PCB Tasarım Sorunları, Çözümleri ve Temel SMT Gereksinimleri

Yüzey Montaj Teknolojisi (SMT), elektronik üretiminde devrim yarattı, daha küçük, daha hızlı ve daha güvenilir cihazlar sağladı.SMT'nin hassasiyeti, katı tasarım gereksinimleriyle birlikte gelir. Küçük bir ihmal bile montaj kusurlarına neden olabilir., sinyal bozulması veya ürün arızası.PCB tasarımının her yönü, sorunsuz üretim ve en iyi performansı sağlamak için SMT yetenekleriyle uyumlu olmalıdır..

Bu kılavuz, SMT üretiminde yaygın PCB tasarım sorunlarını tanımlar, uygulanabilir çözümler sağlar ve kritik SMT gereksinimlerini özetler.Otomotiv sistemleri, veya endüstriyel ekipmanlar, bu ilkeleri anlamak yeniden işlemeyi azaltacak, maliyetleri azaltacak ve ürün kalitesini artıracaktır.

SMT Üretiminde Genel PCB Tasarım Sorunları
Deneyimli tasarımcılar bile PCB'leri SMT için optimize ederken zorluklarla karşı karşıyadır. Aşağıda en sık görülen sorunlar ve temel nedenleri bulunmaktadır:
1. Yetersiz Bileşen Arası
Sorun: Bileşenler birbirine çok yakın yerleştirildiğinde (kısımları arasında 0,2 mm'den az) neden olur:
a. Geri akış (kısa devre) sırasında lehim köprüsü.
b. Otomatik denetimde zorluk (AOI makineleri sıkı boşlukları çözemez).
c.Dönüştürme sırasında hasar (bir bileşeni çözmek, bitişik parçaları ısıtma riskini taşır).
Kök nedeni: SMT makine toleranslarını göz ardı etmek (tipik olarak pick-and-place sistemleri için ± 0.05mm) veya üretilebilirlik üzerinde minyatürleşmeyi öncelik vermek.

2Kötü bir dizayn.
Sorun: Yanlış boyutlar veya şekiller:
a.Yetersiz lehimli eklemler (akılsız eklemler) veya fazla lehim (lehimli toplar).
b.Tombstoning (düzgün olmayan lehim akışı nedeniyle 0402 dirençleri gibi küçük bileşenler bir paddan kaldırılır).
c. Termal iletkenliğin azalması (MOSFET'ler gibi güç bileşenleri için kritik).
Kök Sebep: Bileşen boyutuna ve türüne göre en uygun bant boyutlarını tanımlayan IPC-7351 standartları yerine genel bant şablonları kullanmak.

3. Uyumsuz Şablon Açıkları
Sorun: Eşleşmeyen şablon diyafram boyutları (leğenli pasta uygulamak için kullanılır):
a.Leğenli pasta hacim hataları (çok az miktar kuru eklemlere neden olur; çok fazla miktar köprü oluşturmaya neden olur).
b. Kötü bir yapıştırma salınımı (0.4 mm BGA gibi ince tonluk bileşenler için stencil tıkanması).
Kök Nedeni: Bileşen türü için şablon diyaframlarını ayarlamamak (örneğin, dirençler ve BGA'lar için aynı diyafram oranını kullanmak).

4Yetersiz Fiducial Marks
Sorun: Eksik veya kötü konumlandırılmış fidüsiyeller (düzleştirme işaretçileri):
a. Bileşen düzeni (özellikle 0,5 mm'lik bir pitch olan QFP gibi ince pitch parçaları için)
b.Yüksek hurda oranları (sektör verilerine göre yüksek hacimli üretimde% 15'e kadar).
Kök Sebep: PCB çarpıklığı veya panel düzensizliği için telafi etmek için onlara güvenen otomatik sistemler için fidüsiyellerin önemini hafife almak.

5. Isı Yönetimi Gözden Kaçır
Sorun: SMT tasarımlarında ısı dağılımını görmezden gelmek neden olur:
Lehim eklemleri yorgunluğu (voltaj düzenleyicileri gibi yüksek sıcaklıklı bileşenler zamanla lehimleri bozar).
Bileşen arızası (IC'ler için nominal çalışma sıcaklıklarının aşılması).
Kök nedeni: Güç bileşenleri altında termal yolları dahil etmemek veya güç düzlemlerinde yetersiz bakır ağırlığı (2 oz'dan az) kullanmak.

6Sinyal bütünlüğü arızası.
Sorun: Yüksek hızlı sinyaller (≥100MHz):
a. Yakın izler arasında geçiş (iz genişliğinin 3 katından daha az olan mesafe).
b. Impedans uyumsuzlukları (düzgün olmayan iz genişlikleri veya dielektrik kalınlığı).
Kök Sebep: SMT PCB'lere düşük frekanslı tasarımlar olarak davranmak, sinyal bütünlüğünün tasarım önceliği yerine bir düşünce olduğu.

Ana SMT Tasarım Sorunlarına Çözümler
Bu sorunları çözmek için tasarım disiplininin, standartlara bağlılığın ve üreticilerle işbirliğinin bir kombinasyonu gerekir.
1. Bileşen Aralıklarını Optimize Et
a.IPC-2221 Kılavuzlarına uyun: Pasif bileşenler (0402 ve daha büyük) arasında en az 0.2 mm ve aktif bileşenler (örneğin, IC'ler) arasında 0.3 mm mesafe tutun.Aralıkları 0'a yükselt..4mm, köprüden kaçınmak için.
b.Makine toleransları için hesaplama: Seçim ve yerleştirme makinesi hatalarını karşılamak için aralık hesaplamalarına 0,1 mm tampon eklenir.
c.Tasarım Kurallarını kullanın: PCB tasarım yazılımını (Altium, KiCad) gerçek zamanlı olarak aralık ihlallerini işaretlemek için yapılandırın.

2. IPC-7351 ile Pad Tasarımlarını Standartlaştırın
IPC-7351, kesin boyutlara sahip üç bant sınıfı (Sınıf 1: tüketici; Sınıf 2: endüstriyel; Sınıf 3: havacılık/tıp) tanımlar.

a.Kustom Yastıklardan kaçının: Genel “tek boyutlu, herkese uygun” yastıklar kusur oranlarını %20-30 oranında artırır.
b. Fine-Pitch IC'ler için konik bantlar: ≤ 0,5 mm'lik mesafeli QFP'ler için, köprü riski azaltmak için konik bant uçları genişliğinin% 70'ine kadar uzanır.

3. Şablon Açıklıklarını Optimize
Şablon açılışının büyüklüğü doğrudan lehimli pasta hacmini etkiler.
a. Pasif bileşenler (0402 ̇1206): Aperture = pad genişliğinin 80 ̇90%'i (örneğin, 0402 pad genişliği 0,30 mm → diyafram 0,24 ̇0,27 mm).
b.BGAs (0,8 mm mesafe): Aperture çapı = pad çapının 60~70%'i (örneğin, 0,45 mm pad → 0,27~0,31 mm diyafram).
c.QFNs: Bileşen gövdesi altında lehimin yayılmasını önlemek için “dogbone” dişlileri kullanın.
d. Şablon kalınlığı: Çoğu bileşen için 0,12 mm; pasta hacmini azaltmak için ince tonlu (≤ 0,5 mm) parçalar için 0,08 mm.

4- Etkili Fiduciyal İşaretleri Uygula
a.Yeri: En uygun üçgenleştirme için PCB başına 3 fidüshal ekleyin (her köşede biri, çapraz). Paneller için, panel düzeyinde 2-3 fidüshal ekleyin.
b.Tasarım: Görülebilirliği sağlamak için 1.0-1,5 mm çapında, 0,5 mm açıklıkta (solder maskesi veya ipek ekranı yok) katı bakır daire kullanın.
c. Malzeme: AOI kameralarını karıştırdığı için, fidüsiyellerde yansıtıcı bitirme (örneğin, ENIG) önlenir; HASL veya OSP tercih edilir.

5. Termal Yönetimi Geliştirin
a.Termal Viyaslar: Sıcaklığı iç zemin düzlemlerine aktarmak için güç bileşenlerinin (örneğin, voltaj düzenleyicileri, LED'ler) altına 4-6 vias (0,3 mm çapında) yerleştirin.
b.Bakır Ağırlığı: 1W'den fazla dağılan bileşenler için güç düzlemlerinde 2oz (70μm) bakır kullanın; 5W'den fazla için 4oz (140μm).
c. Termal Yataklar: Açık termal yastıkları (örneğin, QFN'lerde) çoklu viaslar aracılığıyla büyük bakır alanlarına bağlayarak bağlantı-çevre termal direncini %40~60 azaltmak.

6. Sinyal bütünlüğünü iyileştir
a.Kontrolü Impedans: İz genişliğini ve dielektrik kalınlığını ayarlamak için hesaplayıcılar (örneğin, Saturn PCB Toolkit) kullanarak 50Ω (tek uçlu) veya 100Ω (diferansiyel) için tasarım izleri.
b. İz Arası: Çapraz gürültüyü azaltmak için yüksek hızlı sinyaller (≥100MHz) için iz genişliğinin ≥3 katı aralık tutulur.
Yer düzlemleri: Geri dönüş yolları sağlamak ve EMI'ye karşı kalkan sağlamak için sinyal katmanlarına bitişik katı yer düzlemleri kullanın.

PCB tasarımı için temel SMT gereksinimleri
Bu gereksinimlerin yerine getirilmesi, SMT üretim süreçleri ve ekipmanlarıyla uyumluluğu sağlar:
1PCB malzemesi ve kalınlığı
a. Substrat: Çoğu uygulama için Tg ≥150°C olan FR-4 kullanın; otomotiv/endüstriyel kullanım için yüksek Tg FR-4 (Tg ≥170°C) ( 260°C'ye kadar geri akış sıcaklıklarına dayanır).
b. Kalınlığı: Standart PCB için 0,8 ~ 1,6 mm; gerekmedikçe <0,6 mm'den kaçının (yeniden akış sırasında bükülmeye eğilimlidir).
c. Dökme Toleransı: %0,75 (IPC-A-600 Sınıf 2) düzgün şablon temasını ve bileşen yerleştirmesini sağlamak için.

2Lehim Maske ve İpeklik
a. Solder Maskesi: Solder maskesi yapışkanlığı sorunlarını önlemek için bantlardan 0.05 mm boşlukta sıvı foto görüntüleyici solder maskesi (LPI).
b. İpek ekranı: İpek ekranı lehimleme sırasında kirlenmekten kaçınmak için bantlardan 0.1 mm uzakta tutun. Beyaz veya siyah mürekkep kullanın (AOI için en yüksek kontrast).

3Yüzeyi bitirin.
Uygulamalara göre bitirmeyi seçin:

4. Panelleştirme
a.Panel Boyutu: SMT makinesinin verimliliğini en üst düzeye çıkarmak için standart panel boyutlarını (örneğin, 18x24) kullanın.
b.Kırılma Tabları: PCB'leri 2 ′′3 tab (2 ′′3 mm genişliğinde) ile bağlayın, işleme sırasında istikrar sağlamak için; kolay bir şekilde düzenlenmek için V puanlarını (30 ′′50% derinlik) kullanın.
c. Alet delikleri: SMT makinelerinde hizalama için panel köşelerine 4 ′′6 alet deliği (3,175 mm çapında) eklenir.

SMT için üretilebilirlik için tasarım (DFM) denetimleri
Bir DFM incelemesi, tercihen PCB üreticiniz tarafından, üretimden önce sorunları tespit eder.
1Bileşen Kütüphanesi Validasyonu: Parça izlerinin IPC-7351 standartlarına uygun olmasını sağlamak.
2. Solder Paste Simülasyonu: Köprü veya yetersiz yapıştırma tahmin etmek için yazılım (örneğin, Valor NPI) kullanın.
3.Termik Profil Uyumluluk: PCB malzemelerinin geri akış sıcaklıklarına dayanabileceğini kontrol edin (kurşunsuz lehim için en yüksek sıcaklık 245-260 °C).
4Test Noktası Erişilebilirliği: Test noktalarının (diametri 0,8 ∼ 1,2 mm) sondaya erişim için bileşenlerden ≥ 0,5 mm uzaklıkta olmasını sağlayın.

Sık Sorulan Sorular
S: SMT kusurlarının en yaygın nedeni nedir?
A: Kötü yastık tasarımı (IPC çalışmalarına göre kusurların% 35'i), ardından yetersiz lehimli pasta hacmi (25%).

S: SMT tasarımını basitleştirmek için kurşunlu lehim kullanabilir miyim?
Cevap: Çoğu pazarda kurşunsuz lehim (örneğin, SAC305) RoHS tarafından gereklidir, ancak kurşunlu lehim (Sn63/Pb37) daha düşük bir geri akış sıcaklığına sahiptir (217 ° C vs 217 ∼ 227 ° C).Kurşunlu lehim, köprü veya mezar taşı gibi tasarım sorunlarını ortadan kaldırmaz..

S: PCB çarpıklığı SMT montajını nasıl etkiler?
A: >0.75% çarpıklık, eşit olmayan lehimli pasta uygulamasına ve bileşen düzeni bozulmasına neden olur ve kusurları % 20~40% artırır.

S: SMT PCB'ler için minimum iz genişliği nedir?
A: Çoğu uygulama için 0,1 mm (4 mil); gelişmiş üretim yetenekleriyle ince tonlama tasarımları için 0,075 mm (3 mil).

S: 5W bileşen için kaç ısı viasına ihtiyacım var?
A: 2 oz bakır zemin düzlemine bağlı 1 mm araları olan 8 ′′ 10 vias (0,3 mm çapı), tipik olarak 5W dağılımı için yeterlidir.

Sonuçlar
SMT PCB tasarımı hassasiyeti, standartlara bağlılığı ve tasarımcılar ve üreticiler arasındaki işbirliğini gerektirir.ve ısı yönetimi ve temel SMT gereksinimlerini karşılamak, kusurları azaltabilir, maliyetleri düşürebilir ve piyasaya sürme süresini hızlandırabilirsiniz.
Unutmayın: İyi tasarlanmış bir SMT PCB sadece işlevsellik değil, üretilebilirliktir.DFM incelemelerine ve IPC standartlarına uyma zamanına yatırım yapmak daha yüksek verim ve daha güvenilir ürünlerle paylarını ödeyecektir.