As placas de circuito impresso podem ter todas as formas e tamanhos, o que apresenta vários desafios aos projetistas de placas ao construir o layout do painel. Para ilustrar a variedade de questões possíveis, apresentamos 3 casos diferentes em que o mau painel resultou em dificuldades de produção nas instalações de montagem da Seeed e nas soluções subseqüentes.
O painel de um projeto tem vários benefícios e, em alguns casos, é obrigatório para a montagem automatizada. A conexão de várias cópias de uma placa pequena para criar um painel maior pode ser necessária para atender aos requisitos mínimos de tamanho do equipamento ou facilitar o manuseio. Mas também reduz os ciclos de produção necessários, reduzindo bastante o tempo de montagem.
Para montagem automatizada, os painéis de PCB requerem margens de ferramentas, que servem como trilhos que lhes permitem viajar nos transportadores de máquina em máquina. Sem esses trilhos, seria difícil controlar o alinhamento das placas e mantê-las no lugar. As margens também garantem que todas as partes da placa individual estejam acessíveis em ambos os lados durante a montagem.
Além do tamanho e da geometria da placa individual, outros fatores como layout do componente, resistência do painel, procedimento de despanelização e recursos individuais da placa de circuito impresso também devem ser levados em consideração. No nosso primeiro caso, por exemplo, a sobreposição parcial da tomada de áudio e do conector micro-USB não foi considerada, impossibilitando a montagem dos dois ao mesmo tempo.
Para contornar esse problema, a tomada de áudio foi omitida na primeira etapa de refluxo, as placas foram despanelizadas e, em seguida, a tomada de áudio foi preenchida manualmente. Embora os técnicos pudessem cumprir o prazo final para esse projeto, o esforço extra poderia ter sido evitado na fase de design.
Geralmente, os componentes pendentes não devem atravessar um corte em V, pois isso obstruiria a lâmina de despanelamento usada para separar as placas do conjunto do poste do painel. Mas para esse projeto em particular, houve uma complicação adicional, pois os lados superior e inferior são revestidos com contatos dourados. Eles também devem ter uma borda roteada limpa para facilitar a inserção em um conector. Portanto, não é possível simplesmente girar as placas e cortar o escore em V ao longo dessas bordas. Foi necessário um pouco de criatividade e compromisso, resultando no design abaixo:
Observe as abas estrategicamente posicionadas, mantendo as placas afastadas, mantendo a maior força possível do painel. Embora os técnicos precisem remover cada uma dessas guias manualmente, isso é muito mais rápido e exige menos trabalho do que ter que soldar as tomadas de áudio uma a uma.
Em outro caso, para fazer o painel, as margens da ferramenta foram simplesmente adicionadas aos lados superior e inferior dessas grandes placas hexagonais. No entanto, durante a montagem, os engenheiros descobriram que o martelo de posicionamento das máquinas não podia registrar a posição da placa com precisão ou não registrava a presença da placa.
A falta de material PCB na borda frontal do painel significava que o martelo de parada impactaria uma borda angular, parando os painéis em pontos ligeiramente diferentes ao longo da direção da viagem. Essa variação dificultava a escolha e o posicionamento da câmera para localizar os dados fiduciais no quadro e posicioná-lo com precisão.
De maneira apropriada, os pedaços de material em excesso foram anexados à extremidade frontal do painel para fornecer uma borda perpendicular reta ao martelo. Os projetos de painéis futuros substituíram o material de canto, conectando-os usando abas perfuradas.
No terceiro e último caso, um painel 3 × 4 das placas do módulo de relé SPDT de 2 canais Grove foi construído. No entanto, o grande tamanho e peso dos relés fizeram com que o painel afundasse e dobrasse em direção ao meio. Durante o reflow e a soldagem por onda seletiva, foram observados defeitos nas juntas e deformações da placa.
Na época, ajustar o programa da máquina de solda por onda ajudou a aliviar alguns dos problemas, mas a taxa de falha na qualidade ainda era alta. Posteriormente, muitas peças defeituosas tiveram que ser retrabalhadas manualmente.
Em execuções futuras, o painel foi reduzido para um layout 2 × 4, pequeno o suficiente para suportar o peso dos relés sem deformação.
Os três casos diferentes mostram o grande número de possíveis problemas decorrentes dos locais menos esperados que vão além do PCB Design for Manufacture. Do layout do componente, da capacidade do equipamento à física do painel carregado, o designer deve entender e considerar não apenas software e hardware, mas também fabricação e montagem. A última parte que gostamos de chamar de Design for Assembly - expertise reunida por fabricantes ágeis como a Seeed.
Então, como os designers podem evitar erros tão caros? Embora não haja um conjunto de diretrizes infalíveis, é útil ter em mente alguns pontos selecionados ao considerar o design de um painel.
Formato da placa: Como regra geral, os painéis devem ser retangulares e simétricos o máximo possível. Caso contrário, o desequilíbrio e a dissimetria podem introduzir áreas de fraqueza no painel e causar distorções ou concentrar o estresse em áreas fracas.
Tamanho da placa: Para o tamanho, é recomendável que um tamanho de painel maior que 50 x 50 mm e menor que 280 x 280 mm seja adotado. Os tamanhos mínimo e máximo variam de máquina para máquina, mas manter as dimensões dentro desse intervalo garante compatibilidade com a maioria das linhas de montagem e facilita o manuseio das placas durante a produção. Onde os componentes são particularmente pesados ou as conexões entre placas são fracas, os painéis menores são melhores.
Margens do ferramental: Recomenda-se uma largura da margem do ferramental de pelo menos 5 mm em pelo menos dois lados opostos (de preferência ao longo dos lados mais longos) para facilitar o manuseio e aumentar a resistência do painel. Normalmente, os fiduciais do painel são adicionados aos três cantos do painel nas margens da ferramenta para o registro da máquina.
Posicionamento do componente: cortes em V e orifícios / guias de carimbo não devem ser adicionados perto dos componentes. A tensão aplicada às placas durante o despanelamento pode facilmente fraturar o componente ou a junta de solda. Componentes especialmente frágeis, como capacitores de cerâmica, a 5 mm da borda da placa devem ter cuidados especiais. Uma ranhura de fresagem pode ser introduzida diretamente ao lado do componente se você usar cortes em V para evitar pontos de alta tensão.
O método de despanelamento: O método adotado para separar as placas após a montagem também desempenha um papel fundamental nas decisões iniciais de projeto. Cortes em V? Abas e orifícios para carimbos? Manualmente? Automatizado? Se estiver usando uma máquina de despanelamento, por exemplo, as tábuas devem ser espaçadas e dispostas de forma que a lâmina possa passar facilmente sem bater nos obstáculos. Os painéis também devem ser projetados para permitir que o painel seja facilmente desmontado após a montagem.
Se o painel for desmontado manualmente, os cortes em V e os orifícios / abas de carimbo não devem ser adicionados próximo aos componentes, pois a tensão aplicada às placas durante a dobra pode facilmente fraturar o componente ou a junta de solda. Componentes especialmente frágeis, como capacitores de cerâmica, devem estar a pelo menos 5 mm de distância do corte em V ou da aba.
Considerações sobre a fabricação de placas de circuito impresso: Um exemplo notável: para fazer furos castelados ou meios furos galvanizados, os furos precisam estar nas bordas externas do painel (para processos de imersão) ou roteados (para meios furos roteados). Isso geralmente significa que essas arestas são reservadas e não podem ter cortes em V ou abas através delas, portanto, podem influenciar fortemente o design do painel. Algumas pessoas podem dizer que um tabuleiro quadrado com meios orifícios castelados nos quatro lados não pode ser revestido, mas um pouco de criatividade sugere o contrário.
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