PCB 設計の問題,解決策,および重要な SMT 要求事項

表面 装着 テクノロジー (SMT) は,電子 機器 の 製造 に 革命 的 な 変化 を 起こし,より 小さく,より 速く,より 信頼 できる デバイス を 実現 し まし た.しかし,SMTの精度は 設計の厳格な要求に伴い 些細な過失でさえ 組立の欠陥を引き起こす可能性があります部品の配置から溶接パスタの適用までPCB設計のあらゆる側面は,シームレスな生産と最適なパフォーマンスを確保するために,SMTの能力に準拠する必要があります..

このガイドでは,SMT製造における一般的なPCB設計問題を特定し,実行可能なソリューションを提供し,重要なSMT要件を概要します.自動車システムこれらの原則を理解することで,再加工を削減し,コストを削減し,製品の質を向上させることができます.

SMT製造における一般的なPCB設計問題
経験豊富な設計者でさえ,SMT用のPCBを最適化する際に課題に直面します.以下は最も頻繁な問題とその根本原因です.
1部品間隔が不十分
問題: 部品が近づいてしまって (辺間が0.2mm未満)
a. リフロー (ショート・サーキット) のときの溶接橋.
(AOIマシンが狭い隙間を解決できない)
c. 再加工中の損傷 (一部を解熱すると隣接する部位が熱くなる危険性がある).
根本的な原因:SMT機械の許容量を無視する (通常はピック・アンド・プレイスシステムでは±0.05mm) または製造可能性よりも小型化を優先する.

2パッドのデザインが悪かった
問題: パッド の サイズ や 形 が 間違っ て いる の は:
a. 溶接接器が不十分 (空腹接合器) または溶接器が多すぎ (溶接球)
b. 墓石 (不均等な溶接流量により,0402レジスタのような小さな部品が1つのパッドから離れる).
c. 熱伝導性が低下 (MOSFETのような電源部品にとって極めて重要です).
根本原因: IPC-7351規格ではなく,部品のサイズとタイプに基づいて最適なパッド寸法を定義する一般的なパッドテンプレートを使用する.

3. 不一致なステンシルアペルチャー
問題: ステンシルアパルチャーサイズが一致しない場合 (溶接パスタを塗るのに使用される) は以下の結果になります.
a. 溶接パスタの容量の誤り (少すぎると乾燥し,多すぎると橋が作られる).
b.パスタの放出が不十分である (BGA 0.4mm などの細角部品のステンシル詰まり).
根本原因: 部品タイプに合わせてステンシルアペルチャを調整できない (例えば,レジスタとBGAの同じアペルチャ比率を使用する).

4信頼証券が不十分である
問題: 欠落したまたは位置が悪い信託 (アライナメントマーカー) は,次の結果をもたらす.
a. 部品の不整列 (特に,0.5mmのピッチを持つQFPのような細角の部品の場合)
廃品の割合は増加しました (業界データによると 大量生産では最大15%です)
根本的な原因: 自動化システムにおける信託の重要性を過小評価し,PCB曲線やパネルの不整列を補うためにそれらを頼りにしています.

5熱管理を無視する
問題:SMT設計では熱散を無視すると,
溶接器の関節疲労 (電圧調節器のような高温部品は,時間の経過とともに溶接器を分解する).
コンポーネントの故障 (ICの指定動作温度を上回る)
根源原因:電源部品の下の熱経路を含まないか,電源平面に銅の重量不足 (2oz未満) を使用する.

6信号の完整性障害
問題:高速信号 (≥100MHz) は以下の症状があります.
a. 隣接する軌跡間 (軌跡幅の3倍未満の距離) のクロスストック.
(b) 阻力不一致 (不一致な痕跡幅または介電体厚さ)
根本的な原因:SMTPCBを低周波設計として扱うこと,信号の整合性が設計上の優先順位ではなく後期的な考えである.

SMT の 設計 問題 の 解決策
これらの 問題 に 対処 する ため に は,設計 規律,標準 に 従い,製造 者 と 協力 する こと が 必要 です.以下 に は 証明 さ れ た 解決策 が 挙げ られ て い ます.
1. コンポーネント間隔を最適化
a.IPC-2221ガイドラインに従ってください:受動部品 (0402以上) と活性部品 (例えばIC) の間には最低0.2mmの距離を保持します.細音BGA (≤0.8mmピッチ) については,距離を0に増やす.4mm ブリッジを避けるために.
(b) 機械の許容量を考慮する: 離位計算に0,1mmのバッファを追加して,ピック・アンド・プレイス・マシンの誤りを考慮する.
c.設計規則を使用する: PCB 設計ソフトウェア (Altium,KiCad) を設定して,リアルタイムで区間違反を表示する.

2. IPC-7351 で Pad デザインを標準化
IPC-7351では,3つのパッドクラス (Class 1:消費者; Class 2:工業; Class 3:航空宇宙/医療) を正確な寸法で定義しています.例えば:

a.カスタム・パッドを避ける: 一般的な"サイズ"のパッドは欠陥率を20%~30%増加させる.
b.細角 IC の角型パッド: ≤0.5mm の角質 QFP の場合,橋梁のリスクを減らすために角型パッドの端は幅の 70% にあります.

3. ステンシル・アペルチャーを最適化する
ステンシル・アパルチャの大きさは,溶接パスタの容量に直接影響します.以下のルールを使用します:
a.パッシブコンポーネント (0402?? 1206): 開口 = パッド幅の80?? 90% (例えば,0402 パッド幅0.30mm → 開口0.24?? 0.27mm).
b.BGAs (0.8mmピッチ): 開口直径 = パッド直径の60~70% (例えば,0.45mmパッド → 0.27~0.31mm開口).
c.QFN: 部品体の下の溶接器の振動を防止するために,ドッグボーン・アペルチャーを使用する.
ステンシル厚さ:ほとんどの部品では0.12mm;パスタの容量を減らすため,細角 (≤0.5mm) の部品では0.08mm.

4. 効果的な信託商標を導入する
a.配置:最適な三角化のために,PCBごとに3つのフィデシャルを追加します.パネルについては,パネルレベルの2〜3つのフィデシャルを追加します.
b.設計: 視力を確保するために,直径1.0~1.5mmの固形銅円を0.5mmのクリアランス (溶接マスクやシルクスクリーンなし) で使用する.
c.材料:AOIカメラを混乱させる可能性があるため,フィデシャルに反射的な仕上げ (例えばENIG) を避ける.HASLまたはOSPが好ましい.

5熱管理を向上させる
a.熱線:電源部品 (例えば電圧調節器,LED) の下に4~6本の線 (0.3mm直径) を配置し,内面の地面平面に熱を転送する.
b.銅の重量: 1W以上を消耗する部品では2oz (70μm) の銅を使用し, 5W以上では4oz (140μm) を使用する.
c. 熱パッド: 露出した熱パッド (例えばQFN) を複数の経路経由で大きな銅面に接続し,コン junction-to-ambient熱抵抗を40%~60%削減する.

6信号の整合性を向上させる
a.制御された阻力: 50Ω (単端) または100Ω (微分) の痕跡を計算機 (例えば,サターンPCBツールキット) を使用して,痕跡幅と介電体厚さを調整する設計.
b.トラス・スペーシング:高速信号 (≥100MHz) のトラス・幅の3倍以上の距離を保持して,クロスストークを減らす.
c. 地面平面: 信号層に隣接する固体地面平面を使用して,帰路とEMIからの防御を提供します.

PCB 設計のための必須 SMT 要求事項
これらの要件を満たすことは,SMTの製造プロセスと機器との互換性を保証します.
1PCB 材料と厚さ
a.基板:ほとんどの用途ではTg ≥150°CのFR-4を使用し,自動車/産業用には高Tg FR-4 (Tg ≥170°C) を使用する (260°Cまでのリフロー温度に耐える).
b.厚さ:標準PCBでは0.8~1.6mm;必要ない限り<0.6mm (リフロー中に曲げやすい) を避ける.
c.交差容量: ≤0.75% (IPC-A-600クラス2) スタンシル接触と部品の適切な配置を確保するため.

2溶接マスクとシルクスクリーン
a.ソルダーマスク:ソルダーマスクの粘着問題を防ぐために,パッドから0.05mmのクリアランスを持つ液体写真可ソルダーマスク (LPI) を使用します.
b.シルクスクリーン:シルクスクリーンは溶接中に汚染を避けるため,パッドから0.1mm離れた場所に保管します.白色または黒色インクを使用します (AOIでは最高コントラスト).

3表面仕上げ
仕上げを選択する

4パネル化
a.パネルのサイズ:SMTマシンの効率を最大化するために標準パネルサイズ (例えば18×24×) を使用する.
b.断片タブ: PCBを2~3タブ (2~3mm幅) で接続し,操作中に安定性を確保します.簡単にデメナリングするためにVスコア (30~50%深さ) を使用します.
c. ツールの穴: SMT 機械の配列のために,パネルの角に 4~6 ツールの穴 (3.175mm 直径) を追加する.

SMTの製造可能性設計 (DFM) 検査
PCB 製造者による DFM レビューは,生産前に問題を見つけ出す.主要なチェックには以下が含まれます:
1部品ライブラリ検証: 足跡がIPC-7351規格に一致することを確認する.
2溶接パスタシミュレーション: ブリッジまたは不十分なパスタを予測するためにソフトウェア (例えば,Valor NPI) を使用します.
3熱プロファイル互換性:PCB材料がリフロー温度 (鉛のない溶接液のピーク245~260°C) に耐えるかどうかを確認する.
4試験点へのアクセシビリティ: 試験点 (0.8~1.2mm直径) が探査機へのアクセスのための部品から≥0.5mm離れたことを確保する.

よくある質問
Q: SMT 欠陥の最も一般的な原因は何ですか?
A: パッドの設計が不十分 (IPC研究によると欠陥の35%),その後,溶接パスタの容量が不十分 (25%).

Q: SMT 設計を簡素化するために鉛溶接を使用できますか?
A:鉛のない溶接剤 (例えば,SAC305) は,ほとんどの市場でRoHSによって要求されますが,鉛溶接剤 (Sn63/Pb37) は,低回流温度 (217°C対217°C対227°C) があります.鉛溶接は 橋や墓石のような 設計上の問題を排除しません.

Q:PCBの曲線は SMTの組み立てにどのように影響するのか?
A: 曲線 >0.75%は,不均等な溶接パスタの適用と部品の不整合を引き起こし,欠陥を20%~40%増加させます.

Q: SMT PCB の最小の痕跡幅は?
A: ほとんどの用途では0.1mm (4mil); 高度な製造能力を持つ細角設計では0.075mm (3mil).

Q: 5Wのコンポーネントに何個の熱線が必要ですか?
A: 1mmの距離を持つ810バイアス (0.3mm直径) が,2ozの銅の地面平面に接続され,5Wの消耗に通常十分です.

結論
SMT PCB 設計には精度,標準の遵守,設計者と製造者の間の協力が必要です. 部品間隔,パッド設計などの一般的な問題に対処することで,基本的SMT要件を満たす欠陥を削減し コストを削減し 市場投入時間を短縮できます
SMTPCBの設計は 機能だけでなく 製造可能性も考慮しますDFM のレビュー に 時間 を 投資 し,IPC の 基準 に 従う こと が より 高額 な 生産 率 と より 信頼 できる 製品 に 利益 を もたらす.