I circuiti stampati possono essere di tutte le forme e dimensioni, il che presenta varie sfide ai progettisti di schede nella costruzione del layout del pannello. Per illustrare la gamma di problematiche possibili, presentiamo 3 diversi casi in cui una scarsa pannellatura ha comportato difficoltà di produzione presso le strutture di assemblaggio di Seeed e le soluzioni successive.
Il paneling di un progetto presenta numerosi vantaggi e in alcuni casi è obbligatorio per l'assemblaggio automatico. Potrebbe essere necessario collegare più copie di una piccola scheda per creare un pannello più grande per soddisfare i requisiti minimi di dimensione dell'apparecchiatura o semplificarne la gestione. Ma riduce anche i cicli di produzione necessari, riducendo così notevolmente i tempi di assemblaggio.
Per l'assemblaggio automatizzato, i pannelli PCB richiedono margini degli utensili, che fungono da guide che consentono loro di spostarsi sui trasportatori da una macchina all'altra. Senza queste guide, sarebbe difficile controllare l'allineamento delle schede e mantenerle in posizione. I margini assicurano inoltre che tutte le parti della singola scheda siano accessibili su entrambi i lati durante il montaggio.
Oltre alle dimensioni e alla geometria della singola scheda, devono essere presi in considerazione anche altri fattori come il layout dei componenti, la resistenza del pannello, la procedura di depanelizzazione e le singole caratteristiche del PCB. Nel nostro primo caso, ad esempio, la parziale sovrapposizione del jack audio e del connettore micro-USB non è stata presa in considerazione, rendendo impossibile averli entrambi assemblati contemporaneamente.
Per ovviare a questo problema, il jack audio è stato omesso dal primo passaggio di riflusso, le schede sono state depanelizzate e quindi il jack audio è stato popolato manualmente. Mentre i tecnici sono stati in grado di rispettare la scadenza per questo progetto, lo sforzo extra avrebbe potuto essere evitato in fase di progettazione.
Di solito, i componenti sporgenti non devono incrociare un taglio a V poiché ciò ostruisce la lama di depaneling utilizzata per dividere le schede dal gruppo di montanti del pannello. Ma per questo particolare design, c'era un'ulteriore complicazione in quanto entrambi i lati superiore e inferiore sono rivestiti con contatti dorati. Questi dovrebbero anche avere un bordo pulito per facilitare l'inserimento in un connettore. Pertanto, non è possibile semplicemente ruotare le schede e far tagliare il v-score lungo questi bordi. Sono stati richiesti un po 'di creatività e compromesso, risultando nel design di seguito:
Notare le linguette strategicamente posizionate che tengono le schede a parte mantenendo la massima forza del pannello possibile. Sebbene i tecnici debbano rimuovere manualmente ciascuna di queste schede, ciò è molto più rapido e meno laborioso rispetto alla necessità di saldare i jack audio uno alla volta.
In un altro caso, per realizzare il pannello, i margini degli utensili sono stati semplicemente aggiunti ai lati superiore e inferiore di queste grandi assi esagonali. Tuttavia, durante l'assemblaggio, gli ingegneri hanno scoperto che il martello di posizionamento delle macchine pick and place non è stato in grado di registrare con precisione la posizione della scheda o non è riuscito a registrare la presenza della scheda.
La mancanza di materiale PCB sul bordo anteriore del pannello significava che il martello di arresto avrebbe avuto un impatto su un bordo angolato, arrestando così i pannelli in punti leggermente diversi lungo la direzione di marcia. Questa variazione ha reso difficile per il pick and place camera individuare i fiduciali sulla scheda e posizionarlo con precisione.
Nella maniera opportuna del produttore, pezzi di materiale in eccesso sono stati fissati all'estremità anteriore del pannello per fornire un bordo perpendicolare dritto al martello. I futuri progetti di pannelli hanno sostituito il materiale angolare collegandoli mediante linguette perforate.
Nel terzo e ultimo caso, è stato costruito un pannello 3 × 4 di schede del modulo relè SPDT a 2 canali Grove. Tuttavia, le grandi dimensioni e il peso dei relè hanno fatto sì che il pannello affondasse e si piegasse verso il centro. Durante il riflusso e la saldatura ad onda selettiva, sono stati osservati difetti articolari e deformazioni del bordo.
All'epoca, modificare il programma della saldatrice ad onda ha contribuito ad alleviare alcuni dei problemi, ma il tasso di fallimento della qualità era ancora elevato. Successivamente, molti pezzi difettosi dovevano essere rielaborati manualmente.
Nelle corse future, il pannello era ridotto a un layout 2 × 4, abbastanza piccolo da consentire al pannello di sopportare il peso dei relè senza deformazioni.
I tre diversi casi vanno a mostrare la vasta gamma di possibili problemi derivanti dai luoghi meno attesi che vanno oltre il PCB Design for Manufacture. Dal layout dei componenti, dalla capacità delle apparecchiature alla fisica del pannello caricato, il progettista deve comprendere e considerare non solo software e hardware, ma anche produzione e assemblaggio. L'ultima parte che ci piace chiamare Design for Assembly - competenza che viene messa in comune dai produttori Agile come Seeed.
Come possono i designer evitare errori così costosi? Sebbene non esistano linee guida infallibili, è utile tenere presente alcuni punti selezionati quando si considera la progettazione di un pannello.
Forma della tavola: come regola generale, i pannelli dovrebbero essere il più possibile rettangolari e simmetrici. Altrimenti, lo squilibrio e la dissimmetria possono introdurre aree di debolezza nel pannello e causare deformazioni o concentrare lo stress in aree deboli.
Dimensioni della scheda: per le dimensioni, si consiglia di adottare una dimensione del pannello superiore a 50 x 50 mm e inferiore a 280 x 280 mm. Le dimensioni minime e massime variano da macchina a macchina, ma il mantenimento delle dimensioni all'interno di questa gamma garantisce la compatibilità con la maggior parte delle linee di assemblaggio e semplifica la gestione delle schede durante la produzione. Laddove i componenti sono particolarmente pesanti o le connessioni tra le schede sono deboli, i pannelli più piccoli sono migliori.
Margini degli utensili: si consiglia una larghezza del margine degli utensili di almeno 5 mm su almeno due lati opposti (preferibilmente lungo i lati più lunghi) per una maggiore maneggevolezza e una maggiore resistenza del pannello. In genere, i fiduciali del pannello vengono aggiunti ai tre angoli del pannello sui margini degli utensili per la registrazione della macchina.
Posizionamento dei componenti: i tagli a V e i fori / le linguette del timbro non devono essere aggiunti vicino ai componenti. Lo stress applicato ai pannelli durante la depanellatura può facilmente rompere il componente o il giunto di saldatura. I componenti particolarmente fragili come i condensatori ceramici, a meno di 5 mm dal bordo della scheda, devono essere particolarmente curati. Una scanalatura di fresatura può essere introdotta direttamente accanto al componente se si utilizzano tagli a V per evitare punti di forte stress.
Il metodo di depaneling: il metodo adottato per rompere i pannelli dopo il montaggio gioca un ruolo chiave nelle prime decisioni di progettazione. Tagli a V? Schede e fori per timbri? Manualmente? Automatizzata? Se ad esempio si utilizza una macchina depanellatrice, i pannelli devono essere distanziati e disposti in modo tale che la lama possa passare facilmente senza colpire gli ostacoli. I pannelli devono inoltre essere progettati per consentire il facile smontaggio del pannello dopo il montaggio.
Se il de-pannelli a mano, i tagli a V e i fori / le linguette del timbro non devono essere aggiunti vicino ai componenti poiché lo stress applicato alle schede durante la piegatura può facilmente rompere il componente o il giunto di saldatura. Componenti particolarmente fragili come i condensatori ceramici devono essere ad almeno 5 mm di distanza dal taglio a V o dalla linguetta.
Considerazioni sulla produzione di PCB: Un esempio notevole: per realizzare fori castellati o semifori placcati, i fori devono trovarsi sui bordi esterni del pannello (per i processi di placcatura ad immersione) o instradati (per i semifori instradati). Questo spesso significa che questi bordi sono riservati e non possono avere tagli a V o linguette su di essi, quindi possono influenzare fortemente il design del pannello. Alcune persone potrebbero dire che una tavola quadrata con semifori castellati su tutti e quattro i lati non può essere rivestita in pannelli, ma un po 'di creatività suggerisce il contrario.
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