PCB 설계에서 고려해야 할 제조 가능성 문제

1. PCB 설계 서문

통신 및 전자제품의 시장경쟁이 심화되면서 제품의 수명주기가 단축되고 있습니다. 오리지널 제품의 업그레이드와 신제품 출시 속도는 기업의 생존과 발전에 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다. 제조 링크에서는 생산 리드인 시간을 단축하면서 제조 가능성과 제조 품질이 높은 신제품을 얻는 방법이 비전을 가진 사람들이 추구하는 경쟁력이 점점 더 커지고 있습니다.

전자 제품 제조에 있어서 제품의 소형화, 복잡화로 인해 회로 기판의 조립 밀도가 점점 더 높아지고 있습니다. 따라서 널리 사용되는 차세대 SMT 조립 공정에서는 설계자가 처음부터 제조 가능성을 고려해야 합니다. 설계에 대한 고려가 부족하여 제조성이 떨어지게 되면 설계를 수정하게 되어 필연적으로 제품 도입 시기가 길어지고 도입 비용도 증가하게 됩니다. PCB 레이아웃이 약간 변경되더라도 인쇄 기판과 SMT 솔더 페이스트 인쇄 스크린 기판을 다시 만드는 데 드는 비용은 최대 수천 또는 수만 위안에 달하며 아날로그 회로는 다시 디버깅해야 합니다. 수입 시기가 지연되면 기업은 시장에서 기회를 놓치고 전략적으로 매우 불리한 위치에 놓이게 될 수 있습니다. 그러나 제품을 개조하지 않고 제조할 경우 필연적으로 제조결함이 발생하거나 제조원가가 증가하여 비용이 더 많이 발생하게 됩니다. 따라서 기업이 신제품을 설계할 때, 설계의 제조 가능성을 일찍 고려할수록 신제품의 효과적인 도입에 도움이 됩니다.

2. PCB 설계 시 고려해야 할 내용

PCB 설계의 제조 가능성은 두 가지 범주로 나누어집니다. 하나는 인쇄 회로 기판을 생산하는 처리 기술입니다. 두 번째는 실장 공정의 구성 요소 및 인쇄 회로 기판의 회로 및 구조를 나타냅니다. 인쇄 회로 기판을 생산하는 처리 기술의 경우 일반 PCB 제조업체는 제조 능력의 영향으로 인해 설계자에게 매우 상세한 요구 사항을 제공하며 이는 실제로 상대적으로 좋습니다. 그러나 저자의 이해에 따르면 실제로 충분한 관심을 받지 못한 실제 유형은 두 번째 유형, 즉 전자 조립을 위한 제조 가능성 설계입니다. 본 논문의 초점은 또한 설계자가 PCB 설계 단계에서 고려해야 하는 제조 가능성 문제를 설명하는 것입니다.

전자 조립을 위한 제조 적합성 설계에서는 PCB 설계자가 PCB 설계 초기에 다음 사항을 고려해야 합니다.:

2.1 PCB 설계 시 적절한 조립 모드 및 부품 레이아웃 선택

조립 모드 및 구성 요소 레이아웃의 선택은 PCB 제조 가능성에 있어 매우 중요한 측면으로, 조립 효율성, 비용 및 제품 품질에 큰 영향을 미칩니다. 실제로 저자는 꽤 많은 PCB를 접해왔지만, 아직까지도 아주 기본적인 몇 가지 원칙에 대한 고려가 부족한 상태이다.

(1) 적절한 조립 방법을 선택하십시오

일반적으로 PCB의 조립 밀도에 따라 다음 조립 방법이 권장됩니다.:

회로 설계 엔지니어로서 PCB 조립 과정을 정확하게 이해해야 원칙적으로 실수를 피할 수 있습니다. 조립 모드를 선택할 때 PCB의 조립 밀도와 배선의 어려움을 고려하는 것 외에도 이 조립 모드의 일반적인 공정 흐름과 기업 자체의 공정 장비 수준을 고려해야 합니다. 기업의 웨이브 용접 공정이 좋지 않은 경우 위 표의 다섯 번째 조립 방법을 선택하면 많은 문제가 발생할 수 있습니다. 용접 표면에 웨이브 솔더링 공정을 계획하는 경우 용접 표면에 몇 개의 SMDS를 배치하여 공정을 복잡하게 만드는 것도 피해야 한다는 점도 주목할 가치가 있습니다.

(2) 컴포넌트 레이아웃

PCB 부품의 레이아웃은 생산 효율성과 비용에 매우 중요한 영향을 미치며 PCB 설계의 연결성을 측정하는 중요한 지표입니다. 일반적으로 구성 요소는 가능한 한 균일하고 규칙적이며 깔끔하게 배열되어 있으며 동일한 방향과 극성 분포로 배열되어 있습니다. 규칙적인 배열은 검사가 편리하고 패치/플러그인 속도 향상에 도움이 되며 균일한 분포는 열 방출 및 용접 공정 최적화에 도움이 됩니다. 반면, 프로세스를 단순화하기 위해 PCB 설계자는 리플로우 용접과 웨이브 용접의 한 그룹 용접 프로세스만 PCB 양면에서 사용할 수 있다는 점을 항상 인식해야 합니다. 이는 어셈블리 밀도에서 특히 주목할 만하며, PCB 용접 표면은 더 많은 패치 구성 요소로 분산되어야 합니다. 설계자는 용접 표면에 장착된 부품에 사용할 용접 프로세스 그룹을 고려해야 합니다. 바람직하게는, 패치 경화 후 웨이브 솔더링 공정을 사용하여 천공 장치의 핀을 부품 표면에 동시에 용접할 수 있습니다. 그러나 웨이브 용접 패치 구성 요소는 0603 이상의 크기 칩 저항, SOT, SOIC(핀 간격 ≥1mm 및 높이 2.0mm 미만) 용접에만 상대적으로 엄격한 제약이 있습니다. 용접 표면에 분산된 구성 요소의 경우, 파봉 용접 중에 핀의 방향은 PCB의 전송 방향에 수직이어야 합니다. 그래야 구성 요소 양쪽의 용접 끝이나 리드가 동시에 용접에 잠겨지도록 할 수 있습니다. 인접한 구성요소 사이의 배열 순서와 간격도 도 1에 도시된 바와 같이 "차폐 효과"를 피하기 위해 파봉 용접의 요구 사항을 충족해야 합니다. 1. 웨이브 솔더링 SOIC 및 기타 다중 핀 구성 요소를 사용할 경우 연속 용접을 방지하기 위해 두 개의(각 측면 1) 솔더 피트에서 주석 흐름 방향으로 설정해야 합니다.

유사한 유형의 구성 요소는 보드에서 동일한 방향으로 배열되어야 구성 요소의 장착, 검사 및 용접이 더 쉬워집니다. 예를 들어 모든 방사형 커패시터의 음극 단자가 플레이트의 오른쪽을 향하고 모든 DIP 노치가 동일한 방향을 향하게 하면 계측 속도가 빨라지고 오류를 더 쉽게 찾을 수 있습니다. 그림 2와 같이 보드 A는 이 방식을 채택하고 있기 때문에 역방향 커패시터를 찾는 것이 쉬운 반면, 보드 B는 찾는 데 더 많은 시간이 걸린다. 실제로 회사는 자사가 만드는 모든 회로 기판 구성 요소의 방향을 표준화할 수 있습니다. 일부 보드 레이아웃에서는 이를 반드시 허용하지 않을 수도 있지만 노력이 필요합니다.

PCB 설계에서 고려해야 할 제조 가능성 문제

또한 유사한 구성 요소 유형은 그림 3과 같이 모든 구성 요소 발이 동일한 방향을 향하도록 가능한 한 많이 함께 접지해야 합니다.

그러나 저자는 실제로 어셈블리 밀도가 너무 높고 PCB의 용접 표면에도 탄탈륨 커패시터, 패치 인덕턴스, 얇은 간격의 SOIC 및 TSOP와 같은 높은 부품이 분산되어야 하는 PCBS를 상당히 많이 접했습니다. 이 경우 역류 용접에는 양면 인쇄 솔더 페이스트 패치만 사용할 수 있으며 플러그인 구성 요소는 수동 용접에 적응할 수 있도록 구성 요소 분포에 최대한 집중해야 합니다. 또 다른 가능성은 선택적 웨이브 솔더링 프로세스를 수용하기 위해 부품 표면의 천공 요소를 몇 개의 주요 직선으로 최대한 분산시켜야 한다는 것입니다. 이를 통해 수동 용접을 피하고 효율성을 향상시키며 용접 품질을 보장할 수 있습니다. 개별 솔더 접합부 분포는 선택적 웨이브 솔더링의 주요 금기 사항이며, 이로 인해 처리 시간이 배가됩니다.

인쇄된 기판 파일에서 구성 요소의 위치를 ​​조정할 때 구성 요소와 실크스크린 기호 간의 일대일 대응에 주의할 필요가 있습니다. 구성 요소 옆에 있는 실크스크린 기호를 이동하지 않고 구성 요소를 이동하면 제조 시 주요 품질 위험이 됩니다. 실제 생산에서는 실크스크린 기호가 생산을 안내할 수 있는 업계 언어이기 때문입니다.

2.2 PCB에는 자동 생산에 필요한 클램핑 에지, 포지셔닝 마크 및 프로세스 포지셔닝 구멍이 장착되어 있어야 합니다.

현재 전자 마운팅은 자동화 수준이 있는 산업 중 하나입니다. 생산에 사용되는 자동화 장비에는 PCB의 자동 전송이 필요하므로 PCB의 전송 방향(일반적으로 긴 쪽 방향), 상단 및 하단 각각 3-5mm 이상의 클램핑 가장자리 폭을 가지며, 자동 전송을 용이하게 하기 위해 클램핑이 자동으로 마운팅할 수 없기 때문에 보드 가장자리 근처를 피하십시오.

포지셔닝 마커의 역할은 PCB가 광학 포지셔닝에 널리 사용되는 조립 장비의 PCB 가공 오류를 정확하게 찾고 PCB 가공 오류를 수정하기 위해 광학 식별 시스템에 최소 2개 또는 3개의 포지셔닝 마커를 제공해야 한다는 것입니다. 일반적으로 사용되는 위치 표시 중 두 개는 PCB의 대각선에 배치되어야 합니다. 포지셔닝 마크 선택에는 일반적으로 단단한 원형 패드와 같은 표준 그래픽이 사용됩니다. 식별을 용이하게 하기 위해 마크 주변에는 다른 회로 특징이나 마크가 없는 빈 공간이 있어야 하며, 그 크기는 마크의 직경(그림 4 참조) 이상이어야 하며 마크와 보드 가장자리 사이의 거리는 5mm 이상이어야 합니다.

PCB 자체 제조와 반자동 플러그인 조립 과정, ICT 테스트 및 기타 공정에서 PCB는 모서리에 2~3개의 위치 지정 구멍을 제공해야 합니다.

2.3 생산 효율성과 유연성을 향상시키기 위한 패널의 합리적인 사용

크기가 작거나 모양이 불규칙한 PCB를 조립할 경우에는 많은 제한이 따르기 때문에 그림 5와 같이 여러 개의 작은 PCB를 적절한 크기의 PCB로 조립하는 것이 일반적으로 채택됩니다. 일반적으로 단면 크기가 150mm 미만인 PCB는 접합 방법을 채택하는 것을 고려할 수 있습니다. 2개, 3개, 4개 등으로 대형 PCB의 크기를 적절한 가공 범위에 맞게 접합할 수 있습니다. 일반적으로 자동 조립에는 폭 150mm~250mm, 길이 250mm~350mm의 PCB가 가장 적합한 크기입니다.

보드의 또 다른 방법은 양극 및 음극 철자의 양쪽에 SMD가 있는 PCB를 큰 보드에 배열하는 것입니다. 이러한 보드는 일반적으로 스크린 보드 비용 절감을 고려하여 일반적으로 음과 양으로 알려져 있습니다. 즉, 이러한 보드를 통해 원래는 스크린 보드의 양면이 필요하지만 이제는 스크린 보드만 열면 됩니다. 또한 기술자가 SMT 기계의 실행 프로그램을 준비하면 음양의 PCB 프로그래밍 효율성도 높아집니다.

기판 분할 시 서브 기판 간의 연결은 양면 V자형 홈, 긴 슬롯 구멍, 둥근 구멍 등으로 이루어질 수 있으나 기판 분리를 용이하게 하기 위해서는 분리선이 최대한 직선이 되도록 설계를 고려해야 하지만, 기판 분리 시 PCB가 손상되기 쉽도록 분리면이 PCB 라인에 너무 가까워서는 안 된다는 점도 고려해야 합니다.

매우 경제적인 보드도 있는데 이는 PCB 보드를 의미하는 것이 아니라 그리드 그래픽 보드의 메쉬를 의미합니다. 자동 솔더 페이스트 인쇄기를 적용한 현재의 고급 인쇄기(예: DEK265)는 790×790mm 강철 메쉬 크기를 허용하고 다면 PCB 메쉬 패턴을 설정하며 여러 제품 인쇄를 위한 강철 메쉬 조각을 얻을 수 있으며 매우 비용 절감 관행이며 특히 소규모 배치 및 다양한 제조업체의 제품 특성에 적합합니다.

2.4 테스트 가능성 설계 고려사항

SMT의 테스트 가능성 설계는 주로 현재 ICT 장비 상황을 위한 것입니다. 생산 후 제조에 대한 테스트 문제는 회로 및 표면 실장 PCB SMB 설계에서 고려됩니다. 테스트 용이성 설계를 향상시키기 위해서는 프로세스 설계와 전기 설계의 두 가지 요구 사항을 고려해야 합니다.

2.4.1 공정 설계 요구사항

포지셔닝의 정확성, 기판 제조 절차, 기판 크기 및 프로브 유형은 모두 프로브의 신뢰성에 영향을 미치는 요소입니다.

(1) 위치 결정 구멍. 기판의 구멍 위치 오차는 ±0.05mm 이내여야 합니다. 가능한 한 멀리 떨어진 위치에 두 개 이상의 구멍을 설정하십시오. 납땜 코팅의 두께를 줄이기 위해 비금속 위치 지정 구멍을 사용하면 공차 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 기판을 전체적으로 제조한 다음 별도로 테스트하는 경우 위치 지정 구멍은 마더보드와 각 개별 기판에 있어야 합니다.

(2) 테스트 포인트의 직경은 0.4mm 이상이며 인접한 테스트 포인트 사이의 간격은 2.54mm 이상 1.27mm 이상입니다.

(3) 높이가 *mm보다 높은 구성요소를 테스트 표면에 배치하면 안 됩니다. 그러면 온라인 테스트 픽스처의 프로브와 테스트 지점 사이의 접촉 불량이 발생할 수 있습니다.

(4) 프로브와 부품 사이의 충격 손상을 방지하기 위해 부품에서 1.0mm 떨어진 곳에 테스트 지점을 배치합니다. 위치 지정 구멍 링의 3.2mm 이내에 구성 요소나 테스트 지점이 없어야 합니다.

(5) 테스트 지점은 클램핑 장치를 보장하는 데 사용되는 PCB 가장자리의 5mm 이내에 설정되어서는 안 됩니다. 일반적으로 컨베이어 벨트 생산 장비와 SMT 장비에는 동일한 프로세스 엣지가 필요합니다.

(6) 모든 감지 지점은 안정적인 접촉을 보장하고 프로브의 서비스 수명을 연장하기 위해 부드러운 질감, 쉬운 침투 및 비산화성을 갖춘 주석 도금 또는 금속 전도성 재료를 선택해야 합니다.

(7) 테스트 포인트는 납땜 저항이나 텍스트 잉크로 덮을 수 없습니다. 그렇지 않으면 테스트 포인트의 접촉 면적이 줄어들고 테스트의 신뢰성이 떨어집니다.

2.4.2 전기적 설계 요구사항

(1) 부품 표면의 SMC/SMD 테스트 지점은 가능한 한 구멍을 통해 용접 표면으로 유도되어야 하며 구멍 직경은 1mm보다 커야 합니다. 이러한 방식으로 단면 니들 베드를 온라인 테스트에 사용할 수 있으므로 온라인 테스트 비용이 절감됩니다.

(2) 각 전기 노드에는 테스트 포인트가 있어야 하며, 각 IC에는 POWER 및 GROUND 테스트 포인트가 있어야 하며 IC에서 2.54mm 범위 내에서 이 구성 요소에 최대한 가까워야 합니다.

(3) 테스트 포인트의 폭은 회로 라우팅에 설정된 경우 40mil까지 확장될 수 있습니다.

(4) 인쇄된 기판에 테스트 포인트를 고르게 분포시킵니다. 프로브가 특정 영역에 집중되면 더 높은 압력으로 인해 테스트 중인 플레이트나 니들 베드가 변형되어 프로브의 일부가 테스트 지점에 도달하지 못하게 됩니다.

(5) 회로 기판의 전원 공급 장치 라인은 테스트 중단점을 설정하기 위해 영역으로 나누어 회로 기판의 전력 디커플링 커패시터 또는 기타 구성 요소가 전원 공급 장치에 단락된 것으로 나타날 때 오류 지점을 더 빠르고 정확하게 찾을 수 있도록 해야 합니다. 중단점을 설계할 때 테스트 중단점을 재개한 후의 전력 운반 용량을 고려해야 합니다.

그림 6은 테스트 포인트 설계의 예를 보여줍니다. 테스트 패드는 연장 와이어에 의해 부품의 리드 근처에 설정되거나 천공 패드에 의해 테스트 노드가 사용됩니다. 테스트 노드는 부품의 솔더 조인트에서 선택하는 것이 엄격히 금지되어 있습니다. 이 테스트를 통해 가상 용접 조인트가 프로브의 압력을 받아 이상적인 위치로 돌출되도록 할 수 있으므로 가상 용접 결함이 은폐되고 소위 "결함 마스킹 효과"가 발생합니다. 포지셔닝 오차로 인한 프로브 편향으로 인해 프로브가 부품의 끝점이나 핀에 직접 작용하여 부품이 손상될 수 있습니다.

PCB 설계에서 어떤 제조 가능성 문제를 고려해야 합니까?

3. PCB 설계에 대한 맺음말

위의 내용은 PCB 설계에서 고려해야 할 주요 원칙 중 일부입니다. 전자 조립을 지향하는 PCB 제조 설계에는 구조 부품과 일치하는 공간의 합리적인 배치, 실크스크린 그래픽 및 텍스트의 합리적인 배치, 무겁거나 큰 가열 장치 위치의 적절한 배치 등 세부 사항이 상당히 많습니다. PCB 설계 단계에서는 테스트 지점과 테스트 공간을 적절한 위치에 설정하고 풀 앤 프레스 리벳팅 공정으로 커플링을 설치할 때 다이와 인근 분산 부품 사이의 간섭을 고려해야 합니다. PCB 설계자는 고품질, 고효율, 저비용을 달성하기 위해 우수한 전기적 성능과 아름다운 레이아웃을 얻는 방법뿐만 아니라 PCB 설계의 제조 가능성도 똑같이 중요한 포인트로 고려합니다.