Là một phần thiết yếu của các sản phẩm điện tử, bảng mạch in (PCB) đóng một vai trò quan trọng trong việc hiện thực hóa chức năng của các sản phẩm điện tử, dẫn đến tầm quan trọng ngày càng tăng của thiết kế PCB, bởi vì hiệu suất của thiết kế PCB quyết định trực tiếp đến chức năng và giá thành của các sản phẩm điện tử. Thiết kế PCB tốt có thể giữ cho các sản phẩm điện tử khỏi nhiều vấn đề, do đó đảm bảo rằng các sản phẩm có thể được sản xuất trơn tru và đáp ứng mọi nhu cầu của các ứng dụng thực tế.

Trong tất cả các yếu tố góp phần vào thiết kế PCB, Thiết kế sản xuất (DFM) là hoàn toàn cần thiết vì nó liên kết thiết kế PCB với sản xuất PCB nhằm tìm ra các vấn đề sớm và giải quyết chúng kịp thời trong suốt vòng đời của các sản phẩm điện tử. One myth is that the complexity of PCB design will increase as manufacturability of electronics is considered at the PCB design stage. In the design life cycle of electronic products, DFM can not only make electronic products participate in automatic production smoothly, and save labor costs in the manufacturing process, but also effectively shorten the manufacturing time to ensure the timely completion of the final electronic products.

Khả năng sản xuất PCB

Bằng cách kết hợp khả năng sản xuất với thiết kế PCB, thiết kế sản xuất là yếu tố chính dẫn đến sản xuất hiệu quả, chất lượng cao và chi phí thấp. The research of PCB manufacturability covers a wide range, usually divided into PCB manufacturing and PCB assembly.

LPCB production

For PCB manufacturing, the following aspects should be considered: PCB size, PCB shape, process edge and Mark point. Nếu các khía cạnh này không được tính đến đầy đủ ở giai đoạn thiết kế PCB, các máy cán chip tự động có thể không thể chấp nhận các bảng PCB đúc sẵn trừ khi các biện pháp xử lý bổ sung được thực hiện. Để làm cho vấn đề tồi tệ hơn, một số tấm không thể được tạo tự động bằng cách sử dụng hàn thủ công. As a result, the manufacturing cycle will be longer and labor costs will increase.

1. PCB size

Mỗi trình cài đặt chip có kích thước PCB mong muốn riêng, kích thước này thay đổi tùy theo thông số của từng trình cài đặt. Ví dụ, trình cài đặt chip chấp nhận kích thước PCB tối đa là 500mm * 450mm và kích thước PCB tối thiểu là 30mm * 30mm. Điều này không có nghĩa là chúng tôi không thể xử lý các thành phần bảng mạch PCB nhỏ hơn 30 mm x 30 mm và có thể dựa vào bảng ghép hình khi kích thước nhỏ hơn được yêu cầu. Khi bạn chỉ có thể dựa vào cài đặt thủ công và chi phí nhân công tăng cao và chu kỳ sản xuất không kiểm soát được, các máy sử dụng chip SMT sẽ không bao giờ chấp nhận bảng mạch PCB quá lớn hoặc quá nhỏ. Therefore, in the PCB design stage, the PCB size requirements set by automatic installation and manufacturing must be fully considered, and it must be controlled within the effective range.

Hình sau minh họa tài liệu thiết kế bảng mạch PCB được hoàn thành bằng phần mềm Huaqiu DFM. Là một bảng 5 × 2, mỗi đơn vị hình vuông là một mảnh duy nhất, có kích thước 50mm x 20mm. The connection between each unit is achieved by V-cut/V-scoring technology. In this image, the entire square is shown with a final size of 100mm by 100mm. Theo các yêu cầu trên, có thể kết luận rằng kích thước của ván nằm trong phạm vi chấp nhận được.

2. PCB shape

In addition to PCB size, all chip SMT machines have requirements for PCB shape. Một PCB thông thường nên có hình chữ nhật với tỷ lệ chiều dài và chiều rộng là 4: 3 hoặc 5: 4 (tốt nhất). If the PCB is irregularly shaped, additional measures must be taken prior to SMT assembly, resulting in increased costs. Để ngăn điều này xảy ra, PCB phải được thiết kế theo hình dạng chung trong giai đoạn thiết kế PCB để đáp ứng các yêu cầu của SMT. Tuy nhiên, điều này rất khó thực hiện trong thực tế. Khi hình dạng của một số sản phẩm điện tử phải không đều, các lỗ trên tem phải được sử dụng để tạo cho PCB cuối cùng có hình dạng bình thường. Khi lắp ráp, các vách ngăn phụ thừa có thể được tháo ra khỏi PCB để đáp ứng các yêu cầu về không gian và lắp đặt tự động.

Hình ảnh dưới đây cho thấy PCB có hình dạng bất thường, và cạnh xử lý được thêm vào bởi phần mềm Huaqiu DFM. The whole circuit board size is 80mm * 52mm, and the square area is the size of the actual PCB. The size of the upper right corner area is 40mm by 20mm, which is the auxiliary craft edge produced by the bridge of the stamp hole.

2.png

3. Bên quy trình

To meet the requirements of automatic manufacturing, process edges must be placed on the PCB to secure the PCB.

Trong giai đoạn thiết kế PCB, cạnh quy trình rộng 5mm nên được đặt trước, không để lại bất kỳ thành phần và hệ thống dây điện nào. Hướng dẫn kỹ thuật thường được đặt ở cạnh ngắn của PCB, nhưng cạnh ngắn có thể được chọn khi tỷ lệ khung hình vượt quá 80%. Sau khi lắp ráp, cạnh quy trình có thể được loại bỏ như một vai trò sản xuất phụ trợ.

4. Mark point

For PCBS with components installed, Mark points should be added as a common reference point to ensure that component locations are accurately determined for each assembly device. Do đó, điểm Mark là điểm chuẩn sản xuất SMT bắt buộc đối với sản xuất tự động.

Components require 2 Mark points and PCBS require 3 Mark points. These marks should be placed on the edges of the PCB board and cover all SMT components. Khoảng cách tâm giữa điểm Đánh dấu và mép tấm tối thiểu phải là 5mm. Đối với PCBS có các thành phần SMT hai mặt, các điểm Đánh dấu phải được đặt ở cả hai mặt. If the components are too close together to place Mark points on the board, they can be placed on the edge of the process.

LPCB assembly

Lắp ráp PCB, hay gọi tắt là PCBA, thực chất là quá trình hàn các thành phần lên bo mạch trần. Để đáp ứng các yêu cầu của sản xuất tự động, lắp ráp PCB có một số yêu cầu về gói lắp ráp và bố trí lắp ráp.

1. Đóng gói các thành phần

Trong quá trình thiết kế PCBA, nếu các gói thành phần không đáp ứng các tiêu chuẩn thích hợp và các thành phần quá gần nhau, quá trình cài đặt tự động sẽ không xảy ra.

Để có được bao bì linh kiện tốt nhất, nên sử dụng phần mềm thiết kế EDA chuyên nghiệp tuân thủ các tiêu chuẩn đóng gói linh kiện quốc tế. During PCB design, the aerial view area must not overlap with other areas, and the automatic IC SMT machine will be able to accurately identify and mount the surface.

2. Component layout

Bố trí thành phần là một nhiệm vụ quan trọng trong thiết kế PCB vì hiệu suất của nó liên quan trực tiếp đến sự phức tạp của bề ngoài và quy trình sản xuất PCB.

Trong quá trình bố trí thành phần, bề mặt lắp ráp của các thành phần SMD và THD phải được xác định. Ở đây, chúng tôi đặt mặt trước của PCB là thành phần A và mặt sau là thành phần B. The assembly layout should consider the assembly form, including single layer single package assembly, double layer single package assembly, single layer mixed package assembly, Side A mixed package and side B single package assembly and side A THD and side B SMD assembly. Việc lắp ráp khác nhau đòi hỏi các quy trình và kỹ thuật sản xuất khác nhau. Therefore, in terms of component layout, the best component layout should be selected to make manufacturing simple and easy, so as to improve the manufacturing efficiency of the whole process.

In addition, consideration must be given to the orientation of component layout, spacing between components, heat dissipation, and component height.

Nói chung, định hướng thành phần phải nhất quán. Components are laid out in accordance with the principle of minimum tracking distance, based on which components with polarity markers should have uniform polarity directions, and components without polarity markers should be neatly aligned along the X or Y axis. Chiều cao của thành phần phải lên đến 4mm và hướng truyền giữa thành phần và PCB phải là 90 °.

Để cải thiện tốc độ hàn của các bộ phận và tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm tra sau đó, khoảng cách giữa các bộ phận phải nhất quán. Components in the same network should be close to each other and a safe distance should be left between different networks according to the voltage drop. Silkscreen and pad must not overlap, otherwise components will not be installed.

Due to the actual operating temperature of the PCB and the thermal characteristics of the electrical components, heat dissipation should be considered. Cách bố trí các linh kiện nên tập trung vào khả năng tản nhiệt. Nếu cần, hãy sử dụng quạt hoặc tản nhiệt. Nên chọn bộ tản nhiệt thích hợp cho các bộ phận nguồn và các bộ phận nhạy cảm với nhiệt phải được đặt cách xa nhiệt. Thành phần cao nên được đặt sau thành phần thấp.

Các chi tiết khác nên được tập trung vào PCB DFM, và kinh nghiệm nên được tích lũy trong thực tế. Ví dụ, các yêu cầu thiết kế PCB tín hiệu tốc độ cao có các yêu cầu về trở kháng đặc biệt và cần được thảo luận với nhà sản xuất bo mạch trước khi sản xuất thực tế để xác định thông tin trở kháng và phân lớp. Để chuẩn bị cho việc sản xuất trên các bảng PCB có kích thước nhỏ với hệ thống dây dày đặc, chiều rộng dây tối thiểu và khả năng sản xuất đường kính lỗ thông qua cần được thảo luận với nhà sản xuất PCB để đảm bảo sản xuất các PCBS này diễn ra suôn sẻ.