Zasady właściwego przygotowania projektów obwodów drukowanych do produkcji

Zasady właściwego przygotowania projektów obwodów drukowanych do produkcji 1. Wstęp 2. Format danych 2.1. Uwagi natury ogólnej 2.2. Metody dostarczania dokumentacji 3. Obróbka mechaniczna obwodów drukowanych 3.1. Wiercenie (CNC) otworowanie 3.2. Rylcowanie (CNC) 3.3. Frezowanie (CNC) 3.4. UłoŜenie płytek w panelu 4. Powłoki zewnętrzne i operacje dodatkowe 4.1. Maska przeciwlutownicza 4.2. Maska zrywalna 4.3. Pasta grafitowa wykonana technologia sitodruku 4.4. Opis 4.5. Maska zatkanych przelotek 4.6. Złocenie chemiczne obwodu 4.7. Fazowanie 5. Umieszczanie oznaczeń na płytce 6. Krytyczne parametry mozaiki 7. Pozostałe informacje 7.1. Testowanie 7.2. Dane dotyczące laminatów 8. Układy w obudowie BGA, dwustronny montaŝ SMD 9. Obwody drukowane dwustronne 10. Obwody drukowane wielowarstwowe 10.1. Uwagi ogólne dotyczące obwodów wielowarstwowych 10.2. Obróbka mechaniczna obwodów wielowarstwowych 10.3. Budowa przykładowych płytek wielowarstwowych 11. Obwody drukowane jednostronne 12. Szablony do nakładania pasty lutowniczej 12.1. Szablony do nakładania pasty lutowniczej 0,15 mm 12.2. Szablony do nakładania pasty lutowniczej 0,10 mm 12.3. Laserowe szablony do nakładania pasty lutowniczej 1

Informacje technologiczne dotyczące produkcji obwodów drukowanych w Techno-Service S.A. 1. Wstęp Zajmujemy się produkcją obwodów drukowanych głównie dwustronnych i wielowarstwowych oraz w mniejszej skali obwodów jednostronnych, na podstawie dokumentacji technicznej dostarczonej przez Klienta. Dokumentacje sporządzoną według przyjętych w przemyśle standardowych formatów przyjmujemy wyłącznie w postaci elektronicznej. 2. Formaty danych Prosimy o dostarczenie projektów obwodów w poniŝszych formatach: Gerber RS274-X (Extended Gerber); Gerber RS274-D; Excellon; Sieb&Meyer; ODB++; pliki *.brd programu Eagle dla obwodów co najwyŝej 4-warstwowych. Dane projektowe podziel na trzy części: 1. Sieć połączeń, maski, opisy: W preferowanym formacie Gerber RS274-X z definicjami apertur zapisanymi bezpośrednio w pliku; W formacie Gerber RS274-D z definicjami apertur w oddzielnym pliku (niezbędnym w tym przypadku) w postaci: Kod apertury Kształt Wymiar (X,Y) D12 Rectangle 12 x 30 D13 Round 10 x 10 D14 Square 6 x 8 Określając kolejności wymiaru kształtu traktujemy pierwszy wymiar jako wymiar względem osi X, a drugi jako wymiar względem osi Y, chyba, Ŝe otrzymamy od Ciebie inne wytyczne. Wymiary w obrębie całej tabeli powinny być przedstawione w jednakowych jednostkach, np. milsach. 2. Otworowanie: W formacie Excellon preferowany; W formacie Sieb&Meyer; W formacie Gerber z określeniem średnic; W przypadku ślepych przelotek przygotuj dwa pliki (programy wierceń) z otworami przelotowymi i ślepymi. 3. Obróbka mechaniczna (frezowanie, rylcowanie, itp.): W formacie Excellon preferowany; W formacie Gerber z określeniem średnic dla frezowania; Zwymiarowany rysunek techniczny; W formacie Sieb&Meyer; W plikach PDF, JPG, GIF, BMP, lub innych standardowych plikach graficznych. 2

Dokumentacja przygotowana zgodnie z naszymi wymogami pozwoli skrócić czas produkcji i wyeliminować ewentualne błędy. 2.1. Uwagi ogólne Zalecamy zamieszczanie na poszczególnych warstwach napisów, które pomogą rozwiać ewentualne wątpliwości przy określeniu tego co przedstawia dana warstwa. MoŜesz takŝe opisać w oddzielnym pliku, który plik Gerber odpowiada danej warstwie. Do obróbki mechanicznej dołącz obrys płytki zdefiniowany na osobnej warstwie oraz rysunek z dokładnymi wymiarami (dotyczy to szczególnie obwodów, których kształt nie jest prostokątny i wymaga frezowania kształtowego oraz obwodów zawierających wycięcia). Podane przez Ciebie średnice otworów są traktowane jako średnice końcowe. Minimalne końcowe średnice otworów metalizowanych nazywanych dalej PTH (Plated Through Hole) są uwarunkowane grubością laminatu, co przedstawiliśmy w poniŝszej tabeli: Grubość laminatu [mm] Minimalna dopuszczalna średnica otworu PTH po metalizacji [mm] 1,55 0,2 2,0 0,3 2,4 0,4 3,0 0,5 3,2 0,55 Pamiętaj: Otwory PTH są zawsze wiercone wiertłem o 0,1 mm większym niŝ średnica otworu końcowego. Wszelkie komentarze do zbiorów dostarcz korzystając z jednego z wymienionych sposobów: a) poprzez formularz zamówienia lub zapytanie ofertowego na naszej stronie internetowej www.pcb-technoservice.eu; b) przesyłając wypełnioną Kartę Technologiczną; c) zamieszczając informację w osobnym pliku tekstowym dołączonym do zbiorów projektu. 2.2. Dostarczanie dokumentacji Poprzez stronę www.pcb-technoservice.eu i formularz ZłóŜ zamówienie oraz Zapytanie ofertowe ; Pocztą elektroniczną Płyta CD, pendrive - w przypadku wizyty osobistej w Biurze Obsługi Klienta. Zwróć szczególną uwagę na stosowane nazwy obwodów drukowanych, których maksymalna długość nie powinna przekroczyć 10 znaków i powinna ulec zmianie wyłącznie w przypadku wprowadzenia jakichkolwiek zmian w projekcie obwodu. Pomocne będzie wprowadzenie oznaczeń kolejnych wersji płytki (np. PCB/1, PCB/2 lub PCB/a, PCB/b ), co pozwoli na unikniecie ewentualnych pomyłek. 3

3. Obróbka mechaniczna obwodów 3.1. Wiercenie (CNC) otworowanie Minimalny otwór dla obwodów standardowych: 0,2 mm; Standardowa średnica otworu: 0,4 mm; Tolerancja otworów niemetalizowanych nazywanych dalej NPTH (Non Plated Through Hole): ±0,1 mm; Tolerancja otworów PTH: +0,10/-0,05 mm; Otwory o średnicy większej niŝ 6 mm są frezowane. Średnica padu większa od średnicy otworu interpretujemy jako otwór metalizowany PTH. Wszelkie pady oraz obszary miedzi ( masa ) pod otworami NPT zostaną wycięte, przy zachowaniu odległości 6 milsów (Rys. 1). Jeśli w projekcie występują otwory niemetalizowane oznacz je wyraźnie w sposób niebudzący wątpliwości: w pliku wierceń, Karcie Technologicznej, oddzielnym pliku tekstowym. Przykład oznaczenia otworów niemetalizowanych otwór oznaczony jako NPTH (a) (b) Narzędzie T04 T05 Opis niemetalizowany (NPTH) metalizowany (PTH) lub Średnica otworu Opis 0,5 mm niemetalizowany (NPTH) 0,6 mm metalizowany (PTH) otwór oznaczony jako NPTH 6 milsowe wycięcie W przypadku braku załączonego opisu otworów, postępujemy zgodnie z zasadami: Brak padu w miejscu otworu otwór jest interpretowany jako NPTH; Średnica padu mniejsza od lub równa średnicy otworu otwór jest interpretowany jako NPTH; (c) (d) Rys. 1. Wycinanie miedzi spod otworów NPTH. Widok mozaiki w plikach klienta (a,c) oraz po wycięciu miedzi wokół otworu NPTH (b,d). 4

W przypadku, gdy w projekcie nie moŝemy być wstawione takie wycięcie, naleŝy to wyraźnie oznaczyć wstawiając przypis: otwór niemetalizowany bez wycinanie miedzi. W taki przypadku dochodzi dodatkowa operacja wiercenia przed trawieniem. Parametry mostków (Rys. 2). a) 3.2. Rylcowanie (CNC) Minimalna odległość miedzi (ścieŝek, padów, masy itp.) od linii rylcowania jest uzaleŝniona od grubości laminatu: Grubość laminatu [mm] Minimalna odległość miedzi od linii rylcowania [mm] 0,55 0,15 0,8 0,2 1,0 0,25 1,55 0,4 2,0 0,5 2,4 0,6 Najcieńszy laminat do rylcowania dwustronnego: 0,8 mm; Laminat o grubości mniejszej niŝ 0,8 mm jest rylcowany tylko z jednej strony; Rylcowanie moŝe przebiegać tylko wzdłuŝ linii prostych. 3.3. Frezowanie (CNC) Tolerancja frezowania: ±0,10 mm; Standardowe frezowanie: frez o średnicy 2 mm (płytki w panelu z mostkami trzymającymi do wyłamania); Dostępne średnice frezów [mm]: 0,8, 1, 1,2, 1,5, 2, 2,4; Minimalna odległość ścieŝek od krawędzi płytki: 0,25 mm; Odległość miedzy małymi płytkami (mniejszymi niŝ 40 mm) musi wynosić co najmniej 7 mm; b) Rys. 2. Parametry mostków w przypadku, gdy pady i ścieŝki znajdują się przy krawędzi obwodu (a) oraz braku padów i ścieŝek przy krawędzi obwodu drukowanego (b). PołoŜenie mostków na panelu i ich typ dobieramy tak, aby zachować minimalną odległość od ścieŝek, padów i mas na płytce od krawędzi otworów perforacji: - 6 milsów dla płytek dwustronnych - 10 milsów dla płytek wielowarstwowych. 3.4. UłoŜenie płytek w panelu Zalecamy umieszczanie w panelach duŝych serii płytek o małej powierzchni; 5

Jeśli co najmniej jeden bok płytki jest krótszy niŝ 30 mm, to płytki musza być wykonane w panelu; W przypadku płytek o prostokątnym obrysie zalecamy umieszczanie płytek w panelu na styk z rylcowaniem (nacinaniem z obu stron laminatu umoŝliwiającym wyłamanie) (Rys. 3.); PCB_1 płytki ułoŝone na styk marginesy, typowo 5-10 mm PCB_2 linie rylcowania Układając płytki w panel frezowany z trzymaniami stosujemy otwory pomocnicze (perforacje) tak, aby ułatwić wyłamywanie z panelu (Rys. 4.). PCB_1 płytki ułoŝone z odstępem 2 mm marginesy, typowo 5-10 mm PCB_2 linie frezowania (śr. frezu 2 mm) PCB_3 PCB_4 PCB_3 PCB_4 PCB_5 PCB_6 PCB_5 PCB_6 PCB_7 PCB_8 PCB_7 PCB_8 PCB_9 PCB_10 PCB_9 PCB_10 Rys. 3. Panel rylcowany, z marginesami, dla obwodów o prostokątnym kształcie. Rys. 4. Panel frezowany z mostkami dla obwodów o prostokątnym kształcie. 6

4. Powłoki zewnętrzne i operacje dodatkowe 4.1. Maska przeciwlutownicza Standardowy kolor maski zielony nakładanie metodą kurtynową; Oferujemy takŝe inne kolory masek: biały, czerwony, niebieski i czarny, które nakładane są technologią sitodruku; Przy grubości miedzi większej niŝ standardowa (35 µm) maska nakładana jest technologia sitodruku; Minimalną grubość warstwy mierzona od krawędzi ścieŝki 10 µm. Dostępne kolory opisu: biały (standard), Ŝółty, czarny; Inne kolory na Ŝyczenie Klienta; Prawidłowe i nieprawidłowe przygotowanie warstwy z opisem (Rys. 5). Opis nachodzący na pady punkty lutownicze zostanie usunięty. 4.2. Maska zrywalna Grubość maski ok. 0,3 mm; Maksymalna średnica otworu moŝliwego do zakrycia maską 2 mm; Maską zrywalną pokrywamy tylko otwory metalizowane, nie przekraczające jednak średnicy 2 mm. Otwory o większej średnicy mogą nie zostać całkowicie zakryte maska zrywalną; Maska zrywalna nakładana jest na gotowe płytki i panele. 4.3. Pasta grafitowa - nakładanie technologią sitodruku Elementy na masce grafitowej naleŝy powiększyć o 10 milsów w stosunku do elementów mozaiki. Odsłonięcie na masce musi odkrywać cała powierzchnie elementu grafitowanego! 4.4. Opisy Minimalna szerokość linii opisowej wynosi 6 milsów; (a) Rys. 5. Prawidłowe (a) oraz nieprawidłowe przygotowanie warstwy opisu (b). 4.5. Maska zatkanych przelotek Na masce umieszcza sie otwory, które maja być zatkane; Zatkane mogą być otwory o średnicach z zakresu od 0,5 mm do 0,9 mm. 4.6. Złocenie chemiczne obwodu Grubość powłoki niklowej: 5 µm; Grubość powłoki złota: 0,1 µm 0,2 µm. (b) 7

4.7. Fazowanie Wykonywane jest typowo dla złącz krawędziowych na całej długości płytki pod katem 45 stopni (Rys. 6). 1. Jeśli α=45, to X=0,675 mm; 2. Jeśli α=30, to X=1,17 mm. Sposób przygotowywania kontaktów dla złącza krawędziowego (Rys. 7). Rys. 7. Przygotowanie pól kontaktowych złącza krawędziowego. Y = D/2 d/2 β = 90 o α X = Ytgβ 5. Umieszczanie oznaczeń na płytce Na Ŝyczenie Klienta na obwodach umieszczamy certyfikat niepalności UL (Underwriter Laboratoratories) oraz datowanie łącznie z naszym logo. Oznaczenia wstawiamy na wskazanym przez Ciebie miejscach lub standardowo na opisie lub masce od strony TOP. Dla obwodów bez maski i opisu oznaczenia umieszczamy na mozaice. W przypadku umieszczania na obwodach drukowanych znaku UL, niezbędne jest, abyś wskazał miejsce oraz warstwy, na której ma być on zamieszczony. W przeciwnym razie znak umieszczony zostanie w optymalnym, wybranym przez nas miejscu (na opisie bądź na masce). Rys. 6. Fazowanie krawędzi płytki. Standardowo d = 0,2 mm. Jeśli D = 1,55 mm to: Znak UL umieszczamy według następującego wzoru: D1 dla obwodów dwustronnych; 8

M1 M2 dla obwodów wielowarstwowych. dla obwodów wielowarstwowych o podwyŝszonym TG>150. 6. Krytyczne parametry mozaiki Minimalna średnica padu: średnica otworu + 0,4 mm; Odległości minimalne pomiędzy elementami (Rys. 8): B C D A E Rys. 8. Oznaczenia minimalnych odległości (ścieŝki koloru zielonego, pady koloru Ŝółtego). Minimalny rozmiar pierścienia ( E na rys. 8) wynosi 6 milsów na warstwach zewnętrznych. Dla obwodów 4-warstwowych minimalny rozmiar pierścienia na warstwach wewnętrznych wynosi 8 milsów, natomiast dla obwodów o większej liczbie warstw wynosi co najmniej 10 milsów. Minimalne parametry mozaiki dla końcowej miedzi 35 µm. Wartość dla obwodów Opis jednostronnych / dwui wielowarstwowych Odległość między padami 5 mils / 4 mils A Odległość między padem a ścieŝką 5 mils / 4 mils B Odległości między ścieŝkami 5 mils / 4 mils C Minimalna szerokość ścieŝki 5 mils / 4 mils D Minimalne parametry mozaiki dla końcowej miedzi 70 µm. Wartość dla obwodów Opis jednostronnych / dwui wielowarstwowych Oznaczenie na rysunku Oznaczenie na rysunku Odległość między padami 8 mils / 5 mils A Odległość między padem a ścieŝką 8 mils / 5 mils B Odległości między ścieŝkami 8 mils / 5 mils C Minimalna szerokość ścieŝki 10 mils / 5 mils D Minimalne parametry mozaiki dla końcowej miedzi 105 µm. Wartość dla obwodów Opis jednostronnych / dwui wielowarstwowych Oznaczenie na rysunku Odległość między padami 12 mils / 8 mils A Odległość między padem a ścieŝką 12 mils / 8 mils B Odległości między ścieŝkami 12 mils / 8 mils C Minimalna szerokość ścieŝki 14 mils / 10 mils D 9

7. Pozostałe informacje 7.1. Testowanie Zalecamy testowanie obwodów drukowanych w przypadku projektów: z dwustronnym SMD; Obligatoryjnie testujemy obwody wielowarstwowe, z układami BGA, z minimalnymi szerokościami ścieŝek oraz odległościami mniejszymi od 6 milsów, z pastą grafitową oraz z maska w kolorze innymi niŝ zielony. 7.2. Dane dotyczące laminatów Grubość laminatu bazowego [mm] Maksymalne skręcenie i wygięcie produkowanych obwodów drukowanych (IPC-D-300): 0,2 2 %; Tolerancje grubości oferowanych laminatów przedstawiono w tabeli zamieszczonej poniŝej. Grubość miedzi bazowej [mm] Suma grubości nałoŝonych powłok z dwóch stron (standard) [mm] Tolerancja laminatu +/- [mm] Dopuszczalny zakres grubości gotowych obwodów [mm] min. max. 0,8 0,018 0,1 0,07 0,86 1,01 1 gr. Cu 0,1 0,09 1,01 1,19 1,55 wliczona w laminat 0,1 0,13 1,52 1,78 2 bazowy 0,1 0,17 1,93 2,27 8. Układy w obudowie BGA Układy w obudowie typu BGA (Ball Grid Array) są układami do montaŝu powierzchniowego (Rys. 9, 10). Rys. 9. Wygląd obudowy BGA. Ze względu na to, iŝ piny tych układów są wyprowadzone pod układem, stwarza to wiele zagroŝeń podczas wytwarzania obwodu drukowanego i montaŝu elementu na płytce. Jednym z największych zagroŝeń jest odmaskowanie sąsiadujących z punktami lutowniczymi przelotek i ścieŝek, co po lutowaniu układu powoduje zwarcia. Układ taki po zmontowaniu jest praktycznie nie do odzyskania, dlatego waŝne jest zachowanie podanych poniŝej parametrów. 10

BGA Obwód drukowany Rys. 10. Układ BGA przylutowany do obwodu drukowanego. Uwaga! Obwody drukowane z BGA oraz µbga wykonywane są wyłącznie ze złoceniem chemicznym. Przelotki pomiędzy punktami lutowniczymi układu BGA muszą będą zamaskowywane (Rys. 11). W przypadku płytek z dwustronnym SMD zalecane jest wskazanie strony przeznaczonej do montaŝu z uŝyciem kleju, w celu uzyskania odpowiedniej powierzchni cyny (wyjątek stanowią obwody ze złoceniem chemicznym). Rys. 11. Parametry dla obudowy BGA. 9. Obwody drukowane dwustronne Maksymalny wymiar obwodu dwustronnego: 465 x 583 mm; Dostępne grubości laminatu: standardowe: 0,80 mm, 1,0 mm, 1,2 mm, 1,55 mm; inne (na Ŝyczenie Klienta): 0,55 mm, 2,0 mm, 2,4 mm, 3,2 mm. Laminaty o grubości innej niŝ 1,55 mm są standardowo dostępne dla zleceń prototypowych i małoseryjnych. W przypadku zamówień na duŝe ilości koniecznie kontaktuj się z nami w celu ustalenia moŝliwego terminu realizacji zamówienia nietypowego. 11

Grubość folii miedzianej: standardowa: obwody dwustronne 18 µm, obwody jednostronne 35 µm; inne (na Ŝyczenie Klienta). Maksymalne skręcenie i wygięcie obwodów drukowanych (IPC-D-300): 0,2 2 %. 10. Obwody drukowane wielowarstwowe 10.1. Uwagi ogólne dotyczące obwodów wielowarstwowych Płytki wielowarstwowe ze względu na swoja specyfikę zasługują na kilka dodatkowych uwag. Wykonanie płytek wielowarstwowych wymaga duŝo większej precyzji w porównaniu do technologii dwuwarstwowych. Szczególna uwagę naleŝy przywiązać do stosunek średnic padów i średnic otworów (rozmiarów pierścieni). Zbyt mała róŝnica często moŝe prowadzi do zwarć w płytce. Odpowiednie wartości średnic padu D, antypadu D i otworu d (Rys. 12). d D d (a) D (b) Rys. 12. Średnice otworów i padów (a) oraz antypadów (b). Dla obwodów 4-warstwowych minimalna odległość D-d = 0,4 mm (16 mils), co przekłada się na pierścienie o rozmiarach 8 milsów. 12

Dla obwodów 6 i 8-warstwowych minimalna odległość D -d = 0,5mm (20 mils), co przekłada się na pierścienie o rozmiarach 10 milsów. Obwody wielowarstwowe wykonywane są zawsze z testowaniem elektrycznym. 10.2. Obróbka mechaniczna obwodów wielowarstwowych Maksymalny wymiar obwodu drukowanego wielowarstwowego: 421 x 573 [mm]; Standardowa końcowa grubość laminatu 1,55 mm ±10%. Inna grubość laminatu na Ŝyczenie Klienta; Standardowa końcowa grubość folii miedzianej: warstwy zewnętrzne oraz wewnętrzne 35 µm. Inna grubość miedzi na Ŝyczenie Klienta; Minimalne odległości: dla warstw zewnętrznych 5 milsów, dla warstw wewnętrznych 6 milsów. Minimalna odległość masy, ścieŝki lub padu od krawędzi płytki wynosi 0,5 mm (20 milsów). 10.3. Budowa przykładowych płytek wielowarstwowych Standardowe budowy obwodów (Rys. 14, Rys. 15, Rys.16). Rys. 14. Obwód drukowany 4-warstwowy. Określ czytelnie kolejność złoŝenia warstw (Rys. 13.), np. poprzez nazwę plików warstw, np.: Pcb.gtl, Pcb.g1, Pcb.g2, Pcb.gbl Rys. 13. Kolejność warstw obwodu wielowarstwowego. Wszystkie warstwy (podobnie jak dla płytki dwustronnej) muszą być zawsze przygotowane w widoku od strony elementów (Top). Rys. 15. Obwód drukowany 6-warstwowy. 13

maksymalna szerokość: 350 mm; materiał: stal kwasoodporna; oznaczenie według DIN: X12 CrNi 177; termin realizacji: 10 dni standard. 12.2. Szablony do nakładania pasty lutowniczej 0,10 mm: szablon grubość: 0,10 mm (trawiony); maksymalna rozmiar: 420 x 550 mm; materiał: hartowana folia ze stali nierdzewnej; termin realizacji: 10 dni standard. 12.3. Laserowe szablony do nakładania pasty lutowniczej: Rys. 16. Obwód drukowany 8-warstwowy. 11. Obwody drukowane jednostronne szablon grubość: 0,03 mm do 0,40 mm; materiał: stal nierdzewna; dokładność połoŝenia: ±5 mikronów; rozdzielczość: 0,5 mikronów; minimalny pad 100 mikronów; termin realizacji: 10 dni standard. Maksymalny wymiar obwodu jednostronnego: 435 x 583 [mm]; Minimalna i standardowa szerokość ścieŝki: 6 milsów; Minimalna i standardowa odległość miedzy ścieŝkami: 6 milsów; Minimalna średnica pola lutowniczego: średnica otworu + 0,4 mm. 12. Szablony do nakładania pasty lutowniczej 12.1. Szablony do nakładania pasty lutowniczej 0,15 mm: szablon grubość: 0,15 mm (trawiony); 14