Technologické obmedzenia a požiadavky pre strojové osadzovanie
Základné znalosti technológie a zohľadnenie zopár dolu popísaných pravidiel, pomôže zabrániť problémom pri výrobe, umožní dosiahnuť vyššiu kvalitu, zníženie výrobných nákladov a dá sa predísť aj možným poruchám výrobkov.
Tvar, rozmer, a hrúbka DPS
Všetky zariadenia ako osadzovacie stroje, pretavovacie pece, stroje na nanášanie pasty, cínové vlny a optické inšpekcie sú vybavené dopravníkom, ktorý dokáže uchytiť iba dosky obdĺžnikových tvarov. Dosky plošných spojov sa dopravujú a upínajú za dve dlhšie, protilahlé hrany, ktoré by mali byť rovnobežné.
* Na obrázku sú zobrazené kolajnice dopravníka osadzovacieho stroja na ktorých sú uchytávacie lišty na dosky a zastavovacie piny. Pomocou tých sa doska zastaví na osadzovacej pozícii a pneumaticky uchopí za dve dlhšie hrany.
V určitých prípadoch je možné uchytiť aj lichobežník alebo atypický tvar ako napr. PCI kartu za slot a protilahlú stranu. Sú to ale skôr výnimky. Zároveň nie je možné uchytiť v strojoch dosku s rozmerom pod 55x55mm. Spracovaneľný tvar a velkosť dosky sa preto vo vačšine prípadov rieši namnožením (panelizovaním) dosiek do vhodného technologického prírezu.
Limit osaditelnosti v našich strojoch je síce až 510x440mm (dá sa aj viac), ale ideálny rozmer pre strojové osadzovanie sa pohybuje medzi formátom A5 až A3. Formát namnoženého motívu ovplyvňuje hrúbka dosky, výsledný tvar dosky, spôsob formátovania, aké a koľko súčiastok sa na dosku bude osadzovať.
Pri tenkých doskách 0,1 až 0,6mm je lepšie voliť malý formát A5, kvoli ich mechanickej pevnosti.
Toto platí takisto pre prírezy s frezovaným motívom, kde dosky držia na mostíkoch. Dosky sú frézovaním oslabené a niekedy sa stáva, že sa až lámu pod vlastnou váhou. Treba preto voliť vhodné množstvo, umiestnenie a šírku mostíkov.
Príklad frézovaného panelu:
Dosky o hrúbke 0,8 až 1,2mm už môžu dosahovať rozmer formátu A4. Pri hrúbkach 1,6 až 3,2mm sa dá ísť až na formát A3 a viac. Pri hrúbkach dosky 0,8 až 3,2mm sa takisto prejavuje nestabilita frézovaných motívov a pribúda aj oslabenie dosky drážkovaním. Preto treba voliť optimálny rozmer s ohladom na mechanickú pevnosť.
Ďalšie limitujúce faktory pre rozmer prírezu sú potrebná celková presnosť a hustota osadenia. Ak sa jedná o dosky s najmenšími súčiastkami 0805 a najmenšou roztečou pri obvodoch 0.65mm, kludne sá dá použiť formát A4 až A3. Pri menších súčiastkách 0201-0603 a roztečou 0.3 až 0.5mm je lepšie požívať formát A5 až A4. Jednak vstupuje do hry celková presnosť zariadení, ale aj cena šablón na nanášanie pasty. Cena šablóny je úmerná množstvu rezaných otvorov a pri veľkom príreze, kde môže byť až 14 000 apertúr, šablóna zdražie oproti bežnej na dvojnásobok.
Ak je samotná doska dostatočne velká (viac ako 55x55mm), má dobrý tvar pre osadzovanie a má na sebe dostatok súčiastok (viac ako 100ks), je možné spraviť výnimku a dosku osadzovať aj ako nepanelizovný prírez. Je však potrebné aby na dvoch dlhších protiľahlých hranách neboli súčiastky bližšie ku okraju ako 3mm a doska bola vybavená zameriavacimi značkami (fiducial) pre automat.
Optické zameriavacie značky
Slúžia na presné zameranie stroja na motív dosky. Potrebuje ich každý stroj vo výrobe. Značky sa odsnímajú kamerou a stroj sa sám doladí na presnú pozíciu dosky na dopravníku. Odsnímanie pozície značky pracuje na princípe vyhľadávania reflexnej (medenej) plochy v nereflexnom okolí (odmaskovaný substrát). Preto by odmaskovaná plocha okolo značky nemala odkrývať žiadnu inú vodivú (odrazivú) plochu, než plochu značky. Inak môže dochádzať ku zlému zameraniu na vedľajší objekt.
Pre bezproblémovú výrobu je preto treba umiestniť aspoň dve zameriavacie značky do protiľahlých rohov dosky, čo najďalej od seba. Tie by zároveň nemali byť bližšie ku okraju ako 3mm. Ak v motíve dosky nieje miesto, dajú sa značky umiestniť do technologického okolia, alebo ak je to nutné, značky sa môžu umiestniť aj pod púzdro súčiasky. Ideálne nie pod telo SMT súčiastky, ale pod telo vývodovej súčiastky. Ak by sa značka umiestnila pod SMD, poslúžila by pri nanášaní pasty a osadzovaní. Bola by ale už nepoužitelná pre automatickú optickú inšpekciu.
Ideálny tvar značky je kruhová o priemere 1mm, nevŕtaná, s odmaskovaním o priemere 2mm.
Značiek môže byť na doske aj viac ako dve. Operátor si sám zvolí tie najvhodnejšie. Ak sa jedná o panelizovanú dosku, nieje potrebné umiestniť dve značky na každú jednu dosku. Stačí umiestniť jednu značku do každej dosky v multimotíve, alebo dve do technologického okolia panelu.
Okraje dosky (technologické okolie)
Aby bolo vôbec možné upnúť dosku do dopravníku strojov v linke, je potrebné zabezpečiť, aby mala každá doska/prírez, dostatok volného miesta na oboch dlhších protilahlých stranách.
Tie musia byt rovnobežné a mali by byť bez výsekov a zafrézovaní. Zošikmenie hrany ako napr. na konektoroch PCI kariet neprekáža. Samozrejme že netreba prispôsobovať dizajn dosky technológii. Ale pokial sú súčiastky uložené na doske blízko okrajom, je potrebné dosku vybaviť technologickým okolím, aby ju bolo možné uchytiť v stroji a osadzovať.
* Potrebné minimálne okraje a limity rozmeru dosky/prírezu:
Wmin 55mm
Wmax 440mm
Lmin 55mm
Lmax 510mm
Lmax može byť v špecíálnych prípadoch až 1000mm
Potrebné voľné miesto na doske je min. 5mm z oboch dlhších strán dosky. Pokial túto vlastnosť nespĺňa samotná doska, je potrebné doplniť ju o okraje, alebo zvoliť vhodnú panelizáciu, súčasťou ktorej sú technologické okraje aspoň po dvoch dlhších stranách šírky 7mm. Tie môžu byť drážkované alebo frézované na mostíkoch. Po skončení procesu osadzovania Vám dosky odseparujeme na rezacom alebo sekacom zariadení, aby nedošlo ku mechanickému namáhaniu dosiek a súčiastok.
Množený motív (panelizácia dosiek)
Pre jednoduchšiu, rýchlejšiu a teda aj lacnejšiu výrobu je vhodné dosky namnožiť na prírez. Panelizácia rieši aj technologické problémy so značkami, okrajmi, atypickým tvarom, malým rozmerom dosiek a pretŕčajucími súčiastkami.
Vo výrobách DPS sa dosky takmer nikdy nevyrábajú jednotlivo. Treba im však pri objednávke zadať, že prírez nemajú na konci deliť, ale drážkovať alebo predfrézovať. Prírez by mal mať vhodný rozmer podľa hrúbky materiálu a oslabenia delením, ako už bolo vyššie spomenuté.
Aby bola panelizácia správne navrhnutá, je treba okrem rozmeru, spôsobu predformátovania a okrajov, zvážiť rotáciu a rozostup dosiek. Často sa stane že telo konektora, alebo tlačidla pretŕča cez okraj dosky. Doska v tom mieste nie je delitelná strojovo a preto nie je vhodné používať v tomto mieste drážkovanie, alebo mostík. Ďalší častý problém býva, že telo pretŕčajúcej súčiastky zasahuje až do motívu vedlajšej dosky. Tomuto treba takisto predísť väčším odstupom dosiek. Sú to často veci, ktoré vo výrobe DPS nemôžu tušiť, preto je správne zadanie panelu na návrhárovi dosiek.
Nižšie nájdete jednoduchý kontrolný zoznam, ktorý odporúčame vždy prebehnúť, kým pošlete dosku do výroby. Mohol by Vám v budúcnosti napomôcť nezabudnúť na obsah tohto materiálu.
KONTROLNÉ BODY PRI NÁVRHU DPS:
- vždy použiť unikátny názov dosky resp. verzie
- ťažké a vysoké súčiastky (viac ako 7mm) umiestnovať z jednej strany dosky
- dosku na ktorej pretŕčajú súčiastky cez hranu DPS ošetriť okrajom alebo medzerou v paneli
- umiestniť aspoň dve zameriavacie značky na každú SMT osadzovanú stranu
- upozorniť výrobcu v dokumentácii na špecifické požiadavky pri osadzovaní
- skontrolovať či doska neobsahuje citlivé komponenty a upozorniť na ne v dokumentácii (citlivé na pretavovaciu teplotu alebo na spájkovanie v parách)
- zadefinovať výrobcovi DPS spôsob panelizácie (ideálne po konzultácii s Amsetom)
- ku osadzovaniu dosky priložiť všetky potrebné podklady:
- osadzovací výkres (čierno biely v dobre čitatelnom rozlíšení napr. v PDF)
- pick & place data (CSV/TXT súbor, ktorý obsahuje stredové súradnice všetkých súčiastok na doske, rotáciu, označenie, hodnotu a vrstvu)
- rozpis materíalu (v XLS/ODS formáte obsahujúci všetky potrebné informacie ako: názov, hodnotu, púzdro, pri kondenzátoroch požadované napätie a pri keramických aj typ hmoty, toleranciu)
- panelizovaný gerber súbor dosky od výrobcu DPS (ak nevýrábate v Amsete)
- gerberovské súbory: vrstva spojov každej SMT osadzovanej strany, pastová vrstva pre dizajn šablóny, mechanický okraj dosky, ak je k dispozícii tak aj potlačovú vrstvu resp. vrstvu osadzovacieho výkresu
- zdrojový súbor z Vášho návrhového systému (Altium=*.PcbDoc , Eagle=*.BRD , Mentor/P-CAD/Protel=*.PCB , PADS=*.ASC , ORCAD=*.MAX). Zaslanie tohoto súboru je dobrovoľné. Ale vie nám veľmi uľahčiť prípravu osadzovacích podkladov a výrazne redukuje počet telefonátov v prípade nejasností.
- zadefinovať požadované vyhotovenie DPS:
- počet vrstiev (pri viacvrstvých aj poradie)
- povrchovú úpravu (HAL, bezolovo, Zlato, Striebro, OSP a iné)
- výslednú hrúbku DPS (najbežnejší štandard je 1,6mm)
- požadovaný nosný materiáal (najpoužívanejší štandard je FR-4)
- hrúbka medi (1oz, 2oz, …)
- farba masky
- farba potlače
- spôsob panelizácie/delenia a technologické okraje
- požiadavka na elektrický test
