Podstawowe zalecenia dla projektantów i zamawiających usługę montażu
Płytki drukowane
Pośredniczymy w zamawianiu obwodów drukowanych tylko w przypadku stałej współpracy. Nie robimy tego szczególnie w przypadku sytuacji, gdy produkt zamawiany jest po raz pierwszy. Wiąże się to z częstą koniecznością pośrednictwa w wyjaśnieniach „co autor miał na myśli” robiąc różnorakie błędy projektowe lub dostarczając niekompletną dokumentację. Nie jesteśmy też w stanie szybko i precyzyjnie skalkulować ceny płytek przy zapytaniach ofertowych. Ceny płytek w znacznym stopniu zależą od wielkości zamówienia, terminu wykonania ale także od wykonującej je firmy.
Panelizacja
Płytki o niewielkich rozmiarach należy umieszczać w formatkach. Wielkość formatki prosimy ustalać z nami przed zamówieniem płytek. Jest ona zależna od wielkości zamówienia. Duża formatka przyspiesza montaż, ale wymaga kosztowniejszego szablonu do pasty oraz stwarza więcej problemów związanych z wyginaniem płytki podczas montażu i lutowania. Przykładowo, dla często występującej partii 100 płytek polecamy wielkość panelu zbliżoną do kartki A4.
Jeżeli płytka lub panel zawiera elementy leżące blisko krawędzi, wówczas wymagane jest dodanie do ramki technologicznej o szerokości najczęściej 5mm, która po produkcji zostanie odcięta. Umożliwia to bezproblemowe mocowanie płytki w automacie.
Szablon do pasty lutowniczej
Szablon jest niezbędny do nakładania pasty lutowniczej. Wykonanie szablonu zlecamy firmie zewnętrznej, jest wycinany laserowo.
Koszt takiego szablonu w większości zawiera się w cenie 200 – 400zł zależnie od ilości otworów.
Akceptujemy także szablony dostarczane przez zamawiającego, jednak szablony takie z reguły nie zawierają perforacji umożliwiającej prawidłowe zainstalowanie i naciągnięcie szablonu na naszych drukarkach szablonowych. Jeśli chcesz dostarczyć nam szablon pasujący do naszych drukarek, możesz pobrać plik gerbera zawierający wymiary oraz perforację naciągową. Plik dostępny jest tutaj.
W przypadku montażu prototypów lub niewielkiej serii płytek możemy prowizorycznie wykorzystać szablon dostarczony przez klienta bez pasującej perforacji.
W przypadku bardzo prostych płytek stosujemy także nakładanie pasty automatycznym dyspenserem. Można wówczas zrezygnować z wykonania szablonu. Jednak decyzje o tym podejmujemy w zależności od specyfiki zlecenia.
Fiduciale
Fiducial (inaczej: punkt referencyjny) jest małym znacznikiem, pozwalającym maszynie montażowej określić położenie płytki i nanieść poprawki, aby elementy zawsze były rozmieszczone precyzyjnie. Najlepiej, aby fiducial był w postaci kółka o średnicy 1mm-2mm, bez otworu w środku, ani bez połączenia z żadnymi ścieżkami i bez soldermaski. Najlepszym miejscem na umieszczenie znaczników są narożniki płytki. Fiducjale powinny być umieszczone na każdej płytce w panelu.
Fiduciale lokalne
Jeżeli na płytce występują układy z wyprowadzeniami niewidocznymi po przylutowaniu, np BGA, wówczas warto dodatkowo stosować fiduciale lokalne. Pozwalają na precyzyjne umieszczenie układu we właściwym miejscu. Fiducjale lokalne umieszcza się w pobliżu wymienionego komponentu, najlepiej w przeciwległych narożnikach, w równej odległości od środka układu scalonego.
Zakupy komponentów
Firma SECURUS posiada spory magazyn typowych elementów, takich jak rezystory i kondensatory wielkości 0402 do 1206 z szeregu E24, popularne tranzystory i diody oraz popularne układy scalone. Elementy takie kupujemy w dużych ilościach po preferencyjnych cenach.
Komponenty kosztowne, nietypowe i trudnodostępne musi dostarczyć zamawiający. Nie jesteśmy w stanie kupować takich komponentów indywidualnie dla każdego klienta. Poza tym tylko projektant lub zamawiający może podjąć decyzję o wyborze dostawcy w zależności od wymaganego terminu dostawy lub ceny. Dotyczy to także stosowania ewentualnych zamienników w przypadku braku dostępności specyficznych komponentów.
Klient może także zdecydować o opłacalności zakupu materiałów na zapas korzystając z progów cenowych zależnych od wielkości zakupów.
W celu uzgodnienia, które elementy dostarcza Securus a które zamawiający, proszę przesłać listę wszystkich elementów przewidzianych do montażu (BOM).
Uwaga: ze względu na znaczną miniaturyzację wielu komponentów istnieje ryzyko zgubienia pojedynczych sztuk podczas instalacji w automacie oraz w trakcie montażu. Z tego powodu wymagamy dostarczania najmniejszych komponentów z niewielkim zapasem. Dotyczy to w szczególności krótkich odcinków taśm pozbawianych odcinka rozbiegowego.
Wymagane pliki produkcyjne
1. Plik Gerbera do wykonania szablonu do pasty lutowniczej
Do wykonania szablonu do pasty, niezbędny jest plik typu Gerber w standardzie RS-274X z aperturami.
Poniżej przykładowe nazwy warstw, niezbędnych do wykonania sita:
Protel – Paste Mask
Kicad – lutownicza górna / dolna
Eagle – Cream
Proszę pamiętać, że zestaw plików Gerbera niezbędny do wykonania płytek w fabryce nie musi zawierać pliku do pasty. Należy pamiętać o konieczności wygenerowania tego pliku dodatkowo. Jeśli zamawiający zleca firmie produkującej PCB złożenie płytek w formatkę (panel) należy domagać się odesłania pliku gerbera do pasty zawierającego cały panel.
2. Plik montażowy Pick&Place
Programy do projektowania PCB umożliwiają wygenerowanie plików wspomagających programowanie automatów montażowych. Są to pliki tekstowe zawierające położenie elementów na płytce oraz, jego wartość, obrót itd..
Plik należy wygenerować dla jednej płytki a nie dla całego panelu.
3. Spis użytych materiałów BOM (Bill of materials) w formacie TXT, CSV, XLS, HTML, DOC.
Tabela ze spisem elementów powinna zawierać następujące dane: nazwa elementu, numer elementu, wartość, obudowa oraz ewentualnie uwagi.
Można ewentualnie zrezygnować z tego pliku jeśli plik Pick&Place zawiera niezbędne informacje o użytych komponentach.
4. Rysunek montażowy
Podczas produkcji niezbędny jest rysunek płytki, zawierający nazwy elementów, oraz ich wartości. Taki rysunek mogą Państwo dostarczyć w formacie graficznym JPG, PNG, BMP lub w pliku PDF. Przyjmujemy także pliki źródłowe w formacie Eagle, KiCad oraz Protel99.
Prosimy o zwracanie uwagi na umieszczenie w dokumentacji jednoznacznej informacji o polaryzacji diod, kondensatorów elektrolitycznych oraz układów scalonych.
Zalecenia projektowe
Opisane poniżej zalecenia dotyczą w szczególności niedużych partii produkcyjnych, przy dużych seriach wiele aspektów wygląda inaczej, ale to nie nasza specjalność.
1. Unikaj długich, wystających na zewnątrz pół lutowniczych pod komponentami 2-wyprowadzeniowymi.
W wielu programach do projektowania PCB dostępne są specjalne biblioteki footprintów dla komponentów RLC opisane jako „hand soldering”. Taki footprint ułatwia montaż ręczny ale jest źródłem problemów przy lutowaniu rozpływowym. Podczas lutowania komponent może zostać ściągnięty przez rozgrzane spoiwo na środek jednego pola, a drugie wyprowadzenie zostanie nieprzylutowane.
2. Unikaj przelotek w polach (padach) pod wyprowadzeniami komponentów
Czasem wydaje się to wygodne gdy jest mało miejsca na płytce ale jest to źródło potencjalnych problemów. Podczas lutowania rozgrzane spoiwo z pola wpływa do otworu przelotki i często pod wyprowadzeniem komponentu zostaje tylko jego minimalna ilość. Takie połączenie łatwo się uszkadza i może pęknąć na skutek naprężeń w płytce.
3. Staraj się zmieścić wszystkie komponenty na jednej stronie płytki
Jeśli masz wystarczająco dużo miejsca na płytce, to jednostronne rozmieszczenie elementów da wiele korzyści. Umieszczenie kilku komponentów po drugiej stronie może ułatwić projektowanie, ale wówczas cały proces montażu – nakładanie pasty, montaż komponentów i lutowanie musi przebiegać dwa razy. Dodatkowo, wydłuża się cały proces przygotowawczy, który przy małych seriach potrafi zająć więcej czasu niż sam montaż.
4. Przemyśl sposób lutowania komponentów THT
Najwygodniejszym i najszybszym rozwiązaniem jest użycie klasycznej fali lutowniczej. Wówczas projekt wymaga umieszczenia na jednej stronie płytki komponentów SMD i THT, ale nie zawsze jest to możliwe. Jeśli komponenty SMD znajdą się po stronie lutowania wyprowadzeń THT to musimy zaplanować jeden z dodatkowych procesów.
a. Klejenie komponentów SMD
Klejem nakładany jest specjalnym dyspenserem. Po tym zabiegu lutowanie komponentów SMD i THT może odbywać się jednocześnie na fali lutowniczej. Niestety miniaturyzacja komponentów THT spowodowała odejście od tej technologii.
b. Lutowanie ręczne
To najprostsze, ale najbardziej czasochłonne rozwiązanie. Proszę pamiętać, że na przestrzeni ostatnich 20 lat radykalnie zmieniły się proporcje między kosztami komponentów i materiałów a kosztami pracy ludzkiej. Należy w miarę możliwości minimalizować ilość komponentów THT, chociaż do całkowitego ich wyeliminowania droga wydaje się daleka.
c. Zastosowanie selektywnej fali lutowniczej
To rozwiązanie wydaje się bardzo atrakcyjne ale też jest kosztowne i czasochłonne. Lutowanie odbywa się w atmosferze azotu i pozwala uzyskać dobrej jakości i powtarzalne połączenia. Jednak koszt filtracji azotu z powietrza jest dość znaczny, poza tym czas przygotowania programu i testy jego działania nie kwalifikują tego rozwiązania do małych serii płytek (poniżej 100 sztuk).
d. Robot lutowniczy
To stosunkowo nowe i coraz częściej stosowane rozwiązanie też niezbyt dobrze nadaje się do małych serii. Płytka musi być zainstalowana komponentami THT w dół, robot bowiem lutuje od góry płytki a komponenty THT muszą być zabezpieczone przed wypadnięciem. Odbywa się to przy pomocy specjalnie przygotowywanych fixtur, które dociskają elementy od spodu płytki. Przygotowanie takiej fixtury może być nieopłacalne dla małych serii
5. Zwracaj uwagę na średnice otworów dla komponentów THT
Gotowe biblioteki komponentów zawarte w programach do edycji PCB nie zawsze zawierają właściwe średnice. W szczególności dotyczy to listew kołkowych, tzw goldpinów. W przypadku najczęściej używanych, w rozstawie 2,54mm otwory powinny mieć średnicę 0,9mm. Mniejsza średnica nie pozwoli na wciśnięcie kołków ale najczęściej spotyka się otwory o zbyt dużych średnicach. Skutkuje to problemami w lutowaniu zarówno ręcznym, jak i metodą na fali. Często stosowane odcinki o 2 lub 3 szpilkach wtykane w zbyt duże otwory mają tendencję do wypadania lub przechylania podczas transportu i lutowania. Oprócz wrażliwości na wstrząsy płynna cyna podczas lutowania na fali potrafi wypchnąć krótkie odcinki listew zalewając przy tym otwory.
6. Stosowanie pojedynczych płytek bez panelizacji
Przy prototypowych seriach płytek można dopuścić takie rozwiązanie, jednak należy zwracać uwagę na komponenty leżące blisko krawędzi płytki. Jeśli ich odległość do krawędzi jest mniejsza niż 3mm istnieje ryzyko przesuwania komponentów podczas transportu. Rozwiązaniem jest zamawianie płytek z ramką technologiczną o szerokości najczęściej 5mm.
7. Warstwa opisowa – zastanów się, czy jest potrzebna?
Przy dużym stopniu upakowania elementów na płytce często brakuje miejsca na jakiekolwiek opisy lub obrysy komponentów. Rozdzielczość technologii nakładania opisów jest stosunkowo niewielka i często z planowanych napisów pozostają tylko bezkształtne plamy.
8. Duży rozmiar panelu (formatki) przyspiesza montaż
Jednak duża formatka może też generować większe koszty przy małej serii. Cena szablonu do nakładania pasty zależy od ilości wycinanych laserem otworów. Duży rozmiar panelu także sprawia problemy przy stosowaniu cienkich laminatów poniżej 1mm. Laminat taki ma tendencję do wyginania się, co utrudnia montaż na każdym etapie. Warto skonsultować ten aspekt z firmą, której zlecisz montaż, zanim zamówisz gotowe panele.
