Transcript TEHNOLOGIA SISTEMELOR ELECTRONICE

Cursul nr.4

Standarde industriale
◦
◦
◦
◦
◦
Standardul tolerantelor de fabricatie
Dimensiunile si tolerantele PCB-urilor
Trasee de cupru si tolerante de corodare
Dimensiuni standard ale gaurilor
Tolerante pentru masca de lipire (soldermask)
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
2




Niciun proces de fabricatie nu este perfect
motiv pentru care exista limitari de toleranta.
Tolerantele de proiectare includ: locatia si
diametrul gaurilor, placarea cu cupru si
corodarea, rezolutia mastii de lipire
(soldermask) etc.
Tolerantele de fabricatie devin mai
importante daca numarul straturilor creste iar
latimea si spatierea traseelor scad.
Erorile de toleranta se aduna la fiecare pas de
fabricatie si conduc la o placa rebut.
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
3



Este importanta sa se tina seama de limitarile
de fabricatie pentru a ne mentine in aria de
productivitate a fabricantului.
Standardele industriale exista pentru a fixa
jaloanele minime de performanta si proces.
Doar simpla indeplinire de catre proiect a
standardelor industriale minime nu inseamna
ca fiecare fabricant are abilitatea de a fabrica
sau asambla PCB-ul proiectat.
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
4



Pentru a fabrica un PCB multistrat se parcurg
mai multi pasi si se utilizeaza multe fisiere.
Parametrii de proiectare la fiecare pas trebuie
sa se alinieze cu cei ai pasului urmator, altfel
apar erori de aliniere care duc la defecte de
fabricatie si placi inutilizabile.
Unul din cele mai vulnerabile repere ale PCB
este gaura metalizata deoarece impune o
aliniere precisa a mai multor straturi,
realizata in timpul mai multor pasi de
fabricatie.
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
5
a)
b)
c)
d)
gaura ideala, care are un anumit diametru si o anumita
pozitie (locatie);
incertitudinea diametrului gaurii finale datorita tolerantelor
de gaurire;
incertitudinea locatiei gaurii;
comparatie intre ceea ce se dorea cu ceea ce a rezultat prin
combinarea incertitudinilor.
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
6


exista si tolerante pentru locatia
traseelor/amprentelor si dimensiunea
datorita grosimii de placare si a variatiilor in
rata de corodare.
Combinatia acestor incertitudini poate
conduce la probleme cum ar fi intreruperea
inelului circular – cazul (b):
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
7

Exista 16 standarde industriale de dimensiuni
ale PCB (IPC-2221A si IPC-D-322):
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
8


Tratand cu atentie dimensiunile placilor se
reduc costurile deoarece PCB-urile mai mici
pot fi panelizate pe dimensiuni mai mari de
placa (mai multe placi mici alcatuiesc o placa
mare, de dimensiune standard).
Daca exista flexibilitate in alegerea
dimensiunii placii, atunci se poate maximiza
numarul de placi de pe un panel.
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
9

Costurile de fabricatie cu materialele, care
reprezinta 30-40% din costurile totale,
depind direct de suprafata de material
prelucrat [Coombs, Printed Circuits
Handbook, p. 19.10]
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
10
corecta
incorecta
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
11
Exemplu de optimizare: de la 56 la 58
placi/panel
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
12





Fabricantii unui PCB au nevoie de o suprafata, in jurul
conturului placii, pentru plasarea unor gauri de
prelucrare si a unor date de fabricatie.
Aceasta suprafata poarta denumirea de suprafata de
prelucrare.
Latimea acestei suprafete este cuprinsa intre 0.375 si
1.5 in (1.0 in tipic) si este masurata intre conturul
placii si marginea panelului (IPC-D-322).
In proiectele panelizate, distanta intre contururile
placilor componente este de 0.1 – 0.5 in.
Motivul consta in utilizarea cat mai buna a suprafetei
panelului pentru a nu se trece la dimensiunea
urmatoare.
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
13


Un PCB este un ansamblu de una sau mai
multe miezuri, unite prin straturi de prepreg.
Prin combinarea unor miezuri de grosimi
diferite cu straturi de prepreg, se obtin
grosimi diferite de placi terminate.
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
14

Grosimi tipice ale placilor terminate:
Inci
0.020
0.030
0.040
0.062
0.093
0.125
0.250
0.500
Mils
20
30
40
62
93
125
250
500
Milimetri
0.51
0.76
1.02
1.6
2.4
3.2
6.4
12.7
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
15


Miezurile se fac dintr-un substrat epoxidic
laminat care este apoi acoperit pe ambele
fete cu cupru.
Grosimile standard ale miezurilor laminate,
fara straturile de cupru:
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
16


Straturile de prepreg se folosesc pentru a uni
miezurile acoperite cu cupru.
Diferitele tipuri de prepreg si grosimile lor
inainte de tratare:
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
17



Depunerea chimica de cupru (prin
reducere in baie chimica) se foloseste
pentru a realiza gauri metalizate (PTH)
si treceri (vias).
In timpul metalizarii gaurilor are loc si
metalizarea unor suprafete exterioare.
Grosimea tipica a metalizarii este
20…100 micro inci, atat in gauri cat si pe
suprafete, in functie de procesele de
fabricatie ale producatorului placii.
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
18


Mai tarziu in procesul de fabricatie se mai
folosesc metalizari de “finisare” a placii.
Dupa ce se termina procesele de finisare,
grosimea suprafetei externe a PCB poate fi
mai mare dar grosimea peretelui de
metalizare a PTH si vias-uri este uzual 1 mil
sau mai putin si nu intra in calculul
diametrului gaurii decat in cazul gaurilor
foarte mici (cele mai multe gauri sunt de 8
mil sau mai mult).
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
19

Valorile minime pentru grosimea peretelui la
PTH, conform standardului IPC-2221A:
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
20



Cand se comanda un PCB, fabricantul trebuie
sa stie care este grosimea dorita a stratului
de cupru.
Aceasta grosime depinde de curentii care
trebuie sa treaca prin trasee si de
impedantele traseelor (pentru PCB-uri cu
impedanta controlata).
Grosimea cuprului impune latimea minima a
traseelor datorita efectelor de corodare.
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
21

Cateva referiri conform standardelor IPC
(IPC-D-330 , IPC-4101A ):
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
22

Valorile curenţilor maxim admisibili pentru
cele mai uzuale lăţimi de traseu şi grosimi de
folie conductoare:
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
23



In urma corodarii cuprului, spre deosebire de
frezarea mecanica, peretele lateral al traseului
nu este vertical.
Rugozitatea apare din cauza limitarilor de
rezolutie ale mastii, neuniformitatii circulatiei
acidului, aparitiei bulelor de aer in timpul
corodarii etc.
Peretele traseului va avea un usor unghi de
inclinare deoarece cuprul de sub masca
incepe sa fie corodat.
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
24


Efectul se numeste eroziune regresiva (etchback):
Daca procesul de corodare se opreste imediat ce
s-a inlaturat si ultima bucatica de cupru de pe
suprafata placii, atunci grosimea partii inferioare
a traseului va fi egala cu latimea initiala a mastii,
W (definita si in fisierele Gerber).
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
25



Din aceasta cauza valoarea mai mare (W si nu
w’) se foloseste in calculele de proiectare
atunci cand se doresc anumite latimi de
trasee.
Din considerente generale de proiectare,
traseele trebuie sa fie mai largi decat cele
practice.
Conform IPC-2221A, valoarea minima a
latimii traseului si a spatierii este 3,9 mil
(0,1 mm).
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
26



Pot fi si fabricanti care sa utilizeze tolerante
particulare de corodare si spatiere.
In general, latimile tipice de trasee sunt intre
4 si 8 mil (0,1 si 0,2 mm).
Este o practica buna ca, inainte de proiectare,
sa se verifice capabilitatile fabricantului.
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
27

Tehnici de realizare a gaurilor:
◦
◦
◦
◦


cu
cu
cu
cu
burghiu rotitor
burghiu linoter
laser
plasma
proiectantul placii trebuie sa cunoasca ce
dimensiune de gaura sa specifice in padstack.
Standardul ANSI B19.11M precizeaza
dimensiunile standard ale burghielor de
gaurire.
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
28

Exemplu
Drill Number
Hole Size
Finished Hole Size
70
.028"
.025"
65
.035"
.032"
58
.042"
.039"
55
.052"
.049"
53
.0595"
.056"
44
.086"
.083"
1/8"
.125"
.122"
24
.152"
.149"
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
29



Cand se gauresc materiale laminate, din
cauza incalzirii prin frecare, ele devin moi.
Laminatul plastifiat murdareste placa,
acoperind suprafata si impiedicand placarea
cu cupru.
Solutia consta in curatirea interiorului
gaurilor.
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
30



Dupa ce gaura este realizata si curatata,
urmeaza metalizarea.
In functie de metodele si procesele de
metalizare ale fabricantilor, aceasta
metalizare poate adauga cel mult 1 mil
(0,0254 mm) la grosimea tuturor
suprafetelor, ceea ce inseamna ca diametrul
gaurilor poate sa scada cu 2 mil fata de
valoarea specificata.
In Layout, dimensiunea burghiului la padstack
este cea reala si nu cea obtinuta la final.
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
31


Datorita nealinierilor in fotolitografie si
umflarii soldermask-ului, land-urile
(pastilele) pot fi acoperite cu lacul protector.
Soldermask-urile desenate pe aceste pastile
pot fi distruse cand are loc “solder reflow” in
timpul operatiei de lipire.
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
32

Fenomenul poate fi suparator mai ales in
cazul componentelor foarte mici (de tipul
SOT23):
(dimensiunile sunt in mm)
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
33



Pentru a reduce riscurile, deschiderile pentru
soldermask trebuie sa fie mai mari decat
pastilele (supradimensionare).
Exista 2 tipuri de materiale pentru
soldermask: liquid screen printed si
photoimageable masks.
Supradimensionarile standard sunt in primul
caz 16 la 20 mils iar in cel de al doilea – 0 la
5 mils.
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
34


Multi fabricanti ajusteaza soldermask-ul
necesar in functie de procesele lor.
Cei mai multi, insa, nu fac acest lucru si il
asteapta de la proiectant.
TSE - Cursul nr. 4
4/13/2015
35