Каковы наиболее распространенные проектные решения, которые могут оказать негативное влияние на сборку печатных плат, и как их исправить при проектировании?Можно долго рассуждать на эту тему и даже провести целый семинар. Но если попытаться сформулировать основные тезисы кратко, то, пожалуй, следует выделить следующие ошибки при проектировании печатных плат.
Во-первых, большое расстояние между SMD-компонентами на плате относительно сквозных соединений. Нужно иметь как можно больше зазора между любой деталью, монтируемой на поверхность, и любым сквозным соединением, чтобы сделать пайку сквозных отверстий как можно менее проблематичной. К сожалению, на некоторых платах детали для поверхностного монтажа располагаются очень близко к сквозным соединениям, и их пайка становится все сложнее.
Конечно, если используется современные машины для подачи и размещения компонентов при оплавлении, то проблем быть не должно. Но если нет, то указанная выше ошибка проектирования приведет к дополнительному оплавлению, то есть еще одному шагу при монтаже платы.
К тому же, в этом случае полностью исключается пайка волной припоя. Применяется селективная пайка, для которой нужно профессиональное паяльное оборудование.
По мере того, как детали для поверхностного монтажа становятся все ближе и ближе к выводу сквозного отверстия, процесс пайки становится все более и более проблематичным. Даже хорошая ручная пайка с участием опытного оператора может оказаться затруднительной, если детали для поверхностного монтажа расположены слишком близко к сквозным отверстиям.
Во-вторых, нужно убедиться, что для дизайна платы используется правильный размер и форма площадки. В противном случае это может привести к различным дефектам пайки, например, к дефекту «tombstone» (надгробный камень). Компоненты могут сместиться, что приведет к электрическому контакту.
Есть много и других ошибок проектирования. Как иногда говорят производственники, прости их, Боже, они сами не знают, что творят… Основная причина — большинство дизайнеров не появляются на сборочных предприятиях и не общаются с операторами. Раньше, во времена «сквозных отверстий», все было более-менее терпимо, но с поверхностным монтажом все пошло по-другому. Хорошо, что современные CAD-программы становятся все лучше, но прорыва по-прежнему нет.
Комментарии
Есть буквально тысячи примеров. У меня нет достаточно времени, чтобы перечислить их все, но было бы здорово, если бы каждый мог присоединиться и ответить. Вот один из них: радиальные реле PTH со стеклянными уплотнениями на выводах.
Во всех компаниях, в которых я работал, есть правила проектирования, определяющие, что подобные компоненты должны приобретаться с выводами такой длины, которые не требуют обрезки, или в чертеже делается исключение, позволяющее им выступать больше, чем максимальная длина 0,060 дюйма (J-STD-001) при условии, что нет проблем с посадкой. Это связано с тем, что ударная нагрузка при обрезке этих выводов приводит к треснувшим стеклянным уплотнениям, даже если их обрезать после пайки, а также известно, что кинетический удар повреждает хрупкие и очень крошечные «качающиеся» медные контакты, которые находятся с другой стороны от вводного входа внутри реле.
Треснутые стеклянные уплотнения очень трудно обнаружить при визуальном осмотре после обрезки, они не могут быть проверены после сборки реле на плате и приведут к скрытым неисправностям реле из-за проникновения влаги, которая окисляет оголенную медь. Скрытые отказы будут иметь катастрофические последствия, если эти изделия используются в высокопроизводительных приложениях, таких как авионика и т.д.
Довольно часто «новичок» в проектировании выбирает реле с выводами, достаточно длинными, чтобы они могли пройти через печатную плату. И зависит от инженера-технолога, который придумает процесс обрезки, чтобы гарантировать, что выводы не нарушают правила «выдвижения», будь то по стандарту 0,060 дюйма или меньше, как указано на сборочных чертежах. Инженер-технолог может не знать об этой проблеме и выполнять обрезку даже без последующей проверки стеклянных уплотнений. Эта, как и многие другие проблемы, не учтена в J-STD-001, но для них есть критерии приемки в MIL-STD-883 «Cracked Glass Seal Criteria», а также отличные примеры анализа отказов.
Наряду с повреждением реле вполне реальна вероятность появления трещин в паяных соединениях, особенно при использовании бессвинцового припоя, который гораздо более хрупкий. Известно множество катастрофических отказов, возникающих при обрезке, даже при использовании наклонных срезных пластин, специальных ручных триммеров с конструкцией «неправильный прикус» и т.д.
Не говоря уже о дополнительных затратах на саму обрезку и стоимости проверки после этой процедуры. Всего этого можно избежать, правильно выбрав компоненты со стандартной длиной выводов, которые вообще не требуют обрезки.
Richard Stadem, General Dynamics Mission Systems
Подробнее в статье. Еще статьи по теме монтажа и изготовления печатных плат: