Uvod
S trendom prema sve-manjim elektroničkim uređajima, PCB prostor postaje sve ograničeniji. Kako broj pinova čipova nastavlja rasti, a sučelja velike{2}}brzine postaju sve prisutnija, timovi za istraživanje i razvoj često povećavaju gustoću usmjeravanja u nastojanju da smanje veličinu. Za mnoge projekte, može li se PCB učinkovito "usmjeriti" može čak odrediti je li proizvod odobren za razvoj.
Međutim, u stvarnom procesu proizvodnje PCBA, veća gustoća usmjeravanja ne znači nužno i bolji proizvod. Mnoge ploče koje normalno funkcioniraju tijekom faze istraživanja i razvoja počinju pokazivati probleme kao što su kratki spojevi, fluktuacije impedancije, nedostaci lemljenja i problemi pouzdanosti međuslojeva nakon što uđu u masovnu proizvodnju.
Postoji vrlo realistična izreka u PCBA industriji: "Samo zato što se može proizvesti ne znači da se može pouzdano -proizvesti masovno." Pronalaženje prave ravnoteže između gustoće usmjeravanja i proizvodnje PCB-a postalo je glavni izazov u dizajnu elektroničkih proizvoda visoke-gustoće.
Što je gušće usmjeravanje PCB-a, to je proizvodni prozor uži
Tijekom faze rasporeda, mnogi inženjeri za istraživanje i razvoj više se fokusiraju na funkcionalnu implementaciju i integritet signala, dok su tvornice PCB-a više zabrinute za proizvodne tolerancije. Kako se širine linija i razmaci nastavljaju smanjivati, poteškoće procesa jetkanja, ekspozicije, laminacije i bušenja rastu u skladu s tim. Manje pogreške koje je prethodno apsorbirao proizvodni proces brzo se povećavaju na PCB-ima visoke-gustoće.
Na primjer, većina tvornica PCB-a može pouzdano proizvesti standardnu četvero{0}}slojnu ploču s širinom i razmakom od 4/4 mil. Međutim, ako se to smanji na 3/3 mil ili manje, proizvodni prinos značajno opada. Čak i malo odstupanje od jetkanja može rezultirati otvorenim strujnim krugovima ili kratkim spojevima.
U mnogim projektima proizvodnje PCBA, problemi nisu odmah vidljivi tijekomfaza izrade prototipovajer jemala veličina serijeomogućuje tvornicama da dodijele više resursa za ručnu inspekciju. Međutim, kada započne masovna proizvodnja, pojavljuju se proizvodne varijacije, a jaz u stopama prinosa postaje sve očitiji. To posebno vrijedi za ploče visokog-sloja, HDI ploče i matične ploče poslužitelja velikog-formata, gdje su rizici povezani s usmjeravanjem visoke-gustoće daleko složeniji od onih uočenih tijekom faze istraživanja i razvoja.
Pretjerana težnja za gustoćom usmjeravanja često kasnije povećava troškove proizvodnje
Tijekom razvoja proizvoda, mnoge tvrtke imaju za cilj smanjiti materijalne troškove minimiziranjem PCB površine. Međutim, kada započne masovna proizvodnja, često se događa suprotno: iako se površina PCB-a smanjila, ukupni troškovi proizvodnje zapravo rastu. Razlog je jednostavan. Kada PCB-i uđu u proizvodne procese visoke-gustoće, tvornice obično zahtijevaju: opremu-višeg stupnja izloženosti, strožu kontrolu jetkanja, složenije postupke laminacije, preciznije mogućnosti bušenja i veći udioAOI inspekcija.
Svi ovi čimbenici izravno povećavaju troškove proizvodnje PCB-a. U isto vrijeme, stopa otpada, stopa prerade i složenost testiranja za ploče visoke-gustoće također se povećavaju. Čini se da mnogi projekti štede na veličini PCB-a, ali zapravo stvaraju veće troškove tijekom masovne proizvodnje. To je osobito istinito u sektoru obrade PCBA, gdje sam PCB predstavlja samo dio ukupnih troškova. Nakon što stopa prinosa PCB-a padne, naknadnoSMT sklop, testiranje, popravak i-prodajne usluge su pogođene.
Visoko{0}}usmjeravanje također utječe na stabilnost PCBA lemljenja
Mnogi timovi za istraživanje i razvoj vjeruju da su problemi s usmjeravanjem ograničeni na fazu proizvodnje PCB-a, ali u stvarnosti oni izravno utječu na naknadnu obradu PCBA-a. Kada su krugovi pregusti, mostovi maske za lemljenje između jastučića postaju uži, a granica tolerancije za ispis šablona se smanjuje. To je osobito istinito u područjima s finim -IC-ovima, BGA-ima i 0201 komponentama, gdje čak i mala neusklađenost paste za lemljenje može uzrokovati lemljenje. Osim toga, gusto usmjeravanje povećava rizik od lokalizirane neravnoteže bakrenog područja. Tijekomreflowlemljenjeproces, značajne razlike u kapacitetu apsorpcije topline između različitih područja mogu lako dovesti do lokaliziranih temperaturnih nedosljednosti.
Uobičajeno je promatrati situaciju u proizvodnom pogonu gdje, unatoč korištenju istog profila reflowa, neke ploče leme ispravno, dok druge pokazuju spojeve hladnog lema ili nadgrobne spomenike. U mnogim slučajevima glavni uzrok ne leži u opremi, već u strukturnim razlikama unutar samog PCB-a. To je razlog zašto se sve veći broj PCBA tvornica usredotočuje i na proizvodnost PCB-a i na sposobnost lemljenja tijekom DFM pregleda.
Uistinu zvučni dizajn ne znači ispunjavanje svakog centimetra prostora
Mnoge izvrsne PCB dizajne ne karakterizira najgušće usmjeravanje, već razumnija kontrola margina procesa. U nekim-projektima visoke pouzdanosti timovi za istraživanje i razvoj proaktivno će rezervirati prostor. Na primjer: povećanje referentnog razmaka oko parova diferencijala velike-brzine, izbjegavanje minimalnih širina linija u BGA ventilator-područjima, smanjenje gustoće vodova u kritičnim zonama napajanja i rezerviranje bakrenih područja za rasipanje topline u područjima visoke-temperature.
Iako se može činiti da ovi dizajni "gube prostor", značajno poboljšavaju stabilnost tijekom masovne proizvodnje. To je zato što proizvodnja PCB-a inherentno uključuje tolerancije obrade. Što je dizajn bliže granicama procesa, to je manja margina za pogreške u proizvodnji. Čak i mala fluktuacija u bilo kojem koraku može dovesti do grešaka u seriji. Osobito u područjima automobilske elektronike, industrijske kontrole i medicinskih uređaja, mnoge tvrtke daju prednost dugoročnoj-pouzdanosti nad jednostavnim smanjivanjem dimenzija PCB-a.
Rana suradnja između PCB i PCBA proizvođača postaje sve važnija
Problemi u mnogim projektima ne proizlaze iz nedovoljnih mogućnosti istraživanja i razvoja, već iz nedostatka proizvodnih inputa tijekom faze projektiranja. Mnogi timovi za istraživanje i razvoj šalju svoje nacrte proizvođačima PCB-a i PCBA-a tek nakon dovršetka izgleda. U trenutku kad problemi s DFM-om izađu na vidjelo, često je prekasno za modificiranje PCB strukture.
U današnje vrijeme sve veći broj projekata provodi procjenu procesa rano u fazi dizajna, uključujući: prelaze li širine linija i razmaci stabilan raspon za masovnu proizvodnju. Jesu li via strukture prikladne za masovnu proizvodnju; je li slaganje laminata lako laminirati; i hoće li područja visoke{1}}gustoće utjecatiSMT lemljenje.
Ova rana suradnja može pomoći u ublažavanju značajnog broja rizika prije nego što proizvod uđe u službenu proizvodnju. To posebno vrijedi za HDI, -komunikacijske ploče velike brzine i ploče poslužitelja s umjetnom inteligencijom, gdje cijena izmjena postaje iznimno visoka ako se problemi otkriju tek tijekom faze pilot proizvodnje.
Stabilnost masovne-proizvodnje često je važnija od jednostavnog "usmjeravanja tragova"
Mnogi istraživački i razvojni projekti rano padaju u uobičajenu zabludu: sve dok se PCB može u potpunosti usmjeriti, problem je riješen. Međutim, za proizvodnju PCBA, pravi izazovi često počinju masovnom proizvodnjom. Bez obzira na to je li proizvod jednostavan za proizvodnju, lemljenje, testiranje i dugoročnu-stabilnost-ovi se problemi na kraju vraćaju na sam dizajn PCB-a.
Gustoća usmjeravanja je svakako važna, ali ne bi trebala ići na uštrb proizvodnog prinosa. PCB dizajn sposoban za dugoročnu-stabilnu masovnu proizvodnju obično postiže razumniju ravnotežu između performansi, prostora, procesa i cijene.
Zaključak
U PCBA proizvodnoj industriji, mnogi problemi-proizvodnje masovne proizvodnje zapravo proizlaze iz guranja dizajna preblizu granicama proizvodnog procesa tijekom faze dizajna. Uistinu izvrstan dizajn PCB-a nije u tome da ploča bude što manja, već u tome da proizvod ostane stabilan tijekom masovne proizvodnje.