Tecnologia PCB - Evitare modifiche di ingegneria PCB incorporate

I cambiamenti di ingegneria PCB aumenteranno i costi di progettazione, causeranno ritardi sostanziali nello sviluppo del prodotto e ritarderanno il time to market. Tuttavia, considerando attentamente i sette settori chiave in cui spesso si verificano problemi, la maggior parte delle ECO può essere aggirata. Le sette aree principali sono: selezione dei componenti, stoccaggio, livello di sensibilità all'umidità (MSL), progettazione per testabilità (DFT), tecnologia di raffreddamento, dissipatore di calore e coefficiente di espansione termica (CTE).

Selezione dei componenti

Per evitare ECO, è importante leggere attentamente le specifiche dei componenti. I progettisti di PCB generalmente controllano regolarmente i dati elettrici e ingegneristici dei componenti, nonché la durata e la disponibilità del prodotto. Ma quando le componenti sono nelle prime fasi della promozione del mercato, potrebbero non esserci tutti gli indicatori chiave sulla scheda di dati. Se i componenti sono sul mercato solo da pochi mesi o sono disponibili solo piccole quantità di campioni, i dati di affidabilità attualmente disponibili potrebbero non essere universali o dettagliati. Ad esempio, alla fine, potrebbe non essere in grado di fornire dati sufficienti sull'affidabilità o sulla garanzia della qualità sui tassi di guasto in loco.

Non ritenete che gli articoli superficiali scritti nelle specifiche siano molto importanti, ma contattate attivamente i fornitori di componenti per conoscere il più possibile le caratteristiche dei componenti e come applicare queste caratteristiche al design.

La corrente o tensione massima prevista che il componente deve gestire è un buon esempio. Se il componente selezionato non riesce a gestire abbastanza corrente o tensione, è probabile che il componente si esaurisca. La figura 1 mostra un condensatore bruciato.

Diamo un altro esempio: un dispositivo in un pacchetto grid array (LGA). Oltre ai vincoli elettrici e meccanici, potrebbe essere necessario considerare il tipo di flusso raccomandato, la temperatura di riflusso consentita o non consentita e il livello di vuoto consentito del giunto di saldatura.

Non esiste uno standard IPC per i vuoti specificamente correlati ai dispositivi LGA. In alcuni casi, i dispositivi LGA con un livello di vuoto fino al 30% sono considerati affidabili. In generale, tuttavia, un livello di vuoto inferiore fino al 25% è migliore e il 20% è il migliore. La figura 2 mostra una sfera di saldatura con un livello di vuoto del 20,41%, che è accettabile per lo standard IPC Classe II.

In assenza di dati vuoti, gli ingegneri di progettazione PCB devono fare affidamento sulla loro esperienza, abilità e buon senso per sviluppare i loro progetti utilizzando componenti che non saranno fermati immediatamente, possono essere ottenuti da più canali e sono facilmente trovati sul mercato.

È inoltre molto importante eseguire analisi e calcoli aggiuntivi durante il processo di selezione dei componenti, come il calcolo della corrente o della tensione durante le prestazioni di picco. Un componente può specificare l'indice di prestazione a una determinata temperatura di picco e valore corrente. Tuttavia, per un particolare progetto, il progettista di PCB deve agire per assicurarsi che faccia personalmente questi calcoli critici.

L'ingegnere è responsabile non solo del calcolo di un singolo componente, ma anche della relazione tra tale componente e altri componenti utilizzati in un particolare progetto. Ad esempio, questo calcolo è particolarmente importante per i componenti analogici che generano molto calore. Ad esempio, ci sono molti componenti analogici posizionati sullo stesso lato del circuito stampato e l'uno accanto all'altro. Questi componenti generano una notevole potenza, quindi il calore generato è molto più elevato rispetto all'altro lato del circuito (dispositivi naturalmente digitali). In questo caso, il peeling della maschera di saldatura può verificarsi sul lato che è riempito di dispositivi analogici.

La parte analogica del circuito componente genera molto calore. Il surriscaldamento può causare la rimozione della maschera di saldatura e, nel peggiore dei casi, può bruciare i componenti. La figura 3 mostra il fenomeno di peeling della maschera di saldatura del circuito stampato.

Gli ingegneri di progettazione e layout devono collaborare al layout dei componenti durante la fase di progettazione del layout per evitare componenti troppo vicini al bordo del circuito stampato, o troppo vicini ad altri componenti, ed evitare di lasciare spazio sufficiente tra loro. È facile progettare il layout dei componenti sul computer, ma se il pacchetto dei componenti non è creato con precisione nel layout, la macchina di posizionamento potrebbe non essere in grado di posizionare perfettamente questi componenti uno accanto all'altro. Ad esempio, la Figura 4 mostra una situazione in cui i componenti sporgeno leggermente dal circuito stampato.

Memoria

Lo stesso principio vale per la scelta della memoria. Poiché le nuove generazioni di DRAM e memoria flash più avanzate continuano ad essere disponibili sul mercato, è un compito impegnativo per i progettisti di PCB rimanere all'avanguardia nella tecnologia e determinare con precisione e tempestività come le nuove specifiche di memoria influenzano i design aggiornati.

Ad esempio, la DRAM DDR2 è diversa dagli attuali dispositivi DDR3 e i dispositivi DDR3 saranno diversi dalle DRAM DDR4 future. Al momento della stesura di questo articolo, JEDEC ha annunciato l'emissione dello standard DDR4-JESD79-4. Secondo la società di ricerche di mercato iSuppli, le DRAM DDR3 rappresentano dall'85% al 90% dell'attuale mercato delle DRAM. Tuttavia, la società prevede che il nuovo DDR4 rappresenterà il 12% della quota nel 2014 e aumenterà rapidamente al 56% entro il 2015.

I progettisti di PCB devono tenere d'occhio l'aumento del DDR4 e mantenere una stretta cooperazione con i clienti OEM, perché è probabile che includano DDR4 DRAM quando lanciano la prossima generazione di sistemi embedded. Devono avere una buona conoscenza delle nuove caratteristiche e delle dinamiche funzionali per evitare la soddisfazione progettuale e i conseguenti ordini di modifica ingegneristica. Un'altra cosa da notare è che i prezzi della memoria oscilleranno.

Livello di sensibilità all'umidità (MSL)

Il livello di sensibilità all'umidità (MSL) può essere facilmente trascurato. Se il produttore OEM ignora l'MSL nella progettazione e le specifiche chiave MSL non vengono trattate correttamente, l'utente potrebbe non considerare le informazioni MSL e il circuito potrebbe non funzionare correttamente quando utilizzato sul campo. Questa possibilità è ancora più elevata quando il livello effettivo di MSL è 3, 4 o 5. In questo caso, la cottura potrebbe non essere completata correttamente, e l'umidità potrebbe approfittarne e alla fine portare a ordini di modifica ingegneristica. Quando si tratta di LGA, le aziende di assemblaggio PCB dovranno sostituire questi pacchetti sul PCB. La figura 5 è un'etichetta MSL di un componente, che indica che il livello di sensibilità è 5, e indica la data di chiusura e le istruzioni di cottura.

Progettazione per la testabilità

La progettazione per la testabilità (DFT) è molto importante per i test PCB e il debug durante il processo di produzione. Quando si posizionano i componenti sul circuito stampato, è importante prestare molta attenzione al posizionamento dei punti della sonda DFT e all'angolo con cui le sonde si estendono a vie di contatto, pad e altri punti di prova.

Nelle prime fasi della progettazione iniziale, quando DFT non è stato permesso, il test è diventato un grosso problema, ed è nato ECO. In alcuni casi estremi, se ECO non riesce a risolvere il problema, deve essere riprogettato per risolvere il problema.

Raffreddamento, radiatore e coefficiente di espansione termica

I metodi di raffreddamento sono facilmente trascurati nella progettazione, ma un'attenta valutazione dei requisiti di raffreddamento all'inizio della progettazione può spesso evitare ECO.

Alcuni tipi di raffreddamento sono il raffreddamento ad acqua. Ad esempio, la maggior parte delle grandi schede informatiche dedicate che contengono un gran numero di BGA e microprocessori per applicazioni ad alta intensità di dati (come l'animazione, l'elaborazione di immagini o video) richiedono raffreddamento ad acqua.

Quando si utilizza un dissipatore di calore, il PCB o il dispositivo di generazione di calore è solitamente collegato al telaio per dissipare il calore all'ambiente circostante. In molti casi, un dissipatore di calore come quello mostrato nella Figura 6 è spesso utilizzato per aiutare a dissipare il calore. Se il radiatore corretto non è specificato, può essere generato un ordine di modifica ingegneristica. Questo tipo di ordine di cambiamento ingegneristico deve essere sviluppato e introdotto in modo che il radiatore dissipa con successo il calore.

Il progettista di PCB deve assicurarsi che i componenti corrispondano al coefficiente di espansione termica (CTE) in termini di prestazioni termiche ed eseguire tutti i calcoli pertinenti. Deve assicurarsi che non solo il dispositivo e le loro dimensioni del pacchetto siano abbinati tra loro, ma anche il materiale PCB (come FR4, Rogers o Teflon) sia abbinato per evitare di generare una grande quantità di calore o il coefficiente di espansione termica tra il dispositivo e il circuito stampato. La differenza. Questa garanzia può anche prevenire il verificarsi di peeling dello strato, che spesso porta.