Transcript TEHNOLOGIA SISTEMELOR ELECTRONICE

Cursul nr.5

Proiectarea pentru fabricatie
◦ Procesele de asamblare
◦ Procesele de lipire
◦ Ghid de plasare si orientare a componentelor
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
2
Pentru realizarea unui PCB trebuie ca:
1. Placa sa poata fi fabricata respectandu-se
tolerantele standard de fabricatie;
2. Placa sa poata fi asamblata tinandu-se
seama de diferitele tehnologii de
componente.

TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
3
In realizarea unui PCB intervin 2 aspecte
importante:
1. crearea de parturi, desenarea in Capture,
proiectarea de amprente si padstack-uri,
plasarea componentelor, rutarea traseelor si
postprocesarea;
2. partile functionale, “atasate” placii, adica:
pozitionarea si orientarea corecta a
componentelor si realizarea de lipituri
sigure intre terminalele componentelor si
pad-urile de montare.

TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
4

pot fi:
◦ Manuale
◦ Automate

depind de:
◦ clasa de tehnologie a componentelor (subclase de
la A la Z: A, B, C si X, Y, Z – v. Cursul nr. 4);
◦ numarul de placi care se poate asambla in acelasi
timp.

Fabricantii pot fi:
◦ atat de PCB-uri cat si de asamblare
◦ numai de PCB-uri sau numai de asamblare
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
5

Metoda de asamblare joaca un rol important
in aspectul final al PCB-ului datorita:
◦ spatierii componentelor (clearence);
◦ orientarii componentelor;
◦ proceselor de lipire.
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
6

se foloseste
◦ in cazul unor prototipuri
◦ la volum mic de munca
◦ dupa asamblarea automata pentru plasarea
componentelor atipice (mai deosebite).


Se pot asambla manual atat componente SMD
cat si componente THD.
Pe o linie de asamblare manuala, fiecare
lucrator este responsabil de atasarea unui
anumit tip de componenta.
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
7

Linii de plasare manuala a componentelor:
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
8


poate fi intrerupta pentru testari pe parcurs.
poate cuprinde:
◦ plasare si lipire, ambele manuale;
◦ plasare manuala si lipire automata.

Pentru reducerea defectelor, se recomanda
orientarea componentelor:
◦ diodele si condensatoarele electrolitice sa aiba pinul
marcat orientat in aceeasi directie,
◦ Circuitele integrate sa fie astfel plasate incat la
toate circuitele pinul 1 sa fie situat in aceeasi
directie.
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
9

Aspecte tehnologice:
◦ Depunerea pastei de lipit;
◦ Plasarea manuala si utilizarea unui dispenser pentru
depunerea pastei de adeziv;
◦ Retopire (reflow).
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
10


Procesul de inserare automata = pick-andplace exista atat pentru componente SMD cat
si pentru componente THD (cu pini radiali sau
axiali)
Masinile de plasare automata sunt
programate pentru:
◦ a extrage componenta de pe role (reel) sau dintr-o
magazie de componente (bin)
◦ a plasa componenta pe PCB in locatia corecta
◦ a plasa componenta pe PCB cu oreintarea corecta
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
11



In cazul componentelor THD, placile pot fi
asamblate cu o viteza de 20.000 componente
pe ora (conform Coombs)
In cazul componentelor SMD, placile pot fi
asamblate cu o viteza de 40.000 componente
pe ora (conform Coombs)
Informatia de programare a masinilor de
plasare automata se gaseste in fisierele
Gerber (*.AST si *.ASB), generate in Layout
sau cu ajutorul altor programe CAM.
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
12
Componentele THD
 se plaseaza uzual numai pe TOP
 pinii se lipesc in val si astfel componentele nu
sunt expuse la aliajul topit
 Ordinea de asamblare:
◦
◦
◦
◦
inserarea
inserarea
inserarea
inserarea
circuitelor cu capsule DIL;
componentelor cu pinii dispusi axial;
componentelor cu pinii dispusi radial;
componentelor atipice.
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
13
Componentele SMD
 se plaseaza pe una sau ambele fete ale PCB
 la atasare numai pe TOP:
◦ se depune pasta de lipit pe pastile (pad);
◦ masina automata aseaza componentele astfel incat
terminalele sa corespunda cu zonele acoperite cu
pasta de lipit;
◦ placa este trecuta printr-un cuptor care topeste
pasta si apoi o raceste, atasandu-se astfel
componentele pe placa.

Rata de plasare este de 10.000 – 100.000
componete pe ora.
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
14
Componente SMD plasate pe ambele fete ale
PCB sau placa ce contine si componente THD:
◦ mai intai se ataseaza componentele SMD pe TOP
dupa metoda descrisa anterior;
◦ apoi se ataseaza componentele THD si se
rigidizeaza fata de placa (prin curbarea
terminalelor, prin lipirea cu adeziv sau alte metode
pinii nu se mai pot deplasa prin gauri);
◦ se intoarce placa si pe BOTTOM se depun picaturi
de pasta adeziva cu ajutorul unui dispenser
automat;
◦ se depune pasta de lipit;
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
15
Componente SMD plasate pe ambele fete ale
PCB sau placa ce contine si componente THD
(continuare):
◦ se pozitioneaza componentele SMD de pe BOTTOM
(manual sau automat), asezate pe picaturile de
adeziv;
◦ ansamblul se trece printr-un cuptor pentru a se
intari adezivul;
◦ apoi placa se trece prin statia de lipire care
efectueaza lipirea componentelor THD si a celor
SMD de pe BOTTOM. Componentele SMD de pe TOP
raman lipite din faza anterioara.
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
16
Numai componente SMD plasate pe ambele
fete ale PCB:
◦ se ataseaza mai intai componentele SMD de pe
TOP;
◦ se depune pasta de lipit la inalta temperatura;
◦ se trece placa printr-un cuptor de retopire la
temperatura inalta;
◦ se intoarce placa si se monteaza componentele
SMD de pe BOTTOM;
◦ se depune pasta de lipit la temperatura joasa;
◦ se trece placa printr-un cuptor de retopire la
temperatura joasa.
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
17

Lipirea are urmatoarele roluri:
◦ Realizeaza atasarea fizica a componentelor pe
placa;
◦ Asigura conductia electrica intre pinii (terminalele)
componentelor si traseele de circuit imprimat.
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
18

Rol:
◦ Asamblarea completa a unui PCB;
◦ Repararea sau retusarea unui PCB.

Exista mai multe tipuri de unelte de lipire
manuala:
◦ Dispozitive cu aer cald;
◦ Ciocane de lipit;
◦ Dispozitive cu inductie
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
19

Dezavantaje:
◦ Procesul este lent;
◦ Exista riscul de descarcari electrostatice in timpul
manevrarii componentelor (pericol crescut in cazul
componentelor MOS);
◦ Exista riscul de supraincalzire a pieselor si a
traseelor de cupru.
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
20


Nu cere restrictii la proiectarea layout-ului.
Se recomanda, totusi, o proiectare care sa
permita lucru comod cu componentele si o
corecta orientare a componentelor (asa cum
s-a prezentat mai sus).
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
21

Linii de lipre manuala:
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
22

Placa este deplasta de un conveier, trece prin
fluxul de cositor si este preincalzita.
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
23

Vedere transversala
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
24
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
25

Tehnologie de lipire in val electromagnetic
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Solder pot
Solder
Nitrogen injector
Electromagnetic motor
Titanium wave nozzle
Hollow jet wave
Solder returns
Heating element
Solder drain
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
26


La lipirea componentelor SMD pe bottom,
proiectantul trebuie sa cunoasca sensul de
inaintare a placii in val.
Componentele trebuie astfel plasate incat
componentele mici sa nu fie umbrite de cele
mari (ceea ce poate determina o lipire slaba a
componentelor mici) si sa nu apara punti
conductoare (scurtcircuite) intre terminale.
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
27

Exemplu de plasare a componentelor SMD
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
28



Exista mai multe tipuri, cea mai raspandita
fiind cea in cuptor
Se aplica atat la SMD cat si la THD
Exemplu de cuptor pentru reflow:
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
29
Etape:
1. Se depune pasta de lipit cu ajutorul unui tipar
(stencil);
2. Componentele se aseaza la locurile lor astfel
incat terminalele fac contact cu pasta de lipit
3. Anasamblul este trecut cu ajutorul unui
conveier prin cuptor unde pasta se topeste.
Tensiunile de suprafata din pasta topita tind sa
alinieze automat componentele
4. Dupa ce s-a atins temperatura necesara si
pasta s-a (re)topit, ansamblul iese din cuptor si
se raceste.

TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
30
Sfaturi utile:
1. Componentele se selecteaza astfel incat sa
fie potrivite atat pentru lipire in val cat si
pentru lipire prin retopire;
2. Este important sa nu fie plasate toate
componentele care impun lipiri masive in
aceeasi parte a placii pentru a se evita
lipirile incorecte din cauza incalzirii mai
slabe a pastei.

TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
31

Un ansamblu PCB se compune din
◦ placa propriu-zisa,
◦ componentele atasate si
◦ conectoare.

Plasarea si orientarea componentelor depinde
◦ de tipul de componente (THT sau SMT),
◦ de metoda de asamblare (manuala, lipire in val sau
reflow) si
◦ de cerintele performantelor electrice
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
32
1.
2.
3.
Componentele trebuie sa fie plasate ingrijit
si ordonat, cu spatiere si aliniere uniforme.
Componentele trebuie sa fie orientate astfel
incat marginile componentelor sa fie
paralele cu marginile placii.
Daca placa este lipita automat (de masina),
componentele THD trebuie plasate pe o
singura fata, opusa celei de lipire (pe cat
posibil).
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
33
4.
Cand se plaseaza componente pe ambele
fete ale placii si cand se amesteca
tehnologie THT cu cea SMT, trebuie avut in
minte ca s-ar putea sa fie nevoie de mai
multe faze de asamblare pentru a plasa
toate componentele, care determina
cresterea costului si a punctelor potentiale
de erori si fac retusarea mai dificila.
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
34
5.
Sa nu se monteze componente in capsula de
plastic (PLCC) sau condensatoare mari din
tantal pe partea inferioara a placii deoarece
nu se pot lipi in val si se pot distruge
datorita solicitarii termice.
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
35
6.
De cate ori este posibil, sa se utilizeze un
grid de 100 mils (2,5 mm). Grid de 20 mils
(0,5 mm) sau chiar 2 mils (0,05 mm) se
poate folosi pentru terminale de
componente care nu sunt pe grid standard
(IPC-2221A). Cand se foloseste un grid
metric trebuie utilizat grid de 2,54 mm,
1,27 mm, 0,64 mm sau 0,50 mm
(IPC-7351).
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
36
7.
8.
9.
Trebuie sa se utilizeze grid de 2,54 mm
pentru placile care vor suferi testare tip
bed-of-nails.
Condensatoarele polarizate si diodele
trebuie orientate pe intreaga placa pentru
inspectie si testare usoare.
Cand procesul de asamblare este insotit de
camera de filmat (viziune asistata de
masina), trebuie adaugati fiduci (globali si
locali) care sa ajute la plasarea
componentelor.
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
37
10.
11.
12.
Cand se utilizeaza proces automat de lipire,
daca proiectarea permite, conectorii trebuie
plasati pe latura mai scurta a placii.
In timpul plasarii componentelor, sa se asigure
spatiu adecvat de-a lungul marginilor placii
pentru a putea manevra placa si pentru
gazduirea hardware-ului de montare.
Componentele care cantaresc mai mult de 5
grame per terminal trebuie asigurate mecanic
impotriva eventualelor vibratii ale placii
(IPC-2221A).
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
38
13.
14.
In timpul procesului de lipire si functionare
ale circuitului, trebuie asigurat prin
proiectare managementul termic.
Considerentele electrice au prioritate asupra
considerentelor mecanice in caz de conflict
intre cele doua, in afara de situatiile in care
rezulta defecte mecanice ale placii.
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
39
15.
Pentru PCB-urile pe care se prelucreaza
semnale mixte (analog si digital),
componentele trebuie separate pentru a se
reduce (minimiza) efectul zgomotului de
comutatie asupra partii analogice. Trebuie,
de asemenea, separate circuitele de putere
mare de cele de putere mica si zgomot mic.
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
40

Varianta “Flying-Probe-Tester” la testarea tip
bad-of-nails.
TSE - Cursul nr. 5
4/13/2015
41