2023-05-10
通信・電子製品の市場競争の激化に伴い、製品のライフサイクルは短縮化しています。オリジナル製品のアップグレードと新製品のリリース速度は、企業の存続と発展においてますます重要な役割を果たします。製造現場では、生産リードインタイムを短縮して、より高い製造性と製造品質を備えた新製品をいかに入手するかが、先見の明のある人々によってますます追求される競争力となっています。
電子製品の製造においては、製品の小型化、複雑化に伴い、回路基板の実装密度がますます高くなっています。したがって、広く使用されている新世代の SMT 組み立てプロセスでは、設計者は最初から製造可能性を考慮する必要があります。設計上の配慮不足により製造性の低下が発生すると、設計変更が必然となり、製品導入期間の長期化や導入コストの増加が避けられません。たとえPCBレイアウトがわずかに変更されたとしても、プリント基板とSMTはんだペースト印刷スクリーン基板を再作成するコストは最大で数千元、場合によっては数万元かかり、アナログ回路の再デバッグも必要です。
輸入時期の遅れにより、企業は市場での機会を逃し、戦略的に非常に不利な立場に置かれる可能性があります。しかし、そのまま製品を製造すると、製造上の欠陥が生じたり、製造コストが上昇したりしてコストが高くなってしまいます。したがって、企業が新製品を設計するとき、設計の製造可能性を考慮するのが早ければ早いほど、新製品の効果的な導入に役立ちます。
PCB 設計の製造可能性は 2 つのカテゴリに分類されます。1 つはプリント回路基板を製造する処理技術です。2つ目は実装工程における部品やプリント基板の回路や構造を指します。プリント基板製造の加工技術については、一般的な PCB メーカーは、その製造能力の影響により、設計者に非常に詳細な要件を提供しますが、実際には比較的良好です。しかし、著者の理解によると、実際に十分な注目が集まっていないのは 2 番目のタイプ、つまり電子アセンブリの製造可能性設計です。この文書の焦点は、設計者が PCB 設計の段階で考慮しなければならない製造可能性の問題について説明することでもあります。
電子アセンブリの製造容易性を設計するには、PCB 設計者が PCB 設計の開始時に次の点を考慮する必要があります。
アセンブリ モードとコンポーネント レイアウトの選択は、PCB の製造性において非常に重要な側面であり、アセンブリの効率、コスト、製品の品質に大きな影響を与えます。実際、著者はかなり多くの PCB に接してきましたが、いくつかの非常に基本的な原則についてまだ考慮が不足しています。
一般に、PCB のさまざまな実装密度に応じて、次の実装方法が推奨されます。
回路設計エンジニアとして、原則としていくつかの間違いを避けるために、PCB 組み立てプロセスを正しく理解する必要があります。組み立てモードを選択するときは、PCB の組み立て密度と配線の難易度を考慮することに加えて、この組み立てモードの一般的なプロセス フローと企業自体のプロセス設備のレベルを考慮する必要があります。企業に優れたウェーブ溶接プロセスがない場合、上の表の 5 番目の組立方法を選択すると、多くの問題が発生する可能性があります。また、溶接面にウェーブはんだ付けプロセスを計画している場合は、溶接面にいくつかの SMDS を配置してプロセスを複雑にすることは避けるべきであることにも注意してください。
PCB コンポーネントのレイアウトは、生産効率とコストに非常に重要な影響を及ぼし、PCB 設計の接続性を測定するための重要な指標です。一般的に、成分はできるだけ均一、規則的、きれいに配置され、同じ方向と極性分布で配置されます。規則的な配置は検査に便利で、パッチ/プラグイン速度の向上に役立ちます。均一な配置は熱放散と溶接プロセスの最適化に役立ちます。
一方、プロセスを簡素化するために、PCB 設計者は、PCB のどちらの側でもリフロー溶接とウェーブ溶接の 1 つのグループ溶接プロセスのみを使用できることを常に認識する必要があります。これはアセンブリ密度において特に顕著であり、PCB 溶接面にはより多くのパッチ コンポーネントを配置する必要があります。設計者は、溶接面に取り付けられたコンポーネントにどのグループの溶接プロセスを使用するかを検討する必要があります。好ましくは、パッチ硬化後のウェーブはんだ付けプロセスを使用して、穴あきデバイスのピンを部品表面に同時に溶接することができる。
ただし、ウェーブ溶接パッチコンポーネントには比較的厳しい制約があり、0603 サイズ以上のチップ抵抗、SOT、SOIC (ピン間隔 ≥1mm、高さ 2.0mm 未満) 溶接のみとなります。溶接面に配置された部品の場合、部品の両側の溶接端またはリードが同時に溶接に浸されるように、波頭溶接中のピンの方向は PCB の伝送方向に対して垂直である必要があります。時間。
隣接する構成要素間の配置順序および間隔も、図１に示すように、「遮蔽効果」を回避するために波頭溶接の要件を満たさなければならない。1. ウェーブはんだ付け SOIC およびその他のマルチピン コンポーネントを使用する場合は、連続溶接を防ぐために、2 つ (各側 1) のはんだ足で錫の流れの方向に設定する必要があります。
同様のタイプの部品は基板上の同じ方向に配置する必要があり、部品の実装、検査、溶接が容易になります。たとえば、すべてのラジアル コンデンサのマイナス端子をプレートの右側に向けたり、すべての DIP ノッチを同じ方向に向けたりすることで、計測の速度が向上し、エラーの発見が容易になります。図2に示すように、基板Aはこの方法を採用しているため、逆コンデンサを見つけるのは簡単ですが、基板Bは見つけるのに時間がかかります。実際、企業は自社が製造するすべての回路基板コンポーネントの向きを標準化できます。一部のボード レイアウトでは必ずしもこれが可能であるとは限りませんが、努力は必要です。
PCB 設計で考慮すべき製造可能性の問題は何ですか
また、同様のタイプのコンポーネントは、図 3 に示すように、すべてのコンポーネントの脚を同じ方向にして、できるだけ一緒に接地する必要があります。
しかし、筆者は実際に、実装密度が高すぎて、PCB の溶接面にもタンタル コンデンサやパッチ インダクタンス、さらには間隔の狭い SOIC などの高部品を分散させる必要があるかなりの数の PCBS に遭遇しました。そしてTSOP。この場合、逆流溶接には両面印刷のはんだペーストパッチのみを使用することができ、手動溶接に適応させるためにプラグイン部品を部品の分布の中で可能な限り集中させる必要があります。もう 1 つの可能性は、選択ウェーブはんだ付けプロセスに対応するために、コンポーネント面の穴あき要素を可能な限り数本の直線上に配置する必要があることです。これにより、手動溶接を回避して効率を向上させ、溶接の品質を確保できます。個別のはんだ接合部の分布は、選択ウェーブはんだ付けでは大きなタブーであり、処理時間が倍増します。
プリント基板ファイル内の部品の位置を調整する場合、部品とシルクスクリーンのシンボルが 1 対 1 で対応していることに注意する必要があります。実際の生産では、シルクスクリーン シンボルが生産をガイドできる業界言語であるため、コンポーネントの隣にシルクスクリーン シンボルを移動せずにコンポーネントを移動すると、製造における重大な品質上の危険が生じます。
現在、電子実装はある程度の自動化が進んでいる産業の1つであり、生産に使用される自動化装置はPCBの自動伝送を必要とするため、PCBの伝送方向（通常は長辺方向）、上部と下部がそれぞれ自動伝送を容易にするために、クランプエッジが 3 ～ 5 mm 以上の幅を持っているため、クランプが自動的に取り付けられないため、基板のエッジ付近を避けてください。
位置決めマーカーの役割は、PCB が光学式位置決めで広く使用されている組立装置で PCB の位置を正確に特定し、PCB の加工誤差を修正するために、光学式識別システムに少なくとも 2 つまたは 3 つの位置決めマーカーを提供する必要があることです。一般的に使用される位置決めマーカーのうち、2 つは PCB の対角線上に配置する必要があります。位置決めマークの選択には通常、固体の丸いパッドなどの標準グラフィックスが使用されます。識別を容易にするために、マークの周囲には他の回路機能やマークのない空白領域が必要です。そのサイズはマークの直径 (図 4 を参照) およびマーク間の距離以上でなければなりません。基板の端は5mm以上ある必要があります。
PCB 自体の製造、半自動プラグインの組み立てプロセス、ICT テストなどのプロセスでは、PCB の角に 2 ～ 3 個の位置決め穴を設ける必要があります。
小さいサイズや不規則な形状の PCB を組み立てる場合、多くの制限を受けるため、図 5 に示すように、いくつかの小さな PCB を適切なサイズの PCB に組み立てる方法が一般的に採用されます。一般に、片面サイズがそれ以下の PCB は、 150mmを超える場合はスプライシング方式の採用が考えられます。2枚、3枚、4枚…と、大型基板サイズを適切な加工範囲に接続することができます。一般に、幅 150mm ～ 250mm、長さ 250mm ～ 350mm の PCB が自動組立に適したサイズです。
基板の別の方法は、プラスとマイナスのスペルの両側にSMDを備えたPCBを大きな基板に配置することです。このような基板は一般に陰と陽として知られており、一般にスクリーン基板のコストを節約することを考慮しています。つまり、このようなボードを使用すると、元々はスクリーン ボードの 2 つの側面が必要でしたが、現在はスクリーン ボードを開くだけで済みます。さらに、技術者が SMT マシンの実行プログラムを準備するとき、陰と陽の PCB プログラミング効率も高くなります。
基板を分割する場合、サブ基板間の接続は両面V溝、長穴、丸穴等で行うことができますが、分割線がしっかりと入るよう、可能な限り設計を考慮する必要があります。基板を容易にするために直線にしますが、基板を損傷するときに PCB が損傷しやすいように、分離側が PCB ラインに近づきすぎないようにすることも考慮してください。
非常に経済的なボードもありますが、これは PCB ボードではなく、グリッド グラフィック ボードのメッシュを指します。自動はんだペースト印刷機の適用により、現在のより高度な印刷機 (DEK265 など) では、790×790mm のスチール メッシュのサイズが可能になり、多面の PCB メッシュ パターンを設定し、一枚のスチール メッシュを実現できます。複数の製品を印刷する場合、非常にコストを節約できる方法であり、特に小ロットやさまざまなメーカーの製品特性に適しています。
SMTのテスタビリティ設計は主に現在のICT機器の状況に合わせたものです。生産後の製造におけるテストの問題は、回路および表面実装 PCB SMB 設計で考慮されます。テスト容易性設計を改善するには、プロセス設計と電気設計の 2 つの要件を考慮する必要があります。
位置決めの精度、基板の製造手順、基板のサイズ、プローブの種類はすべて、プローブの信頼性に影響を与える要因です。
(1) 位置決め穴。基板の穴位置の誤差は±0.05mm以内としてください。位置決め穴を 2 つ以上できるだけ離して設置してください。はんだコーティングの厚さを減らすために非金属の位置決め穴を使用すると、公差要件を満たすことができません。基板が全体として製造され、その後個別にテストされる場合は、位置決め穴をマザーボードと個々の基板に配置する必要があります。
(2) 試験点の直径は 0.4mm 以上、隣接する試験点間の間隔は 2.54mm 以上 1.27mm 以上である。
(3) *mm を超える高さのコンポーネントをテスト面に配置しないでください。オンライン テスト フィクスチャのプローブとテスト ポイント間の接触不良が発生します。
(4) プローブとコンポーネント間の衝撃による損傷を避けるために、テスト ポイントをコンポーネントから 1.0 mm 離して配置します。位置決め穴のリングから 3.2 mm 以内にコンポーネントやテスト ポイントがあってはなりません。
(5) テストポイントは、クランプ固定具を確保するために使用される PCB エッジから 5mm 以内に設定しないでください。通常、コンベアベルト生産装置と SMT 装置では同じプロセスエッジが必要です。
(6) すべての検出ポイントは、信頼性の高い接触を確保し、プローブの耐用年数を延ばすために、柔らかい質感、容易な浸透性、および非酸化性を備えた錫メッキまたは金属導電性材料を選択する必要があります。
(7) テスト ポイントをはんだ抵抗や文字インクで覆うことができません。そうしないと、テスト ポイントの接触面積が減少し、テストの信頼性が低下します。
(1) 部品表面の SMC/SMD テストポイントは、穴を通して可能な限り溶接面まで導かれ、穴の直径は 1mm 以上である必要があります。このようにして、片面ニードルベッドをオンラインテストに使用できるため、オンラインテストのコストが削減されます。
(2) 各電気ノードにはテスト ポイントが必要で、各 IC には POWER および GROUND のテスト ポイントがあり、このコンポーネントのできるだけ近く、IC から 2.54 mm の範囲内になければなりません。
(3) 回路配線上にテストポイントを設置すると、テストポイントの幅を40mil幅まで拡張できます。
(4) プリント基板上にテストポイントを均等に配置します。プローブが特定の領域に集中している場合、より高い圧力によりテスト中のプレートまたは針床が変形し、プローブの一部がテストポイントに到達することがさらに妨げられます。
(5) 回路基板上の電源デカップリング コンデンサまたはその他のコンポーネントが電源に短絡しているように見える場合、故障点をより迅速に見つけて、回路基板上の電源ラインをテスト ブレークポイントを設定する領域に分割する必要があります。正確に。ブレークポイントを設計するときは、テスト ブレークポイントを再開した後の電力供給能力を考慮する必要があります。
図 6 は、テスト ポイント設計の例を示しています。テストパッドは延長ワイヤによってコンポーネントのリード近くに設定されるか、テストノードは穴あきパッドによって使用されます。コンポーネントのはんだ接合部でテスト ノードを選択することは固く禁じられています。このテストでは、仮想溶接接合部がプローブの圧力下で理想的な位置に押し出され、仮想溶接欠陥が隠蔽され、いわゆる「欠陥マスキング効果」が発生します。位置決め誤差によるプローブの偏りにより、プローブがコンポーネントのエンドポイントやピンに直接作用し、コンポーネントに損傷を与える可能性があります。
PCB 設計ではどのような製造可能性の問題を考慮する必要がありますか?
上記は、PCB 設計で考慮すべき主な原則の一部です。電子アセンブリ向けの PCB の製造設計では、構造部品とのマッチングスペースの合理的な配置、シルクスクリーンのグラフィックスとテキストの合理的な配置、重いまたは大型の加熱装置の位置の適切な配置など、非常に多くの詳細が必要になります。 , PCBの設計段階では、プルリベッティングおよびプレスリベッティングプロセスによってカップリングを取り付ける際に、テストポイントとテストスペースを適切な位置に設定し、ダイと近くに分布するコンポーネントとの干渉を考慮する必要があります。PCB 設計者は、高品質、高効率、低コストを達成するために、どのようにして良好な電気的性能と美しいレイアウトを実現するかだけでなく、PCB 設計において同様に重要な点である製造性も考慮します。
