Wróć

Projektowanie przelotek - opowieść ku przestrodze

Na etapie przygotowania PCB do masowej produkcji często odkrywasz, że w projekcie jest wada, która nie pozwala na jej wytwarzanie na dużą skalę. A przynajmniej nie bez zapłacenia ceny pięciokrotnie większej od tej, której się spodziewałeś …
Opublikowano: 2021-08-17

Wyobraź sobie, że jesteś start-up’em i spędziłeś rok projektując produkt od początku do końca. Zbudowałeś prototypy; po drodze pojawiły się pewne problemy, ale ostatecznie produkt końcowy jest doskonały. W końcu jesteś gotowy do masowej produkcji. Gdy jednak wyceniasz swoją płytkę pod kątem masowej produkcji, odkrywasz, że w projekcie jest wada, która nie pozwala na jej produkcję na dużą skalę. A przynajmniej nie bez zapłacenia pięciokrotnie większej ceny od tej której się spodziewałeś …

Dlaczego? Ponieważ przelotka jest o 0,001 cala (0,025 mm) mniejsza niż wymiar, który można bezproblemowo wykonać w wielu zakładach produkcyjnych. Dodatkowo, ze względu na upakowanie projektu nie można po prostu zwiększyć rozmiaru przelotki bez zmniejszania odstępów poza granice zdolności produkcyjnych na wybranych obszarach płytki. Twój obecny wybór to zacząć od zera i przeprojektować płytkę lub zapłacić extra cenę za produkcję specjalistyczną. Taka sytuacja może być druzgocząca dla firmy dowolnej wielkości, nie tylko dla start-up’u.

Przy projektowaniu istnieje pewien przedział, w którym niektóre wielowarstwowe projekty wciąż mają atrybuty HDI bez wchodzenia tak daleko, jak dodawanie ślepych, zakopanych lub mikro przelotek. Tak więc technicznie jest to nadal układ wielowarstwowy, ale ma parametry wykraczające poza możliwości większości fabryk płytek wielowarstwowych, w wielu przypadkach nawet tych bardzo zaawansowanych. Duży  problem pojawia się tam, gdzie stopień upakowania wymaga finalnego rozmiaru otworu poniżej 0,006 cala (0,152 mm) lub średnicy wiercenia poniżej 0,00787 cala (0,2 mm). Poziom ten stanowi dolną granicę możliwości wiercenia mechanicznego większości ‘zamorskich’ fabryk.

NCAB i nasze partnerskie fabryki wyspecjalizowane w prototypowaniu mogą mechanicznie wiercić do 0,004 cala, czyli 0,1 mm. Jednym z powodów tego niższego limitu jest to, że chińskie fabryki, nawet HMLV, są przystosowane do masowej produkcji: kiedy wykonują otwory w PCB, w rzeczywistości wiercą od razu stos paneli produkcyjnych. Nie są chętni aby wiercić pojedynczy panel, ponieważ jest to nieefektywne. ‘Specjalistyczne’ fabryki w USA i UE nie są z kolei przystosowane do masowej produkcji, więc są wyposażone i przygotowane do niezbyt efektywnego wiercenia pojedynczego panelu.

Kiedy pojawiają się przykłady opisywanych w artykule problemów, zawsze jest to już istniejący projekt i prawie zawsze jego poziom upakowania nie pozwala na zastosowanie naszego minimalnego rozmiaru wiertła. Jednak, prawie nigdy problemem nie jest to, że wyprowadzenie komponentu nie wchodzi do otworu, co oznacza, że jego rozmiar w istocie nie jest krytycznym atrybutem projektu. Tak więc posiadanie przelotki w rozmiarze 0,005, 0,006 cala lub 0,007 cala (odpowiednio 0,127, 0,152, 0,178 mm) tak naprawdę nie ma wpływu na gotową płytkę - pomaga tylko uzyskać większą gęstość projektu. Jeśli jest to ścisłe, realne wymaganie projektowe, to w porządku. Jednak w większości przypadków nie jest to absolutnie konieczne. Jeśli wokół padu nie ma miejsca, aby utrzymać większy rozmiar gotowej przelotki, większy pierścień i zastosować większy rozmiar wiertła, różnica między otworem 0,001 a 0,002 cala, może łatwo czterokrotnie zwiększyć koszt wytworzenia PCB.

Graphics of via hole | NCAB

Rysunek 1. Ta uproszczona grafika to widok z góry ilustrujący, co można osiągnąć dla celów szybkiego prototypowania. Jednak na etapie przygotowania do produkcji seryjnej przelotka okazuje się zbyt mała, aby można ją było wyprodukować w opłacalny sposób za pomocą wiercenia mechanicznego. Przeprojektowując układ w celu zwiększenia rozmiaru przelotki, należy użyć większego rozmiaru wiertła, a tym samym większego rozmiaru padu. To z kolei wpływa na odległość pomiędzy ścieżkami miedzi, która już wynosi minimum 0,003”. W tym momencie konieczne staje się gruntowne przeprojektowanie układu, ponieważ ścieżki muszą być dostosowane i przesunięte w całym projekcie. © NCAB

Projektując złożony układ, współpracuj z dostawcą PCB

Za każdym razem, gdy tworzysz układ z przelotką mniejszą niż 0,006 cala (0,152 mm), powinieneś porozmawiać z dostawcą PCB przed ustaleniem finalnych parametrów układu. Generalnie, są projekty których optymalizacja kosztów produkcji seryjnej jest bardzo trudna.

Często zdarza się, że projektant korzysta z wytycznych dla konkretnej fabryki, nie zdając sobie równocześnie sprawy, iż parametry konkretnego zakładu odbiegają od standardów branży. Takie postępowanie może okazać się niebezpieczne, bo co stanie się, kiedy trzeba będzie przenieść projekt do innej fabryki? NCAB stworzyło uśrednione wytyczne odnosząc się do możliwości branżowych, uwzględniając dziesiątki różnych fabryk. Tak opracowane wytyczne jasno określają, kiedy parametr jest standardem lub stanowi umiarkowane czy zaawansowane wyzwanie. Korzystanie z takiego narzędzia stawia projektanta w naprawdę dobrej sytuacji - istnieje duże prawdopodobieństwo, że nie będzie problemu z produkcją PCB. Wróćmy do pytania, co stanie się, jeśli produkcję PCB trzeba będzie przenieść do innej fabryki? Będziesz wówczas w bardzo dobrej pozycji, aby łatwo znaleźć inną fabrykę PCB nie obawiając się komplikacji.

Najważniejsze jest to, aby podczas projektowania zaawansowanych PCB angażować swojego dostawcę PCB tak wcześnie, jak to tylko jest możliwe. Proste i niewielkie zmiany projektu mogą zrobić wielką różnicę.

Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy © NCAB

https://pl.schurter.com/pl/Home
https://pl.schurter.com/pl/Home