaring baja 790x790mm, mengatur pola jaring PCB multi-sisi, dapat mencapai sepotong jaring baja untuk pencetakan banyak produk, merupakan praktik yang sangat menghemat biaya, terutama cocok untuk karakteristik produk dalam jumlah kecil dan beragam produsen.

2.4 Pertimbangan desain testabilitas

Desain pengujian SMT terutama untuk situasi peralatan TIK saat ini.Masalah pengujian untuk manufaktur pasca produksi diperhitungkan dalam desain SMB PCB yang dipasang di sirkuit dan permukaan.Untuk meningkatkan desain pengujian, dua persyaratan desain proses dan desain kelistrikan harus dipertimbangkan.

2.4.1 Persyaratan desain proses

Keakuratan posisi, prosedur pembuatan media, ukuran media, dan jenis probe merupakan faktor-faktor yang mempengaruhi keandalan probe.

(1) lubang posisi.Kesalahan penempatan lubang pada media harus berada dalam kisaran ±0,05 mm.Atur setidaknya dua lubang pemosisian sejauh mungkin.Penggunaan lubang posisi bukan logam untuk mengurangi ketebalan lapisan solder tidak dapat memenuhi persyaratan toleransi.Jika media dibuat secara keseluruhan dan kemudian diuji secara terpisah, lubang penempatan harus ditempatkan pada motherboard dan masing-masing media.

(2) Diameter titik uji tidak kurang dari 0,4 mm, dan jarak antar titik uji yang berdekatan lebih dari 2,54 mm, tidak kurang dari 1,27 mm.

(3) Komponen yang tingginya lebih tinggi dari *mm tidak boleh ditempatkan pada permukaan pengujian, yang akan menyebabkan kontak yang buruk antara probe perlengkapan pengujian online dan titik pengujian.

(4) Tempatkan titik uji 1,0 mm dari komponen untuk menghindari kerusakan akibat benturan antara probe dan komponen.Tidak boleh ada komponen atau titik uji dalam jarak 3,2 mm dari lingkar lubang pemosisian.

(5) Titik uji tidak boleh dipasang dalam jarak 5 mm dari tepi PCB, yang digunakan untuk memastikan perlengkapan penjepit.Tepi proses yang sama biasanya diperlukan pada peralatan produksi ban berjalan dan peralatan SMT.

(6) Semua titik deteksi harus terbuat dari bahan konduktif kaleng atau logam dengan tekstur lembut, penetrasi mudah, dan non-oksidasi harus dipilih untuk memastikan kontak yang andal dan memperpanjang masa pakai probe.

(7) titik uji tidak dapat ditutupi oleh resistansi solder atau tinta teks, jika tidak maka akan mengurangi area kontak titik uji dan mengurangi keandalan pengujian.

2.4.2 Persyaratan desain kelistrikan

(1) Titik uji SMC/SMD pada permukaan komponen harus diarahkan ke permukaan pengelasan melalui lubang sejauh mungkin, dan diameter lubang harus lebih besar dari 1mm.Dengan cara ini, tempat tidur jarum satu sisi dapat digunakan untuk pengujian online, sehingga mengurangi biaya pengujian online.

(2) Setiap node kelistrikan harus memiliki titik uji, dan setiap IC harus memiliki titik uji POWER dan GROUND, dan sedekat mungkin dengan komponen ini, dalam kisaran 2,54 mm dari IC.

(3) Lebar titik uji dapat diperbesar hingga lebar 40mil bila diatur pada perutean sirkuit.

(4) Bagikan titik tes secara merata pada papan cetak.Jika probe terkonsentrasi di area tertentu, tekanan yang lebih tinggi akan merusak pelat atau bantalan jarum yang diuji, sehingga mencegah bagian probe mencapai titik pengujian.

(5) Jalur catu daya pada papan sirkuit harus dibagi menjadi beberapa wilayah untuk mengatur titik putus uji sehingga ketika kapasitor pemisah daya atau komponen lain pada papan sirkuit muncul hubungan pendek ke catu daya, temukan titik kesalahan lebih cepat dan secara akurat.Saat merancang breakpoint, kapasitas daya dukung setelah melanjutkan pengujian breakpoint harus dipertimbangkan.

Gambar 6 menunjukkan contoh desain titik uji.Bantalan uji dipasang di dekat ujung komponen dengan kabel ekstensi atau simpul uji digunakan oleh bantalan berlubang.Node uji dilarang keras untuk dipilih pada sambungan solder komponen.Pengujian ini dapat membuat sambungan las virtual terekstrusi ke posisi ideal di bawah tekanan probe, sehingga kesalahan pengelasan virtual ditutupi dan apa yang disebut "efek penyembunyian kesalahan" terjadi.Probe dapat langsung bekerja pada titik akhir atau pin komponen karena bias probe yang disebabkan oleh kesalahan posisi, yang dapat menyebabkan kerusakan pada komponen.

Masalah kemampuan manufaktur apa yang harus dipertimbangkan dalam desain PCB?

3. Kata penutup tentang Desain PCB

Di atas adalah beberapa prinsip utama yang harus diperhatikan dalam desain PCB.Dalam desain pembuatan PCB yang berorientasi pada perakitan elektronik, terdapat cukup banyak detail, seperti penataan ruang yang sesuai dengan bagian struktural, distribusi grafis dan teks silkscreen yang wajar, distribusi lokasi perangkat pemanas berat atau besar yang sesuai. , Pada tahap desain PCB, perlu untuk mengatur titik uji dan ruang uji pada posisi yang sesuai, dan mempertimbangkan interferensi antara cetakan dan komponen terdistribusi di dekatnya saat kopling dipasang dengan proses paku keling tarik dan tekan.Seorang perancang PCB, tidak hanya mempertimbangkan bagaimana memperoleh kinerja kelistrikan yang baik dan tata letak yang indah tetapi juga poin yang sama pentingnya yaitu kemampuan manufaktur dalam desain PCB, untuk mencapai kualitas tinggi, efisiensi tinggi, biaya rendah.