Projektowanie Lutowanie i montaż

Transkrypt

Projektowanie urządzeń
elektronicznych
Projektowanie, technologie
montaŜu i lutowania,
uruchamianie, produkcja
Kolejne kroki w projektowaniu projekt wstępny i symulacja
1. Projekt wstępny
-
wybór struktury układu,
-
wstępne obliczenia ‘ręczne’, noty aplikacyjne producentów np.:
www.alldatasheet.com
-
symulacja komputerowa jeżeli możliwa/konieczna/pomocna: Pspice, Orcad,
Multisim (free AD), Altium Designer, Tina (free TI), SmartSpice, Hspice, TSpice, Spectre (RF), Eldo (RF), UltraSim, LT Spice (free LT), NanoSim,
Nspice, Hsim, B2Spice, ICAD/4, EDSpice,WINecad, TopSpice, Spice Opus,
SiMetrix, Micro-cap, Microwave Office (RF), Ansoft Designer (RF), Sonnet
Lite (RF, EMC) wersje Open Source (ngspice, tclspice)
Czy symulacja jest wystarczająca? Jak dokładne są
stosowane modele? Czy warto zaglądać do materiałów
dostarczanych przez producentów elementów (data sheet,
application notes)?
1
Kolejne kroki w projektowaniu symulacja
Odpowiedź, np.:
John Ardizonni, „Which carries more weight, a datasheet
or SPICE macromodel?”
Artykuł zawarty w: „Analog Devices’ Technical Support,
Autor zajmuje stanowisko: Senior Application Engineer at
Analog Devices in the High Speed Linear group.
Istnieją symulatory pozwalające określić rozkład natężenia pola EM i rozkład
temperatury na płytce ze zmontowanym układem elektronicznym.
Kolejne kroki w projektowaniu - PCB
2. Projektujemy PCB (Printed Circuit Board): Altium Designer
(Easytrax, Autotrax, Protel), Eagle,Spectra i Allegro (autorouting), CadStar,
Orcad, Tina, Circuit Maker, P-Cad, PCB Elegance, EDWin, VisualPC,
BPECS32, Expert PCB, CirCAD, Layout, McCAD, EPD (RF, hybrid), gEDA
(free – linux), ZenitPCB (free), PCB (free), KiCAD (free)
Grubość miedzi: 5/9/17.5/35/70/105 µm. Grubość laminatów: 0.8 – 6 mm
jednowarstwowe, 0.05 – 0.75 mm wielowarstwowe.
2
Obwody dzielimy na:
- jednowarstwowe (laminaty o różnych grubościach, miedź
zazwyczaj 35 µm), małe upakowanie elementów
- dwuwarstwowe (metalizacja otworów, via itp..), obwody
mikrofalowe, duże upakowanie elementów
- wielowarstwowe (pola lutownicze na warstwach
zewnętrznych, micro via, brak klasycznych via), bardzo duże
upakowanie elementów
- elastyczne obwody drukowane
Na co musimy zwrócić uwagę!
Zasady projektowania PCB, związane z:
- sposobem/łatwością montażu (przewlekany,
powierzchniowy, mieszany)
- kompatybilnością i zakłóceniami (kolejne wykłady)
- odprowadzaniem ciepła (kolejne wykłady)
- budową mechaniczną projektowanego urządzenia
- odpornością mechaniczną
3
Zasada podstawowe:
- najpierw wybieramy producenta obwodu drukowanego i
uzyskujemy informację jakie wprowadza on ograniczenia
technologiczne (min. grubość ścieżek; max. liczba warstw;
minimalne wymiary punktów lutowniczych, otworów, via itp.)
- gromadzimy/sprawdzamy dostępność elementów, które
będą użyte w układzie. Dlaczego przed wykonaniem płytki?
- jeżeli wybrana jest obudowa musimy projektując PCB
uwzględnić jej wymiary, odpowiednio rozmieścić gniazda,
manipulatory, wyświetlacze, odprowadzanie ciepłą itp.
Inne zasady:
- należy pamiętać o umieszczeniu punktów pomiarowo/testowych jeżeli są
wymagane
- w celu wyrównania pojemności cieplnych szerokość ścieżki nie powinna
przekraczać 1/3 średnicy pola lutowniczego
- nie zakręcać ścieżek pod kątem 90 stopni
- każde wyprowadzenie układu scalonego powinno mieć swoje pole lutownicze
Standardowy raster
projektowy
(2.54mm – 0.1 cala)
4
Rodzaje elementów i typ
montażu:
- elementy przewlekane PTH
(Pin Through Hole); montaż
przewlekany THT (Through
Hole Technology)
- elementy do montażu
powierzchniowego SMD
(Surface Mounted Devices);
montaż powierzchniowy SMT
(Surface Mounted
Technology)
Zalecane wymiary pól lutowniczych
przy montażu przewlekanym i
powierzchniowym
5
Należy pamiętać, że ścieżka jest rezystorem i występuje
na niej spadek napięcia:
U =ρ
l
I
db
gdzie:
ρ - rezystywność (dla miedzi równa 0.0175 Ω mm2/m)
l – długość ścieżki
d – grubość folii
b – szerokość ścieżki
I – płynący prąd
6
Zazwyczaj stosuje się znormalizowane szerokości ścieżek:
- sygnałowe w modułach z układami scalonymi: 0.2, 0.3 i
0.4 mm
- sygnałowe w modułach z elementami dyskretnymi 0.6,
0.8 i 1 mm
- zasilające i uziemiające: 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 4.0 i 6.0
Rezystancja ścieżek dla różnych wymiarów i temperatur
7
Dopuszczalne napięcie dla różnych odległości pomiędzy ścieżkami: A –
częściowe wyładowanie, B – powyżej wysokości 1000m, w zakresie wysokości
1000 – 3000m, w zakresie wysokości 3000 – 15000m (Prawo Paschena)
Wymiary pól kontaktowych
8
Ważna przy rozmieszczaniu elementów jest też technika stosowanego
lutowania (np. falą)
9
Wykonanie PCB prototypu:
1. Samodzielne np. metodą termotransferu, metodą światłoczułą
2. Zlecenie producentom obwodów drukowanych
- przygotowanie (wydruk) pozytywu widoku płytki i wykonanie PCB metodą
sitodruku (metoda już rzadko stosowana ale tania)
- dostarczenie plików z programu do projektowania PCB ( *.pcb lub pliki typu
gerber)
Po fizycznym wykonaniu PCB możliwe jest sprawdzenie
poprawności połączeń.
Kolejne kroki w projektowaniu montaŜ
Należy uwzględniać sposób późniejszego montażu!
10
Należy uwzględniać sposób późniejszego montażu!
Montaż mieszany I
rodzaju: elementy
przewlekane po jednej
stronie, a
powierzchniowe po
drugiej
11
Montaż mieszany II rodzaju: elementy przewlekane i powierzchniowe po jednej
stronie, a po drugiej tylko powierzchniowe
Kolejne kroki w projektowaniu
Prototyp najprawdopodobniej zlutujemy ręcznie.
Następny krok – uruchomienie układu.
Kolejny - optymalizacja schematu, wartości elementów i
PCB.
Potem wykonanie wersji ostatecznej, pomiary końcowe,
certyfikaty CE i produkcja.
12
Luty - SnPb
Lut ołowiowy SnPb różne firmy oferują spoiwa różniące się składem i
poziomem zanieczyszczeń. Najczęściej w elektronice stosowane
spoiwa o zawartości od 60% Sn i 40% Pb do 65% Sn i 35% Pb przy
czym najpopularniejszy jest stop eutektyczny 62% Sn i 38% Pb o
temperaturze topnienia 183 st. C. Wykonanie prawidłowe połączenia
SnPb wymaga wyższej temperatury grotu lutownicy ( 3000C SMD, 320
– 3700C PTH).
Luty - SnPb
Występowanie procentowe innych pierwiastków
(zanieczyszczenia) w spoiwie SnPb
13
Topniki
Luty – luty bezołowiowe
Materiały bezołowiowe – dwie dyrektywy EU:
-nr 2002/96/EC ‘Waste Electrical and Electronic Equipment
(WEEEP’
- nr 2002/95/EC ‘Restriction of the use of certain Hazardous
Substances in electrical and electronic equipment (RoHC)
14
Zagadnienia, które należy wziąć pod uwagę podczas lutowania
bezołowiowego:
- ‘whiskersy’ i technologia ‘whiskers – free’
bezołowiowego:
- wzrost temperatury topnienia spoiwa o 20 – 400C w porównaniu do SnPb
Przykładowy wykres temperaturowy lutowania bezołowiowego w piecu
15
bezołowiowego:
- konieczność stosowania narzędzi lutowniczych o wyższych temperaturach
pracy
- konieczność stosowania grotów o podwyższonych temperaturach pracy
- konieczność stosowania topników przeznaczonych do lutów bezołowiowych
- lutowanie w warunkach beztlenowych (np. azot)
16
Sn96.5Ag3.5 – stosowany w elektronice motoryzacyjnej,
zwłaszcza umiejscowionej w silniku, słaba zwilżalność
Sn99.3Cu0.7 – słaba zwilżalność własna, powierzchnia
chropowata, dobrze zwilża powierzchnie pokryte Pb, słabe
właściwości mechaniczne, stosowany do lutowania falą,
tańszy od większości stopów ‘Pb-free’, stosowany przy
montażu telefonów
Sn95.5Ag3.8Cu0.7 – dobra zwilżalność, jakość i
niezawodność połączeń lepsza niż dla SnPb, wysoka cena
Dodawanie do stopu SnAgCu niewielkich ilości innych
pierwiastków (np.. Kobalt) poprawia właściwości stopów, np.
Sn Ag0.3 Cu0.7 Co0.03
W rzeczywistości luty ‘Pb free’ podobie jak z Pb posiadają
całą gamę pierwiastków oprócz podstawowych,
wymienionych w nazwie. Przykładowy skład ww. stopu:
17
Luty – pasty lutownicze
Pasta lutownicza – zawiesina proszku lutowniczego w
nośniku.
Proszek – wykonany ze stopu eutektycznego.
Nośnik – mieszanina kalafonii i rozpuszczalników
ułatwiających drukowanie i lutowanie.
Szablon do nadruku
pasty lutowniczej.
18
Cechy charakterystyczne:
- wysychanie w przeciągu 3 – 4 godzin (pogorszone
właściwości)
- trwałość 2 miesięcy, przedłużona do 6 gdy
przechowujemy w temperaturze 2-100C
- wrażliwa na podgrzewanie, wilgoć i zamarzanie
- absorbuje wilgoć
- zmywalna alkoholem izopropylowym
Przykłady
Czas na filmy ☺
19

Projektowanie Lutowanie i montaż

Transkrypt

Podobne dokumenty

Fideltronik świadczy pełny zakres usług związanych z kontraktowym