Wstęp
Wraz z tendencją do stosowania coraz-mniejszych urządzeń elektronicznych, przestrzeń na PCB staje się coraz bardziej ograniczona. Ponieważ liczba pinów układu scalonego stale rośnie i-szybkie interfejsy stają się coraz bardziej powszechne, zespoły badawczo-rozwojowe często zwiększają gęstość routingu, próbując zmniejszyć rozmiar. W przypadku wielu projektów to, czy płytkę PCB można skutecznie „poprowadzić”, może nawet decydować o tym, czy produkt zostanie dopuszczony do rozwoju.
Jednak w rzeczywistym procesie produkcyjnym PCBA większa gęstość trasowania niekoniecznie oznacza lepszy produkt. Wiele płytek, które normalnie działają w fazie badawczo-rozwojowej, po wejściu do masowej produkcji zaczynają wykazywać problemy, takie jak zwarcia, wahania impedancji, wady lutowania i problemy z niezawodnością międzywarstw.
W branży PCBA istnieje bardzo realistyczne powiedzenie: „To, że można to wyprodukować, nie oznacza, że można je-niezawodnie produkować masowo”. Znalezienie właściwej równowagi między gęstością routingu a wydajnością produkcji PCB stało się głównym wyzwaniem przy projektowaniu produktów elektronicznych o-gęstości.
Im gęstsze ułożenie PCB, tym węższe okno produkcyjne
Na etapie projektowania wielu inżynierów zajmujących się badaniami i rozwojem koncentruje się bardziej na wdrażaniu funkcjonalnym i integralności sygnału, podczas gdy fabryki płytek PCB bardziej skupiają się na tolerancjach produkcyjnych. W miarę zmniejszania się szerokości linii i odstępów, odpowiednio wzrasta trudność procesów trawienia, naświetlania, laminowania i wiercenia. Drobne błędy, które zostały wcześniej pochłonięte przez proces produkcyjny, są szybko powiększane na płytkach PCB o-gęstej gęstości.
Na przykład większość fabryk płytek PCB może niezawodnie wyprodukować standardową czterowarstwową płytkę- o szerokości ścieżki i odstępach 4/4 mil. Jeśli jednak zmniejszy się to do 3/3 milicala lub mniej, wydajność produkcyjna znacznie spada. Nawet niewielkie odchylenie w procesie trawienia może spowodować przerwę w obwodzie lub zwarcie.
W wielu projektach produkcyjnych PCBA problemy nie są od razu widoczne w trakciefaza prototypowaniaponieważmały rozmiar partiipozwala fabrykom przydzielić więcej zasobów do ręcznej kontroli. Jednakże wraz z rozpoczęciem produkcji masowej pojawiają się różnice w produkcji, a różnica w wydajności staje się coraz bardziej widoczna. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku płyt-wysokowarstwowych, kart HDI i wielkoformatowych-płyt głównych serwerów, w przypadku których ryzyko związane z routingiem o dużej-gęstości jest znacznie bardziej złożone niż obserwowane w fazie badawczo-rozwojowej.
Nadmierne dążenie do gęstości routingu często zwiększa późniejsze koszty produkcji
Podczas opracowywania produktów wiele firm dąży do zmniejszenia kosztów materiałów poprzez minimalizację powierzchni PCB. Jednak gdy rozpoczyna się masowa produkcja, często zdarza się sytuacja odwrotna: chociaż powierzchnia PCB się zmniejszyła, ogólne koszty produkcji w rzeczywistości rosną. Powód jest prosty. Kiedy płytki PCB są wprowadzane do procesów produkcyjnych-o dużej gęstości, fabryki zazwyczaj wymagają: sprzętu-wyższej klasy naświetlania, bardziej rygorystycznej kontroli trawienia, bardziej złożonych procesów laminowania, bardziej precyzyjnych możliwości wiercenia i większego udziałuInspekcja AOI.
Wszystkie te czynniki bezpośrednio zwiększają koszty produkcji PCB. Jednocześnie wzrasta również odsetek złomowań, poprawek i złożoności testów w przypadku płyt-o dużej gęstości. Wydaje się, że wiele projektów pozwala zaoszczędzić na rozmiarze PCB, ale w rzeczywistości wiąże się z wyższymi kosztami podczas masowej produkcji. Jest to szczególnie prawdziwe w sektorze przetwarzania PCBA, gdzie sama płytka PCB stanowi jedynie część całkowitego kosztu. Gdy stopa wydajności PCB spadnie, kolejneMontaż SMT, testowanie, naprawy i-serwis posprzedażny.
Routing o dużej-gęstości wpływa również na stabilność lutowania PCBA
Wiele zespołów badawczo-rozwojowych uważa, że problemy z routingiem ograniczają się do etapu produkcji PCB, ale w rzeczywistości mają one bezpośredni wpływ na późniejsze przetwarzanie PCBA. Gdy obwody są zbyt gęste, mostki maski lutowniczej między polami stają się węższe, a margines tolerancji dla druku szablonowego się kurczy. Jest to szczególnie prawdziwe w obszarach, w których występują układy scalone-o drobnej podziałce, układy BGA i komponenty 0201, gdzie nawet niewielka niewspółosiowość pasty lutowniczej może spowodować mostkowanie lutu. Dodatkowo gęste trasowanie zwiększa ryzyko zlokalizowanej nierównowagi obszaru miedzi. Podczasponowny przepływlutowanieprocesznaczne różnice w zdolności pochłaniania ciepła pomiędzy różnymi obszarami mogą łatwo prowadzić do lokalnych niespójności temperatur.
Na hali produkcyjnej często obserwuje się sytuację, w której pomimo zastosowania tego samego profilu rozpływowego, niektóre płyty lutują się poprawnie, inne wykazują zimne luty lub nagrobki. W wielu przypadkach pierwotna przyczyna nie leży w sprzęcie, ale w różnicach strukturalnych w samej płytce drukowanej. Właśnie dlatego coraz większa liczba fabryk PCBA podczas przeglądów DFM koncentruje się zarówno na możliwościach produkcji płytek PCB, jak i możliwości lutowania.
Prawdziwie solidny projekt nie oznacza wypełnienia każdego centymetra przestrzeni
Wiele doskonałych projektów PCB nie charakteryzuje się najgęstszym trasowaniem, ale raczej rozsądniejszą kontrolą marginesów procesu. W niektórych-projektach o wysokiej niezawodności zespoły badawczo-rozwojowe będą aktywnie rezerwować przestrzeń. Na przykład: zwiększenie odstępów referencyjnych wokół par różnicowych-o dużej prędkości, unikanie minimalnych szerokości linii w obszarach-rozszerzania BGA, zmniejszenie gęstości w krytycznych strefach zasilania i zarezerwowanie obszarów miedzianych do rozpraszania ciepła w regionach-o wysokiej temperaturze.
Chociaż projekty te mogą wydawać się „marnować miejsce”, znacznie poprawiają stabilność podczas masowej produkcji. Dzieje się tak, ponieważ produkcja płytek PCB z natury wiąże się z tolerancjami przetwarzania. Im bardziej projekt przesuwa granice procesu, tym mniejszy jest margines błędu w produkcji. Nawet niewielkie wahania na którymkolwiek etapie mogą prowadzić do wad partii. Szczególnie w dziedzinie elektroniki samochodowej, sterowania przemysłowego i urządzeń medycznych wiele firm przedkłada długoterminową-niezawodność nad zwykłą minimalizację wymiarów PCB.
Wczesna współpraca pomiędzy producentami PCB i PCBA staje się coraz ważniejsza
Problemy w wielu projektach nie wynikają z niewystarczających możliwości badawczo-rozwojowych, ale z braku wkładu produkcyjnego na etapie projektowania. Wiele zespołów badawczo-rozwojowych wysyła swoje projekty do producentów PCB i PCBA dopiero po ukończeniu układu. Zanim problemy DFM wyjdą na światło dzienne, często jest już za późno na modyfikację struktury PCB.
Obecnie coraz większa liczba projektów przeprowadza ocenę procesów już na wczesnym etapie projektowania, m.in.: czy szerokości i odstępy linii przekraczają zakres stabilny dla produkcji masowej. Czy konstrukcje przelotowe nadają się do produkcji masowej; czy stos laminatu jest łatwy do laminowania; i czy będzie to miało wpływ na obszary-o dużym zagęszczeniuLutowanie SMT.
Ta współpraca na wczesnym etapie może pomóc w ograniczeniu znacznej liczby zagrożeń, zanim produkt wejdzie do formalnej produkcji. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku kart HDI,-szybkich kart komunikacyjnych i płyt serwerowych AI, gdzie koszt modyfikacji staje się niezwykle wysoki, jeśli problemy zostaną wykryte dopiero na etapie produkcji pilotażowej.
Stabilność-masowej produkcji jest często ważniejsza niż zwykła „możliwość poprowadzenia śladów”
Wiele projektów badawczo-rozwojowych już na początku ulega błędnemu przekonaniu: jeśli uda się w pełni poprowadzić płytkę drukowaną, problem zostanie rozwiązany. Jednak w przypadku produkcji PCBA prawdziwe wyzwania często zaczynają się od produkcji masowej. Niezależnie od tego, czy produkt jest łatwy w produkcji, łatwy do lutowania, łatwy do testowania i zdolny do-długoterminowej stabilności-, kwestie te ostatecznie wracają do samego projektu PCB.
Gęstość routingu jest z pewnością ważna, ale nie powinna odbywać się kosztem wydajności produkcyjnej. Projekt płytki drukowanej umożliwiający-długoterminową, stabilną produkcję masową zazwyczaj zapewnia bardziej rozsądną równowagę między wydajnością, przestrzenią, procesem i kosztami.
Wniosek
W branży produkcyjnej PCBA wiele problemów-z produkcją masową wynika w rzeczywistości ze zbytniego przesuwania projektu do granic procesu produkcyjnego na etapie projektowania. W naprawdę doskonałym projekcie płytki drukowanej nie chodzi o to, aby była ona jak najmniejsza, ale o to, aby zapewnić stabilność produktu podczas masowej produkcji.