Come progettare PCB?

La progettazione di PCB inizia quando un ingegnere elettronico sceglie i componenti necessari per eseguire le funzioni del prodotto finale e quindi determina il modo migliore per collegare tali componenti elettricamente.
Il design fornisce al produttore molte informazioni tra cui la dimensione del PCB, le dimensioni e le posizioni dei fori e la definizione meccanica generale; può anche includere note che fanno riferimento a tipo di materiale, specifiche, requisiti UL, maschera di saldatura e requisiti di test.

 

CAD: Creazione di hardware con il software

Mentre Progettazione PCB un tempo venivano riprodotti manualmente su pellicola di mylar, ora vengono creati utilizzando il software CAD (Computer Aided Design). Il software CAD determina automaticamente i percorsi per i conduttori, riducendo il lavoro manuale richiesto. La maggior parte dei fornitori di CAD fornisce una libreria di forme e dimensioni dei componenti disponibili. Queste forme e dimensioni sono conosciute come contorni. L'area in cui questi componenti entrano in contatto con la scheda è chiamata footprint.

Selezione dei materiali

Poiché sono disponibili una varietà di spessori di rame, proprietà epossidiche e tipi di intreccio di vetro, il progettista deve definire la combinazione desiderata. Una considerazione importante è la composizione del preimpregnato, l'agente che lega gli strati di un PCB multistrato. Il prepreg (o resina B-stage) è un tessuto di vetro che è stato impregnato di resina epossidica e quindi parzialmente polimerizzato. Ci sono 3 proprietà di base: termica, elettrica e chimica.

Specificare le finiture metalliche

Il rame viene utilizzato come conduttore nella maggior parte dei PCB in produzione e, se non protetto, si offuscherà e impedirà la corretta saldabilità dei componenti alla scheda nuda. Per proteggere le superfici in rame esposte del PCB viene applicato un metallo che non si ossida o è lento a ossidarsi. Le finiture delle superfici metalliche variano in termini di prezzo, durata, affidabilità e lavorazione di assemblaggio. Alcune delle finiture superficiali popolari sono elencate di seguito:

  • Livellamento della saldatura ad aria calda (HASL): il PCB viene immerso in un bagno di saldatura fusa (piombo di stagno).
  • Electroless Immersion Gold (ENIG): questo è uno dei metodi di finitura RoHS migliori e più popolari. ENIG offre un'eccellente bagnabilità, complanarità, ossidazione e lunga durata.
  • Argento ad immersione
  • Conservante organico per saldabilità (OSP): OSP è un composto organico a base d'acqua compatibile con RoHS che si lega selettivamente al rame e fornisce uno strato organico/metallico che protegge il rame durante la saldatura.
  • HASL senza piombo: il bagno fuso è privo di piombo e RoHS. Utilizza una lega modificata con nichel per ottenere risultati simili.

Creazione del foglio impilabile

Come passaggio finale, il progettista crea un foglio impilabile che fornisce un'immagine generale del tabellone.

 

Generazione di dati di produzione

  • Specifiche interne o di settore
  • Requisiti di Underwriters Laboratory (UL).
  • Requisiti di prova
  • Specifiche personalizzate

Trasferimento del Design al Produttore

Di seguito vengono utilizzati i formati di trasferimento dati più utilizzati:

  • Gerber e il suo derivato, Gerber RS-274X.
  • ODB++, GenCAM e PIC-D-350.

Conversione del progetto per l'utensileria

Il processo di produzione inizia con il trasferimento dei dati elettronici ricevuti dal progettista, utilizzando programmi speciali noti come software CAM (Computer Aided Manufacturing). CAM consente al produttore di eseguire:

  • Esecuzione di Panelization e Photo-tooling

Il processo di panelizzazione consiste in più immagini PCB per riempire l'intera superficie del pannello di laminato in modo più economico. Funzioni ausiliarie: al pannello vengono aggiunti i numeri degli strati, i simboli UL, i bordi e i tagliandi di prova. Quindi viene trasferito al fotoplotter: una macchina che disegna l'immagine pannellata con luce laser attraverso il processo di imaging. L'immagine finale è disegnata su pellicola fotografica.

L'imaging diretto laser (LDI) è un altro metodo per applicare o esporre il Progettazione PCB al pannello di produzione visualizzando direttamente i circuiti sul pannello di produzione utilizzando un potente laser.

  • Generazione di dati di drill e routing

Generazione della perforazione a controllo numerico (NC) e dei dati di fresatura per la trasmissione alla sezione di perforazione.

  • Ispezione di programmazione e dati di prova

I produttori utilizzano l'ispezione ottica automatica (AOI) per trovare interruzioni o cortocircuiti nel routing del PCB. Il produttore programma la memoria AOI utilizzando una scheda dorata o dati CAD come riferimento. La macchina AOI scansiona la tavola sotto ispezione e la confronta con la tavola dorata. In caso di mancata corrispondenza, la macchina ha individuato l'ubicazione dei difetti.

La scheda nuda è testata elettricamente per garantire il rispetto del design originale. Ci sono due metodi per testare.

  • Golden Board Testing: questo metodo viene utilizzato principalmente quando non sono disponibili dati Gerber o elettronici per generare opere d'arte utilizzate nel produttore del PCB. I prodotti legacy che di solito sono a foro passante, semplici schede a 2, 4 o anche 6 strati vengono ancora testati in questo modo.
  • Netlist Testing: questo metodo può essere utilizzato quando sono disponibili dati Gerber. Viene eseguito quando tutte le reti (una stringa di punti lungo un circuito) possono essere estratte dalle informazioni fornite. Laddove il test della scheda dorata è un test di confronto, la netlist verifica tutti i punti, garantendo un'elevata affidabilità dell'integrità elettrica. Questo vero test elettrico punto a punto è solo un passo dal disegno schematico effettivo del PCB.

 

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