12

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 4/2003

Konfiguracja podzespo³ów

na p³ytkach drukowanych

Przebieg monta¿u podzespo³ów na p³yt-

kach drukowanych w technologii powierzch-

niowej zale¿y od przyjêtej konfiguracji

podzespo³ów na p³ytce. Tradycyjnie mówi

siê o konfiguracji typu III (rys.1) wtedy, gdy

podzespo³y przewlekane umieszczone s¹

po jednej stronie p³ytki (strona elementów),

a podzespo³y powierzchniowe po drugiej

stronie (strona œcie¿ek). Ten typ konfigura-

cji podzespo³ów na p³ytce jest stosowany

przez firmy, w pierwszym etapie wprowadza-

nia monta¿u powierzchniowego. Cechuje

go wiêksza gêstoœæ upakowania ni¿ monta-

¿u przewlekanego. Stosuje siê go do pro-

stych uk³adów (p³ytki mog¹ byæ jednostron-

ne). Nale¿y jednak pamiêtaæ, ¿e podzespo-

³y powierzchniowe musz¹ byæ klejone do

p³ytek, a w trakcie lutowania s¹ zanurzane

w ciek³ym lucie.

O konfiguracji typu II (rys. 2) mówimy wte-

dy, gdy podzespo³y powierzchniowe umie-

szcza siê po obu stronach p³ytki, a podze-

spo³y przewlekane tylko po jednej stronie

p³ytki. Najczêœciej po jednej stronie (dol-

nej) p³ytki umieszcza siê podzespo³y po-

wierzchniowe odporne na zanurzenie w cie-

k³ym lucie, a po drugiej (górnej) podzespo-

³y przewlekane i powierzchniowe nieodpor-

ne na zanurzenie w ciek³ym lucie. Ten typ

monta¿u nazywamy mieszanym.

Nale¿y jednak pamiêtaæ, ¿e p³ytka bêdzie

lutowana dwa razy (oddzielnie ka¿da ze

stron) i to raz rozp³ywowo (góra), a potem

na fali (dó³). Na górnej powierzchni powin-

ny siê wtedy znaleŸæ wszystkie wiêksze

podzespo³y SMD, a zw³aszcza wielowy-

prowadzeniowe uk³ady scalone oraz podze-

spo³y przewlekane, a na dolnej powierzch-

ni ma³e podzespo³y SMD oraz wyprowa-

dzenia podzespo³ów przewlekanych. Jeœli

konstrukcja p³ytki w ponad 90% wykorzystu-

je podzespo³y SMD, to wtedy korzystny

jest monta¿ polegaj¹cy na dwustronnym

lutowaniu rozp³ywowym, a monta¿ prze-

wlekany wykonuje siê rêcznie lub na fali po

uprzednim zamaskowaniu podzespo³ów

przylutowanych rozp³ywowo. Ujemn¹ stro-

n¹ tej konfiguracji jest wzrost liczby opera-

cji i potrzebnych urz¹dzeñ. Charakteryzu-

je siê ona jednak wzglêdnie du¿¹ gêstoœci¹

upakowania.

O konfiguracji typu I mówimy wtedy, gdy

na p³ytce montowane s¹ wy³¹cznie podze-

spo³y powierzchniowe po jednej lub obu

stronach p³ytki. Umo¿liwia ona uzyskiwanie

najwiêkszych gêstoœci monta¿u (rys.3). Nie-

kiedy dokonuje siê podzia³u monta¿u po-

wierzchniowego na „czysty powierzchniowy”

(typ I) i mieszany (typ II lub III), na p³ytce wy-

stêpuj¹ wtedy podzespo³y przewlekane i po-

wierzchniowe.

Rozmieszczanie podzespo³ów

Nale¿y pamiêtaæ, ¿e na ka¿dej p³ytce dru-

kowanej mo¿na wyró¿niæ cztery strefy:

q

strefê monta¿u (centraln¹ czêœæ p³ytki),

q

strefê z³¹cza (zwykle na jednym z krót-

szych boków),

q

strefê kontroli zewnêtrznej (zwykle po

przeciwnej stronie ni¿ z³¹cze),

q

strefê prowadzenia / mocowania (wzd³u¿

dwóch d³u¿szych boków).

W strefie monta¿u montowane s¹ podze-

spo³y elektroniczne czynne i bierne, podze-

spo³y elektromechaniczne, a tak¿e prowa-

dzi siê w niej po³¹czenia sygna³owe, rozpro-

wadza zasilanie i uziemienie.

Jest oczywiste, ¿e g³ównymi

czynnikami decyduj¹cymi

o usytuowaniu podzespo³ów

jest ustalona w projekcie sieæ

po³¹czeñ oraz wymagania doty-

cz¹ce charakterystyki elektrycz-

nej uk³adu. Projektant p³ytki

przed przyst¹pieniem do pro-

jektowania powinien mieæ przemyœlane ta-

kie zagadnienia jak: rodzaj technologii mon-

ta¿u, typ konfiguracji podzespo³ów, paneli-

zacjê, otwory bazowe i punkty referencyjne,

rozmieszczenie i orientacja podzespo³ów

na p³ytce oraz sposób testowania. Unika

siê rozmieszczania podzespo³ów bardzo

blisko krawêdzi p³ytki jak równie¿ w miej-

scach, gdzie mog¹ byæ nara¿one na bezpo-

œredni kontakt z uchwytami prowadz¹cymi

p³ytkê czy sondami stosowanymi w testach.

Jeœli jest to mo¿liwe, to powinno siê d¹¿yæ

do stosowania p³ytek jednostronnych, sto-

sowanie p³ytek dwustronnych jest znacz-

nie dro¿sze, a podzespo³y nara¿ane s¹

dwukrotnie na szok termiczny.

Podzespo³y podobne powinny byæ usytuo-

wane na p³ytce wed³ug tej samej orientacji,

poniewa¿ u³atwia to prowadzenie operacji

ich uk³adania, kontroli i lutowania. Podzespo-

³y w jednakowych obudowach powinny znaj-

dowaæ siê po tej samej stronie ptytki. Dziê-

ki temu ich monta¿ bêdzie u³atwiony. Miêdzy

podzespo³ami SMD nale¿y zachowaæ odpo-

wiednie odleg³oœci, które u³atwiaj¹ nie tylko

monta¿, ale tak¿e mycie, testowanie, kon-

trolê i ewentualne naprawy. Zalecana odle-

g³oœæ miêdzy polami s¹siaduj¹cych podze-

spo³ów powinna wynosiæ 0,375

÷

0,4 mm.

Wyj¹tkiem s¹ uk³ady PLCC, które powinny

byæ umieszczane tak, aby wszystkie po³¹-

czenia lutowane mog³y byæ obserwowane

pod k¹tem 45

o

lub 60

o

bez ¿adnej prze-

szkody ze strony elementów s¹siaduj¹cych.

Zwykle odleg³oœæ 1,27 mm jest wystarcza-

j¹ca. Podobnie jest z ma³ymi podzespo³ami

SMD, które ze wzglêdu na ma³¹ masê uno-

sz¹ siê na powierzchni stopionego spoiwa

i dlatego nale¿y zapewniæ odpowiednie od-

leg³oœci miêdzy nimi, tu zwykle wystarcza

1 mm. Nale¿y tak¿e przewidzieæ odpowie-

dnie odleg³oœci pomiêdzy podzespo³ami do

monta¿u przewlekanego, zw³aszcza, jeœli

ZASADY PROJEKTOWANIA

P£YTEK DRUKOWANYCH

r

PORADNIK

ELEKTRONIKA

Rys. 1. Konfiguracja podzespo³ów typu III

Rys. 2.

Konfiguracja

podzespo³ów typu II

Rys. 3.

Konfiguracja

podzespo³ów typu I

Kondensator

osiowy

Rezystor

osiowy

Rezystor

pionowy

Lutowanie na fali

DIP

Rezystor

SMD

Kondensator

SMD

Element z³o¿ony

SMD

Element z³o¿ony

SMD w obudowie

PLCC

Element z³o¿ony

SMD w obudowie

typu noœnik

Rezystor

pionowy

DIP

Lutowanie rozp³ywowe

Lutowanie

rozp³ywowe

Lutowanie na fali

Tranzystory

MONT

MONT

A¯ POWIERZCHNIOWY _ KONSTRUKCJA I TECHNOLOGIA

A¯ POWIERZCHNIOWY _ KONSTRUKCJA I TECHNOLOGIA

13

planowany jest monta¿ automatyczny. Au-

tomaty do tego celu wymagaj¹ odpowie-

dnich przeœwitów dla g³owicy mocuj¹cej

oraz narzêdzi do ciêcia i zaginania wypro-

wadzeñ. Przy monta¿u mieszanym trzeba

pamiêtaæ o wolnej przestrzeni dooko³a

podzespo³u przewlekanego. Zalecane odle-

g³oœci miêdzy podzespo³ami powierzch-

niowymi ró¿nych typów pokazano na rys. 4.

Wybrany sposób lutowania oraz wybrane do

uk³adania podzespo³ów urz¹dzenie ma

wp³yw na orientacjê podzespo³ów. Sta³a

orientacja podzespo³ów na p³ytce nie jest

obligatoryjna, ale jednakowe ich usytuowa-

nie poprawia wydajnoœæ monta¿u i kontro-

li. W przypadku podzespo³ów przewleka-

nych ich jednakowa orientacja zmniejsza

czas monta¿u, poniewa¿ g³owica automatu

ma zwykle sta³e po³o¿enie a obracanie p³yt-

ki jest k³opotliwe. W automatach do monta-

¿u powierzchniowego g³owica jest ruchoma

i mo¿e obróciæ podzespó³ przed monta¿em.

Jednakowa orientacja podzespo³ów SMD

jest preferowana w procesie lutowania roz-

p³ywowego, natomiast konieczna jest w pro-

cesie lutowania na fali. Takie usytuowanie

podzespo³ów eliminuje mo¿liwoœæ powsta-

wania mostków lutowniczych miêdzy wy-

prowadzeniami uk³adów scalonych. Tak¹

orientacjê mo¿na uzyskaæ stosuj¹c siê do

nastêpuj¹cych zaleceñ:

q

wszystkie podzespo³y bierne powinny byæ

umieszczane równolegle wzglêdem siebie,

q

d³uga oœ podzespo³ów biernych powin-

na byæ ustawiona prostopad³e do kierunku

przechodzenia przez falê,

q

d³uga oœ uk³adów scalonych powinna byæ

umieszczona równolegle do kierunku przecho-

dzenia p³ytki przez falê, d³ugie osie uk³adów

scalonych i podzespo³ów biernych powinny

byæ do siebie prostopad³e.

Rozprowadzanie œcie¿ek

i po³o¿enie pól lutowniczych

Pole lutownicze jest miejscem, w którym

³¹czy siê elektrycznie i mechanicznie wypro-

wadzenie podzespo³u elektronicznego ze

œcie¿k¹ drukowan¹, bêd¹c¹ fragmentem

sieci po³¹czeñ wykonanych na powierzch-

ni p³ytki drukowanej. Po³¹czenia pomiêdzy

poszczególnymi warstwami przewodz¹cymi

p³ytki wykonuje siê za pomocy otworów

przelotowych. Nale¿y unikaæ projektowa-

nia otworów przelotowych w obrêbie pól lu-

towniczych, gdy¿ lutowie mo¿e migrowaæ

z pól w otwory metalizowane w trakcie luto-

wania rozp³ywowego. Zalecana minimalna

odleg³oœæ otworu przelotowego od pola po-

winna wynosiæ 0,635 mm. Projektowanie

szerokich œcie¿ek daje podobny efekt. Œcie¿-

ka staje siê wtedy ”z³odziejem” spoiwa. Dla-

tego te¿ powinny byæ one pokrywane mask¹

przeciwlutow¹ oraz byæ cieñsze na odcinku

³¹cz¹cym œcie¿kê z polem lutowniczym. Co

wiêcej, w p³ytkach wielowarstwowych œcie¿-

ka prowadz¹ca do otworu przelotowego,

który jest po³¹czony z wewnêtrzn¹ warstwy

zasilania lub masy, mo¿e dzia³aæ jako ele-

ment odprowadzaj¹cy ciep³o od pola lutow-

niczego w trakcie lutowania.

Na rysunkach pokazano zalecane i nie za-

lecane konstrukcje punktów lutowniczych

w monta¿u przewlekanym (rys. 5) i po-

wierzchniowym (rys. 6).

Ogólne uwagi dotycz¹ce rozprowadzenia

œcie¿ek na p³ytce drukowanej mo¿na sfor-

mu³owaæ nastêpuj¹co:

q

rozk³ad œcie¿ek po obu stronach p³ytki

i w warstwach wewnêtrznych musi byæ

”zrównowa¿ony”, aby zapewniæ równomier-

ne nagrzewanie w trakcie lutowania,

q

d³ugoœæ œcie¿ek nale¿y ograniczyæ do

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 4/2003

minimum, pojemnoœæ œcie¿ek staje siê istot-

na przy czêstotliwoœciach 800

÷

900 MHz,

roz³o¿ona pojemnoœæ miêdzy œcie¿kami,

umieszczonymi jedna nad drug¹ siêga

1pF/stopê (ok. 0,1 pF/ cal),

q

œcie¿ki zasilania i masy w warstwach

wewnêtrznych trzeba ”podziurkowaæ” po-

lami 0,8 x 0,8 mm,

q

œcie¿ki powinny byæ jak najszersze; sze-

rokoœæ jest funkcj¹ gruboœci folii, minimalna

szerokoœæ œcie¿ek wynosi 0,2 mm i tyle sa-

mo wynosi odleg³oœæ miêdzy œcie¿kami,

q

minimalna odleg³oœæ œcie¿ki od krawêdzi

dla p³ytek jednostronnych wynosi 0,4 mm,

a dla dwustronnych – 0,5 mm,

q

po³¹czenie œcie¿ki z polem lutowniczym

nie mo¿e przekraczaæ 1/3 szerokoœci pola,

q

wszystkie œcie¿ki powinny mieæ k¹ty roz-

warte; zmiana kierunku u³o¿enia œcie¿ki

o 90

o

powinna powstawaæ z po³¹czenia

dwóch k¹tów rozwartych; ¿adne z wyprowa-

dzeñ podzespo³ów nie mo¿e przykrywaæ

maski przeciwlutowej,

Laminat z foli¹ 17,5

µ

m

Laminat z foli¹ 35

µ

m

Minimalna szerokoœæ œcie¿ki zewnêtrznej

380

900

Minimalna szerokoœæ œcie¿ki wewnêtrznej

250

380

Minimala odleg³oœæ miêdzy œcie¿kami

63

63

Minimalne szerokoœci œcie¿ek w [mm]

Rys. 4. Zalecane odleg³oœci miêdzy ró¿nymi

typami podzespo³ów pó³przewodnikowych

Rys. 5. Zalecane i niezalecane konstrukcje

punktów lutowniczych w monta¿u przewlekanym

Zalecane Niezalecane

Rys. 6. Niezalecane i zalecane konstrukcje

punktów lutowniczych w monta¿u

powierzchniowym

Niezalecane Zalecane

0,635

q

nie powinno siê prowadziæ œcie¿ek pomiê-

dzy wyprowadzeniami uk³adu scalonego,

chyba ¿e jest to uk³ad PGA z podzia³k¹

1,27 mm lub wiêksz¹, wtedy musz¹ byæ po-

kryte mask¹ przeciwlutow¹ i biec œrodkiem,

q

ka¿de z wyprowadzeñ uk³adu scalonego

musi mieæ indywidualne pole lutownicze,

q

zalecana œrednica przelotek – 0,5 mm

(min. 0,3 mm),

q

zalecana odleg³oœæ miêdzy œcie¿k¹ a po-

lem lutowniczym – 0,18 mm,

q

zalecana odleg³oœæ miêdzy podzespo³a-

mi _ równa wysokoœci wiêkszego,

q

zalecana odleg³oœæ miêdzy œcie¿k¹ a œcie¿-

k¹ bez maski przeciwlutowej – 0,5 mm,

q

zalecana odleg³oœæ miêdzy œcie¿k¹ a œcie¿-

k¹ z mask¹ przeciwlutow¹ – 0,25 mm.

Otwory bazowe,

znaki optyczne i pola testowe

Projektant zazwyczaj nie wie, na jakich

urz¹dzeniach bêdzie montowana projekto-

wana przez niego p³ytka. Dlatego powinna

byæ wyposa¿ona zarówno w otwory bazowe

(bez metalizacji), do mechanicznego syste-

mu ustawiania p³ytki, jak i w znaczniki

optyczne niezbêdne do monta¿u na automa-

tach z optycznym pozycjonowaniem. Otwo-

ry bazowe, znaczniki optyczne lub punkty re-

ferencyjne musz¹ byæ wykonywane w jed-

nym procesie, jednoczeœnie z wykonywa-

niem otworów i wytwarzaniem mozaiki prze-

wodz¹cej. Otwory bazowe i punkty referen-

cyjne stanowi¹ dostêpne punkty odniesienia

dla wszystkich operacji monta¿u. Punkty

referencyjne g³ówne s¹ przeznaczone do lo-

kalizacji mozaiki przewodz¹cej na pojedyn-

czej p³ytce.

Punkty referencyjne lokalne (rys. 7) s¹ prze-

znaczone do okreœlania lokalizacji konkret-

nego podzespo³u. S¹ one niezbêdne w przy-

padku monta¿u uk³adów scalonych w obu-

dowach „fine-pitch”. Wskazane jest stosowa-

nie punktów referencyjnych o tym samym

wymiarze. Zalecane kszta³ty punktów refe-

rencyjnych dla optycznych systemów wi-

zyjnych przedstawiono na rys. 8.

Sposób testowania powinien byæ okreœlony

ju¿ na pocz¹tku projektowania. Potrzebna

jest œwiadomoœæ rodzaju sprzêtu do automa-

tycznego testowania. Testery zwykle wy-

magaj¹ pró¿niowych uchwytów do mocowa-

nia p³ytek. P³ytki mog¹ byæ testowane jed-

nostronnie, a niekiedy dwustronnie. Nie po-

winno siê umieszczaæ punktów testowych

w odleg³oœci mniejszej od 0,45

÷

2,5 mm od

podzespo³u SMD (zale¿nie od jego wielko-

œci). Niestosowanie siê do zalecenia mo¿e

prowadziæ do uszkodzeñ próbnika. Punkt te-

stowy powinien tak¿e znajdowaæ siê w od-

leg³oœci co najmniej 0,2

÷

0,4 mm od otworu

przelotowego, w zale¿noœci od szerokoœci

pola metalizacji otworu. Punkt testowy po-

winien znajdowaæ siê nie bli¿ej ni¿ 3,2 mm

od krawêdzi p³ytki, a to z uwagi na koniecz-

noœæ odpowiedniego pró¿niowego uszczel-

nienia. Je¿eli na p³ytce s¹ mechaniczne

przeszkody o wysokoœci przekraczaj¹cej

2,5 mm, to œrodek pola testowego powi-

nien le¿eæ 3,75 mm od przeszkody. Przy

ni¿szych przeszkodach odleg³oœæ ta po-

winna wynosiæ 0,88 mm.

n

Ryszard Kisiel

Cezary Rudnicki

14

r

PORADNIK

ELEKTRONIKA

Rys. 7. Lokalne punkty referencyjne

Rys. 8. Punkty referencyjne dla systemów

wizyjnych

ZALECANE

Wype³nione ko³o o œrednicy 1,5 mm

INNE

Wype³niony kwadrat o boku 2,0 mm

Wype³niony romb o boku 2,0 mm

Pojedynczy krzy¿ o wysokoœci 2,0 mm

Podwójny krzy¿ o wysokoœci 2,0 mm

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 4/2003

Znany producent urz¹dzeñ technologicznych

dla przemys³u elektronicznego, sprzedaj¹ca

produkty w ponad 30 krajach amerykañska

firma Automated Production Systems INC.,

za poœrednictwem firmy RENEX wprowadzi³a

sw¹ ofertê na polski rynek. Renex oferuje

wszelkie produkty APS, wœród których nale¿y

wymieniæ: drukarki szablonowe (rêczne i auto-

matyczne), krêpownice, liczarki elementów,

piece oraz maszyny pick & place. Z uwagi na bardzo atrakcyjn¹ cenê w po-

równaniu do wydajnoœci i precyzji uk³adania elementów, du¿ym zaintereso-

waniem ciesz¹ siê automaty pick & place, szczególnie seria L (od L20 do

L40). Automaty APS umo¿liwiaj¹ monta¿ wielu ró¿norodnych elementów

(0201, 0402, 0603, 0805, 1206, melfs, SO-28 do SO-8, SOT, SOIC, fine pitch

QFP, BGA, large PLCC, sockets i wiele innych) na p³ytkach obwodów dru-

kowanych oraz pod³o¿ach elementów hybrydowych. Urz¹dzenia s¹ ob-

s³ugiwane za pomoc¹ komputera pracuj¹cego w systemie Windows. Opro-

gramowanie zapewnia ustalenie i zmianê programu pracy w ci¹gu minut, alar-

mowanie o b³êdach (test i korekcja po³o¿enia p³ytki oraz monta¿u elemen-

tów, eliminacja z procesu wadliwych p³ytek), samokontrolê systemu i pe³n¹

kontrolê procesu. Przydatn¹ opcj¹ jest mo¿liwoœæ dostosowania aplikacji i tym

samym procesu produkcyjnego do indywidualnych wymagañ u¿ytkownika

za poœrednictwem Visual Basic. Mo¿liwe jest zdalne sprawowanie kontro-

li nad procesem oraz po³¹czenie z innymi systemami i utworzenie automa-

tycznej linii produkcyjnej. Automaty te maj¹ wydajnoœæ 4800 elementów na

godzinê i precyzjê uk³adania elementów

±

0,001”. Urz¹dzenia w wersjach

ze standardowym wyposa¿eniem s¹ przeznaczone do wykorzystywania

w ma³o _ i œrednioseryjnych liniach technologicznych. Automaty mo¿na jed-

nak ³atwo rozbudowaæ stosuj¹c wyposa¿enie dodatkowe i/lub po³¹czyæ

z innymi systemami, dziêki czemu mog¹ byæ wykorzystywane w du¿ych li-

niach produkcyjnych. Automaty pick & place serii L maj¹ nastêpuj¹ce para-

metry: maksymalne rozmiary PCB _ 343x305 mm (L20), 343x560 mm

(L40), 343x813 mm (L60), podajniki _ taœmowe, listwowe, tackowe, wibra-

cyjne (opcja), maksymalna liczba podajników (8 mm) _ 96 (L60), chwyta-

ki podciœnieniowe zasilane z wbudowanego kompresora.

(jk)

Szczegó³owe informacje: RENEX, tel./fax: [phone].

e-mail: office

@

renex.com.pl www.renex.com.pl

URZ¥DZENIA SMT FIRMY APS