Инструкция "Требования к проектированию печатных плат" - Gostost.ru

Инструкция «Требования к проектированию печатных плат»

Предисловие

Настоящая инструкция устанавливает требования к печатным платам, предназначенным для автоматического монтажа поверхностно-монтируемых компонентов, которые должны быть соблюдены при их проектировании и изготовлении.

Конструирование печатных плат производится в специализированных программах автоматизированного проектирования, наиболее известная P-CAD.

Для заказа печатных плат изготовителю файл платы в формате P-CAD переводится в формат Gerber, принимаемый большинством изготовителей как входной формат, управляющий технологическим оборудованием: сверлильными станками, фотоплоттерами, станками для скрайбирования и т. п.

1 Область применения

Настоящая инструкция применяется специалистами отдела главного конструктора и бюро подготовки производства и технологий цеха при проектировании конструкции печатной платы изделия и мультиплицировании печатной платы для автоматического монтажа поверхностно-монтируемых компонентов на линиях поверхностного монтажа.

Ответственность за выполнение требований настоящей инструкции при проектировании единичных плат несет главный конструктор, мультимодульных плат — начальник цеха.

2 Нормативные ссылки

При проектировании топологии печатных плат необходимо руководствоваться требованиями и рекомендациями следующих национальных стандартов Российской Федерации и международных стандартов IPC:

  • ГОСТ 23752-79 «Платы печатные. Общие технические условия»
  • ГОСТ Р53429-2009 « Платы печатные. Основные параметры конструкции»
  • ТРС-2221 «Generic Standard on Printed Board Design» — Общий стандарт по проектированию печатных плат
  • ТРС-2222 « Sectional Standard on Rigid Organic Printed Boards» — Стандарт по конструированию жестких печатных плат на органической основе»
  • ТРС-2224 «Sectional Standard of Design of PWB for PC Cards» — Стандарт по конструированию печатных плат формата РС Card
  • IPC-7351A «Land Pattern Naming Convention Notes» — Общие требования по конструированию контактных площадок печатных плат c применением технологии поверхностного монтажа
  • lPC-SM-782A «Surface Mount Design and Land Pattern Standard» Руководство по проектированию плат и контактных площадок для поверхностного монтажа.
  • ОСТ 4.42.02-93 «Сборочно-монтажное произвщство радиоэлектронных средств. Требования технологические к конструкциям печатных узлов для автоматизированной сборки»

3 Термины и определения

  • Топология печатной платы — это рисунок проводящего слоя печатной платы.
  • Скрайбирование — v-scoring — нанесение линейных надрезов заданной глубины на поверхность технологической заготовки c обеих сторон, c целью упрощения производства печатных плат и облегчения последующего разделения мультимодульной платы на единичные.
  • Мультимодульная печатная плата — групповая заготовка единичных печатных плат, разделенных между собой скрайбами или фрезерованными пазами.
  • Панель — мультимодульная плата прямоугольной или квадратной формы.
  • Datasheet — спецификация технических характеристик электронного компонента.

4 Обозначения и сокращения

  • IPC — The Institute for Interconnecting fnd Packaging Electronic Circuits международная ассоциация компаний — производителей электроники. Область деятельности: конструирование, производство, стандартизация, сертификация в электронной отрасли промышленности.
  • SMD — компонент — Surface Mount Device — компонент, монтируемый на поверхность печатной платы
  • ПП — печатная плата
  • КД — конструкторская документация
  • КП — контактная площадка

5 Требования и рекомендации к проекту печатной платы

5.1 Специальные требования к образам ЭМО-компонентов в программах разводки топологии печатных плат:

Все образы ЭМО-компонентов должны иметь точку привязки для автоматического монтажа (Pick and Place). Данная точка вводится по центру тяжести элемента в редакторе корпусов компонентов (P-CAD Pattern Editor) по команде Place — Pick Point. При этом точки привязки для автоматического монтажа (Pick Point) и привязки компонента (Ref Point) могут не совпадать.

Образы ЗМО-компонентов должны иметь соответствующие действительности значения атрибутов Туре, Value, Ref Des.

5.2 Требования к отверстиям:

Диаметры монтажных, переходных металлизированных и неметаллизированных отверстий должны быть выбраны из ряда, указанного в разделе 5.3

ГОСТ Р 53429-2009. Предельные отклонения диаметра отверстия в зависимости от класса точности печатной платы должны быть выбраны из таблицы 1.

Диаметры переходных отверстий должны выбираться, основываясь на толщине платы и минимальном диаметре металлизированного отверстия. При выборе диаметра отверстия необходимо учитывать толщину слоя основной металлизации и финишного покрытия.

Рекомендуемое расположение переходных отверстий и контактных площадок (Рис. 1):

Центры отверстий рекомендуется располагать в узлах координатной сетки.

Не допускается располагать сквозные отверстия диаметром более 10 мм и/или металлизированные отверстия диаметром более 1,5 мм в точке с координатами (х=17 мм; y=73 мм), так как точка с этими координатами используется для позиционирования мультимодульной платы в технологическом оборудовании (отсчет координат вести от нулевой точки платы в левую сторону).

Не допускается располагать переходные отверстия на контактных площадках компонента.

Оптимальный зазор между выводом компонента, монтируемого в монтажные отверстия платы, и стенкой монтажного отверстия должен составлять (0,2-0,3)мм. При меньшем зазоре припой плохо затекает в отверстие, появляются пустоты и непропаи. С увеличением зазора возрастает расход припоя, появляются усадочные раковины в припое, перемычки припоя на стороне платы, противоположной пайке.

На платах, которые планируется монтировать на установках пайки волной припоя, во избежание попадания припоя на верхнюю поверхность платы, не рекомендуется располагать сквозные отверстия диаметром более 6 мм.

Вокруг крепежных отверстий необходимо разместить запрещенные зоны.

5.3 Требования к проводникам:

Наименьшие номинальные размеры проводящего рисунка в зависимости от класса точности печатной платы должны быть выбраны из таблицы 2 ГОСТ Р 53429-2009.

Параметры проводящего рисунка:

  • ширина проводника,
  • расстояние между проводниками;
  • гарантийный поясок контактной площадки.

Оптимальные величины зазоров между проводниками печатной платы (равно как и минимальные размеры самих проводников) в каждом случае должны выбираться, исходя из требований к изделию дополнительным 50% запасом.

При объективной невозможности обеспечить требуемый по предыдущему пункту запас надежности, размеры отельных зазоров (а также размеры отдельных проводников) должны указываться на чертежах печатных плат в качестве ключевых параметров.

В слое металлизации при трассировке проводников необходимо избегать острых углов.

Для предотвращения оттока тепла от контактных площадок при пайке необходимо использовать узкие проводники, соединяющие непосредственно контактную площадку и широкий проводник.

Проводники, расположенные под ЭМО-компонентами, должны быть закрыты защитной маской.

Расстояние от контура единичной печатной платы до контактных площадок или проводников должно быть не менее 0,5 мм.

Печатные проводники следует выполнять максимально короткими.

Заземляющие проводники следует выполнять максимально широкими.

Прокладывание рядом проводников входных и выходных цепей нежелательно во избежание паразитных наводок.

Проводники наиболее высокочастотных цепей прокладываются в первую очередь, благодаря этому они могут иметь наиболее короткую длину.

5.4 Рекомендации по размещению контактных площадок и компонентов:

Каждый типоразмер корпуса ЭМО-компонента должен иметь свою конфигурацию монтажного поля на печатной плате, форму и размеры контактных площадок. Размеры площадок должны соответствовать данным, рекомендуемым для данного типоразмера корпуса разработчиками компонентов.

При проектировании контактных площадок следует руководствоваться стандартами IPC-SM-782A и IPC-7351, OCT 4.42.02-93, рекомендациями разработчиков компонентов в Datasheet.

Ha единичных платах следует заранее предусматривать специальные площадки для работы контрольного оборудования — тестовые площадки для внутрисхемного и функционального тестирования.

Минимальное расстояние между контактными площадками соседних SMD-компонентов должно быть не менее 1 мм, а между ЭМО-компонентами и компонентами со штырьковыми выводами — не менее 1,5 мм.

Недопустимо размещение контактных площадок непосредственно в полигонах (большой теплоотвод делает невозможной качественную пайку), они должны быть отделены от полигона тепловыми барьерами и электрически соединяться с ним только проводником номинальной ширины (рис. 2)

Выполнение полигонов в виде сетки уменьшает теплоемкость и коробление платы во время пайки.

Контактные площадки отверстий и контактные площадки для монтажа компонентов должны соединяться (при необходимости) проводниками номинальной ширины (правильно) и не выполняться в виде общего массива (не сливаться).

Расстояние между контактной площадкой монтажного отверстия и контактной площадкой для CHIP или МЕLF-компонентов, перекрытое паяльной маской, должно быть не менее половины высоты компонента, но более 0,5 мм.

Минимальная ширина контактной площадки при шаге выводов компонента, равном 0,5 мм, должна составлять 0,27 мм.

Для компонентов с шагом выводов до 0,5 мм включительно должно быть указано наличие защитной паяльной маски между контактными площадками.

Незадействованные контактные площадки для микросхем в корпусах типа QFP, PLCC, SO рекомендуется снабжать «отростком» в виде короткого печатного проводника, заходящего под защитную маску. Это позволяет предотвращать отслоение площадок при ремонте.

Соединения между соседними выводами микросхем должны выполняться за пределами монтажного поля, так как после пайки перемычка между соседними площадками может выглядеть как спайка. Соединительный проводник должен подходить соосно к торцу контактной площадки, а его ширина должна быть не более ширины площадки (рис. 4).

Для точной установки ВGА-компонентов и микросхем с шагом менее 0,625 мм рекомендуется делать два локальных реперных знака, расположенных по диагонали на периметре монтажного поля микросхем.

Прямоугольные компоненты, например, керамические ЧИП-компоненты, при размещении по краям печатных плат должны располагаться параллельно краю платы.

Все «тяжелые» ЭМО-компоненты следует размещать на одной стороне платы.

Тяжелые навесные компоненты должны располагаться ближе к центру платы, либо уравновешивать друг друга на плате, во избежание проблемы с переворачиванием платы при прохождении в оборудовании.

Для монтажа недоступны зоны, находящиеся на расстоянии менее 5 мм от края платы по ширине, поэтому компоненты, попадающие в эти зоны целиком или даже только выводами, устанавливаться при монтаже не будут.

He рекомендуется располагать рядом друг с другом компоненты, отличающиеся по высоте, так как при пайке оплавлением паяльной пасты «тепловая» тень от больших компонентов ухудшает пайку низких компонентов‚ Chip-компоненты рекомендуется располагать не ближе 3 мм от выводов микросхем.

Зазоры между компонентами должны быть не менее указанных на рис. 5.

печатные платы

5.5 Рекомендации по мультиплицированию платы:

5.5.1 Платы малого размера рекомендуется выполнять в виде мультиплицированной заготовки. Заготовка должна иметь прямоугольную форму. Габариты мультиплицированных заготовок (панелей) рекомендуется выбирать из стандартного ряда размеров.

Длина платы (мультиплаты) — L — от 150 до 350 мм.

Ширина мультиплаты — W — от 80 до 250 мм.

Толщина платы от 1 до 3 мм.

Максимальный размер стороны печатной платы не должен превышать 500 мм.

Это ограничение определяется требованиями прочности и плотности монтажа.

Соотношения размеров сторон мультимодульной платы рекомендуются следующие: 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 3:2, 5:2.

По краям мультимодульной платы следует предусматривать технологические поля шириной (91-1,5) см, Размещение печатных проводников в этой зоне не допускается.

5.5.2 При мультиплицировании плат прямоугольной или квадратной формы, необходимо располагать линии разделения единичных плат – линии скрайбирования, которые должны пересекать всю заготовку, не прерываясь, и располагаться параллельно ее краям. Круглые, овальные, многоугольные и т.п. платы можно выполнить только путем фрезерования.

Скрайбированные платы остаются соединенными тонким перешейком, имеющим название веб (web). Толщина веба — основная задаваемая характеристика операции скрайбирования. Остаточная толщина платы в месте скрайбирования должна быть максимально близкой к 1/3 толщины самой платы.

Линии скрайбирования должны быть прямыми и проходить от одного края панели к другому через всю панель. Допуск на обработку контура при скрайбировании: +/- 0,1 мм.

Расхождение между линиями скрайбирования с разных сторон платы – не более 0,1 мм.

По краям платы для каждой линии скрайбирования должны обеспечиваться технологические заходы для режущего инструмента — вырубки сторонами 2,1мм х 2,1 мм, углом между ними 90° и шириной паза 3,0 мм (см. эскиз в Приложении А).

Если по краю единичных плат располагаются угловые разъемы или другие радиоэлементы, у которых корпус выступает за пределы платы, необходимо спроектировать дополнительное технологическое поле. Вдоль данной стороны мультимодульной платы на дополнительном технологическом поле спроектировать линии скрайбирования и несколько узких прямоугольных отверстий для облегчения операции ручного отделения единичных плат.

5.6 Требования к реперным знакам:

На мультимодульной плате проектируется не менее 3 реперных знаков диаметром 2мм

Вокруг реперного знака должна быть обеспечена зона (2) 5 мм, свободная от защитного фоторезистивного слоя. Минимальное расстояние от центра реперного знака до края платы — 7 мм.

Расположение (несимметричное) реперных знаков на мультимодульной плате должно обеспечивать возможность автоматического обнаружения поворота платы на 180°.

Расположение реперных знаков на разных сторонах печатной платы (групповой заготовки) с двусторонним расположением SMD – компонентов должно обеспечивать возможность автоматического обнаружения переворота платы.

Расположение реперных знаков должно обеспечивать возможность автоматического обнаружения печатных плат разной топологии при одинаковых размерах (достигается дополнительным смещением одного из знаков на 10 мм для каждого из вариантов топологии плат).

5.7 Требования к маркировочным меткам

На плате необходимо размещать зоны для идентификационной маркировки (Приложение А). Зоны маркировки должны быть выполнены в слое шелкографии (в слое Silk) белым цветом. Если ЭМО-компоненты расположены с обеих сторон ПП, то зоны маркировки проектировать как на верхней (Тор), так и нижней (Bot) сторонах ПП.

В зоне маркировочной метки не должно быть никаких отверстий (переходных, крепежных, фиксирующих, монтажных). Под маркировочной меткой предпочтительно иметь однородную гладкую поверхность (слой сплошной металлизации предпочтительнее материала ПП).

При мультиплицировании плат предпочтительно проектировать маркировочные метки на каждой единичной плате, при отсутствии свободного места для размещения метки допускается проектировать одну общую метку на технологическом поле мультимодульной платы. При этом маркировочная метка должна быть расположена вдоль короткой стороны единичной платы (мультимодульной платы).

Оптимальный размер маркировочной метки 5мм x 30 мм (при необходимости по согласованию с изготовителем допускаются другие размеры). Минимальное расстояние от края длинной стороны ПП до края маркировочной метки должно быть не менее 3 мм.

При наличии достаточного места для увеличения информационного поля идентификации модуля необходимо размещать на ПП две маркировочные метки (например, для маркировки № запуска и № платы).

6 Требования к качеству изготовления печатных плат

Печатные платы должны соответствовать требованиям:

  • конструкторской документации (КД);
  • ГОСТ 23752-79 «Платы печатные. Общие технические условия»;
  • ГОСТ Р 53429-2009 «Основные параметры конструкции»,
  • IPC-A-600G (международный стандарт по критериям оценки качества печатных плат);
  • технологического процесса «Входной контроль печатных плат».

Согласно IPC-A-600G платы, предназначенные для электронных изделий автомобилей, относятся к 3 классу аппаратуры.

печатные платы