Автоматизированное производство печатных плат

SMD против SMT против BGA

SMT (технология поверхностного монтажа) является наиболее популярной технологией и процессом в PCBA. Это технология сборки схем, при которой бессвинцовые или короткожильные SMD устанавливаются на поверхность печатной платы или другой подложки, а пайка и сборка осуществляется пайкой оплавлением или пайкой погружением. SMT-компоненты могут быть легко размещены на печатной плате с высокой точностью, что снижает стоимость и сложность сборки.

Устройства поверхностного монтажа (SMDs) относятся к устройствам поверхностного монтажа, которые являются разновидностью компонентов SMT (технология поверхностного монтажа). SMD обеспечивают экономию затрат, поскольку не требуют сквозных отверстий или внешних выводов. Это ускоряет и упрощает сборку, тем более что многие электронные компоненты теперь выпускаются в конфигурации для поверхностного монтажа.

BGA (Ball Grid Array Package), которая заключается в создании массива шариков припоя на нижней части подложки упаковки в качестве выводов ввода-вывода схемы и соединения печатной платы (PCB). Устройство, упакованное по этой технологии, представляет собой устройство типа поверхностного монтажа (SMD).

В последние годы пакеты Ball Grid Array (BGA) стали более популярными благодаря своим небольшим размерам и повышенной функциональности. Пакеты BGA устанавливаются на нижней стороне печатной платы, что делает их менее подверженными повреждениям от механических ударов.

Преимущества и недостатки упаковки QFP

Многие люди считают пакеты Square QFP действительно привлекательными. Они отличаются от прямоугольных QFP тем, что имеют значительное преимущество: они позволяют корпусу QFP иметь большую плотность по сравнению с прямоугольными корпусами.

Недостатки

Поскольку мы только что упомянули об одном важном преимуществе использования квадратных упаковок QFP, давайте добавим еще одно, чтобы сбалансировать ситуацию: по сравнению с прямоугольными упаковками, эти QFP легче ломаются во время транспортировки.

Какие существуют типы SMD

SMD в основном включают транзисторы чипа и интегральные схемы, такие как:

1. Резисторы для поверхностного монтажа (SMD-резисторы)
2. Конденсаторы для поверхностного монтажа (SMD-конденсаторы)
3. Поверхностный монтаж Диоды печатной платы (SMD диоды)
4. Транзисторы для поверхностного монтажа (SMD-транзисторы)
5. Индукторы для поверхностного монтажа (SMD-индукторы)
6. ИС для поверхностного монтажа (интегральные схемы SMD)
7. Светодиоды для поверхностного монтажа (SMD-светодиоды)
8. Термисторы для поверхностного монтажа (SMD термисторы)
9. Кристаллы для поверхностного монтажа (SMD-кристаллы)
10. Варисторы для поверхностного монтажа (SMD варисторы)

Выбирайте габариты и вес плат и узлов, исходя из возможностей производства

Размеры платы

На размеры платы могут повлиять разные ограничения: например, она должна устанавливаться в корпус конкретных размеров, соединяться с другими платами, быть пригодной для монтажа определенных механических или электрических компонентов. Если же точные параметры не оговорены, есть несколько правил, к соблюдению которых стоит стремиться.

Минимизация площади платы

Стремитесь минимизировать площадь платы. Это сократит расход материала и даст возможность разложить больше плат на одной мультизаготовке для монтажа, что уменьшит цикл сборки. При этом важно не переборщить: например, нет смысла делать проводники по 75 мкм исключительно ради экономии размеров платы.

Особенности SMD-линии

Слишком широкие платы могут просто не поместиться на конвейере SMD-линии. Заранее уточните максимальные габариты, с которыми может работать линия поверхностного монтажа выбранного производителя.

Вес печатного узла

Большинство конвейеров рассчитаны на работу с весом до 3 кг. Суммарный вес печатного узла вместе со всеми смонтированными деталями и паяльной пастой не должен превышать возможности конвейерных систем и/или специальных буферов охлаждения, которые используют современные линии SMT. Если узел весит больше, можно разбить его на несколько отдельных весом поменьше. Если в проекте больше 7—10% тяжелых узлов, лучше найти производство с конвейерами, рассчитанными на 5 кг.

Учет особенностей DFX

Design for X-ray (DFX) поможет упростить работу с автоматизированным рентгеновским контролем печатного узла (AXI) и сократить количество ложных срабатываний.

Особенности автоматизированного рентгеновского контроля

Минимизируйте количество конденсаторов, катушек и резисторов под выводами микросхем, которые будут проходить контроль. На рентгене эти компоненты могут быть интерпретированы как короткое замыкание, что приведет к ложному сигналу об ошибке.

Пады в футпринтах BGA

Сделайте пады в футпринтах BGA отличными от круга. Форма скругленного квадрата, восьмиугольник или добавление teardrop на паде позволит однозначно определить, какой именно из контактов вы проверяете: припой с падом микросхемы или припой с платы. Это сильно упростит жизнь оператору рентген-установки.

Заглушки под вакуумный захват

Предусмотрите заглушки под вакуумный захват для SMT-монтажа. Это поможет облегчить процесс монтажа.

## В процессе монтажа

В процессе монтажа специальные вакуумные насадки (nozzle) захватывают компоненты за центр масс. Но не все компоненты можно ухватить такой насадкой, это относится, например, к втулкам под винты и разъемам. В таком случае используют специальные наклейки или заглушки соответственно.

Информация о заглушках и типе упаковки указывается в даташитах компонента.

В примере выше выделенный цветом пункт говорит о том, что если необходима вакуумная заглушка для разъема, то в документации должен быть указан каталожный номер с постфиксом, заканчивающимся на CLF.

![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/f4e/ffc/3b0/f4effc3b0a0a71dbf10286511cde8334.png)

## Проверьте ширину сигнальных линий (апертур)

Апертура линии не должна превышать минимальный габарит (Ox, Oy) падов.

Исключением являются линии, ширина которых спроектирована с учетом контроля импеданса.

## Пайка SMD печатных плат - какая пайка лучше для SMD?

какая пайка лучше для SMD

Лучшим методом пайки SMD (устройств поверхностного монтажа) компонентов на печатной плате является пайка оплавлением.

Пайка оплавлением предполагает нанесение паяльной пасты на площадки печатной платы, где будут размещены SMD-компоненты, размещение SMD-компонентов на пасте, а затем нагрев всей сборки в печи оплавления для расплавления пасты и создания прочного соединения между компонентами и печатной платой. Этот метод обеспечивает точное размещение и равномерное распределение припоя, что приводит к надежным и устойчивым соединениям между компонентами и платой.

![](https://www.mainpcba.com/wp-content/uploads/2023/04/what-soldering-is-best-for-SMD.webp)

## Правильно используйте термобарьеры

Термобарьеры особенно хорошо работают, если их зазор больше толщины соединения или равен ей.

Существуют случаи, когда не стоит использовать термобарьеры. Например, если диффпара подходит близко к металлизированному пазу, который должен быть соединен с землей (GND), не стоит подключать его через термобарьер, если при этом теряется опора диффпары.

![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/475/8ef/340/4758ef340493cc0bc4ff6fb7df27f4b6.png)

## Практичность пакета QFP

Четырехсторонний плоский корпус QFP обычно используется во многих электронных схемах и сборках. Такая форма корпуса может вместить большое количество межсоединений вокруг устройства. Поскольку многие стили пакетов qfp ic (полное название пакета qfp ic) становятся более сложными, эта форма пакета для поверхностного монтажа может обеспечить высокий уровень подключения, необходимый в удобном формате. Он часто используется в цепях промежуточной частоты, высокочастотных цепях, микропроцессорах, аудиосхемах, силовых цепях и других областях. Несмотря на то, что четырехъядерный плоский корпус QFP работает эффективно, необходимо учитывать несколько моментов.

Особенности проектирования одностороннего дизайна

Используйте односторонний дизайн для печатных плат, если это не приведет к значительному увеличению платы. Такое простое решение позволит сэкономить время и ресурсы при производстве.

Преимущества одностороннего дизайна:

• Упрощенная сборка компонентов
• Более простое трассирование
• Сокращение времени производства
• Возможность снижения стоимости платы
• Улучшенная теплопроводность

Я советую этот метод для всех случаев, когда односторонний дизайн существенно не повлияет на размеры платы.

Как изготовить печатную плату SMD?

Шаги для изготовления печатной платы SMD:

1. Разработка: Разметка печатной платы с помощью программного инструмента, такого как Eagle или Altium.
2. Заказ: Закажите плату у производителя, указав тип и размер SMD-пакета.
3. Нанесение паяльной пасты: Покройте площадки на плате паяльной пастой с помощью трафарета.
4. Установка компонентов: Установите SMD-компоненты на паяльную пасту с помощью машины для подбора и установки или вручную.
5. Перенос рисунка: Перенесите рисунок на плату с помощью ламинатора или пресс-машины.
6. Травление: Протравите открытую медь с помощью раствора хлористого железа.
7. Очистка: Очистите плату от остатков травления.
8. Сверление: Пробурите отверстия для компонентов и кабелей.
9. Установка SMD: Нанесите флюс и установите SMD-компоненты.
10. Пайка: Припаяйте компоненты к плате.
11. Паяльная маска: Нанесите паяльную маску для защиты.
12. Отверждение: Отвердите маску с помощью УФ-лампы или печи.
13. Финишное покрытие: Нанесите золото, серебро или олово-свинец для лучшей электропроводности.
14. Проверка: Проверьте работоспособность платы.

Особенности процесса DFI

Design for Inspection (DFI) отвечает за пригодность узла к прохождению автоматизированного оптического контроля (AOI).

Проблемы, с которыми стоит столкнуться при DFI:

• Теневой эффект возникает при наличии компонентов с разной высотой
• Расположение компонентов может влиять на качество изображения
• Правильное позиционирование камер внутри оборудования

Учитывайте эти особенности при проектировании и изготовлении печатных плат с использованием DFI.

Чтобы избежать этого эффекта, необходимого вычислить минимальное рабочее расстояние между компонентами. Запросите характеристики используемого оборудования: в них указан угол наклона боковых камер и проекторов. Исходя из этого угла, можно рассчитать требуемый зазор между компонентами.

Проверка компонентов с углом поворота, не кратным 90°. Большинство систем AOI используют предустановленные алгоритмы проверки, а оператор может менять только некоторые параметры: габариты, цвета, яркость, контрастность и т. д. Набор таких алгоритмов прошивается поставщиком оборудования и поставляется вместе с ним в неизменном виде. Если оборудование не содержит алгоритмов для проверки компонентов, установленных с углом поворота, не кратным 90°, такие компоненты не будут проверяться вообще или будут выдавать ложные срабатывания.

На платах с нетипичным дизайном или небольшими габаритами при обвязке больших чипов компоненты могут располагаться под совершенно разными углами. Эта ситуация одинаково характерна для плат в изделиях разной степени сложности — от светодиодных ламп до спутников.

Круглая плата с неортогональным расположением элементов.

Например, круглая светодиодная лампа состоит из двух плат: источника питания на обычном стеклотекстолите FR4 и светодиодной платы на алюминиевой основе. Источник питания можно без проблем развести с ортогональной расстановкой компонентов, но светодиоды расставляют под углами, которые рассчитываются по формуле «360°, деленные на количество светодиодов».

Это особенно важно для работы с боковыми камерами, если в оборудовании не предусмотрен их поворот-подстройка под ориентацию компонентов.

Подбирайте компоненты со сходными термопрофилями, если это возможно

К сожалению, не все компоненты имеют сходные рекомендации по профилю пайки.

Пример термопрофиля для поверхностного монтажа резисторов.

Например, для SMD-динамика, максимальная температура пайки которого 210—220 °C, подойдет только легкоплавкий или свинецсодержащий припой. Если производство использует бессвинцовый припой — например, SAC (температура плавления от 220 °C), то динамик придется паять вручную, а не в печи оплавления. Это увеличит трудоемкость и стоимость изготовления печатной платы. Похожая проблема случится, если динамик будет установлен на плату вместе с теплоемкими BGA-компонентами — для них также используется бессвинцовый припой.

Чтобы избежать таких ситуаций, старайтесь подбирать компоненты со сходным технологическим окном пайки. Корректно подобранный термопрофиль отвечает рекомендациям даташита используемой паяльной пасты и даташитов монтируемых компонентов.

В чем разница между QFP и QFN?

Пакет QFN против пакета QFP

Выводы простираются на все четыре стороны корпуса QFN;Поводки вытянуты в форме крыла чайки или L-образной формы;

Различия секций сборкиСредняя фиксация корпуса QFN происходит при сборке печатной платы;Даже во время сборки печатной платы выводная форма обеспечивает хорошую основу для корпуса QFP;

Пакеты QFN имеют всего восемь контактов плюс термопрокладку;Корпуса QFP имеют несколько контактов, от 8 контактов на сторону до 70 контактов на сторону;

Меньший профиль деталей QFN позволяет уменьшить общий размер платы для вашего проекта, что необходимо для удовлетворения требований к дизайну и дает преимущества при производстве печатных плат.Размеры упаковки QFP обычно больше, чем у их эквивалентов QFN;

Пакеты QFN обязательно требуют использования печи оплавления;С открытыми выводами пакетов QFN проще обращаться, чем со скрытыми контактами частей QFN. С небольшой осторожностью вполне возможно вручную припаять или отпаять корпуса QFP;

Если вы не знаете, какой тип QFP подходит для вашего текущего приложения для печатных плат. Вы можете связаться с нашими инженерами, чтобы отправить файлы Gerber, и мы предоставим лучшие предложения по выбору, исходя из ваших условий применения,проектирование и производство печатных плат требования процесса при проведении бесплатной проверки файла печатной платы. Чтобы предоставить клиентам различные варианты, компания JHDPCB предлагает пакеты qfp с расстоянием между центрами штифтов 1,0 мм, 0,8 мм, 0,65 мм, 0,5 мм, 0,4 мм, 0,3 мм и т. д. Минимальное расстояние между центрами штифтов составляет 0,4 мм и максимальное количество контактов 348.Чтобы предотвратить искажение выводов, для удовлетворения потребностей клиентов доступно несколько улучшенных вариантов QFP, таких как bqfp, tqfp, gqfp и т. д. Мы также используем автомобильные упаковочные материалы и систему управления технологическим процессом для выполнения требований к доставке образцов.

Систематизируйте наполнение библиотеки посадочных мест компонентов (футпринтов), которой пользуются проектировщики

Вариантов ошибиться в футпринте масса. Неверный шаг микросхемы приведет к тотальным проблемам при монтаже (если он вообще будет возможен), потому что выводы не попадут на соответствующие пады. Некорректное вскрытие маски одним окном на весь ряд выводов обернется потенциальным коротким замыканием при монтаже. Слишком малый отступ вскрытия маски от пада даст неполноценный контакт, если при изготовлении платы маска чуть «уплывет», так как контактная площадка станет меньше.

Самое главное, что подобные проблемы будут путешествовать вместе с футпринтом из проекта в проект, из ревизии в ревизию до тех пор, пока футпринт не поправят в библиотеке и не обновят его во всех проектах.

Проверять и обновлять футпринты перед выводом финальных gerber-файлов — очень хорошая практика.

Но представим ситуацию: в первой ревизии печатного узла использовался футпринт, который дал дефекты пайки на 10% пассивных компонентов. В следующей ревизии использовали другой футпринт, а дефектов стало 15—20%. Как такое могло случиться?

Обычно тополог опирается на множество источников и рекомендаций. Это:

Кроме того, существует немало инструментов, которые помогают быстро генерировать футпринты для компонентов.

Если не систематизировать работу с этими ресурсами и инструментами, мы рискуем получить библиотеку, где будут смешаны компоненты и десятки разнообразных посадочных мест, которые им не подходят. Кроме того, одинаковые контактные площадки, входящие в один футпринт, могут быть названы по-разному, — не будет прослеживаться системность названий.

Как итог, компоненты будут плавать на припое и смещаться относительно точки установки, в худшем случае слипнутся между собой, образуя короткое замыкание. А у мелких резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности (далее — компоненты R, L, C) может образовываться эффект надгробного камня, когда в одной точке пайки припой плавится раньше, чем в другой, и поверхностное натяжение приподнимает компонент.

Эффект надгробного камня при пайке, показанный наглядно.

Чтобы избежать подобных ситуаций, стоит «причесать» библиотеку по следующему алгоритму. Для начала привести в порядок именование контактных площадок (pad), назвав их все по одному шаблону. Шаблон можно придумать самостоятельно или опираясь на стандарт IPC-7351. Затем исправить и свести к одному повторяющиеся типы посадочных площадок.

Создавая футпринты, следует опираться на даташиты компонентов и учитывать возможности производств печатных плат. Например, закладывать вскрытие маски от пада (+100 мкм на габарит) и отступ шелкографии от вскрытия маски (100—125 мкм).

Библиотека компонентов также может содержать специальные футпринты для частных случаев. Например, для конденсаторов, которые используются только в определенных зонах (например, под BGA). Такие посадочные места должны применяться исключительно в тех областях, для которых они разработаны.

Оптимизируйте количество позиций в спецификации для материалов (BOM), чтобы снизить риски ручной работы

Чем больше позиций указано в SMT-разделе ВОМ (BOM — Bill of Materials), тем больше питателей должно быть установлено на монтажной линии. Если окажется, что компонентов больше, чем предусматривает емкость автоматических установщиков по питателям, придется устанавливать дополнительные компоненты вручную перед запеканием платы. Это не только заметно увеличит сложность монтажа, но и повысит вероятность брака: есть риск случайно задеть соседние компоненты. А значит, способ не подходит для массового производства.

Поэтому рекомендуется использовать более сжатые ряды номиналов для пассивных компонентов. Например, ограничить схемотехников использованием ряда Е24 против Е48 или Е96.

Типы и размер упаковки SMD PCB, производственные соображения SMD PCB

SMD PCB (печатная плата с поверхностным монтажом) — это тип печатной платы, в которой используется технология поверхностного монтажа для установки электронных компонентов на плату. Печатные платы SMD широко используются в различных электронных устройствах благодаря своим компактным размерам, высокой плотности и низкой стоимости.

Типы упаковки SMD PCB и производственные соображения по размерам

Типы и размеры корпусов печатных плат SMD

1. Упаковка по технологии поверхностного монтажа (SMT)2. Пакет Ball Grid Array (BGA)3. Четырехслойный плоский пакет (QFP)4. Интегральная схема с малым контуром (SOIC)5. Тонкий малогабаритный контурный пакет (TSOP)6. Двойной рядный пакет (DIP)7. Бессвинцовый носитель микросхем (LCC)

Что касается размеров пакетов SMD PCB, то они могут варьироваться в зависимости от их типа и применения. Некоторые распространенные размеры включают:1. 0402 — 0,4 мм x 0,2 мм2. 0603 — 0,6 мм x 0,3 мм3. 0805 — 0,8 мм x 0,5 мм4. 1206 — 1,2 мм x 0,6 мм5. 1210 — 1,2 мм x 1,0 мм6. 2512 — 2,5 мм x 1,2 мм7. BGA — размером от 15 мм до более 55 мм, в зависимости от количества шариков/штырьков.

Эти размеры обычно относятся к размерам посадочного места компонента или области размещения площадки на печатной плате.

Соображения по производству печатных плат SMD

Соображения по производству печатных плат SMD

1. Размещение компонентов: Размещение компонентов на печатной плате SMD очень важно, поскольку оно влияет на производительность и надежность схемы. Компоненты должны быть размещены в соответствии с их электрическими требованиями, тепловыми соображениями и механическими ограничениями.

2. Пайка: Пайка является критическим процессом при производстве SMD печатных плат, поскольку она обеспечивает надлежащие электрические соединения между компонентами и платой. Процесс пайки должен тщательно контролироваться, чтобы избежать таких дефектов, как холодные соединения или мостики припоя.

3. Ширина дорожек: Ширина дорожек на печатной плате SMD должна быть тщательно рассчитана для обеспечения надлежащего прохождения тока, не вызывая перегрева или падения напряжения.

4. Размер площадки: Размер площадок на печатной плате SMD должен соответствовать размеру выводов компонентов для обеспечения правильной пайки и электрических соединений.

5. Материал печатной платы: Выбор материала печатной платы имеет решающее значение при производстве печатных плат SMD, поскольку он влияет на производительность и надежность схемы. Такие материалы, как FR4, керамика и полиимид, обычно используются в печатных платах SMD в зависимости от требований приложения.

Подложки для технологии упаковки QFP.

Подложки для технологии упаковки QFP бывают керамические, металлические и пластиковые. По объему пластиковые упаковки составляют большинство. Если материал не указан, пластиковый QFP является наиболее популярным многовыводным корпусом БИС. Он используется для аналоговых схем БИС, таких как обработка сигналов видеомагнитофона и аудиосигналов, в дополнение к цифровым логическим схемам БИС, таким как микропроцессоры и дисплеи вентилей.Расстояние между центрами контактов составляет 1,0 мм, 0,8 мм, O,65 мм, 0,5 мм, 0,4 мм, 0,3 мм и т. д. Максимальное количество контактов в спецификации с шагом между центрами 0,65 мм составляет 304. Профиль Quad Flat Package (толщина 1,4 мм ) и Thin Quad Flat Package (TQmin Quad Flat Package, толщина 1,0 мм). Кроме того, некоторые производители LSI называют QFP с центрами контактов 0,5 мм термоусадочными QFP, SQFP или VQFP, в то время как другие называют QFP с центрами контактов 0,65 мм и 0,4 мм SQFP. В области логических БИС многие разработки и высоконадежные продукты доступны в многослойных керамических корпусах QFP. Также доступны продукты с минимальным расстоянием между центрами контактов 0,4 мм и максимальным количеством контактов 348. Недостаток корпуса QFP заключается в том, что штифты имеют тенденцию изгибаться, когда расстояние между центрами штифтов составляет менее 0,65 мм. Чтобы предотвратить деформацию штифта, появилось несколько улучшенных вариантов QFP.

Определитесь, нужен ли вам PressFit

PressFit, или монтаж без пайки, — это отдельная технологическая операция со своим оборудованием и специальным профилем прессования. Если вы можете обойтись разъемами SMD или Through Hole (TH), не стоит без весомых оснований выбирать PressFit. Необходимость монтажа без пайки может быть продиктована соображениями целостности сигнала: тогда можно подумать о замене всех TH-коннекторов на SMD и PressFit, чтобы убрать выводной монтаж из цикла производства.

Пример PressFit-разъема с выводами типа «ухо иголки».

При использовании технологии PressFit необходимо следить, чтобы вблизи запрессованной ножки не располагались SMD-компоненты. Это упростит и удешевит оснастку для прессования или позволит обойтись вообще без нее. Если не учесть этот момент, в оснастке придется делать вырезы под детали, чтобы она плотнее прилегала к плате, — а это дополнительное время и деньги.

Располагайте тяжелые компоненты с одной стороны печатного узла

После того как тяжелые компоненты распаяны на одной стороне платы, начинается процесс оплавления другой стороны. Детали оказываются в перевернутом положении, а припой под ними продолжает плавиться. Если поверхностное натяжение жидкого припоя на всех точках пайки компонента, которое удерживает его на плате, окажется слабым, деталь может:

Поэтому компоненты в BGA-, LGA-корпусах, большие разъемы и тяжелые индуктивности рекомендуется располагать с одной стороны печатного узла.

В случае если не получается избежать двустороннего монтажа крупных компонентов, их можно приклеить. Запросите у контрактного производителя, есть ли у них принтер трафаретной печати со встроенной функцией дозирования клея, и укажите в документации места дозирования, заложив не менее двух клеевых точек на крупный компонент.

Как припаять пакет QFP? (пайка, ремонт)

Ниже перечислены два распространенных метода сборки QFP: для индивидуальных любителей (небольшая ручная сборка) и для массового производства.

Процесс ручной сборки небольшого количества.

Высокосерийное производство.

Паяльная паста наносится на металлические площадки печатной платы методом трафаретной печати. Чтобы определить количество используемой паяльной пасты, необходимо проверить толщину трафарета и его апертуру. Обратите внимание, что слишком много паяльной пасты может привести к образованию мостиков припоя. С другой стороны, небольшое количество паяльной пасты уменьшит растекание припоя. Поэтому измерение должно быть очень точным.

Паяльная паста:Паяльная паста (без содержания свинца) состоит из некоторого сплава SnAgCu. Размер частиц этого сплава должен подходить для печати с размером апертуры трафарета припоя.В этом процессе лучше всего использовать пасты типа 4, так как они более эффективны. Также обратите внимание, что паяльная паста чувствительна к влажности, температуре и старению.Размещение:Надежное создание паяных соединений поддерживается за счет самовыравнивания, вызванного поверхностным натяжением жидкого припоя. Тем не менее, вам все равно нужно аккуратно размещать компоненты. Установка пакета вручную не рекомендуется. Вместо этого мы рекомендуем вам использовать машину для захвата и размещения, чтобы каждый раз обеспечивать точность.Пайка оплавлением:При сборке печатных плат QFP можно использовать печь с принудительной конвекцией для пайки оплавлением. Пайка QFP в атмосфере, наполненной азотом, улучшает качество паяных соединений. Тем не менее, для создания надежных соединений в этом нет необходимости.

На температуру паяного соединения QFP могут влиять несколько факторов:

Для силовых блоков, в которых недостаточный QFP вниз и ток утечки являются влияющими факторами, вы должны использовать меньшее количество флюса для пайки. Не забывайте следовать рекомендациям производителя при пайке для достижения оптимального выхода.

Процесс ремонта.

Для обучения следует отбирать операторов с легким прикосновением и устойчивыми навыками. Перед ремонтом определите, подлежит ли деталь восстановлению. Не все можно спасти. Штифт может быть согнут настолько сильно, что сломается, если его просто согнуть назад. Эти операции должны выполняться на антистатическом рабочем столе и требуют надлежащего освещения и увеличения. Достаточно увеличительного стекла с подсветкой в три-четыре диоптрии. Оператор должен выбрать подходящий шаблон и прикрепить его к пластине. Может быть некоторое смещение, но на шаблоне и пластине должно быть достаточно места для работы с QFP. Компонент размещается на шаблоне настройки.Затем техник выбирает различные инструменты для регулировки от грубой до все более точной настройки. Для нормальной работы может потребоваться регулировка носка и пятки, выравнивание опоры для ног, регулировка копланарности и вытягивание скрученных и погнутых штифтов с помощью пинцета.Шаблон является хорошим инструментом для выравнивания контактов с правильным интервалом. Колени можно поставить в нужное положение, не перемещая другие штифты, как только штифты встанут в свои отверстия. Шаблон также является лучшим инструментом для окончательной проверки интервалов. Плоская пластина с неплоскостной погрешностью всего 0,00002 дюйма очень удобна для проверки схождения и копланарности.Во время работы техник должен свести к минимуму дальнейшее изгибание провода. Превосходное качество и инерция металлической набивки, по-видимому, могут каким-то образом повредить QFP, особенно если матричный лоток испытывает какие-либо удары. Следует избегать дальнейших изгибов, чтобы кольцо оставалось в состоянии сильной усталости.

Разрешите конфликты корпусов из-за ошибок в посадочных местах компонентов

Неверно указанный контур компонента при установке приведет к тому, что один компонент заденет и сдвинет другой. А это потенциальные непропаи и короткие замыкания между выводами.

Разберем интересный пример, который также можно отнести к проблеме конфликтов корпусов. На некоторых сборках применяются втулки с внутренней резьбой, которые невозможно захватить обычным способом. Поэтому на верх втулки клеится специальная пленка: иногда она круглой формы и ровно в габарит втулки, а иногда имеет специальный козырек, за который пленка удобно срывается.

Слева: втулка без покрывной ленты (изображение из даташита). Справа: вид сверху на втулку с покрывной лентой в упаковке, красным обозначена покрывная лента с козырьком.

Если втулка с козырьком будет расположена слишком близко к уже установленному коннектору, он может сместиться этим кончиком пленки. Если же сначала установлена втулка, то при установке коннектора козырек будет задет, и он сдвинется сам или подвинет втулку.

Выдержка из даташита на втулку — напоминание учитывать расположение козырька при программировании установщиков и автоматизированного оптического контроля. К сожалению, втулки часто могут вращаться внутри упаковки, что приводит к рандомному положению козырька при захвате.

Бывает, что плату с подобной трассировкой отдают двум разным контрактным производствам. Одно закупает втулки без козырька, другое — с ним. В результате первое не имеет никаких проблем со сборкой, а второе никак не может отладить процесс установки втулок, если позиция козырька жестко не зафиксирована в упаковочной ленте.

Каковы технические трудности пакета QFP?

Хотя пакет QFN обладает уникальными преимуществами продукта высокой плотности. Но их правильное использование также требует решения некоторых конкретных технических проблем, в том числе:

Все ли приемы применять?

Глубина DFA-анализа напрямую зависит от сложности печатного узла и запланированного тиража. Ниже мы приведем упрощенную схему, из которой, безусловно, возможны исключения.

Для простых узлов и небольших тиражей достаточно проверить корректность упаковки элементов, наличие поверхности под захват, реперных знаков хотя бы на мультизаготовке и отсутствие конфликтов корпусов. В случае с более сложным узлом стоит уделить внимание термобарьерам и зоне для центральной поддержки.

Если узел сложный или вы заказываете большой тираж, необходимо проверять пригодность узла к селективной пайке, автоматизированным рентгеновскому и оптическому контролям. Чем сложнее узел и больше тираж, тем более тщательной должна быть проверка топологии в процессе трассировки платы и перед отправкой конструкторской документации на производство.

Все описанное мной закреплено в ряде стандартов: IPC-M-109, IPC-A-610, IPC-7351. Если у вас появились вопросы по описанным процессам, задавайте их в комментариях!

Установите три реперные точки в слоях для монтажа

Для позиционирования платы в принтере трафаретной печати, установщике компонентов и системах контроля качества применяется позиционирование по реперным точкам — это круги диаметром 1 мм со вскрытием паяльной маски диаметром 2—3 мм. Оборудование находит их в заданных областях и корректирует по ним реальное положение платы. Для четкого позиционирования в каждом слое, на который будут монтироваться компоненты, нужно как минимум два, а лучше три-четыре реперных знака, расположенных на плате.

Слева — реперная точка на общем виде платы. Справа — увеличение области с точкой.

Идеально, если центры компонентов располагаются внутри прямоугольника, вершинами которого являются реперные знаки. Для крупных BGA обычно устанавливают два дополнительных репера — по диагонали, для лучшего позиционирования.

Реперные точки рядом с BGA.

Совет: процесс программирования установщиков будет намного проще, если координаты реперных точек будут выражены целыми числами.

Корректно передайте слои пасты для трафаретов (особенно если использовали нестандартные решения)

Трафарет, по которому наносится паяльная паста, обычно готовится не контрактным монтажным производством, а кем-то из его подрядчиков. И хотя подготовка файлов для трафарета входит в зону ответственности технолога SMT, на практике чем корректнее слои пасты будут передаваться на производство, тем меньше вероятность получить неподходящий трафарет.

Например, по рекомендации производителя компонента мы можем добавить нестандартное вскрытие апертур в трафарете, которое по форме отличается от падов и обладает большими размерами.

BGA-компонент со смещением и нестандартным вскрытием апертур под пасту относительно падов — пасты больше, а обычно она идет в размер или меньше пада.

Конструкция этих падов интересно выглядит на просвет: паста не отцентрована с падом и ее чуть больше.

Контрактному производителю может быть некогда вникать в такие моменты. Технолог производства, скорее всего, не полезет в даташит за такими деталями — максимум за профилем термопайки.

Повреждение четырехъядерного плоского пакета:Выводы QFP очень маленькие, и расстояние между ними небольшое. Их расположение и размер делают их восприимчивыми к повреждениям, которые трудно восстановить. Чтобы обеспечить безопасность этих устройств, их следует бережно хранить, чтобы снизить риск повреждения. Мы советуем вам упаковать их в специальную «вафельную» упаковку для надлежащей защиты, если вы собираетесь их пересылать.

Отслеживание плотности печатной платы:Количество выводов, которое может содержать QFP, означает, что вам следует проявлять особую осторожность при проектировании печатной платы. Плотность дорожек вокруг QFP может создать проблемы, если вы допустите ошибки при проектировании печатной платы. Таким образом, тщательное проектирование и трассировка важны, чтобы гарантировать, что вы не нарушаете никаких правил проектирования.

Вывод IC изогнут:Штифты плоских корпусов с четырехсторонними штифтами (QFP) часто изгибаются, чаще всего в частях размером 28 мм и более. Высокое качество и инерция металлической упаковки, по-видимому, могут привести к некоторому повреждению QFP, особенно если матричный лоток подвергается ударам любой формы.Результатом является неправильное планирование, низкие показатели квалификации сборки и недовольные клиенты. Отправка деталей обратно в исходное место или выезд для их ремонта отнимает драгоценное время. Тем не менее, вы можете отремонтировать деталь самостоятельно, и часто деталь можно вернуть мастеру, который ее забраковал.

Предусмотрите крепежные отверстия для ремонта и ручного монтажа

Как правило, ремонт и ручной монтаж производят на специальных термостолах, нагревающих печатные узлы снизу. Чтобы закрепить узел на такой рабочей поверхности, используются специальные фторопластовые втулки, которые устанавливаются в крепежные отверстия.

Пример использования фторопластовой втулки с крепежом за контур платы.

Предусмотрите такие отверстия для крепежа диаметром 2—3 мм со свободной зоной диаметром 6 мм. Желательно располагать отверстия по линиям, которые проходят через каждую 1/3 или 1/4 габарита платы по обеим осям. Отверстия должны быть расположены с учетом распределения массы печатного узла. Всего рекомендуется использовать не менее 5 отверстий.

Какие существуют типы пакетов QFP?

Четырехместный плоский пакет доступен во многих материалах и модельных рядах. Они используются инженерами в разной степени в зависимости от сложности конструкции печатной платы и сценариев применения.Многочисленные ИС с четырьмя плоскими корпусами имеют множество аббревиатур. Вот некоторые примеры.

TQFP

Корпус микросхемы для поверхностного монтажа, называемый «Тонкая четырехъядерная плоская упаковка», имеет выводы типа «крыло чайки» на каждой из четырех сторон.TQFP доступен в различных размерах корпуса от 5 кв. мм. до 20 кв. мм. TQFP, с другой стороны, имеет количество выводов в диапазоне от 32 до 176. Типичные значения шага выводов, используемые для TQFP, составляют: 0,4 мм, 0,5 мм, 0,65 мм, 0,80 мм и 1,0 мм. Типичная толщина корпуса TQFP составляет 1,0 мм.

Свойства некоторых TQFP (техническое описание пакета TQFP)

327 мм х 7 мм1 мм0,8 мм

4410 мм х 10 мм1 мм0,8 мм

6410 мм х 10 мм1 мм0,5 мм

12814 мм х 14 мм1 мм0,4 мм

LQFP

Низкопрофильный Quad Flat Pack — это тонкая (1,4 мм) версия QFP, пластикового корпуса на основе штифтовой рамы с выводами типа «крыло чайки» со всех четырех сторон. LQFP предлагают до 208 контактов для конструкций с высоким вводом-выводом при сохранении тонкости. требования. Они используются в основных приложениях, чувствительных к стоимости.LQFP помогает решить такие проблемы, как повышенная плотность платы, графики усадки микросхем, более тонкие профили конечного продукта и портативность. Размер основного корпуса колеблется от 7 х 7 мм до 28 х 28 мм. В этом виртуальном пакете компонентов qfp используются медные выводные рамки. Шаг выводов, доступный для тонких четырехугольных плоских корпусов, составляет 0,4 мм, 0,5 мм, 0,65 мм и 0,80 мм. типичная толщина корпуса составляет 1,4 мм.

Свойства некоторых LQFP (техническое описание пакета LQFP)

487 мм х 7 мм1,4 мм0,5 мм

647 мм х 7 мм1,4 мм0,4 мм

10014 мм х 14 мм1,4 мм0,5 мм

12814 мм х 14 мм1,4 мм0,4 мм

12814 мм х 20 мм1,4 мм0,5 мм

14420 мм х 20 мм1,4 мм0,5 мм

21624 мм х 24 мм1,4 мм0,4 мм

MQFP

Корпус ИС для поверхностного монтажа, известный как Metric Quad Flat Pack (MQFP), имеет выводы в виде крыла чайки на каждой из четырех сторон, что представляет собой корпус выводной рамы в пластиковой капсуле с выводами в форме крыльев чайки на всех четырех сторонах. Предлагая высокий уровень тепловых и электрических характеристик, он предназначен для приложений с ограниченным бюджетом. У дизайнеров есть гибкость и удобство, чтобы легко удовлетворить требования к упаковке различных конструкций устройств благодаря доступности упаковки в различных размерах и количестве контактов.

Свойства некоторых MQFP (техническое описание пакета MQFP)

4410 мм х 10 мм2 мм0,8 мм

5214 мм х 14 мм2 мм0,8 мм

12028 мм х 28 мм3,5 мм0,8 мм

20828 мм х 28 мм3,5 мм0,5 мм

24032 мм х 32 мм3,2 мм0,5 мм

BQFP

Плоский четырехъядерный корпус с бампером (корпус BQFP): для защиты выводов от физического повреждения перед подключением компонента этот тип четырехъядерного плоского корпуса имеет удлинители на каждом из четырех углов. Легкость, с которой штифты могут быть повреждены и согнуты, является одной из основных проблем QFP. Из-за очень маленького шага ремонт устройства с погнутыми контактами обычно очень сложен и экономически нецелесообразен.

Четырехъядерный плоский пакет с теплоотводом

Интегральные схемы, особенно с большим количеством выводов, могут выделять много тепла, особенно те, которые имеют большое количество выводов. Из-за этого рассеивания тепла эти ИС в конечном итоге имеют высокий уровень схемотехники. Тепло, рассеиваемое этой микросхемой, необходимо отводить от них для повышения производительности. Для этого необходимо заменить несколько штифтов на более толстые. Эти штифты обычно должны находиться в середине противоположной стороны. Эти сменные контакты должны быть припаяны к большей контактной площадке печатной платы с наибольшей медной площадью. С такой установкой это устройство может отводить много тепла от IC.