Uvod
Zaradi trenda k vse-manjšim elektronskim napravam postaja prostor za PCB vse bolj omejen. Ker število zatičev čipov še naprej narašča in so -hitri vmesniki vse bolj razširjeni, skupine za raziskave in razvoj pogosto povečajo gostoto usmerjanja, da bi zmanjšale velikost. Pri številnih projektih lahko ugotovi, ali je izdelek odobren za razvoj, ali je mogoče PCB učinkovito "usmeriti".
Vendar pa v dejanskem procesu izdelave PCBA večja gostota usmerjanja ne pomeni nujno boljšega izdelka. Številne plošče, ki med fazo raziskav in razvoja normalno delujejo, začnejo kazati težave, kot so kratki stiki, nihanja impedance, napake pri spajkanju in težave z zanesljivostjo vmesnega sloja, ko vstopijo v množično proizvodnjo.
V industriji PCBA obstaja zelo realističen rek: »Samo zato, ker ga je mogoče proizvesti, še ne pomeni, da ga je mogoče zanesljivo -proizvajati množično.« Iskanje pravega ravnovesja med gostoto usmerjanja in izkoristkom proizvodnje PCB je postalo glavni izziv pri načrtovanju elektronskih izdelkov z visoko-gostoto.
Gostejša kot je napeljava PCB, ožje je proizvodno okno
Med fazo postavitve se številni inženirji za raziskave in razvoj bolj osredotočajo na funkcionalno izvedbo in celovitost signala, medtem ko se tovarne PCB bolj ukvarjajo s proizvodnimi tolerancami. Ko se širine in razmiki med črtami še naprej zmanjšujejo, se težave pri postopkih jedkanja, osvetlitve, laminacije in vrtanja ustrezno povečajo. Manjše napake, ki jih je prej absorbiral proizvodni proces, se na PCB-jih z visoko-gostoto hitro povečajo.
Na primer, večina tovarn tiskanih vezij lahko zanesljivo proizvede standardno štiri-plastno ploščo s širino in razmikom 4/4 mil. Če pa se to zmanjša na 3/3 mil ali manj, proizvodni izkoristek znatno pade. Celo rahlo odstopanje pri jedkanju lahko povzroči prekinitve ali kratke stike.
Pri številnih proizvodnih projektih PCBA težave niso takoj očitne medfaza izdelave prototipovkermajhna velikost serijeomogoča tovarnam, da dodelijo več sredstev za ročne preglede. Ko pa se začne masovna proizvodnja, se pojavijo proizvodne različice in vrzel v stopnjah donosa postane vse bolj očitna. To še posebej velja za plošče z visoko-plastjo, plošče HDI in matične plošče za strežnike velikega{3}}formata, kjer so tveganja, povezana z usmerjanjem z visoko-gostoto, veliko bolj zapletena od tistih, opaženih med fazo raziskav in razvoja.
Pretirano stremljenje k gostoti usmerjanja kasneje pogosto poveča proizvodne stroške
Med razvojem izdelka si številna podjetja prizadevajo zmanjšati materialne stroške z zmanjšanjem površine PCB. Ko pa se začne masovna proizvodnja, se pogosto zgodi nasprotno: čeprav se je površina tiskanih vezij zmanjšala, skupni proizvodni stroški dejansko narastejo. Razlog je preprost. Ko PCB-ji vstopijo v proizvodne procese z visoko-gostoto, tovarne običajno zahtevajo: višjo{4}}opremo za izpostavljenost, strožji nadzor jedkanja, bolj zapletene postopke laminiranja, natančnejše zmogljivosti vrtanja in večji deležAOI pregled.
Vsi ti dejavniki neposredno zvišujejo stroške proizvodnje PCB. Hkrati se poveča tudi stopnja odpadkov, stopnja ponovne obdelave in zapletenost testiranja plošč z visoko-gostoto. Zdi se, da mnogi projekti prihranijo na velikosti PCB, vendar dejansko povzročijo višje stroške med množično proizvodnjo. To še posebej velja za predelovalni sektor PCBA, kjer sam PCB predstavlja le del skupnih stroškov. Ko stopnja izkoristka PCB pade, slediSMT montaža, testiranje, popravilo in-poprodajne storitve so prizadete.
Usmerjanje z visoko{0}}gostoto vpliva tudi na stabilnost spajkanja PCBA
Številne ekipe za raziskave in razvoj verjamejo, da so težave z usmerjanjem omejene na fazo proizvodnje PCB, v resnici pa neposredno vplivajo na kasnejšo obdelavo PCBA. Ko so vezja pregosta, postanejo mostovi spajkalne maske med blazinicami ožji in tolerančna meja za tiskanje šablon se skrči. To še posebej velja za področja z mikro-komponentami IC, BGA in komponentami 0201, kjer lahko že majhna neporavnanost spajkalne paste povzroči premoščanje spajkal. Poleg tega gosto usmerjanje poveča tveganje za lokalno neravnovesje med bakrenimi površinami. Medreflowspajkanjepostopekznatne razlike v zmogljivosti absorpcije toplote med različnimi območji zlahka privedejo do lokalnih temperaturnih nedoslednosti.
Običajno je opaziti situacijo v proizvodnem prostoru, kjer kljub uporabi istega profila reflow nekatere plošče spajkajo pravilno, medtem ko imajo druge spoje s hladnim spajkanjem ali nagrobnike. V mnogih primerih temeljni vzrok ni v opremi, ampak v strukturnih razlikah znotraj samega tiskanega vezja. Zato se med pregledi DFM vse več tovarn PCBA osredotoča tako na izdelljivost PCB kot na spajkanje.
Resnično dobra zasnova ne pomeni zapolnitve vsakega centimetra prostora
Za mnoge odlične modele PCB ni značilno najgosteje usmerjanje, temveč razumnejši nadzor robov procesa. V nekaterih visoko{1}}zanesljivih projektih bodo ekipe za raziskave in razvoj proaktivno rezervirale prostor. Na primer: povečanje referenčnega razmika okoli -hitrostnih diferencialnih parov, izogibanje najmanjšim širinam linij v ventilatorskih-območjih BGA, zmanjšanje gostote pretvornikov v kritičnih območjih napajanja in rezerviranje bakrenih območij za odvajanje toplote v visoko-temperaturnih območjih.
Čeprav se morda zdi, da te zasnove "zapravljajo prostor", bistveno izboljšajo stabilnost med množično proizvodnjo. To je zato, ker proizvodnja PCB sama po sebi vključuje tolerance pri obdelavi. Bolj ko dizajn premika meje procesa, manjša je možnost napake v proizvodnji. Celo rahlo nihanje v katerem koli koraku lahko povzroči napake v seriji. Zlasti na področju avtomobilske elektronike, industrijskega krmiljenja in medicinskih naprav mnoga podjetja dajejo prednost dolgoročni-zanesljivosti pred preprostim zmanjševanjem dimenzij PCB.
Zgodnje sodelovanje med proizvajalci PCB in PCBA postaja vse bolj pomembno
Težave v mnogih projektih ne izhajajo iz nezadostnih zmogljivosti za raziskave in razvoj, temveč iz pomanjkanja proizvodnih vložkov v fazi načrtovanja. Številne ekipe za raziskave in razvoj pošljejo svoje načrte proizvajalcem tiskanih vezij in tiskanih plošč šele po dokončanju postavitve. Do trenutka, ko pride do težav z DFM, je pogosto že prepozno za spreminjanje strukture PCB.
Dandanes vse več projektov izvaja vrednotenje procesa zgodaj v fazi načrtovanja, vključno z: ali širine črt in razmiki presegajo stabilen obseg za množično proizvodnjo. Ali so prek strukture primerne za množično proizvodnjo; ali je laminat enostavno laminirati; in ali bodo vplivala-območja z visoko gostotoSMT spajkanje.
To zgodnje sodelovanje lahko pomaga zmanjšati veliko število tveganj, preden izdelek vstopi v uradno proizvodnjo. To še posebej velja za HDI, visoko{1}}komunikacijske plošče in strežniške plošče z umetno inteligenco, kjer postanejo stroški modifikacij izjemno visoki, če se težave odkrijejo šele v fazi pilotne proizvodnje.
Stabilnost množične-proizvodnje je pogosto bolj pomembna kot preprosto "zmožnost usmerjanja sledi"
Številni raziskovalni in razvojni projekti že zgodaj zapadejo v skupno napačno predstavo: dokler je PCB mogoče v celoti usmeriti, je problem rešen. Vendar pa se pravi izzivi za proizvodnjo PCBA pogosto začnejo z množično proizvodnjo. Ne glede na to, ali je izdelek enostaven za izdelavo, spajkanje, testiranje in zmožnost dolgoročne -stabilnosti-, se te težave na koncu vrnejo k sami zasnovi tiskanega vezja.
Gostota usmerjanja je vsekakor pomembna, vendar ne sme priti na račun izkoristka proizvodnje. Zasnova tiskanega vezja, zmožna dolgoročne-stabilne množične proizvodnje, običajno vzpostavi bolj razumno ravnovesje med zmogljivostjo, prostorom, procesom in stroški.
Zaključek
V proizvodni industriji PCBA veliko težav z množično-proizvodnjo dejansko izvira iz potiskanja dizajna preblizu mejam proizvodnega procesa v fazi načrtovanja. Pri resnično odlični zasnovi tiskanega vezja ne gre za čim manjšo ploščo, temveč za zagotavljanje stabilnosti izdelka med množično proizvodnjo.