Различные методы панельизации печатных плат
Как и во многих процессах в электронной промышленности, существует бесчисленное множество возможностей и вариантов панельизации печатных плат. Поскольку у каждого производителя свой подход, вам как дизайнеру приходится время от времени выбирать, адаптировать ли ваш проект соответствующим образом или искать другого партнера для производства. Ниже описаны три наиболее распространенных метода:
Панельизация с использованием V-образных канавок: При таком подходе отдельные печатные платы отделяются друг от друга V-образными фрезерованными канавками глубиной в одну треть высоты панели. Последующее разделение затем выполняется машиной, которая лучше всего подходит для прямых разрезов. Поэтому этот метод особенно рекомендуется для печатных плат, которые отвечают трем требованиям: отсутствие выступающих компонентов, отсутствие закругленных углов и достаточное расстояние между границей компонента и краем печатной платы.
Панелизация посредством маркировки: Здесь печатные платы фрезеруются по их контурам – при этом сохраняется несколько материальных мостиков, которые надежно удерживают плату на месте во время изготовления и сборки панели. Этот тип панельизации не подходит для печатных плат с большими трансформаторами и другими более тяжелыми компонентами, которые значительно усложняют разделение. В то же время следует отметить, что этот метод снижает нагрузку на печатные платы и, таким образом, снижает риск сколов.
Панельизация посредством маршрутизации вкладок с перфорированными перемычками из материала: Этот процесс похож на описанную выше простую маршрутизацию вкладок. Однако здесь перемычки из материала дополнительно перфорируются небольшими отверстиями, что значительно упрощает разделение, а также обеспечивает более высокую степень контроля, поскольку ход разрушения легче предсказать. Однако этот метод еще менее подходит для печатных плат с тяжелыми компонентами, вес которых может разрушить перемычки из материала.
Недостатки панельизации печатных плат
Панельная обшивка печатных плат является одним из способов защиты ее целостности. Кроме того, панельная обшивка позволяет Китайские производители печатных плат для одновременной сборки нескольких плат, что сокращает затраты и время производства. Обшивка должна быть выполнена правильно, чтобы печатные платы не были повреждены или иным образом повреждены во время разделения.
Задачи
Обшивка панелями представляет собой ряд проблем в нескольких областях:
1.Депанелизация - недостатки некоторых методов депанелизации:
При использовании маршрутизатора может потребоваться дополнительная очистка перед отправкой. Этот метод создает много пыли, которую необходимо удалить.
2. Замена деталей, предваряющих трассировку, необходима для избежания помех при депанелизации:
Выступающие детали могут упасть на соседние детали.
3. Неполные файлы данных – иногда производители печатных плат предоставляют неполные файлы, что может привести к увеличению затрат несколькими способами:
«Отверстия для отрыва» или «мышиные укусы» — эти крошечные отверстия позволяют использовать небольшие печатные платы в массиве.
Накопительные и регистрационные допуски – Если в файле данных нет жестких допусков, кумулятивный эффект небольших отклонений может привести к ошибкам. Если в массиве несколько плат, регистрация больше не может быть центрирована.
DFM и панельизация печатных плат
Когда компании разрабатывают печатные платы для больших партий, они ищут способы снизить производственные затраты с помощью небольших трюков и уловок. Это требует лишь относительно небольших усилий, если детали производства подробно обсуждаются на ранней стадии процесса проектирования и учитываются при разработке печатной платы (что поэтому настоятельно рекомендуется). Такая ранняя оптимизация макета в отношении запланированных производственных процессов обычно называется «проектированием, ориентированным на производство» или «Дизайн для производства» (сокращенно: DFM).
Существуют различные методы DFM, с помощью которых можно добиться значительной экономии в долгосрочной перспективе. Моя предпочтительная стратегия — просто связаться с компаниями-производителями на ранней стадии и узнать об их конкретных навыках, проблемах и бизнес-моделях. Таким образом, я могу получить представление о том, какие аспекты моего проекта могут быть легко реализованы (и, следовательно, недорого), а какие элементы связаны с дополнительными усилиями (и, соответственно, более высокими затратами).
Я извлек выгоду из этого несколько лет назад, например, когда я проектировал усилитель для громкоговорителя и изначально отдавал предпочтение печатной плате с круглым форм-фактором, поскольку ее можно было установить непосредственно за таким же круглым шасси громкоговорителя визуально привлекательным образом. Однако, когда я обсудил свою идею с производителем, быстро стало очевидно, что печатные платы с (якобы простой) круглой формой настолько дороги в производстве, что это значительно снижает экономическую жизнеспособность конструкции.
Итак, в конце концов, я остановился на прямоугольном стандартном дизайне, производственные затраты на который были значительно ниже. Скорректировав макет соответствующим образом, я смог увеличить рентабельность конечного продукта и довести проект до успешного завершения.
Панельная обработка печатных плат сокращает расходы
Малораспространенным подходом DFM является так называемая панельизация. При этом методе несколько макетов печатной платы наносятся на большую подложку или панель, а затем собираются в таком виде. Желаемая экономия достигается за счет возможности изготовления нескольких печатных плат одновременно.
После завершения процесса изготовления и сборки панель разделяется на отдельные печатные платы. Таким образом, вы получаете целую кучу готовых и (надеюсь) полностью функциональных печатных плат одним махом, которые просто ждут установки и продажи. Звучит довольно просто, не правда ли? Но не так быстро: чтобы массовое производство печатных плат в дальнейшем прошло максимально гладко и принесло желаемую экономию, при панельизации необходимо учитывать некоторые важные тонкости.
Факторы, влияющие на стоимость панельизации печатных плат
Конечно, большинство дизайнеров в конечном итоге меньше интересуются техническими подробностями различных процессов, чем связанными с ними расходами и проблемами. Основное правило здесь заключается в том, что расходы и усилия зависят от сложности изготавливаемой конструкции и растут вместе с ней. Следует также отметить, что производство на основе панельизации создает следующие проблемы, которые также влияют на расходы:
Разделение: Если для разделения полностью собранных печатных плат используется фрезерный станок, на поверхности печатных плат остаются чипы и другие остатки, которые затем необходимо удалить в более поздний момент времени на отдельном этапе, что требует дополнительных усилий и затрат. Если вы хотите использовать пилу вместо фрезера, вы должны учитывать при проектировании контура вашей печатной платы, что здесь возможны только прямые разрезы. Третий вариант — использовать современный лазер, который, однако, можно использовать только для печатных плат толщиной 1 мм или меньше, так что в этом случае вы не сможете создавать многослойные конструкции печатных плат любой толщины.
Трещины: большинство процессов разделения оставляют грубые трещины на боковых сторонах заготовок – особенно в случае панельизации с помощью направляющих с перфорированными перемычками (см. выше). Чтобы отдельные печатные платы можно было безопасно обрабатывать, их необходимо шлифовать в соответствующих точках, что, в свою очередь, означает дополнительную работу.
Нависающие компоненты: Как уже упоминалось, нависающие компоненты могут существенно ограничить количество методов панельизации, которые можно использовать для вашего проекта. В таком случае также могут возникнуть проблемы с разделением готовых печатных плат, поскольку существует риск столкновения фрезерной головки с нависающим компонентом и, таким образом, повреждения всей панели. Само собой разумеется, что такие поломки влекут за собой непредвиденные расходы и задержки.
Цепочка поставок печатных плат: Полная и стабильная цепочка поставок печатных плат помогает производителям получать достаточное количество компонентов и другого сырья по конкурентоспособным ценам, в то время как любая нехватка компонентов не только замедлит процесс производства, но и увеличит стоимость панельизации печатных плат.
Возможности раннего обнаружения и превентивного устранения потенциальных проблем
Опытные проектировщики печатных плат полагаются на различные проверенные методы раннего обнаружения и устранения потенциальных проблем.
Как уже упоминалось, проектирование на основе принципов DFM может эффективно гарантировать максимальную экономическую эффективность панельной обшивки и производства. Для панельной обшивки печатных плат необходимо, помимо прочего, узнать о правильных компаниях-производителях и их производственных процессах на ранней стадии проектирования. Таким образом, вы сможете оптимально спроектировать макет для производства с самого начала.
Кроме того, многие проблемы, связанные с автоматизированным производством печатных плат, легче решать, если использовать первоклассное программное обеспечение для проектирования. Например, Altium Designer® предлагает обширные функции для панельизации печатных плат с помощью функции «Встроенный массив плат». Это позволяет легко собрать панель с несколькими идентичными или разными конструкциями печатных плат. И поскольку исходные конструкции не просто копируются в панель, а привязываются к ней, изменения в исходной конструкции немедленно видны в макете панели.
Конечно, есть много других способов сэкономить на производственных расходах помимо обшивки. Тем не менее, этот момент заслуживает особого внимания, поскольку ошибки здесь быстро приводят к непредвиденным дополнительным расходам или даже к совершенно неподходящим печатным платам.
Поэтому вам определенно следует прислушаться к советам и принципам DFM, изложенным здесь и во многих других статьях, и уделять внимание проектированию, ориентированному на производство, на протяжении всего процесса проектирования. Это не только экономит ваше время, но и может снизить производственные затраты и риск последующих исправлений.
Если вы хотите узнать больше о том, как Altium может помочь вам решить проблемы с панельным монтажом, обратитесь к одному из наших экспертов сегодня.
РАСШИРЕННЫЙ GERBER RS274-X – данные печатной платы
– Если ваша система проектирования позволяет, используйте расширенное устройство RS 274-X для экспорта данных. Главное преимущество в том, что вся информация о форме и размерах панелей содержится в заголовке. Импорт данных упрощается и минимизируется риск неправильной подготовки панелей. Время обработки данных также существенно сокращается, что также влияет на снижение затрат на подготовку данных.
