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

автор Автор: Гуадентиу Варзару (Gaudentiu Varzaru), Политехнический университет Бухареста |

Недавно я участвовал в опросе редактора Энди Шонесси «Чья вина в том, что эта плата плохая?». Когда я ответил на первый вопрос («Если плата выходит из строя при работе, чья обычно в этом вина?»), я расстроился, что он использовал метод с выбором только одного варианта ответа вместо нескольких клеток для отметки "галочкой". Не бы не хотел обвинять только разработчика в каждой плохой плате в мире. Хотел ли Энди, чтобы я назвал тех, кого чаще всего обвиняют?

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.

 

Рис. 1: V-обрезанная печатная плата в панели 10” x 10”.

Рис. 2: Компонент может быть поврежден, если использовать машину по депанелизации печатных плат.

Однажды заказчик принес нам панельную плату для сборки. Панель содержала 100 элементов, размещенных на маленьких схемах 10”x 10 (Рис.1). Чтобы напечатать паяльную пасту на плату, нужно было произвести трафарет. У проектировщика не было файлов Gerber для панели, только для одной схемы. Однако, когда дизайн панели был готов, было замечено, что размеры проекта панели не совпадают с размерами физической панели. Мы изучили этот случай и заключили, что производитель печатной платы не выполнил V-обрезку для панели в соответствии с рекомендациями стандарта IPC; вместо этого, он взял V-обрезанное пространство от полезной площади каждой схемы. Это привело к тому, что пришлось вручную разбирать панель, чтобы избежать обрезки компонентов машиной по разборке панели.

Этот пример может быть классифицирован, как ошибка со стороны производителя печатной платы, потому что его операторы не выполнили рекомендации IPC-7351A “Основные требования для разработок с поверхностным монтажом». Поэтому мы решили, что наш факультет должен включить стандарты IPC (особенно 2221, 2222, 600, 610, 7351) в учебный план для студентов инженеров. Однако, как я всегда говорю молодым студентам проектировщикам: «Не позволяйте другим решать за вас. Отравляйте полную информацию!».

Источник: Журнал PCB Magazine Август 2017

 

Назад