مشاكل تصميم لوحات الدوائر المطبوعة، الحلول، ومتطلبات SMT الأساسية

أحدثت تقنية Mount Surface (SMT) ثورة في تصنيع الإلكترونيات ، مما يتيح أجهزة أصغر وأسرع وأكثر موثوقية. ومع ذلك ، تأتي دقة SMT مع متطلبات تصميم صارمة - يمكن أن تؤدي الإشراف البسيطة إلى عيوب التجميع أو تدهور الإشارات أو فشل المنتج. من وضع المكونات إلى تطبيق معجون لحام ، يجب أن يتماشى كل جانب من جوانب تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع إمكانيات SMT لضمان إنتاج سلس والأداء الأمثل.

يحدد هذا الدليل مشكلات تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور المشتركة في تصنيع SMT ، ويوفر حلولًا قابلة للتنفيذ ، ويوضع متطلبات SMT الحرجة. سواء كنت تقوم بتصميم الإلكترونيات الاستهلاكية ، أو أنظمة السيارات ، أو المعدات الصناعية ، فإن فهم هذه المبادئ سيقلل من إعادة صياغة الأعمال ، وخفض التكاليف ، وتحسين جودة المنتج.

مشكلات تصميم PCB الشائعة في تصنيع SMT
حتى المصممين ذوي الخبرة يواجهون تحديات عند تحسين مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور لـ SMT. فيما يلي أكثر المشكلات شيوعًا وأسبابها الجذرية:
1. تباعد المكون غير الكافي
المشكلة: المكونات الموضوعة قريبة جدًا من بعضها البعض (أقل من 0.2 مم بين الحواف) السبب:
A.Solder سد أثناء الانحدار (دوائر قصيرة).
B.Difficulty في التفتيش الآلي (لا يمكن لآلات AOI حل فجوات ضيقة).
c.damage أثناء إعادة صياغة (تخلص من مكون واحد يخاطر بتسخين الأجزاء المجاورة).
السبب الجذري: يطل على تحمل آلة SMT (عادة ± 0.05 مم للأنظمة الالتقاط والمكان) أو إعطاء الأولوية للتصغير على التصنيع.

2. تصميم وسادة ضعيف
المشكلة: تؤدي أحجام وسادة غير صحيحة أو الأشكال إلى:
أ.
B.Tombstoning (مكونات صغيرة مثل المقاومات 0402 ترفع وسادة واحدة بسبب تدفق اللحام غير المتكافئ).
توصيلية حرارية (حاسمة لمكونات الطاقة مثل MOSFETs).
السبب الجذري: استخدام قوالب PAD عامة بدلاً من معايير IPC-7351 ، والتي تحدد أبعاد الوسادة المثلى استنادًا إلى حجم المكون ونوعها.

3. فتحات الاستنسل غير المتناسقة
المشكلة: أحجام فتحة الاستنسل غير متطابقة (تستخدم لتطبيق معجون اللحام) تؤدي إلى:
أ.
إصدار معجون ب.
السبب الجذري: الفشل في ضبط فتحات الاستنسل لنوع المكون (على سبيل المثال ، باستخدام نفس نسبة الفتحة للمقاومات و BGAs).

4. علامات إدارية غير كافية
المشكلة: تؤدي الإخلاص المفقود أو الضعيف (علامات المحاذاة) إلى:
أ.
ب. معدلات الخردة التي تم تصنيعها (تصل إلى 15 ٪ في الإنتاج ذو الحجم الكبير ، لكل بيانات الصناعة).
السبب الجذري: التقليل من أهمية الإثارة للأنظمة الآلية ، والتي تعتمد عليها للتعويض عن pcb warpage أو اختلال اللوحة.

5. الإدارة الحرارية تطل على
المشكلة: تجاهل تبديد الحرارة في تصميمات SMT: أسباب:
تعب مفصل اللحام (مكونات درجات الحرارة العالية مثل منظمات الجهد تحلل اللحام بمرور الوقت).
فشل المكون (تجاوز درجات حرارة التشغيل المقدرة لـ ICS).
السبب الجذري: لا يشمل VIAs الحرارية تحت مكونات الطاقة أو باستخدام وزن النحاس غير الكافي (أقل من 2 أوقية) في طائرات الطاقة.

6. فشل سلامة الإشارة
المشكلة: الإشارات عالية السرعة (≥00MHz) تعاني من:
A.Crosstalk بين الآثار المجاورة (تباعد أقل من عرض تتبع 3x).
عدم تطابق ب.
السبب الجذري: علاج SMT PCBS كتصميمات منخفضة التردد ، حيث تكون سلامة الإشارة فكرة لاحقة بدلاً من أولوية التصميم.

حلول لقضايا تصميم SMT الرئيسية
يتطلب معالجة هذه المشكلات مزيجًا من الانضباط في التصميم ، والالتزام بالمعايير ، والتعاون مع الشركات المصنعة. فيما يلي حلول مثبتة:
1. تحسين تباعد المكون
A.Folling IPC-2221 الإرشادات: الحفاظ على الحد الأدنى من التباعد 0.2 مم بين المكونات السلبية (0402 وأكبر) و 0.3 مم بين المكونات النشطة (على سبيل المثال ، ICS). بالنسبة إلى BGAs الدقيقة (≤0.8 ملم الملعب) ، قم بزيادة التباعد إلى 0.4 ملم لتجنب الجسر.
B.Account لتحمل الماكينة: أضف عازلة 0.1 مم إلى حسابات التباعد لاستيعاب أخطاء الماكينة في الاختيار.
C. استخدام قواعد التصميم: تكوين برنامج تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور (Altium ، KICAD) لانتهاكات تباعد العلم في الوقت الفعلي.

2. توحيد تصميمات وسادة مع IPC-7351
يعرّف IPC-7351 ثلاث فئات PAD (الفئة 1: المستهلك ؛ الفئة 2: الصناعية ؛ الفئة 3: الطيران/الطبية) مع أبعاد دقيقة. على سبيل المثال:

أ.
منصات B.Taper لـ ICS الدقيقة: بالنسبة لـ QFPs ذات الملعب ≤0.5 مم ، ينتهي وسادة تفتق إلى 70 ٪ من العرض لتقليل مخاطر الجسر.

3. تحسين فتحات الاستنسل
يؤثر حجم فتحة الفتحة بشكل مباشر على حجم معجون اللحام. استخدم هذه القواعد:
مكونات A.Passive (0402–1206): فتحة = 80-90 ٪ من عرض الوسادة (على سبيل المثال ، عرض وسادة 0402 0.30 مم → فتحة 0.24-0.27 مم).
B.BGAs (0.8 مم الملعب): قطر الفتحة = 60-70 ٪ من قطر الوسادة (على سبيل المثال ، فتحة 0.45 مم → 0.27-0.31 مم).
C.QFNS: استخدم فتحات "Dogbone" لمنع فتل اللحام تحت جسم المكون.
D.Stency سمك: 0.12 ملم لمعظم المكونات ؛ 0.08 مم للأجزاء الدقيقة (.50.5 مم) لتقليل حجم المعجون.

4. تنفيذ علامات إدارية فعالة
A.Placement: أضف 3 Fiducials لكل ثنائي الفينيل متعدد الكلور (واحد في كل زاوية ، قطري) لتثليث مثالي. للألواح ، أضف 2–3 من الإخلاص على مستوى اللوحة.
B.Design: استخدم دوائر نحاسية صلبة من 1.0-1.5 مم مع خلوص 0.5 مم (لا يوجد قناع لحام أو شاشة حريرية) لضمان الرؤية.
C.Material: تجنب التشطيبات العاكسة (على سبيل المثال ، ENIG) على الديدان ، لأنها يمكن أن تخلط بين كاميرات AOI ؛ HASL أو OSP هو الأفضل.

5. تعزيز الإدارة الحرارية
A.thermal vias: مكان 4–6 VIAS (قطر 0.3 مم) تحت مكونات الطاقة (على سبيل المثال ، منظمات الجهد ، LEDs) لنقل الحرارة إلى الطائرات الأرضية الداخلية.
B.Copper وزن: استخدم 2oz (70μm) النحاس في طائرات الطاقة للمكونات التي تبدد> 1w ؛ 4oz (140μm) لـ> 5w.
C.Thermal Pads: قم بتوصيل وسادات حرارية مكشوفة (على سبيل المثال ، في QFNs) إلى مناطق نحاسية كبيرة عبر VIAs متعددة لتقليل المقاومة الحرارية إلى الوصلة إلى 40-60 ٪.

6. تحسين سلامة الإشارة
A. Controldance Expedance: تصميمي آثار لـ 50Ω (أحادي النهاية) أو 100Ω (التفاضلية) باستخدام الآلات الحاسبة (على سبيل المثال ، مجموعة أدوات Saturn PCB) لضبط عرض النزرة وسمك العزل الكهربائي.
تباعد B.Trace: الحفاظ على التباعد ≥3x عرض تتبع للإشارات عالية السرعة (≥100MHz) لتقليل الحديث المتبادل.
C. stogner Planes: استخدم طائرات أرضية صلبة مجاورة لطبقات الإشارة لتوفير مسارات الإرجاع والدرع ضد EMI.

متطلبات SMT الأساسية لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور
يضمن تلبية هذه المتطلبات التوافق مع عمليات تصنيع SMT ومعداتها:
1. مادة ثنائي الفينيل متعدد الكلور وسمك
A.Substrate: استخدم FR-4 مع TG ≥150 درجة مئوية لمعظم التطبيقات ؛ عالية TG FR-4 (TG ≥170 درجة مئوية) للاستخدام في السيارات/الصناعية (يقاوم تراجع درجات حرارة تصل إلى 260 درجة مئوية).
B. themicness: 0.8–1.6mm لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور القياسية ؛ تجنب <0.6 مم ما لم يكن ذلك ضروريًا (عرضة للورق الحربي أثناء التربية).
C.WarPage التسامح: .70.75 ٪ (IPC-A-600 Class 2) لضمان الاتصال المناسب للاستنسل ووضع المكون.

2. قناع اللحام وشرقة الحرير
A.Solder Mask: استخدم قناع اللحام القابل للضوء السائل (LPI) مع إزالة 0.05 مم من منصات لمنع مشاكل التصاق قناع اللحام.
B.Silkscreen: حافظ على شاشة Silkscreen على بعد 0.1 ملم من وسادات لتجنب التلوث أثناء اللحام. استخدم الحبر الأبيض أو الأسود (أعلى تباين لـ AOI).

3. الانتهاء من السطح
اختر التشطيبات بناءً على التطبيق:

4
A.Panel Size: استخدم أحجام الألواح القياسية (على سبيل المثال ، 18 "x24") لزيادة كفاءة آلة SMT إلى الحد الأقصى.
علامات تبويب B.Breakaway: قم بتوصيل ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع علامات تبويب 2-3 (بعرض 2-3 مم) لضمان الاستقرار أثناء المناولة ؛ استخدم الدرجات V (عمق 30-50 ٪) لسهولة depaneling.
C.Tooling ثقوب: أضف 4-6 ثقوب الأدوات (قطر 3.175 مم) في زوايا اللوحة للمحاذاة في آلات SMT.

تصميمات التصنيع (DFM) الشيكات لـ SMT
إن مراجعة DFM - التي يفرزها الشركة المصنعة لركوب الكود - تشكل مشكلات قبل الإنتاج. تشمل الشيكات الرئيسية:
1. التحقق من صحة المكتبة المكونة: تأكد من معايير آثار أقدام معايير IPC-7351.
2. محاكاة لصق الحجم: استخدم البرنامج (على سبيل المثال ، Valor NPI) للتنبؤ بسد أو عجينة غير كافية.
3. توافق الملف الشخصي الحراري: تحقق من مواد ثنائي الفينيل متعدد الكلور يمكن أن تصمد أمام درجات حرارة التراجع (الذروة 245-260 درجة مئوية لللحام الخالي من الرصاص).
4. اختبار إمكانية الوصول إلى نقطة: تأكد من نقاط الاختبار (قطرها 0.8-1.2 مم) هي ≥0.5 مم من مكونات الوصول إلى المسبار.

التعليمات
س: ما هو السبب الأكثر شيوعًا لعيوب SMT؟
ج: تصميم وسادة ضعيف (35 ٪ من العيوب ، لكل دراسات IPC) ، تليها عدم كفاية حجم معجون لحام (25 ٪).

س: هل يمكنني استخدام Solder Leaded لتبسيط تصميم SMT؟
A: يلزم ROHS لحام خالي من الرصاص (على سبيل المثال ، SAC305) في معظم الأسواق ، لكن لحام الرصاص (SN63/PB37) له درجة حرارة تراجع أقل (217 درجة مئوية مقابل 217-227 درجة مئوية). ومع ذلك ، فإن لحام الرصاص لا يلغي مشكلات التصميم مثل سد أو قبر.

س: كيف يؤثر PCB Warpage على مجموعة SMT؟
A: Warpage> 0.75 ٪ يسبب تطبيق معجون لحام غير متساوٍ ومحاذاة مكون ، مما يزيد من العيوب بنسبة 20-40 ٪.

س: ما هو الحد الأدنى لعرض التتبع لـ SMT PCBS؟
A: 0.1mm (4mil) لمعظم التطبيقات ؛ 0.075mm (3mil) لتصاميم النبرة الدقيقة مع إمكانات التصنيع المتقدمة.

س: كم عدد vias الحرارية التي أحتاجها لمكون 5W؟
A: 8-10 VIAS (قطره 0.3 مم) مع تباعد 1 مم ، متصل بطائرة أرضية نحاسية 2oz ، عادة ما تكون كافية لتبديد 5W.

خاتمة
يتطلب تصميم SMT PCB الدقة ، والالتزام بالمعايير ، والتعاون بين المصممين والمصنعين. من خلال معالجة المشكلات الشائعة - مثل تباعد المكونات ، وتصميم الوسادة ، والإدارة الحرارية - وتلبية متطلبات SMT الأساسية ، يمكنك تقليل العيوب وخفض التكاليف وتسريع الوقت للتسويق.
تذكر: إن SMT PCB مصممة جيدًا لا يتعلق فقط بالوظائف-إنه يتعلق بالتصنيع. إن استثمار الوقت في مراجعات DFM واتباع معايير IPC سيدفع أرباحًا في العائدات الأعلى والمنتجات الأكثر موثوقية.