Кто виноват в том, что эта плата плохая? Часть 1.

Кто такие эти разработчики? Проектировщики печатных плат похожи на волшебников: они могут материализовать идею, написанную на клочке бумаги, а многие из них также являются и изобретателями продукта. И проектировщики создают множество работ. Их проекты могут иметь пробелы, но я не стал бы винить проектировщиков за все плохие платы. Они первые, кого обвиняют во всем, потому что они делают первый шаг в жизненном цикле продукта. Они, конечно, могут ошибаться, но иногда их вина слишком преувеличена в глазах людей, которые следят за их работой.

Я знаю одного американского предпринимателя, который приехал в Польшу, чтобы открыть бюро по разработке печатных плат. Он нашел и нанял художников и архитекторов, но не так много инженеров: он был очень рад, что смог найти много электронных инженеров здесь в Румынии. Но все ли эти инженеры достаточно квалифицированы, чтобы считаться великими проектировщиками печатных плат?

Год назад я работал в компании по контрактному производству, где все проекты анализировались перед отправкой их на производство на линии сборки. Мы обнаружили, что даже некоторые из самых лучших и наиболее инновационных схем не могут быть произведены. Почему? Потому что проектировщик печатной платы, инженер-электронщик, не был знаком с процессом производства. Он не представлял технологические требования, необходимые для производства электроники.

Вот смешная история.  Я знаю одного проектировщика, который узнал в конце концов важность площадки для тепловой разгрузки для ограничения тепла во время пайки для хорошего результата. Его ответ? «О, и это все, для чего они нужны? И я так долго работал, чтобы в итоге удалить их!»

Сама программа CAD поставила тепловые мостики там, где площадки соединялись с большими медными площадями, но глазу проектировщика не понравилось, как они выглядят. Это счастливый случай, потому что проектировщик представил свой проект до того, как отправить его в производство. Но в других случаях дело оказывается намного более серьезным. Когда плата пришла на сборку, было необходимо вручную нагреть площадку и компонент двумя паяльниками. Некоторые разработчики понимают этот аспект (особенно после того, как они пройдут по фабрике, чтобы увидеть весь технологический процесс), тогда как другие даже злятся, восклицая: «Я отправлю этот проект в Китай и они сделают его!». Да, они сделают, но сделают именно то, что было отправлено, включая ошибки проектировщика. Однажды был случай, когда проектировщик забыл отправить файл Excellon; в итоге печатная плата была произведена без отверстий для 40-выводного DIL корпуса микроконтроллера.

Некоторые разработчики с удовольствием подгонят схему под один лист. Один проектировщик узнал, что с правильными модификациями площадь печатной платы может быть уменьшена и, следовательно, стоимость платы может быть уменьшена. Он ответил: «О, это же для армии, а у них достаточно денег, чтобы не беспокоиться о размере платы!».

Я думаю, такая армия проиграла битву даже на стадии разработки: большее количество материала означает более тяжелое оружие, большее потребление топлива для транспортировки, большие размеры корпусов, меньше оружия и меньше денег для следующих разработок и так далее. То есть, чтобы быть профессиональным проектировщиков сегодняшней электроники не достаточно быть просто инженером-электронщиком; необходимо иметь определенные знания о технологиях, или строить отношения с технологом. Это одна из причин, почему мы решили включить курс «Разработка для производства» в учебный план в моем колледже.

Сегодня печатные платы стали более сложными. Многие печатные платы теперь имеют требования по контролю импеданса. Гибко-жесткие платы стали очень популярны, и мы видим стеклянные печатные платы и много плат с металлической обратной стороной. Они стали посвящены пассивным компонентам; некоторые из них даже активны, такие как технология встраивания от Wurth Elektronik, которая может встраивать флип-чипы в многослойную структуру. Более того, собранный электронный модуль может иметь несколько тысяч паяных соединений, которые также являются компонентами.

Мой коллега Ян Плотог обычно говорит: «Паяные соединения – это живые существа». Они не являются неизменными; из-за условий окружения, различных видов стресса (механического, термального) и старения они меняются снаружи (усы олова), и они меняются внутри (микроструктура), что влияет на их электрическую, механическую и тепловую функциональность. Известно, что проблемы с технической поддержкой могут возникать через длительное время после выхода продукта на рынок.

С печатными платами одна рука никогда не знает, что делает вторая. Например, выполняет ли поставщик компонентов или сборщик электронных устройств все превентивные процедуры против электростатического разряда? Я слышал о плате, которая работала на стойке, но перестала работать, когда ее установили на другую стойку в нескольких метрах от первой. Это был день, когда операторы с электро-механической телефонной станции обнаружили, что хождение по ковру заряжает вас несколькими тысячами вольт и вам нельзя касаться слоев с электроцепями электронных модулей. Очистка плат – это другая проблема, которая может иметь отложенный эффект из-за электрохимической миграции.