Projetando para Fab: um heads-up antes de criar PCBs para montagem profissional
criando PCBs para montagem é fácil, certo? Nós apenas esguicha todas as pegadas em um layout da placa, conecte todos os traços, envie os gersos e arquivos de posição, e estamos prontos para a direita?
Whoa, segure o telefone, lá, jovem ladino! Assim como podemos hackear algum código fonte de trabalho com variáveis nomeadas após nossos melhores amigos, também podemos projetar nossos PCBs de maneiras que o tornam bastante difícil de montar.
No entanto, seguindo as especificações de design acordadas, nos colocaremos no caminho certo para o sucesso com a montagem automatizada. Se quisermos outra parte colocar componentes em nossas placas, precisamos comunicar claramente as etapas necessárias para chegar lá. A melhor maneira de fazê-lo é seguindo os padrões.
Orientação adequada de pegada
Agora, por um momento, vamos nos imaginar como a ideia de uma ferramenta de pickup a vácuo em uma máquina de pick-and-lugar. Essas ferramentas são criadas para pegar componentes no carretel de seu centróide e planejá-los em seu padrão de terra correspondente. parece bastante simples, certo? É, fornecido que projetamos nossas pegadas sabendo que um dia chegará cara a cara com a máquina de pick-and-place.
Para obter do carretel ao conselho, nós, os designers, precisamos de dois bits de informações da folha de dados de saída: a parte centróide e a orientação do bobina.
A parte centróide é uma localização X-Y que chama o centro de massa da peça. Geralmente conta a máquina: “Pegue-me daqui!” Como designers, é nossa responsabilidade projetar todas as nossas pegadas, de modo que a origem da pegada esteja definida no centróide da parte. Se esquecemos de fazê-lo, o pick-and-place tentará sugar nossas partes de um local que não pode ficar muito bem ao pacote, como: o canto.
Crédito da imagem: Maxim integrado
A orientação de bobina é a orientação em que a parte repousa dentro do carretel. Para máquinas pick-and-lugar, os bobinas normalmente são carregados no fabricante em apenas uma maneira. Peças que vivem naquele carretel, porém, poderiam ser orientadas de uma das quatro maneiras – com o PIN 1 em um dos quatro quadrantes.
Mais uma vez, como designers, é nossa responsabilidade projetar todas as nossas pegadas, de modo que a orientação da pegada corresponda às do carretel, em relação à da direção do alimentação. Em poucas palavras, só precisamos ter certeza de que o PIN 1 no nosso design de pegada corresponde ao mesmo quadrante que o PIN 1 no carretel quando ele é executado pela máquina.
PIN 1 no quadrante 1
Parece fácil, certo? Normalmente, estamos com sorte; Esses dois bits de informação estão na folha de dados da peça. Infelizmente, porém, nem sempre é o caso. Às vezes, a folha de dados principal de um IC não pode consistir na orientação do bobina. Para essa informação, eles geralmente encaminham-lhe uma folha de dados diferente com informações de rolo para um determinado tipo de pacote. Como exemplo, observe as informações do D-Pak Reel [PDF] na página de diodo do Vishay.
Essa prática de dividir informações de bobina em um doc separado é geralmente preguiça de parte do fornecedor. Eu posso ouvi-los agora: “Por que colocar as informações de carretel em todas as datasheet de cada parte quando podemos apenas colocá-lo em uma folha de dados separada que só passa a informação de reel correspondente a um tamanho de peça específica?” No entanto, enquanto essa prática pode nos enviar uma caça de perseguição selvagem para apenas um trecho de informação, é sempre listado. Mais cedo ou mais tarde, alguém precisará em massa produzir um produto com parte de um fornecedor, e essa informação de orientação é crucial para a montagem.
Ambigüidades inevitáveis de pegadas:
Crédito da imagem: digikey
Contra todas as probabilidades, algumas partes ainda não têm uma maneira clara de indicar sua orientação. Essas partes são geralmente passivas polarizadas (caps e diodos) com pegadas simétricas. Verifique este pacote de caçador fora:
Este capacitor (PN: t55p475m010c0200) é polarizado, mas tem um padrão de terra 0805, que é simétrico (sem amortização). Assumindo que a casa de montagem do PCB obtém o arquivo de posição padrão com a transformação de peça e os arquivos gerber, eles têm informações suficientes para descobrir qual caminho a tampa deve ir? A menos que haja uma orientação inadimplente mutuamente acordada – eles não fazem!
Aqui está o negócio: tecnicamente, a especificação do IPC-7351 tem uma orientação “pin-1” definida para esses componentes que devem corresponder à orientação do bobina. Esta especificação, que discutimos na seção acima, deve apagar quaisquer ambiguidades. A questão, porém, é que nós, como fabricantes de bibliotecas de pegadas, não estão em tais restrições para seguir a especificação. Quando estamos criando a pegada da biblioteca, podemos colocar Pin-1 em qualquer quadrante que queremos! Aqui, querido designer PCB, encontra o perigo de importar alguma biblioteca de pegada de Chum aleatória on-line. A menos que verifiquei cada pegada, não temos garantia de que o dito que Chum projetou as pegadas para seguir a especificação do IPC-7351.
Quando há alguma dúvida, você provavelmente precisará ajudar sua casa de montagem a sair com alguns gráficos informativos que mostram a orientação adequada. Uma captura de tela do layout da placa com algumas etiquetas deve do.
Working with parts that actually Exist
Depending on our design software, often we work with schematic symbols that are tied to parts with certain part numbers. other times, we can work with strictly symbols and then fill those symbols in with actual part numbers later. If you’re in the second camp, heads-up: before jumping to the layout, be sure that these symbols are associated to footprints that actually match real life parts.
Want an 10 uF ceramic capacitor with an 0805 footprint, an X7R temperature coefficient and a 25 V rating? que pena! Shoulda’ dug through the Digikeys to see if such a part existed in the first place. In this case, it actually doesn’t.
The risk here is fairly low, but there’s still a chance to assume that a certain resistor of a certain tolerance and power rating will come in the footprint that we expect. In practice, the one place where this might trip us all up is when we punch numbers into an active filter designer tool and get impossible resistor and capacitor values. Be sure to check that these values exist first!
BOM Export
There are two major options for actually getting the components to the manufacturer: either turnkey (assembly house fetches the parts) or consignment (you supply parts to the vendor, normally on reels). considering that the assembly house knows the ins-and-outs of their maker far better than we do, assembly houses that offer both normally like turnkey. Nevertheless, ask!
Regardless of which process you use, you’ll still need a BOM to tell the vendor what reference corresponds to what part. Each assembly house is different and your BOM might not emerge in a format that’s to their liking. Generally, though, I suggest re-jiggering your BOM such that it’s organized by special components (i.e: all references should be consolidated into one field). Por quê? If we imagine ourselves on the assembly end, we need to load our maker with reels of identical components. getting a BOM from a customer that’s organized by special component easily lets us identify the number of reels that will need to be loaded into the pick-and-place machine. Again, when in doubt, ask the assembly house how they like their BOMs.
Marking DNPs
Occasionally, you’ll have a few components that just aren’t meant to be populated. in that case, simply omit them from both the BOM and the position file, and assembly house will safely neglect them.
Fiducials
Fiducials serve as coordinate reference points for the pick-and-place maker that’s loading your part. In a nutshell, the maker that’s placing these parts needs to superimpose a coordinate frame on top of the PCB such that part coordinates match up with the right spots on the board. two fiducials minimum are needed to do this.
These points let the maker calculate the actual board orientation using trigonometry. place them as close to the board edge as possible, in opposite corners. The exact placement doesn’t matter, but the farther the two points are from each other, the less error in overlaying the coordinate frame. three fiducials placed as closely to the corners as possible will also let the maker calculate any skew in the actual PCB layer that may have been introduced when it was being fabricated, although it’s normally not necessary.
Final Footprint size Checks
Check Your Footprints
Getting boards set up costs time (sometimes 2 weeks–ouch) and money (from a few hundred to a few grand). Double-checking ourselves might cost us a few hours, but it’s a lot more than worth the two-week wait if we find bugs. just before we send out the board files for fab, I suggest printing the copper and silkscreen layers at 1x scale on a piece of paper. Then, with the actual components in-hand, put them on a scale image and make sure that, indeed, the footprint pattern checks out OK.
What’s crucial here is that we catch any part sizing issues before the board gets fabbed. This step is especially crucial if you made any custom-made footprints or downloaded some chum’s footprints off the wild web. Nevertheless, it’s helpful even if you’re pulling footprints from valid sources. In my mishap here, I just selected the wrong footprint.
Go Where No young Rogue has Gone Before
Here on Hackaday, we love the one-off: the Microwave that cries like a Windows XP or the portable console mod that lets us take our GameCube on the go. lots of of the triumphs that we feature here are one-offs done by a single engineer — and that’s OK! In those hacks, we don’t need to keep our work tidy. We don’t need to clean up after ourselves in code. If it makes sense to us, it’s all good, right?
Like it or not, there comes a day when we need to do something with our design that, in the basement-hacker’s world, is unspeakable. We need to share it. Sharing might not sound like a big deal, but if we’ve run away from standard practices for too long, we’ll never be able to pull in another after-hours engineers for help. We’ll never be able to communicate with assembly houses or contract manufactures who are meant to be managing some of the heavy-lifting processes for us. want to get a maker shop to cut you parts? looks like we need to learn how to dimension parts with GD&T. want to get your PCBs assembled? better put those centroids in the ideal spot!
Following international design specs actually makes our lives much easier in the long run. If we choose to use the agreed-upon standard practices that our fellow engineers use, we’ll all float on the same boat when we need someone else to assemble our boards. We’ll be speaking the same language, the language of the engineer.
The Pre-Fab Checklist:
If you’re making PCBAs that will be set up professionally, I made a checklist of crucial points to keep in mind. keep in mind that there are tons of these online. I suggest picking one that best matches your CAD tool and workflow.
During Symbol/Footprint library Creation:
Are my library footprints created with the right orientation that matches the reel?
Do my library footprint origins match the centroids of the actual part?
Am I using the full part number that also indicates the package type, if various packages exist?
During Schematic Capture:
Are all my parts stocked by vendors that my PCB Assembly House will use, or will my board have lead time because some parts are not immediately available?
Do I know the specs of my “jelly-bean” components (resistors, capacitors, etc.), just in case my Assembly house wants to suggest alternate components that they already have? (Better: can I somehow add these specs into my BOM?)
Do all my schematic symbols and footprints chosen to match real-life components? (Or did I just put in a capacitor with impossible specs for its size?)
Before PCB Layout:
Design Rules: Did I select trace width, trace spacing, by means of diameter, and by means of hole sizes that are on par with what my maker can actually fab?
After PCB Layout:
Does my completed layout pass the layout Design-Rule Check? If not, can I justify every error that is flagged?
Before sending off for Assembly
(Again) Am I using the full part number that also indicates the package type, if various device packages exist for the same component?
Can I export a BOM in a way the PCB Assembly House likes it? (Usually, by special part number)
Did I remove any DNP components from my BOM and from my position files?
Do I need to clearly indicate the orientation of any ambiguous, polarized components that have symmetric footprints? (Pictures of the layout work here)
Referências
Electronic component Zero orientation for CAD library Construction
the IEC guide to common footprints and what their default orientation must be
The IPC-7351 Spec
Defines specs for creating footprint libraries. (Keepout region, centroid definition)
Design for Manufacture in KiCad part I
A great guide for understanding reel orientation for footprint design.