Εισαγωγή
Με την τάση προς όλο και-μικρότερες ηλεκτρονικές συσκευές, ο χώρος PCB περιορίζεται ολοένα και περισσότερο. Καθώς ο αριθμός των ακίδων chip συνεχίζει να αυξάνεται και οι διεπαφές υψηλής-ταχύτητας γίνονται πιο διαδεδομένες, οι ομάδες Ε&Α συχνά αυξάνουν την πυκνότητα δρομολόγησης σε μια προσπάθεια να μειώσουν το μέγεθος. Για πολλά έργα, εάν το PCB μπορεί να «δρομολογηθεί» αποτελεσματικά μπορεί ακόμη και να καθορίσει εάν το προϊόν έχει εγκριθεί για ανάπτυξη.
Ωστόσο, στην πραγματική διαδικασία κατασκευής PCBA, η υψηλότερη πυκνότητα δρομολόγησης δεν ισοδυναμεί απαραίτητα με ένα ανώτερο προϊόν. Πολλές πλακέτες που λειτουργούν κανονικά κατά τη φάση Ε&Α αρχίζουν να παρουσιάζουν ζητήματα όπως βραχυκυκλώματα, διακυμάνσεις σύνθετης αντίστασης, ελαττώματα συγκόλλησης και προβλήματα αξιοπιστίας ενδιάμεσων στρωμάτων μόλις εισέλθουν σε μαζική παραγωγή.
Υπάρχει ένα πολύ ρεαλιστικό ρητό στον κλάδο των PCBA: "Το ότι μπορεί να παραχθεί δεν σημαίνει ότι μπορεί να παραχθεί μαζικά-με αξιοπιστία." Η εύρεση της σωστής ισορροπίας μεταξύ της πυκνότητας δρομολόγησης και της απόδοσης κατασκευής PCB έχει γίνει μια βασική πρόκληση στο σχεδιασμό ηλεκτρονικών προϊόντων υψηλής-πυκνότητας.
Όσο πιο πυκνή είναι η δρομολόγηση PCB, τόσο στενότερο είναι το παράθυρο κατασκευής
Κατά τη φάση της διάταξης, πολλοί μηχανικοί Ε&Α εστιάζουν περισσότερο στη λειτουργική υλοποίηση και την ακεραιότητα του σήματος, ενώ τα εργοστάσια PCB ασχολούνται περισσότερο με τις ανοχές κατασκευής. Καθώς τα πλάτη των γραμμών και η απόσταση συνεχίζουν να συρρικνώνονται, η δυσκολία της χάραξης, της έκθεσης, της πλαστικοποίησης και των διαδικασιών διάτρησης αυξάνεται ανάλογα. Μικρά σφάλματα που προηγουμένως απορροφούνταν από τη διαδικασία κατασκευής μεγεθύνονται γρήγορα σε PCB-υψηλής πυκνότητας.
Για παράδειγμα, τα περισσότερα εργοστάσια PCB μπορούν να παράγουν αξιόπιστα μια τυπική πλακέτα τεσσάρων- επιπέδων με πλάτος ίχνους 4/4 mil και απόσταση. Ωστόσο, εάν αυτό μειωθεί στα 3/3 εκατ. ή μικρότερο, η απόδοση κατασκευής μειώνεται σημαντικά. Ακόμη και μια μικρή απόκλιση χάραξης μπορεί να οδηγήσει σε ανοιχτά κυκλώματα ή βραχυκυκλώματα.
Σε πολλά έργα κατασκευής PCBA, τα ζητήματα δεν είναι άμεσα εμφανή κατά τη διάρκεια τουφάση δημιουργίας πρωτοτύπωνεπειδή τομικρό μέγεθος παρτίδαςεπιτρέπει στα εργοστάσια να διαθέσουν περισσότερους πόρους χειροκίνητης επιθεώρησης. Ωστόσο, μόλις ξεκινήσει η μαζική παραγωγή, εμφανίζονται παραλλαγές στην κατασκευή και το χάσμα στα ποσοστά απόδοσης γίνεται όλο και πιο εμφανές. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για πλακέτες υψηλού-επιπέδου, πλακέτες HDI και μητρικές{3}}διακομιστές μεγάλου μεγέθους, όπου οι κίνδυνοι που σχετίζονται με τη δρομολόγηση υψηλής-πυκνότητας είναι πολύ πιο περίπλοκοι από αυτούς που παρατηρούνται κατά τη φάση Ε&Α.
Η υπερβολική επιδίωξη της πυκνότητας δρομολόγησης συχνά αυξάνει το κόστος παραγωγής αργότερα
Κατά την ανάπτυξη του προϊόντος, πολλές εταιρείες στοχεύουν στη μείωση του κόστους υλικών ελαχιστοποιώντας την επιφάνεια των PCB. Ωστόσο, μόλις ξεκινήσει η μαζική παραγωγή, συμβαίνει συχνά το αντίθετο: αν και η περιοχή των PCB έχει συρρικνωθεί, το συνολικό κόστος κατασκευής στην πραγματικότητα αυξάνεται. Ο λόγος είναι απλός. Όταν τα PCB εισέρχονται σε διαδικασίες κατασκευής υψηλής πυκνότητας, τα εργοστάσια απαιτούν συνήθως: υψηλότερο- εξοπλισμό έκθεσης, αυστηρότερο έλεγχο χάραξης, πιο περίπλοκες διαδικασίες πλαστικοποίησης, πιο ακριβείς δυνατότητες διάτρησης και υψηλότερο ποσοστόΕπιθεώρηση AOI.
Όλοι αυτοί οι παράγοντες αυξάνουν άμεσα το κόστος κατασκευής PCB. Ταυτόχρονα, αυξάνονται επίσης ο ρυθμός σκραπ, ο ρυθμός επανάληψης επεξεργασίας και η πολυπλοκότητα των δοκιμών για πίνακες υψηλής πυκνότητας-. Πολλά έργα φαίνεται να εξοικονομούν μέγεθος PCB, αλλά στην πραγματικότητα συνεπάγονται υψηλότερο κόστος κατά τη μαζική παραγωγή. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα στον τομέα επεξεργασίας PCBA, όπου το ίδιο το PCB αντιπροσωπεύει μόνο ένα μέρος του συνολικού κόστους. Μόλις πέσει ο ρυθμός απόδοσης PCB, στη συνέχειαΣυναρμολόγηση SMT, οι δοκιμές, η επισκευή και η{0}}εξυπηρέτηση μετά την πώληση επηρεάζονται.
Η δρομολόγηση υψηλής-πυκνότητας επηρεάζει επίσης τη σταθερότητα συγκόλλησης PCBA
Πολλές ομάδες Ε&Α πιστεύουν ότι τα ζητήματα δρομολόγησης περιορίζονται στο στάδιο κατασκευής PCB, αλλά στην πραγματικότητα, επηρεάζουν άμεσα την επακόλουθη επεξεργασία PCBA. Όταν τα κυκλώματα είναι πολύ πυκνά, οι γέφυρες της μάσκας συγκόλλησης μεταξύ των μαξιλαριών γίνονται στενότερες και το περιθώριο ανοχής για την εκτύπωση με στένσιλ συρρικνώνεται. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα σε περιοχές με IC λεπτού-βήματος, BGA και εξαρτήματα 0201, όπου ακόμη και μια μικρή κακή ευθυγράμμιση της πάστας συγκόλλησης μπορεί να προκαλέσει γεφύρωση συγκόλλησης. Επιπλέον, η πυκνή δρομολόγηση αυξάνει τον κίνδυνο εντοπισμένης ανισορροπίας της περιοχής χαλκού. Κατά τη διάρκεια τουαναρροήσυγκόλλησηδιαδικασία, σημαντικές διαφορές στην ικανότητα απορρόφησης θερμότητας μεταξύ διαφορετικών περιοχών μπορούν εύκολα να οδηγήσουν σε εντοπισμένες ασυνέπειες θερμοκρασίας.
Είναι σύνηθες να παρατηρούμε μια κατάσταση στο δάπεδο παραγωγής όπου, παρά τη χρήση του ίδιου προφίλ επαναροής, ορισμένες σανίδες συγκολλούνται σωστά ενώ άλλες εμφανίζουν ενώσεις ψυχρής συγκόλλησης ή επιτύμβευση. Σε πολλές περιπτώσεις, η βασική αιτία δεν βρίσκεται στον εξοπλισμό, αλλά στις δομικές διαφορές μέσα στο ίδιο το PCB. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ένας αυξανόμενος αριθμός εργοστασίων PCBA επικεντρώνεται τόσο στην κατασκευή PCB όσο και στη δυνατότητα συγκόλλησης κατά τη διάρκεια των αναθεωρήσεων DFM.
Πραγματικά υγιής σχεδιασμός δεν σημαίνει ότι γεμίζεις κάθε εκατοστό χώρου
Πολλά εξαιρετικά σχέδια PCB δεν χαρακτηρίζονται από την πιο πυκνή δρομολόγηση, αλλά μάλλον από πιο λογικό έλεγχο των περιθωρίων διεργασίας. Σε ορισμένα έργα υψηλής- αξιοπιστίας, οι ομάδες Ε&Α θα δεσμεύουν προληπτικά χώρο. Για παράδειγμα: αύξηση του διαστήματος αναφοράς γύρω από ζεύγη διαφορικών υψηλών-ταχυτήτων, αποφυγή ελάχιστων πλάτη γραμμών σε περιοχές ανεμιστήρα-BGA, μείωση μέσω της πυκνότητας σε κρίσιμες ζώνες τροφοδοσίας και δέσμευση χάλκινων περιοχών για απαγωγή θερμότητας σε περιοχές υψηλής{{5} θερμοκρασίας.
Ενώ αυτά τα σχέδια μπορεί να φαίνεται ότι «σπαταλούν χώρο», βελτιώνουν σημαντικά τη σταθερότητα κατά τη μαζική παραγωγή. Αυτό συμβαίνει επειδή η κατασκευή PCB περιλαμβάνει εγγενώς ανοχές επεξεργασίας. Όσο πιο κοντά ένα σχέδιο ωθεί τα όρια της διαδικασίας, τόσο μικρότερο είναι το περιθώριο λάθους στην παραγωγή. Ακόμη και μια μικρή διακύμανση σε οποιοδήποτε βήμα μπορεί να οδηγήσει σε ελαττώματα παρτίδας. Ιδιαίτερα στους τομείς των ηλεκτρονικών αυτοκινήτων, του βιομηχανικού ελέγχου και των ιατρικών συσκευών, πολλές εταιρείες δίνουν προτεραιότητα στη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία από την απλή ελαχιστοποίηση των διαστάσεων PCB.
Η πρώιμη συνεργασία μεταξύ κατασκευαστών PCB και PCBA γίνεται όλο και πιο σημαντική
Τα ζητήματα σε πολλά έργα δεν προέρχονται από ανεπαρκείς δυνατότητες Ε&Α, αλλά από έλλειψη εισροών από την κατασκευή κατά τη φάση του σχεδιασμού. Πολλές ομάδες Ε&Α στέλνουν τα σχέδιά τους σε κατασκευαστές PCB και PCBA μόνο αφού ολοκληρωθεί η διάταξη. Μέχρι να έρθουν στο φως τα ζητήματα του DFM, είναι συχνά πολύ αργά για να τροποποιηθεί η δομή του PCB.
Σήμερα, ένας αυξανόμενος αριθμός έργων διενεργεί αξιολογήσεις διαδικασιών νωρίς στη φάση του σχεδιασμού, συμπεριλαμβανομένων: εάν τα πλάτη των γραμμών και οι αποστάσεις υπερβαίνουν το σταθερό εύρος για μαζική παραγωγή. Εάν οι δομές μέσω δομών είναι κατάλληλες για μαζική παραγωγή. εάν το laminate stackup είναι εύκολο να πλαστικοποιηθεί. και αν θα επηρεάσουν-περιοχές υψηλής πυκνότηταςΣυγκόλληση SMT.
Αυτή η πρώιμη συνεργασία μπορεί να βοηθήσει στον μετριασμό ενός σημαντικού αριθμού κινδύνων πριν το προϊόν εισέλθει στην επίσημη παραγωγή. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για πίνακες επικοινωνίας HDI, υψηλής-ταχύτητας και πίνακες διακομιστών τεχνητής νοημοσύνης, όπου το κόστος των τροποποιήσεων γίνεται εξαιρετικά υψηλό εάν τα προβλήματα ανακαλυφθούν μόνο κατά το στάδιο της πιλοτικής παραγωγής.
Η σταθερότητα της μαζικής-παραγωγής είναι συχνά πιο σημαντική από το να "μπορείς να δρομολογήσεις τα ίχνη"
Πολλά έργα Ε&Α εμπίπτουν σε μια κοινή παρανόηση από νωρίς: εφόσον το PCB μπορεί να δρομολογηθεί πλήρως, το πρόβλημα επιλύεται. Ωστόσο, για την κατασκευή PCBA, οι πραγματικές προκλήσεις ξεκινούν συχνά με τη μαζική παραγωγή. Είτε ένα προϊόν είναι εύκολο στην κατασκευή, εύκολο στη συγκόλληση, εύκολο στη δοκιμή και ικανό για μακροπρόθεσμη σταθερότητα-αυτά τα ζητήματα επανέρχονται τελικά στο ίδιο το σχέδιο PCB.
Η πυκνότητα δρομολόγησης είναι σίγουρα σημαντική, αλλά δεν θα πρέπει να βαρύνει την απόδοση της κατασκευής. Ένας σχεδιασμός PCB ικανός για μακροπρόθεσμη- σταθερή μαζική παραγωγή συνήθως επιτυγχάνει μια πιο λογική ισορροπία μεταξύ απόδοσης, χώρου, διαδικασίας και κόστους.
Σύναψη
Στη βιομηχανία παραγωγής PCBA, πολλά ζητήματα μαζικής-παραγωγής στην πραγματικότητα οφείλονται στην ώθηση του σχεδιασμού πολύ κοντά στα όρια της διαδικασίας κατασκευής κατά τη φάση του σχεδιασμού. Ένας πραγματικά εξαιρετικός σχεδιασμός PCB δεν έχει να κάνει με το να κάνετε την πλακέτα όσο το δυνατόν μικρότερη, αλλά να διασφαλίσετε ότι το προϊόν παραμένει σταθερό κατά τη μαζική παραγωγή.