Вопросы и ответы

Проектирование печатных плат

Свернуть все этапы

Статистика нашей работы показывает, что большинство конструкторов (из числа наших заказчиков) проектирует в PCAD200X. Поэтому отдельно остановимся на частых ошибках для этой САПР.

Настоятельно рекомендуем создавать собственную библиотеку компонентов (в крайнем случае, использовать «проверенную» библиотеку знакомых инженеров), если приходится обращаться к чужой библиотеке, то, как минимум просматривайте свойства незнакомого компонента. Поясним. В PCAD есть 2 типа предварительно созданных (Default) контактных площадок: Pad (отверстие 0,965мм и площадка 1,52мм) и Via (отверстие 0,457мм и площадка 1,02мм). Получить отверстия с такой точностью невозможно. Если с переходным отверстием в большинстве случаев можно поступить просто, уменьшив отверстие до 0,4мм (хотя и это не всегда возможно, особенно для печатных плат толщиной свыше 1,0мм, т.к. для этого требуется специальное оснащение гальванического оборудования), то как быть с отверстием 0,965мм (особенно когда они присутствуют в микросхемах и штыревых разъемах типа PLD) уменьшить нельзя и увеличивать некуда (не позволяет площадка 1,52мм). Все описанное справедливо для 3 класса точности, можно конечно перейти и в 4 класс, но это удорожает стоимость изготовления печатной платы «на ровном месте».

Не менее настоятельно рекомендуем полигоны топологии (фольги) задавать командой PLACE-COPPER POUR, а не PLACE-POLYGON. POLYGON (по-видимому) не предназначен для рисования сложных фигур и в ситуации, когда вершины располагаются близко друг у другу и при экспорте (в Gerber-формат) такой полигон игнорируется. Эта проблема решается уменьшением апертуры (хотя есть примеры, когда и это не помогает), но это ведет к увеличению объема CAM-файла, что затрудняет работу с ним. С технологической точки зрения также рекомендуем зазор от COPPER POUR до элементов топологии задавать на класс ниже (для 3 класса Backoff-Fixed = 0,5мм) – это связано с тем, что в узких местах образуется застой травильного раствора, что снижает скорость травления и как следствие возможно образование замыкания или повышенный подтрав остальной части топологии, а линию заполнения равной минимальной линии (для 3 класса Line Width = 0,25мм) иначе линии обводки элементов рисунка могу стравиться полностью или частично.

При производстве плат все отверстия, в том числе и отверстия без металлизации сверлятся в один проход. Для того чтобы гарантировать отсутствие металлизации в отверстиях на этапе проектирования необходимо обеспечить отсутствие металла (контактные площадки, области заливки и т. п.) на расстоянии не менее 0,25мм.

Часто возникают проблемы с тем, что конструктор пренебрегает (или не отдает себе отчет в том, как будет обрабатываться контур печатной плат) отступом элементов рисунка от края печатной платы. В итоге получаем срезанные проводники по краям печатных плат и повышенный износ режущего инструмента.

Для расчета предлагаем рекомендации РД 50-708-91:

  • 4.6.1.17. Элементы проводящего рисунка, кроме экранов, шин земли, концевых печатных контактов, знаков маркировки и тех­нологических печатных проводников рекомендуется располагать на расстоянии Q:
    • от края печатной платы - не менее толщины печатной платы с учетом допуска на размеры сторон;
    • от края паза, выреза, неметаллизированного отверстия — по формуле
      Q=q+k+,
      где q — ширина ореола, скола по ГОСТ 23752 или техническим условиям (ТУ) на конкретную печатную плату;
      k — наименьшее расстояние от ореола, скола до соседнего элемента проводящего рисунка по ГОСТ 23752 или ТУ;
      ТD — позиционный допуск расположения центров контактных площадок;
      Тd — позиционный допуск расположения осей отверстий;
       — верхнее предельное отклонение размеров элементов конструкции (ширины печатного проводника).

Ниже приводим имеющиеся у нас таблицы, которые, безусловно, помогут в разработке печатных плат. Необходимо правда оговориться, что авторство принадлежит не нам. 


Нами за основу принят ГОСТ Р 53429-2009 (Таблица 1), и в случае, если ваши конструктора при разработке печатных плат также будут обращаться к нему, то мы будем разговаривать на одном языке. Возможна ситуация, когда допуски закладываются иными, но тогда нам приходится перестраиваться, а это, как показывает практика, приводит к непроизвольным ошибкам.

Таблица 1 (ГОСТ Р 53429-2009)

Диаметр отверстия d до 0,3 включительно 

Наличие металлизации Предельное отклонение диаметра для класса точности
  1 2 3 4 5 6 7
Без металлизации - - - +/-0,02 +/-0,02 +/-0,02 +/-0,02
С металлизацией без оплавления - - - -0,03
-0,07
-0,03
-0,07
-0,02
-0,06
-0,02
-0,06
С металлизацией и с оплавлением - - - - - - -

Диаметр отверстия d свыше 0,3 до 1,0 включительно

Наличие металлизации Предельное отклонение диаметра для класса точности
  1 2 3 4 5 6 7
Без металлизации +/- 0,10 +/- 0,10 +/- 0,05 +/- 0,05 +/- 0,05 +/- 0,025 +/-0,02
С металлизацией без оплавления + 0,05
- 0,15
+ 0,05
- 0,15
+ 0
- 0,10
+ 0
- 0,10
+ 0
- 0,10
- 0,025
- 0,075
- 0,02
- 0,05
С металлизацией и с оплавлением + 0,05
- 0,18
+ 0,05
- 0,18
+ 0
- 0,13
+ 0
- 0,13
+ 0
- 0,13
- -


Диаметр отверстия d свыше 1,0

Наличие металлизации Предельное отклонение диаметра для класса точности
  1 2 3 4 5 6 7
Без металлизации +/- 0,15 +/- 0,15 +/- 0,10 +/- 0,10 +/- 0,10 +/- 0,05 +/-0,03
С металлизацией без оплавления + 0,10
- 0,20
+ 0,10
- 0,20
+ 0,05
- 0,15
+ 0,05
- 0,15
+ 0,05
- 0,15
+0
- 0,10
- 0,02
- 0,08
С металлизацией и с оплавлением + 0,10
-0,23
+ 0,10
-0,23
+ 0,05
-0,18
+ 0,05
-0,18
+ 0,05
-0,18
- -

Вариант 1.

В том случае если единичные платы в групповой заготовке имеют прямоугольный контур, предпочтительно обработку контура проводить скрайбированием. При этом платы надрезаются с двух сторон дисковой алмазной фрезой.

скрайбирование резонит

Раскладывать единичные платы нужно с нулевым зазором так, как показано на рисунке.

Вариант 2.

Если платы имеют сложный контур, заготовку необходимо обрабатывать фрезеровкой по контуру. В этом случае для снижения трудоемкости обработки, платы необходимо разложить с зазором 2,0 мм (диаметр торцевой фрезы) и обозначить места, где оставлять перемычки для разламывания плат.

Также для снижения трудоемкости обработки сложного профиля рекомендуем комбинированный способ (вариант 1 + вариант 2).

Ниже приведена информация относительно того, как применять скрайбирование для обработки групповых печатных плат под автоматический монтаж (мультиплат).

механическая обработка скрайбированием

Скрайбирование - один из проверенных методов обработки мультиплат. Другие методы обработки - фрезерование, либо групповой штамп, оставляют следы от обломанных перемычек на которых держались платы в составе мультиплаты и приводят к дополнительным отходам материалов печатных плат.

Каждый метод имеет свои «за» и «против». Одна из главных выгод скрайбирования - то, что используется меньше материала по сравнению с фрезерованием, которое требует раскладывать печатные платы с зазором.

Защитная паяльная маска служит для защиты участков печатных плат от наплывов припоя. Существует 2 типа масок – сухая пленочная и жидкая. Сухая пленочная паяльная маска наносится методом ламинирования и в настоящее время редко используется, т.к. не подходит для печатных плат выше 3 класса точности. Жидкая паяльная маска наносится методом сеткографии через сетчатый трафарет, причем существует 2 варианта: через готовый трафарет, когда в сетке уже сформированы все окна вскрытия и маска наносится только на защищаемые участки печатной платы (такой вариант имеет невысокое разрешение и применяется как правило на односторонних печатных платах ниже 3 класса точности) и сплошное нанесение маски с последующим проявлением с использованием фотошаблонов. Требования к совмещению фотошаблонов маски ниже, чем к фотошаблонам топологии, поэтому окна вскрытия должны быть шире контактных площадок. Это нужно учитывать при создании компонентов, особенно в САПР где этот параметр задается непосредственно в компоненте (например, ORCAD), как правило, размер вскрытия задается на 0,1 мм больше размера контактной площадки. Следует также отметить, что разрешение (мостики в маске) распространенных масок составляет не менее 0,15 мм, это нужно учитывать в компонентах с шагом выводов 0,5мм.

Для компонетов с мелким шагом можно применять специальные LDI маски. В этом случае размер вскрытия может быть на 0,05мм больше размера контактной площадки. Разрешение таких масок 0,10мм.

Таблица 7 (ГОСТ 23751-86)

Маркировку печатных плат, как правило, наносят методом сеткографии специальной краской (с термическим или УФ отверждением, белого, желтого или черного цвета). Разрешение (минимальная толщина линии) такого метода невелика до 0,20мм. Это обстоятельство необходимо учитывать при создании компонента и использовании штрифта TrueType, т.к. полочки и выноски имеют меньшую толщину относительно основных линий.

В случаях когда маркировка закладывается в топологию печатной платы требования по разрешению к ней аналогичны требованиям, предъявляемым к проводникам.

Электротестирование – один из объективных методов контроля печатных плат на наличие обрывов и замыканий с измерением поверхностного сопротивления. Существует 2 метода – контроль с помощью универсального оборудования (Flightprobe) и контроль с изготовлением адаптера под конкретную печатную плату. Время на проведение контроля зависит от:

  • конструкции оборудования flight probe (вертикальные, горизонтальные, с автоматической загрузкой, набор из 2 или 4 щупов с каждой стороны контролируемой печатной платы);
  • конструкции самой печатной платы (единичные печатные платы, мультиплаты или печатные платы сложной формы с дополнительной оснасткой)

и может различаться в десятки раз. Привлекательность метода в отсутствии трудоемких затрат на изготовление специальной оснастки.

Адаптерный метод контроля печатных плат проводится также на специальном оборудовании, но с изготовлением дополнительной оснастки.

Имеющееся оборудование для электротестирвания: 2 установки Flight probe с 2-мя парами щупов.

Во многом качество SMD-монтажа обеспечивается ещё на этапе проектирования печатного узла. Для того, чтобы снизить вероятность возникновения каких-либо проблем при монтаже, и, как следствие, вероятность брака, и, соответственно, уменьшить себестоимость изделия за счет стоимости монтажа, необходимо учитывать требования предприятия производящего монтаж. Их соблюдение позволит получить наиболее полную отдачу от тех преимуществ, которые заключает в себе технология поверхностного монтажа.

В этом разделе размещена информация, посвященная тем вопросам разработки, которые непосредственно отражаются на качестве и процессе монтажа. Некоторые из приведенных здесь сведений носят общий характер, и применимы к любому производству. Они основаны на рекомендациях и стандартах таких организаций как IPC или JEDEC. Некоторые были получены нашими специалистами на основе собственного опыта работы с нашим оборудованием. В любом случае, применение изложенной здесь информации на практике поможет сделать процесс монтажа Ваших изделий на нашем предприятии более качественным, быстрым и эффективным.

Общая конструкция плат и мультиплицированных заготовок

Одно- и двусторонние платы

Некоторые разработчики, не раздумывая, спешат располагать SMD компоненты на обеих сторонах печатной платы. В этом случае изделие дважды проходит стадию монтажа, для него дважды пишутся программы на оборудование, дважды происходит его переналадка, изготавливается два трафарета и т.д. Это стоит делать только в том случае, если габариты самой платы, всевозможные ограничения на зазоры между проводниками, контактными площадками и другими элементами платы, и прочие требования не оставляют выбора. Помните, что стоимость монтажа каждой стороны платы рассчитывается как за отдельное изделие, а во-вторых, на монтаж двусторонних плат существует коэффициент наценки. И это относится к абсолютному большинству предприятий, занимающихся монтажом. Кроме того, значительно возрастает стоимость тестового оборудования для проверки самих печатных плат.

Размеры плат и групповых заготовок

Допустимые размеры печатного узла или мультиплицированной заготовки, состоящей из нескольких одинаковых плат, зависят от параметров оборудования, на котором будет производиться сборка. Для оборудования, которое применяет наша фирма, эти размеры должны находиться в диапазоне от 50Х50мм до 320X250мм (в отдельных случаях максимальный размер может превышать указанные параметры, но это необходимо согласовать с нашими технологами). При этом желательно выдержать соотношение длины к ширине групповой заготовки примерно 3 к 2.

Технологические поля

Наше оборудование позволяет производить монтаж отдельных плат или групповых заготовок, не имеющих специальных технологических отверстий и полей для фиксации платы на сборочном оборудовании. Но при этом необходимо учитывать, что хотя бы по одной из длинных сторон платы компоненты должны быть расположены не ближе, чем 3 мм от края как минимум! Причем, если поверхностно-монтируемые элементы размещены с обеих сторон платы, это правило должно соблюдаться и для второй стороны. В противном случае, по длинным сторонам платы или мультизаготовки необходимо разместить технологические поля, шириной 3-5мм.

Разделение заготовок на платы

Для разделения плат между собой и технологическими полями существует два метода: скрабирование и фрезеровка по контуру платы. В первом случае по прямым линиям раздела плат и полей наносятся надрезы, которые оставляют в этих местах перемычку, размер которой определяет как жесткость всей заготовки в целом, так и легкость ее последующего разделения.

Реперные метки

На каждой плате необходимо предусмотреть наличие желательно 4-х (минимум 2-х) реперных меток, необходимых для системы технического зрения установщиков. Они должны располагаться по углам платы и быть максимально удалены друг от друга.

Реперные метки должны представлять собой круглые площадки, диаметром 1мм, вскрытые от маски в диаметре 3,5-4 мм. Желательно, что бы проводники, контактные площадки, переходные, крепежные отверстия и другие элементы печатной платы располагались не ближе 5 мм к реперным меткам.

Контактные площадки

Чтобы избежать перетекание припоя, произвольное смещение компонентов и другие нежелательные эффекты во время пайки, нельзя допускать расположение переходных отверстий на контактных площадках элементов или в непосредственной близости от них. Необходимо, чтобы контактные площадки компонентов были отделены от переходных отверстий, других контактных площадок и т.д. паяльной маской. Подобное правило очень важно для микросхем с малым шагом выводов – их контактные площадки обязательно должны быть разделены маской.

Элементы, расположенные внутри полигонов, должны быть отделены от них термобарьерами. Это позволит избежать неравномерного прогрева разных контактных площадок одного и того же компонента во время пайки и, как следствие, смещение этого компонента, эффекта «надгробного камня» и т. д.

Одним из наиболее важных моментов при проектировании печатных узлов является соблюдение форм и размеров контактных площадок. Именно несоответствие этих параметров зачастую приводит к возникновению таких нежелательных явлений как эффект «надгробного камня», непропаи одного из выводов компонента, слишком большое смещение элемента и т. д.

Опять же, здесь невозможно привести параметры контактных площадок для всех типов корпусов. Поэтому мы рекомендуем сверять эти параметры с данными производителей компонентов и стандартами IPC (IPC-7351A – «Общие требования по конструированию контактных площадок и печатных плат с применением технологии поверхностного монтажа»), а так же обращаться к специалистам нашей фирмы, перед тем, как отправить проект печатной платы на изготовление.

Минимальный диаметр переходного отверстия, не повышающий стоимость изготовления, 0,3мм. Для плат повышенной плотности 0,2 и даже 0,1мм.

Диаметр отверстий в файле соответствует диаметру отверстий после металлизации с учетом допуска
(см. Рекомендации по выбору диаметра монтажного отверстия).

Минимальный поясок контактной площадки переходного отверстия, не повышающий стоимость изготовления, 0,15мм.

Минимальный поясок контактной площадки монтажного отверстия, не повышающий стоимость изготовления, 0,20мм.

Для плат повышенной плотности эти размеры могут уменьшены до 0,10 и 0,15мм соответсвенно.

Обязательно указывать вскрывать их от маски или нет для проектов, передаваемых нам в форматах PCAD (если ничего не указано, то переходные маской закрываются по умолчанию!) и Altium Designer (если ничего не указано, то переходные изготавливаются в соответствии с настройками в файле).
Вернуться к разделу "Вопросы и ответы"