PROIECTAREA ȘI REALIZAREA CABLAJELOR IMPRIMATE FOLOSIND SUPORTUL DE LA ALTIUM DESIGNER [306255]

[anonimizat]:

Ș.l.dr.ing. ALIN MAZĂRE

Ș.l.dr.ing. LAURENȚIU IONESCU

Absolvent: [anonimizat]

2017

CAPITOLUL 1

INTRODUCERE

CABLAJE IMPRIMATE

Un cablaj imprimat ([anonimizat]) are rolul de a susține mecanic și de a [anonimizat], [anonimizat].

1.1.1. Istoric

Dezvoltarea metodelor de realizare a cablajelor imprimate folosite în timpurile noastre a pornit la începutul secolului 20. Încă din 1906, [anonimizat]. Prin 1930, la firma Hesho Werken (Hermsdorf, Germania), se realizau conexiuni prin depuneri de săruri de argint pe plăcuțe ceramice; [anonimizat]. Din această perioadă datează denumirea de conductor imprimat. Toate procedeele inventate până prin 1940 s-au dovedit inaplicabile în practică.

Tehnica cablajelor imprimate se dezvoltă după ce în 1943, Eisler, [anonimizat] a [anonimizat] a unei folii de cupru lipită pe suport izolant. Invențiile lui Eisler stau la baza majorității tehnologiilor actuale de fabricație a cablajelor imprimate. [anonimizat] o mare răspândire abia după 1952 – 1953, dar în prezent probabil că nu există echipamente electronice care să nu folosească cablaje imprimate.

Inițial, [anonimizat]-ul avea găuri pentru fiecare terminal ce trebuia lipit. [anonimizat]. [anonimizat]. În 1949, Moe Abramson și Stanislau F. [anonimizat] o metodă prin care terminalele componentelor erau inserate pe o folie de cupru cu un model de interconectare și lipite. Brevetul obținut în 1956 a fost alocat armatei americane. Odată cu dezvoltarea tehnologiilor de imprimare si de gravare a [anonimizat] a evoluat în standardul de fabricare al plăcilor de circuite imprimate cunoscut în ziua de azi. [anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat], de vreme ce găurirea și tăierea terminalelor erau necesare. În anii ’80 [anonimizat]-hole; acest lucru a [anonimizat].

1.1.2. Generalități

Utilizarea cablajelor imprimate constituie actualmente soluția constructivă cea mai performantă și mai răspândită de interconectare a componentelor în circuitele electronice.

Principalele avantaje ale circuitelor imprimate sunt:

realizează o bună densitate de montare a componentelor permițând reducerea volumului și greutății aparatelor electronice;

asigură poziționarea precisă și fixă a pieselor și interconexiunilor acestora în circuite, permițând creșterea fiabilității în funcționare, și reducerea/compensarea cuplajelor parazite dintre componente și/sau circuite;

simplifică și reduc durata operațiilor de montaj facilitând automatizarea acestora, reducând posibilitățile de montare eronată și asigurând un înalt grad de reproductibilitate;

fac posibilă unificarea și standardizarea constructivă a subansamblelor funcționale din structura aparatelor/echipamentelor electronice, permițând interconectarea rapidă, simplă și fiabilă a acestora;

identificarea pieselor și traseelor este ușoară și simplifică depanarea;

consumul de cupru se reduce drastic, conductoarele putând fi dimensionate în funcție de cerințele electrice (intensitate curent, inductanță, rezistență, etc.).

Există totuși și unele dezavantaje ale cablajelor imprimate:

orice modificări ulterioare ale circuitului sunt relativ dificil de realizat;

majoritatea tipurilor de cablaje imprimate sunt sensibile la șoc termic, ceea ce impune unele precauții la lipirea terminalelor componentelor;

pentru a pune în valoare avantajele circuitelor imprimate, execuția acestora trebuie făcută pe mașini, realizarea manuală a acestora nefiind corespunzătoare, cu excepția cablajelor simple.

În prezent, progresele tehnologice au determinat:

ieftinirea cablajelor, a căror utilizare și în montaje experimentale a devenit o obișnuință;

diversificarea tipurilor de cablaje imprimate (simplu strat, multistrat, flexibile), și a tehnologiilor de asamblare;

extinderea tehnologiilor pentru realizarea unor componente imprimate.

ALTIUM

Prezentare firmă

Altium Designer este unul din liderii mondiali în instrumentele de proiectare hardware și software, și în serviciile de proiectare ce vor transforma industria automatizării construcției de electronice (EDA). Începând cu anul 1985, s-a dezvoltat, a creat și a vândut instrumente de proiectare electronică (software și hardware) care ajută designerii de electronice să utilizeze cele mai recente dispozitive și tehnologii, să își gestioneze proiectele în ecosistemele de proiectare și să creeze proiecte inteligente.

Un scurt istoric ce ne arată evoluția firmei Altium:

-1985: Nick Martin își înființează compania creând prima versiune de Altium Designer, numită Protel PCB;

-1988: Altium deschide Protel USA Sales și Support Office lansează AutoTrax;

-1991: Altium își mută sediul central în SUA și lansează Protel for Windows, primul sistem de proiectare PCB ce rulează pe Microsoft Windows;

-1994: EDA / Client (DXP 1.0) Altium propune arhitectura client / server pentru integrarea instrumentelor de proiectare EDA;

-1997: Kayvan Oboudyiat se alătură companiei pentru a planifica și a conduce Altium către succes la IPO la ASX , mai târziu în 1999;

-1998: Altium lansează Protel 98 – suită completă de design pe 32 de biți pentru Microsoft Windows NT / 95/98;

-1999: Altium încheie cu succes IPO și devine o companie cotată la bursă la Australian Securities Exchange (ASX);

-2000: Altium achiziționează ACCEL Technologies, o companie americană de instrumente de proiectare, și își extinde baza de utilizatori;

-2001: Altium achiziționează TASKING, un important furnizor de tehnologie compilatoare de sisteme încorporate;

-2002: Altium lansează Protel DXP – o suită complet integrată de instrumente pentru proiectarea plăcilor cu circuite imprimate (PCB);

-2004: Altium lansează NanoBoard – primul într-o serie de platforme de dezvoltare hardware configurabile;

-2006: Altium lansează Altium Designer 6, primul software de design PCB Native 3D ™ din lume;

-2009: Altium lansează cea de-a treia generație de platforme de dezvoltare hardware configurabile – NanoBoard 3000;

-2009: Altium lansează Altium Designer Summer 09, îmbunătățind semnificativ performanța software-ului său de design 3D PCB nativ;

-2010: Altium achiziționează Morfik Technology pentru a-și susține eforturile de dezvoltare a instrumentelor de dezvoltare a Internetului de lucruri (IoT);

-2010: Altium lansează Altium Designer 10 – noul sistem de proiectare PCB cu tehnologie Vault;

-2013: Altium lansează Altium Designer 13, introducând DXP 2.0, platforma de integrare a generației următoare, care deschide Altium Designer către dezvoltatorii terți;

-2013: Altium lansează Altium Designer 2014, introducând design rigid-flex și îmbunătățind în mod semnificativ performanța și fiabilitatea software-ului său de proiectare PCB;

-2014: Aram Mirkazemi este numit Chief Executive Officer, Altium își detașează divizia HQ și PCB în San Diego, SUA și invită producători de bunuri electronice proeminenți să dezvolte în comun soluțiile IoT în scopul comercializării tehnologiei IoT.

Pachet software

Altium Designer combină o multitudine de caracteristici și funcționalități, printre care:

-Tehnologie avansată de rutare

-Suport pentru proiectarea plăcii rigide-flex de ultimă oră

-Instrumente puternice de gestionare a datelor

-Bibliotecile ECAD conținând peste 300.000 de componente gata de utilizare

-Unelte de reutilizare a designului

-Estimarea și urmărirea costurilor în timp real

-Inteligența dinamică a lanțului de aprovizionare

-Vizualizări 3D native și verificarea clearance-ului

-Instrumente flexibile de gestionare a lansării

LPKF LASER&ELECTRONICS

Prezentare firmă

Stabilită în 1976, în Garbsen, firma LPKF și-a făcut rapid un nume cu ajutorul metodelor neortodoxe de producere a prototipurilor pentru cablajele imprimate. Tehnologia de frezare controlată de calculator a fost stabilită ca o metodă alternativă eficientă și nepoluantă, cum era la acea vreme corodarea. Ceea ce astăzi este un standard, la acea vreme părea o revoluție.

Gama largă de produse LPKF acoperă toate etapele de producție a cablajului unui prototip. Astfel există de la sisteme cu laser până la aparate de frezare semiautomate. În prezent, compania își desfășoară activitatea pe toate continentele, având peste 500 de angajați.

Linie de producție a prototipurilor

Plotter cablaje

Rapide, precise și simple, plotterele de cablaje de la LPKF îndeplinesc cu succes cerințele clienților de mai bine de 30 de ani. Dintre funcțiile aparatelor amintim:

viteza de frezare cuprinsă între 40.000 și 100.000 rpm;

schimbarea automată a uneltelor în timpul producției, cu ajustarea automată a grosimii de lucru;

sistem optic de recunoaștere a fiducialilor, folosit pentru determinarea precisă a poziției cablajului;

particularizarea setărilor pentru depunearea pastei de lipit cu ajutorul dozatorului integrat;

tablă de sucție pentru menținerea într-o poziție fixă a cablajului, asigurând o suprafață plană.

Aplicații ale aparatelor:

cablaje simplu sau dublu placate din diferite materiale;

cablaje multistrat;

decuparea formelor complexe;

cablaje destinate utilizării în domeniul microundelor;

gravarea carcaselor și a panourilor frontale.

Toate plotterele de cablaje LPKF includ un software puternic pentru convertirea fișierelor de fabricare în cablaje reale. Cu ajutorul soft-ului se preiau datele, se editează pentru producție, și se împart în pași ce ghidează utilizatorul în realizarea finală a cablajului.

Metalizare găuri de trecere

Producerea găurilor de trecere metalizate este un pas critic în pașii de producție ai unui cablaj dublu-strat sau multi-strat. LPKF oferă mai multe metode pentru operațiunea de producere a prototipurilor.

LPKF ProConduct este un sistem inovativ pentru metalizare fără a se folosi substanțe chimice. Este ideal pentru loturi mici de prototipuri, pentru laboratoare sau pentru locurile unde nu sunt permise substanțe chimice.

LPKF Contac/MiniContac RS folosește metoda electochimică de metalizare, pentru realizarea trecerilor de înaltă calitate. Metalizarea se poate realiza până la diametre de 0.2mm.

Depunere pastă de lipire

Cu ajutorul LPKF ProtoPrint S pentru depunerea exactă a pastei de lipire pentru componentele SMD. Cu ajutorul aparatului de poate depune pasta de lipire în mai multe zone într-un timp foarte scurt. Se pot folosi SMD-uri cu pasul de 0.3mm, iar cu ajutorul sistemului de reglare pe 3 axe avem o precizie ridicată în depunerea exactă a pastei de lipire.

Pick & Place

Cu ajutorul aparatului ProtoPlace S se pot plasa componentele SMD cu pas mic. Plasarea componentelor se face cu ajutorul unui sistem pneumatic. Aparatul include și un dozator pentru pastă de lipire, un sistem optic de afișare pe ecran pentru o poziționare mai exactă a componentei, și un sistem de distribuire a componentelor.

Montare BGA

LPKF ProtoPlace BGA va monta cu precizie componente BGA, uBGA, PLCC și QFP cu o dimensiune cuprinsă între 5×5 mm și 45×45 mm. Folosind sisteme optice speciale, și cu ajutorul a două surse de lumină, se poate sincroniza poziția pinilor cu poziția pad-urilor de pe placă pentru o poziționare corectă. Ajustările se fac cu ajutorul unei plăci cu pernă de aer și cu ajutorul reglajelor fine.

Cuptor de lipire

Cuptorul LPKF ProtoFlow S este ideal pentru lipirea componentelor prin convecție, fără plumb. Include funcții speciale ce permit procesului de lipire să fie împărțit în mai multe etape de lipire, fiecare cu profilul său de temperatură. Trei senzori interni de temperatură asigură o precizie mare asupra distribuției de căldură pe întreaga suprafață a plăcii. Include un afișaj LCD pentru navigarea prin meniu pentru alegerea profilurilor de lipire.

CAPITOLUL 2

CABLAJE IMPRIMATE

MATERIALE PENTRU CABLAJE IMPRIMATE

Pentru proiectarea corectă a unui cablaj imprimat trebuie să înțelegem modul în care sunt construite cablajele și materialele componente ale acestora. Un cablaj imprimat este alcătuit din două părți de bază: suportul izolant și conductoarele imprimate (traseele de cupru). Suportul izolant furnizează o structură ce ține fizic componentele și conductoarele imprimate în loc și oferă izolare electrică între părțile conductoare. Un tip comun de suport izolant este FR4(Sticlotextolit), materialul fiind alcătuit din fibră de sticlă și rășini epoxidice, și fiind rezistent la flăcări.

Materiale pentru suporturi izolante

Suporturile izolante trebuie să satisfacă un număr de cerințe generale, cum sunt:

proprietăți mecanice bune: rezistență la solicitări mecanice, posibilitate de prelucrare prin tăiere, ștanțare, așchiere;

proprietăți electrice bune: permitivitate mică (), pierderi mici (), rigiditate dielectrică mare;

stabilitate dimensională și a tuturor însușirilor, în timp, și la acțiunea factorilor de mediu (temperatură, umiditate, șocuri, vibrații, substanțe chimice, etc.);

neinflamabilitate, rezistență la temperatura de lipire;

costuri reduse.

În funcție de normele și locul în care va fi folosit cablajul se mai impun și alte cerințe ce nu vor fi discutate aici. În prezent, pentru suporturi se folosesc: materiale stratificate, folii de mase plastice termoplaste și termorigide, și materiale ceramice.

Materialele stratificate sunt cele mai folosite pentru suporturi rigide, în tehnologii substractive și aditive. Acestea se fabrică dintr-un material de bază în straturi (hârtie, fibră de sticlă) impregnat cu materiale de umplutură (lianți, rășini), tratate termic sub presiune. Stratificatele se livrează sub formă de plăci, cu dimensiuni maxime de 2000×2000 mm. Grosimile plăcilor sunt de 0.5÷3.2 mm; pentru cablajele mono și dublu strat, grosimile uzuale sunt de 1.2÷1.8 mm. Abaterile admise în grosime sunt mici ±0.05÷0.1 mm.

Principalele materiale folosite sunt pertinaxul, compus din folii de hârtie impregnate cu rășini fenolice, și sticlotextolitul, compus din țesătură de fibră de sticlă impregnată cu rășini epoxidice. Pertinaxul este foarte ieftin și este folosit pentru aparatura de larg consum cu solicitări obișnuite, sticlotextolitul fiind folosit în aparatura profesională, însă cu un cost mai mare dar și cu însuțiri net superioare pertinaxului. Alte materiale sunt folosite pentru cerințe mai ridicate cum ar fi rezistență mecanică, comportare bună la o gamă de temperaturi, comportare bună la frecvențe mari, etc.

Materiale pentru conductoare imprimate

Pentru conductoare imprimate, de departe cel mai utilizat material este cuprul cu puritate electrotehnică (peste 99,5%). Mult mai rar se folosește argintul (în tehnologii de sinteză). Alte metale sunt practic neutilizate.

Foaia de cupru pentru acoperirea semifabricatelor placate are grosimi de 5÷100 µm, dar grosimea cea mai utilizată este de 35 µm; grosimile mai mici nu asigură rezistență suficientă (conductoarele se desprind ușor de suport, se rup la lipire) și se folosesc când urmează îngroșarea conductoarelor prin depunere de cupru, iar grosimile mai mari nu sunt economice și se utilizează pentru cablaje ce lucrează în condiții grele. Tabelul 2.1 prezintă proprietățile unor metale pentru conductoare imprimate și metalizări.

Tabelul 2.1 Proprietățile unor metale pentru conductoare și metalizări

Deoarece cuprul se oxidează foarte repede, îngreunând lipirea, frecvent se realizează acoperiri de protecție cu metale sau aliaje greu oxidabile (argint, aur) sau care formează oxizi ușor dizolvabili în flux chiar la lipire (staniu sau aliaj de lipit din staniu și plumb).

STRUCTURA UNUI CABLAJ

Pentru o mai bună înțelegere a modului în care trebuie proiectat un cablaj imprimat, vom prezenta modul în care sunt fabricate acestea. Un cablaj este compus din două părți de bază: substrat (suportul izolant) și învelișul de cupru din care se vor realiza traseele, așa cum este indicat în Fig.2.1.

Suportul izolant poate avea cupru pe una sau pe ambele părți. Plăcile multistrat sunt alcătuite din unul sau mai multe substraturi simplu sau dublu placate, denumite nuclee. Nucleele sunt lipite prin una sau mai multe foi din rășini parțial tratate, un exemplu fiind indicat în Fig. 2.2. Atunci când toate nucleele au fost aliniate, întregul montaj este tratat termic sub presiune.

TEHNOLOGII DE FABRICARE A CABLAJELOR IMPRIMATE

Tehnologiile substractive, cele mai răspândite în prezent, se bazează pe folosirea semifabricatelor placate cu foițe de cupru, pe una sau ambele fețe și îndepărtarea cuprului din regiunile care vor fi izolate. Îndepărtarea cuprului se face prin frezare sau prin corodare chimică. Corodarea chimică este mult mai folosită atunci când se produc serii mari de plăci, având productivitatea mare, diferite costuri și calități ale cablajelor, în funcție de necesități și tehnologie. Un dezavantaj al corodării chimice ar fi acela că substanțele chimice sunt periculoase și trebuie înlocuite ocazional, iar substanțele epuizate trebuiesc reciclate sau eliminate. Frezarea este folosită de obicei pentru producția loturilor mici și pentru prototipuri. În timpul frezării, traseele și pinii apar prin îndepărtarea cuprului din zonele nedorite.

Corodarea chimică

Îndepărtarea selectivă a cuprului cu ajutorul procesului de corodare chimică impune protejarea zonelor de cupru ce vor rămâne pe placă. Această protecție se realizează cu ajutorul unui înveliș din polimeri (denumit fotorezistiv), depus pe suprafața de cupru, așa cum apare în Fig.2.3. Suprafața fotorezistivă este modelată în forma dorită a cablajului imprimat printr-un proces denumit fotolitografiere. Suprafața modelată protejează zonele de cupru de corodare. Cei doi pași ai fotolitografierii sunt modelarea măștii ce se va aplica pe zona de cupru și developarea sa. Modelarea este realizată prin expunerea măștii la lumină (de obicei ultravioletă), și developarea constă în trecerea plăcii printr-o baie cu substanțe chimice. Există două tipuri de mască fotorezistivă: pozitivă și negativă (Fig.2.4). Atunci când masca rezistivă pozitivă este expusă la lumină ultravioletă, polimerul dispare de pe cupru, astfel îndepărtându-se zonele de cupru care nu mai sunt dorite. Invers, masca rezistivă negativă ce nu a fost expusă luminii UV este îndepărtată.

Frezarea

Pentru frezarea plăcii, o mașină comandată de un calculator numeric este programată cu harta digitală a plăcii, astfel putându-se îndepărta cuprul nedorit. Cuprul poate fi îndepărtat complet, așa cum apare în Fig.2.5, sau se poate îndepărta suficient cupru pentru a izola pinii și traseele de cuprul care rămân pe placă, așa cum apare în Fig.2.6. Îndepărtarea cuprului numai pentru a izola traseele reduce timpul de frezare însă poate afecta impedanța traseelor.

ASAMBLAREA CIRCUITELOR IMPRIMATE

Din punct de vedere al asamblării, piesele sunt de două categorii (Fig.2.7):

piese cu montare în găuri (THT – Through Hole Technology), care pot fi:

cu terminalele distanțate la un multiplu al unui pas standard (2.54mm, 1.27mm, 0,635mm); astfel, avem numeroase componente pasive(R,L,C), active(diode, tranzistoare), și majoritatea circuitelor integrate;

cu terminale la distanțe nestandardizate, diferite de pasul standard, așa cum sunt transformatoarele, bobinele, conectorii, dispozitivele de putere, etc.

piese cu montare pe suprafață (SMT – Surface Mount Technology).

Fig. 2.7 Tipuri de piese: a – cu montare în găuri (TH) și terminale axiale; b – TH cu terminale radiale; c – cu montare pe suprafață (SM) cu terminale; d – SM fără terminale.

Aceste clasificări sunt importante mai ales când se pune problema asamblării automate: majoritatea mașinilor pot executa asamblarea componentelor cu terminalele standardizate, puține sisteme, de tip robot industrial, putând executa asamblarea tuturor tipurilor de piese.

În cazul cablajelor cu găuri, asamblarea presupune, în ordine, următoarele operații:

formarea terminalelor (îndoire, distanțare, tăiere) astfel încât să se poată introduce terminalele în găurile potrivite – operația se numește preformare; unele piese cum ar fi circuitele integrate au terminalele preformate;

poziționarea pieselor și introducerea terminalelor în găuri – operație numită plantare;

fixarea mecanică a pieselor, pentru a împiedica deplasarea în timpul manipulărilor și al lipirii (de exemplu, la lipirea în undă staționară, valul de aliaj exercită o presiune apreciabilă asupra terminalelor care pot fi scoase din găuri dacă nu sunt bine fixate); fixarea se face frecvent prin îndoirea terminalelor la preformare sau după plantare, uneori cu elemente mecanice.

În cazul asamblării circuitelor cu SMD-uri, piesele sunt cu terminale sau elemente de contact din fabricație, în general nemodificabile, sau fără terminale, și asamblarea presupune numai:

poziționarea pieselor;

fixarea mecanică, care se asigură adesea prin aderența pastei de lipit sau, mai ales în cazul pieselor mari, grele, prin lipire cu adeziv.

Asamblarea manuală

Asamblarea manuală este de obicei folosită pentru prototipuri și pentru un volum redus de muncă, și în asamblarea post-automată pentru componente cu formă neregulată. Atât componentele cu montare pe suprafață cât și cele cu montare în gaură pot fi asamblate manual. La un volum redus de muncă o linie de asamblare ce constă din mai multe persoane poate fi folosită, fiecare persoană fiind responsabilă pentru atașarea unor componente specifice. Procesul de asamblare poate fi întrerupt de mai multe ori, pentru testarea funcținalității secțiunilor cablajului ce urmează să fie asamblat. Asamblarea manuală poate implica atât plasarea și lipirea manuală, sau un amestec între plasarea manuală și lipirea automată.

Asamblarea manuală este o muncă obositoare. Plasarea componentelor și orientarea poate ajuta la asamblarea manuală. De exemplu, orientarea componentelor polarizate (condensatoare și diode) în aceeași direcție și orientarea circuitelor integrate cu pinul 1 în aceeași direcție poate reduce semnificativ timpul de lucru și defectele de asamblare.

Asamblarea automată (Pick and Place)

Procesele automate de inserare (pick and place) există atât pentru dispozitivele cu montare pe suprafață cât și pentru cele cu montare în găuri, ce includ componentele cu terminale axiale și cele cu terminale radiale. Mașinile automate sunt programate să extragă componente din role și din recipiente și să le plaseze pe cablaj în locația și cu orientarea corectă.

Dispozitive cu montare în găuri sunt ambalate de obicei pe role sau benzi, fiind unite prin terminalele lor. Acest tip de componente este plasat de obicei numai pe partea de sus a cablajului, pentru ca terminalele să poată fi lipite prin val, și componentele să nu fie expuse la fluxul topit.

Dispozitivele cu montare pe suprafață sunt de obicei ambalate în tuburi, tăvi sub formă de matrice, benzi și role. Componentele pot fi montate pe una sau pe ambele părți ale cablajului. Atunci când componentele sunt plasate numai pe o parte a plăcii, este depusă pastă de lipire prin șablon pe pinii de pe placă. Componentele sunt apoi plasate pe placă de echipamentul pick-and-place cu terminalele în pasta de lipire, ce asigură o fixare temporară a acestora. Placa este apoi trecută printr-un cuptor în care pasta de lipire este topită și apoi răcită, astfel atașându-se componentele de placă.

Atunci când dispozitivele cu montare pe suprafață sunt plasate pe ambele părți ale cablajului, sau când există atât dispozitive SMD cât și TH, un proces secvențial de lipire prin retopire/val este utilizat. Prima dată sunt montate pe placă dispozitivele SMD de pe partea de sus prin pasta de lipire depusă, apoi fiind executat procesul de lipire prin retopire. Apoi sunt introduse dispozitive TH, acestea fiind fixate prin îndoirea terminalelor, lipirea componentei sau, în unele cazuri, prin frecarea dintre terminal și gaură. Placa este întoarsă și se aplică puncte de lipire cu ajutorul unui dispenser. Componentele SMD ce se vor monta pe partea de jos sunt plasate manual sau cu ajutorul unei mașini pick-and-place pe punctele de adeziv. Ansamblul este apoi trecut printr-un cuptor pentru uscarea adezivului. Cablajul, ce conține componentele TH pe partea de sus și componente SMD pe ambele părți, este apoi trecut printr-un proces de lipire în val ce lipește terminalele componentelor TH și componentele SMD montate pe partea de jos. Componentele SMD de pe partea de sus ce au fost lipite la pasul anterior rămân intacte.

LIPIREA COMPONENTELOR

Lipirea este folosită atât pentru atașarea fizică a componentelor pe cablaj, cât și pentru a furniza conectivitatea electrică între terminalele componentelor și traseele cablajului. După modul în care se face lipirea avem:

lipire manuală;

lipire în val;

lipire prin retopire (reflow).

Lipirea manuală

Lipirea manuală este folosită într-o varietate de aplicații, de la asamblarea completă a cablajului până la operațiuni de întreținere și de reparare. Există diferite unelte de lipire manuală disponibile, incluzând ciocane de lipit, ciocane cu aer cald, etc. În afară de viteza mică de lipire, cele mai mari dezavantaje ale lipirii manuale sunt riscul mare de descărcare electrostatică din timpul manipulării, și creșterile mari de temperatură ce pot afecta componentele din cauza încălzirii locale a plăcii.

Lipirea în val (în undă staționară)

În timpul lipirii în val, placa ce are marginile fixate de o bandă transportoare, este preîncălzită si trecută prin flux. Banda transportoare mișcă placa peste val, numai partea de jos fiind expusă aliajului de lipit. Lipirea în val poate fi folosită atât pentru dispozitivele TH cât și pentru cele SMD, însă lipirea prin retopire este preferată la SMD. Componentele cu montare în gaură sunt montate pe partea de sus a plăcii, cu terminalele ieșind pe partea de jos a plăcii ce va fi trecută prin fluxul de lipire. În timp ce banda transportoare trece cablajul prin fluxul topit, aliajul umple spațiul dintre terminal și gaură asigurând lipirea. Dispozitivele SMD sunt lipite cu adeziv și apoi sunt trecute prin val. Componentele foarte mici sau condensatoarele cu tantal pot creea probleme în timpul lipirii în val. Componentele mici creează probleme în timpul lipirii cu adeziv, din cauză că punctul de adeziv poate fi mai mare decât componenta și poate acoperi și pad-ul de contact. Componentele SMD mari pot creea probleme din cauza stresului termic ce poate duce la distrugerea acestora. Fig.2.8 exemplifică un sistem de lipire în val.

Atunci când componentele SMD sunt lipite în val, proiectantul trebuie să știe direcția în care va trece placa prin val. Componentele trebuie plasate ca în Fig.2.9, astfel încât cele mici să nu fie umbrite de cele mari, ce poate cauza lipituri de calitate slabă la componentele mici, și pentru a nu apare conexiuni nedorite între terminale. Punți de aliaj pot apare din cauza pasului mic între pini la unele componente SMD. Întrucât pinul ce iese din val are tendința să atragă o parte din aliajul pinului de lângă el, poate apare o problemă la ultimele două rânduri de pini din cauză lipsei pinilor ce trăgeau excesul de aliaj, astfel apărând punți de aliaj între pini. O metodă de eliminare a acestor punți este de a plasa doi pini după componentă ce vor avea rolul de a atrage excesul de aliaj.

Lipirea prin retopire (reflow)

Tehnicile de lipire prin retopire s-au dezvoltat și diversificat odată cu răspândirea utilizării dispozitivelor cu montare pe suprafață (SMD), pentru lipirea cărora metodele în băi și val nu sunt adecvate.

Lipirea prin retopire presupune retopirea aliajului depus pe suprafețele de lipit înainte de încălzire; în timpul lipirii nu se realizează aport de aliaj. Evident, procesul lipirii are loc în prezența fluxului, de regulă depus odată cu aliajul, deci înaintea încălzirii. În prezent, pentru lipirea prin retopire se folosește aliaj și flux sub formă de pastă de lipit, depusă în strat subțire pe conductoarele imprimate în punctele de lipire.

Depunerea pastei de lipit se poate face printr-o varietate de procedee, de la cele mai simple, prin imersia terminalelor în baie cu pastă, până la sisteme controlate prin calculator, cu vizualizare pe monitor a regiunii de depunere. În tabelul 2.2 se prezintă procedeele folosite în prezent.

Tabelul 2.2 Procedee de depunere a pastei de lipit

Depunerea pastei de lipit prin transfer pe terminale se face prin imersia terminalelor pieselor, în rezervoare cu pastă de lipit; ulterior, piesele se așează pe plăci în pozițiile de lipire. Cantitatea depusă poate fi controlată prin vâscozitatea pastei, prin forma și dimensiunile terminalelor. Procedeul este avantajos în cazul pieselor cu foarte multe și apropiate terminale.

Depunerea cu seringa este un procedeu manual, foarte simplu: un piston, acționat manual sau pneumatic, se deplasează în rezervorul cilindric și forțează pasta să iasă prin canalul tubului; pasta se depune deplasând acul concomitent cu apăsarea pistonului. Depunerea cu pompă cu piston de împingere a pastei se face în picături. Diametrul picăturilor este în funcție de diametrul tubului de depunere, iar cantitatea se reglează cu precizie, prin volumul de aer care împinge pasta.

Depunerea pastei de lipit prin serigrafie sau șablon se face prin folosirea unei măști sau a unui șablon cu orificii neobturate în zonele de depunere, fixate pe o ramă. Măștile serigrafice se realizează ca și în cazul imprimării imaginii cablajelor, pe site serigrafice din poliester sau oțel. Depunerea pastei de lipit prin acest procedeu pune destule probleme: suprafețele pe care se face depunerea trebuie să fie plane, contează forma lamei, poziția, presiunea pe șablon, vâscozitatea și însușirile adezive ale pastei de lipit. Cele mai mari dificultăți apar la acoperirea suprafețelor mari (pasta tinde să aibă grosime neuniformă), și a suprafețelor dreptunghiulare (la colțuri depunerea este neuniformă).

Lipirea prin retopire se poate face prin mai multe metode; vom discuta lipirea prin retopire în cuptor. Montajul este plasat pe banda transportoare, și este trecut printr-un cuptor cu zone controlate de temperatură ce încălzește atât cablajul cât și piesele în mod egal. Odată cu încălzirea montajului, aliajul începe să se încălzească și să se topească. Totuși, dacă componentele nu sunt orientate corect și dacă aliajul nu se topește pe toate pad-urile deodată, componenta poate rămâne suspendată la un capăt. După ce montajul a atins temperatura optimă și aliajul a fost topit, montajul va ieși din cuptor și va fi răcit pentru a solidifica pasta.

CLASE ȘI NIVELURI DE PRODUCTIBILITATE ALE CABLAJELOR

Cablajele se încadrează în trei clase de performanță la utilizare. În toate standardele IPC, performanța materialelor și nivelul toleranței este determinat de clasificarea cablajului. Clasele de performanță se bazează pe lucruri precum: variația permisă a grosimii învelișului de cupru, toleranța diametrului găurilor, etc. Cele trei clase sunt:

Clasa 1, produse electronice generale, ce include produse de larg consum, cum ar fi televizoarele, calculatoarele, și altele, de la care nu se așteaptă o durată mare de viață, și care nu au cerințe mari de reparabilitate.

Clasa 2, produse electronice dedicate pentru servicii, ce include produse comerciale și militare care au funcții specifice cum ar fi comunicațiile, sistemele de senzori, de la care este așteptată o performanță înaltă pe o perioadă mare de timp. Întrucât aceste obiecte au un cost mai mare de producție, îndeplinesc o serie de cerințe de testare și pot fi reparate.

Clasa 3, produse electronice de încredere mare, ce include echipament comercial și militar ce trebuie să fie sigure într-o gamă largă de condiții de folosire. Exemplele includ echipamente medicale critice și sisteme de arme. De obicei au condiții de testare mult mai restrictive, și posedă o refolosire și o robustețe mare.

Nivelele de productibilitate nu au un set explicit de cerințe, ci numai un mod de descriere al nivelului de complexitate al proiectului, și al preciziei cu care sunt produse anumite particularități ale cablajului. Caracteristicile ce determină dimensiuni mai mici necesită toleranțe mai restricitive, ceea ce crește nivelul de complexitate al proiectului. Standardele IPC (IPC-7351, secțiunea 1.3.1; IPC-CM-770E, secțiunea 1.2.2; IPC-D-330, secțiunea 1.1.42.6) furnizează mai multe tabele ce vor ajuta proiectantul în determinarea nivelului complexității. Cele trei nivele de productibilitate sunt:

A, proiectare generală – complexiate preferată;

B, proiectare de nivel mediu – complexitate standard;

C, proiectare înaltă – complexitate mare, nivel de productibilitate redus.

PLASAREA ȘI ORIENTAREA COMPONENTELOR

Topologia plăcii (clasa și nivelul), tehnologia componentelor (SMD sau TH), și metoda de lipire folosită (retopire sau în val) au un rol important în modul în care ar trebui plasate componentele. Există câteva aspecte de care ar trebui ținut cont:

Componentele ar trebui plasate într-un mod organizat și îngrijit cu o spațiere uniformă.

Componentele trebuie orientate astfel încât marginile lor să fie paralele cu marginea plăcii (cu excepții la lipirea în val).

Montarea componentelor through-hole ar trebui să fie făcută pe o singură parte a plăcii.

Atunci când se plasează componente pe ambele părți ale cablajului, și se folosesc ambele tehnologii de asamblare (TH și SMD), trebuie ținut cont de fazele multiple de asamblare și de lipire, ce pot crește costul și pot aduce potențiale defecte.

O grilă de 2.54mm ar trebui să fie folosită când este posibil, însă poate fi folosită și una mai mică de până la 0.05mm dacă terminalele componentelor nu sunt standard.

Atunci când este folosit procesul de asamblare automat trebuie adăugați fiduciali globali și locali pentru ajutor în plasare.

Un spațiu adecvat față de marginea plăcii trebuie lăsat pentru manevrare și pentru fixare.

Componentele care câtăresc mai mult de 5 grame ar trebui să fie fixate mecanic dacă placa va fi supusă la vibrații (IPC-2221A).

Pentru cablaje cu semnale analog și digitale, componentele ar trebui să fie separate pentru minimizarea perturbațiilor provenite de la circuitele analogice. Circuitele de putere de asemenea ar trebui separate de cele de putere mică sau de semnal mic.

Aceste aspecte nu vor face neapărat placa să funcționeze mai bine, dar va face mai ușoară asamblarea, inspecția, și testarea. În Anexe sunt prezentate și spațierile recomandate pentru diferite tipuri de componente.

CARACTERISTICILE ELECTRICE ALE CABLAJELOR IMPRIMATE

Funcționarea circuitelor este influențată de caracteristicile electrice ale cablajelor imprimate, pentru o bună proiectare fiind necesară cunoașterea caracteristiciloe electrice ale cablajelor imprimate. Acestea sunt: rezistența, curentul admisibil și inductanța conductoarelor, capacitatea dintre conductoare și tensiunea admisibilă între conductoare.

Rezistența conductoarelor imprimate

Rezistența unui conductor imprimat cu lungimea l și secțiunea s = a*b, în curent continuu, la 20oC este dată de relația (2.1), și variază cu temperatura după rel. (2.2):

În curent alternativ, datorită efectului pelicular, curentul circulă practic printr-un strat periferic cu grosimea δ, numit adâncime de pătrundere (Fig.2.10):

, pentru cupru fiind: .

Ca urmare, rezistența conductoarelor în curent alternativ este mai mare decât în curent continuu. În cazul conductoarelor de cupru, creșterea rezistenței în curent alternativ devine importantă de la 100MHz; la conductoarele stanate, din cauza rezistivității mai mari a staniului efectele apar de la 50MHz.

Curentul prin conductoare imprimate

Traseele de circuit imprimat, din cauza valorilor reduse ale parametrilor lor geometrici („lățime traseu – W” și „grosime folie conductoare – t”), nu permit trecerea unor curenți de intensitate oricât de mare. Din acest motiv proiectanții și utilizatorii de module electronice trebuie să aibă în vedere, printre multe alte probleme, și capabilitatea de curent a traseelor de interconectare.

Uzual, evaluarea capabilității de curent a traseelor de circuit imprimat se poate face prin două metode cunoscute în inginerie: analiza – situație în care specialistul cunoaște lățimea traseului și dorește să determine curentul maxim admisibil prin acesta și sinteza – caz în care se cunoaște curentul maxim ce trebuie transportat și se dorește determinarea lățimii minime admisibile a traseului de interconectare.

Calculul intensității curentului prin traseu pornește de la o formulă de forma:

unde: I – intensitatea curentului (A);

∆T = (Ttraseu – Tambiant) – supratemperatura traseului de interconectare [K sau °C];

A – aria transversală a traseului de interconectare [mil2];

k,m,n – constante.

Există situații în care nu aria este importantă ci mărimile care conduc la aceasta:

unde: W – lățimea traseului [mil];

t – grosimea traseului [mil].

Din relațiile de mai sus rezultă că: parametrii n1 și n2 fiind diferiți tocmai pentru a pune mai bine în evidență transmisia diferită a căldurii.

În urma utilizării unor tehnici matematice speciale, parametrii de mai sus au putut fi determinați și formulele de calcul au devenit următoarele: , pentru structuri PCB având grosimea foliei de Cu de 35 µm și 175 µm, și , pentru structuri PCB având grosimea foliei de cupru de 70 µm. Prima dintre relații poate fi utilizată și pentru calculul curentului printr-o structură PCB de 18 µm dar precizia se consideră a fi mai redusă.

Pentru ca lucrurile să fie mai explicite, în tabelul 2.3 sunt prezentate valorile curenților maxim admisibili pentru cele mai uzuale lățimi de traseu și grosimi de folie conductoare.

Tabelul 2.3 Valorile curenților maxim admisibili pentru cele mai uzuale lățimi de traseu și grosimi de folie conductoare.

Evaluarea prin relații empirice sau metode grafice a capabilității de curent a traseelor de circuit imprimat nu reprezintă modalități de determinare absolut precisă a mărimilor dorite. Se recomandă introducerea unui factor de ponderare ψ = 0,7 … 0,8 pentru a obține o imunitate mai mare la inerentele erori de calcul (de exemplu, dacă s-a obținut o valoare maxim admisibilă de 2A printr-un anumit traseu, este bine să nu se accepte prin acesta curenți mai mari de 1,4 … 1,6A).

Capacitatea dintre conductoarele imprimate

Cunoașterea, măcar cu aproximație, a capacităților dintre conductoarele imprimate este importantă, în primul rând din cauza cuplajului capacitiv parazit. Capacitatea dintre conductoarele imprimate depinde de geometria conductoarelor și însușirilor dielectricilor (suportul izolant, lacul termorezistent de acoperire, mediul de funcționare). Valorile acestor capacități pot fi determinate destul de aproximativ utilizând relații și curbe date pentru cazuri idealizate, pentru conductoare rectilinii, paralele, cu grosime și lățime uniforme.

Legea Ampere-Maxwell ne spune că „sunt produse câmpuri magnetice de curenții de conducție și de schimbările din câmpul electric” (Fig.2.11). Pentru a minimiza perturbațiile, trebuie să ținem traseele de semnal (și de alimentare) aproape de traseele de returnare a semnalului. Valabil atât pentru câmpul magnetic cât și pentru câmpul electric.

Fig. 2.11 Câmpuri electrice la conductoare: a) la un singur conductor încărcat, b)câmp între două conductoare încărcate.

Capacitatea dintre două trasee odată cu apropierea acestora sau odată cu aria acestora. Din ecuația: se poate observa că prin menținerea traseelor și a planurilor de alimentare aproape de planurile lor de masă, reactanța capacitivă este redusă (cuplajul crește). Prin menținerea traseelor de semnal fără legătură la depărtare unul față de celălalt, reactanța capacitivă dintre cele două trasee crește, iar cuplajul capacitiv este redus.

Inductanța conductoarelor imprimate

Orice conductor dintr-un circuit care poartă curent va produce un câmp magnetic. Ecuația pentru inductanță este :

unde: n este numărul de infășurări, Al este volumul pe care circuitul îl ocupă, și µ0 este permeabilitatea relativă a materialului. După cum se observă din formulă, inductanța este dependentă de geometria circuitului, un volum mai mic al acestuia rezultând într-o inductanță mai mică.

În Fig.2.12 a) este indicată rezultanta magnetică a două conductoare atunci când cele două sunt apropiate și au curenții de același sens. După cum este indicat în figură, câmpurile magnetice circulă în același sens, ceea ce creează în jurul conductoarelor un câmp puternic. În Fig.2.12b) apare rezultanta magnetică a două conductoare ce au curenți de sens opus circulând prin ele. Câmpurile magnetice se opun, ceea ce duce la o anulare parțială a fluxului magnetic. Cantitatea de flux care se anulează depinde, într-o anumită măsură, de distanța dintre conductoare.

CONDENSATOARE DE DECUPLARE

Condensatoarele de decuplare sunt condensatoare care conectează atât la sursă cât și la masă. Conectarea unor condensatoare de decuplare pe placa de circuit poate furniza energie în plus atunci când sursa de alimentare nu poate răspunde rapid, însă acestea neconstituind o sursă nelimitată de energie. Condensatoarele stochează energie datorită capacității lor (capacitate mare înseamnă mai multă energie stocată). Cu o proiectare bună, condensatoarele vor fi capabile să furnizeze această energie în plus până când sursa de alimentare va putea compensa schimbarea. Condensatoarele pot de asemenea și să stocheze energie când cererea scade.

Condensatoarele de decuplare au o limitare semnificativă. Condensatoarele au o inductanță parazită și o rezistență parazită, în principal rezultată din terminale. Ca o regulă, condensatoarele mari au o inductanță parazită mare. Acesta poate fi modelat ca un mic inductor ce se află pe ambele părți ale condensatorului. Aceasta va limita rata la care curentul poate fi furnizat de către condensator. Asftel, condensatoarele mari furnizează o energie mult mai mare, dar cu o rată mică, în timp ce condensatoarele de capacitate mică furnizează o energie mult mai mică, dar la o rată foarte rapidă. Inductanța din terminalele condensatorului depinde de capsulă. Un fir mai scurt are o inductanță mai mică, deci un terminal mai scurt va avea tot o inductanță mică. Astfel, pentru o capacitate trebuie să alegem cea mai mică capsulă posibilă.

Deși condensatoarele au o inductanță parazită asociată cu terminalele, aceasta nu este singura inductanță pe care condensatorul o are când este montat pe un cablaj. Curentul va circula de la un capăt al plăcii, prin traseele de pe placă, prin orice urmă de lipitură, către condensator. Această cale se repetă pentru cealaltă parte a condensatorului. Această inductanță poate fi de două până la patru ori mai mare decât inductanța terminalului, și formează o buclă de curent care are o anumită inductanță, relativă cu dimensiunea buclei.

Micșorarea buclei poate fi făcută cu câteva metode diferite. Una dintre ele este aceea de micșorare a lungimii traseului dintre gaură și suprafața de lipire. Dacă este posibil, gaura ar trebui să atingă capătul suprafeței de lipire, sau traseul către acea gaură ar trebui să fie la fel de larg ca și suprafața de lipire (Fig.2.13a). Găurile ar trebui de asemenea să fie perpendiculare pe condensator (Fig.2.13b). Spațiul permite găuri multiple ce ar putea fi folosite pentru a reduce cantitatea de curent prin fiecare gaură, ceea ce ar duce la micșorarea inductanței. Mai multe condensatoare nu ar trebui să impartă găurile între ele.

Cum orientarea condensatoarelor contează, la fel și poziția relativă a dispozitivului logic contează. Condensatoarele de valori mici trebuie să fie pe cât posibil apropiate de pinii de alimentare și de cei de masă. Ca o regulă, condensatoarele de valori mici nu trebuie să fie dispuse mai departe de un inch. Dacă sunt montate la o distanță mai mare decât aceasta, răspunsul lor în timp la schimbările de putere nu ar fi suficient de rapid pentru a le face folositoare. Condensatoarele mai mari de 1 µF nu depind atât de mult de distanță, dar ele trebuie să fie relativ apropiate de dispozitivele logice.

SPAȚIEREA TRASEELOR PENTRU MINIMIZAREA DIAFONIEI (REGULA CELOR 3W)

O spațiere normală dintre două trasee este de o lățime a unui conductor (Fig.2.14a). Dacă traseele sunt susceptibile de a se perturba unele pe altele, atunci spațierea ar trebui să fie de minim două lățimi de trasee (din margine până în margine), așa cum apare în Fig.2.14b. Această metodă mai este denumită și Regula celor 3W, din cauză că spațierea din centrul unui conductor până în centrul celuilalt este de trei lățimi de traseu. La 3W, traseele vor fi la 70% unul față de câmpul magnetic al celuilalt. Punând traseele la o distanță de 10W vom elimina 98% din perturbațiile unuia asupra celuilalt, așa cum este specificat în Montrose 1999, p.210.

Fig. 2.14 Metode de spațiere: a)În mod tipic, b)3W pentru minimizarea diafoniei.

CAPITOLUL 3

PROIECTAREA CABLAJELOR IMPRIMATE

3.1. ETAPELE PROIECTĂRII CABLAJELOR IMPRIMATE

Introducerea în fabricație a unui produs care implică și circuite electronice, presupune proiectarea și realizarea a cel puțin unei plăci de cablaj imprimat. Până a se ajunge la aceasta, se parcurg numeroase etape. Introducerea în fabricație a unui produs nou rezultă din recunoașterea faptului că există sau va exista în timp rezonabil, cel puțin un beneficiar capabil să achiziționeze produsul în condiții care să amortizeze investiția și să asigure profit. Rezultatul acestei activități constă în apariția unei teme de proiectare.

Indiferent de tipul cablajului ce va fi realizat, anumiți pași trebuie executați în procesul de proiectare. Organigrama de mai jos arată, în mare, pașii care trebuiesc parcurși pentru proiectarea unui cablaj imprimat.

Printre informațiile esențiale găsim:

Schema electrică, cu toate specificațiile, particularitățile legate de tipul și poziția pieselor, a traseelor, posibile modificări și/sau variante, cerințe deosebite, etc. Este utilă, în acest caz, a unui prototip sau a unui montaj experimental.

Caracteristicile pieselor: forme și dimensiuni, distanțe între terminale, particularități de montare, etc. De obicei acestea se colectează din datasheet-urile componentelor, însă pentru cazuri mai speciale se pot lua prin măsurarea efectivă a piesei.

Caracteristici mecanice: forma și dimensiunile plăcii, spațiul disponibil pentru plasarea pieselor, toleranțele execuțiilor mecanice.

Caracteristicile tehnologiilor de fabricație, în special cele legate de toleranțele dimensionale și poziționale, dimensiunile pastilelor de lipire, etc.

Cerințe speciale referitoare la solicitările mecanice, climatice și electrice, aspecte legate de cuplajele parazite, de lungimea conductoarelor, etc.

PASUL 1:

CREAREA ȘI EDITAREA UNUI SIMBOL

Un simbol reprezintă obiectul grafic folosit pentru reprezentarea diferitelor dispozitive electrice și electronice (cum ar fi rezistoarele, conectorii, porțile logice, etc.), într-o schemă electrică. Aceste simboluri pot varia de la o țară la alta, însă în ziua de azi există o serie de simboluri standardizate la nivel internațional. O listă cu cele mai uzuale simboluri folosite în electronică se găsește în Anexe.

PASUL 2:

CREAREA ȘI EDITAREA UNUI FOOTPRINT

Un footprint reprezintă proiecția unei componente pe cablaj (PCB), astfel asigurându-se interconectarea componentelor conform schemei electrice care se dorește implementată. O componentă poate fi de două tipuri : SMD(Surface Mount Device) – componente cu montare pe suprafață, și THD(Through Hole Device) – componente cu montare prin găurire.

Obiectele grafice (obstacolele) sunt adăugate unui footprint pentru a afișa informația ce nu este definită de padstack-uri (cum ar fi reprezentarea corpului capsulei). Obiectele pot fi vizibile pe cablajul final, sau pot fi vizibile numai în fișierele proiectului. Din obiectele care pot fi văzute pe cablajul final fac parte marcajele numelor și conturul componentelor ce se găsesc pe stratul silk-screen, cât și zonele de cupru ce pot fi folosite pentru disipare termică. Obiectele care nu sunt vizibile decât în fișierele proiectului sunt folosite în special în procesul de asamblare, sau pentru utilitarul de verificare a regulilor proiectului (DRC), ca de exemplu păstrarea distanțelor corespunzătoare la plasarea componentelor.

PASUL 3:

REALIZAREA SCHEMEI ELECTRICE

Înainte de a începe desenarea schemei electrice este necesară setarea directoarelor de lucru, în caz că acest lucru nu a fost făcut deja. Altium Designer va genera multe fișiere, și dacă toate acestea vor fi ținute în același director, după o anumită perioadă găsirea unui fișier specific va deveni greoaie. Astfel, este recomandată crearea directoarelor specifice.De asemenea, conform organigramei de lucru de la începutul capitolului este necesar ca înainte de a începe desenarea schemei electrice, să avem pregătite toate librăriile cu simboluri și cu footprint-uri.

PASUL 4:

REALIZAREA CABLAJULUI

După ce fișierul de legături a fost generat, programul PCB Editor va fi lansat automat, apărând o fereastră fără nici un element încărcat. Primii pași care trebuiesc făcuți, conform organigramei de proiectare, sunt cei de setare a sistemului în care se va lucra și cei de setare a programului.

PASUL 5:

GENERAREA FIȘIERELOR DE FABRICARE

Fișierele necesare pentru fabricare sunt împărțite în două tipuri principale: fișiere de tip artwork (ce descriu elementele de pe straturile de cupru, masca de protecție, pasta de lipit, etc.), și fișiere de tip NC (necesare pentru găurire și frezare). Aceste fișiere sunt generate prin două procese separate.

Înainte de a începe procesul de generare a fișierelor de fabricare este necesară adăugarea unui element nou, un contur pentru definirea cablajului. Conturul plăcii generat la începutul procesului de proiectare servește numai ca un element de ghidare a proiectantului pentru a ști limitele cablajului, însă nu conține nici un element ce poate fi transferat către fișierul de fabricare. Pentru adăugarea unui contur pentru fabricare, se va adăuga un dreptunghi sau un poligon ce va fi definit pe clasa Manufacturing. Această formă va fi desenată pe conturul plăcii definit la început.

Se pot alege anumiți parametri, se poate alege un factor de scalare a plăcii (de regulă 1) și după se vor genera fișierele specifice operațiunii. În cazul în care în proiect au fost definite atât găuri metalizate cât și nemetalizate, se vor genera automat fișiere separate pentru ambele tipuri de găuri.

CAPITOLUL 4

REALIZAREA CABLAJELOR IMPRIMATE

5.1. INTRODUCERE

Realizarea fizică a cablajelor imprimate s-a făcut pe o linie tehnologică a firmei LPKF, din dotarea laboratorului T211. În cadrul acestei linii se poate realiza un cablaj imprimat, pornind de la stadiul unei plăci placate cu cupru, până la produsul finit cu toate componentele plasate și lipite.

Această linie de producție este compusă din mai multe aparate, fiecare cu una sau mai multe funcții ce pot fi îndeplinite. În continuare este prezentat fiecare aparat cu funcțiile îndeplinite de acesta:

ProtoMat S103:

Găurire cablaj;

Frezare cablaj;

Realizare sită pentru depunerea pastei de lipit;

Depunerea prin puncte a pastei de lipit pe un cablaj (dispensing);

ProtoPrint S:

Depunere pastă de lipit pe cablaj prin sită;

ProtoPlace S:

Plantare componente pe cablaj semiautomat sau manual;

Depunere pastă de lipit pe cablaj;

ProtoFlow S:

Lipirea prin retopire a componentelor pe cablaj.

Toate informațiile despre pornirea, operarea, întreținerea și rezolvarea problemelor apărute sunt descrise în paginile ce urmează. Informațiile prezentate pot fi folosite cu ușurință de persoane cu cunoștințe de bază despre cablaje imprimate, software de proiectare asistată și operarea mașinilor controlate de calculator.

Există o serie de măsuri de siguranță ce trebuiesc luate pentru operarea în siguranță a acestor mașini. Aceste măsuri se împart în două categorii: măsuri de siguranță generale și măsuri de siguranță specifice aparatelor.

Măsuri de siguranță generale:

Citiți manualul de folosire înaintea pornirii aparatului, și a oricăror operațiuni de folosire a acestuia. Contactați service-ul LPKF pentru orice probleme apărute.

Aparatul trebuie operat și reparat de către personal calificat și autorizat.

Folosiți aparatul numai pentru scopul pentru care a fost proiectat.

Aparatul nu trebuie niciodată folosit într-un mediu în care pot apărea incendii sau există pericol de explozie.

Folosiți aparatul numai în condiții de operare adecvate. Întotdeauna, înainte de operare, faceți o verificare și înlocuiți, dacă este necesar, cabluri sau tuburi defecte.

Folosiți aparatul numai cu accesorii și unelte licențiate de LPKF.

Asigurați-vă întotdeauna că spațiul de lucru este curat și ordonat.

Măsuri de siguranță pentru aparatul ProtoMat S103:

5.2. LPKF PROTOMAT S103

5.2.1. Caracteristicile aparatului

Folosind o viteză de deplasare de 150mm/s și o viteză de rotație a motorului de 40.000 până la 100.000 de rot./min, ProtoMat S produce plăci de circuite imprimate foarte rapid și profesional. Cu o rezoluție de 0.25 µm această mașină furnizează o precizie foarte bună.

Echipamentul amplu și gradul mare de automatizare, ca de exemplu schimbarea automată a uneltelor, iluminarea vârfului și o cameră pentru detecția pinilor fiduciali, fac din operarea ProtoMat S o operațiune confortabilă și ușoară. Carcasa modernă și ergonomică din punct de vedere al izolării fonice ușurează operarea cu aparatul. Astfel este posibilă întrebunițarea sigură și confortabilă în orice mediu de lucru fără un efort suplimentar.

ProtoMat S este controlat folosind un software ușor de operat și anume CircuitPro. În plus, soft-ul este capabil să importe diferite fișiere CAD, și să genereze datele necesare pentru producție din aceste fișiere.

5.2.2. Descriere funcțională

5.2.2.1. Funcții

Aparatul de frezare/găurire ProtoMat S este creat pentru procesarea plăcilor de circuite imprimate. Plăcile pot avea de la un singur strat(simplu placat), până la 6 straturi(multistrat). În plus, ProtoMat S poate inscripționa sau produce panourile frontale ale carcaselor.

Aparatul poate fi folosit pentru :

Frezare și găurire a materialelor simplu sau dublu placate;

Frezare și găurire a materialelor multistrat;

Depunere de pastă pentru lipit pentru componentele SMD;

Gravare de sigle sau plăci pentru carcase;

Frezarea conturului plăcilor;

Perforare de materiale plane.

5.2.2.2. Materiale permise pentru utilizare

Pentru o folosire sigură și îndelungată a aparatului de frezare/găurire ProtoMat S se recomandă folosirea consumabilelor originale LPKF. Materialele permise pentru folosirea în siguranță a aparatului sunt descrise în tabelul de mai jos :

5.2.3. Construcția echipamentului

Carcasă

Fig.5.2.2. Vedere din față a carcasei:

1 – Carcasă izolată fonic

2 – Mâner pentru deschiderea capacului

3 – Capac izolator fonic

Fig.5.2.3. Interfața de conectare: 1 – Port USB, 2 – Porturi LPKF (4 x D-SUB, 25 pini)

Zona de lucru

Fig.5.2.4. Zona de lucru:

1 – Cap de frezare/găurire

2 – Indicator de presiune

3 – Conector compresor

4 – Controlul puterii de sucție a aerului

5 – Masa de lucru

6 – Tabla de sucție a aerului.

Capul de frezare/găurire

Fig.5.2.5. Unitatea de frezare/găurire:

1 – LED indicator de stare;

2 – Cameră;

3 – Unitate de conectare a tubului cu pastă de lipit;

4 – Reglare obiectiv;

5 – Inel cu LED-uri pentru iluminare;

6 – Conector pentru senzor temperatură unitate depunere pastă;

7 – Unitatea unde se fixează unealta.

Fig.5.2.6. Unitatea în care este ținută unealta:

1 – Inel cu LED-uri pentru iluminare;

2 – Unitate de protecție și fixare a uneltei;

3 – Unealta (în imagine freză de 0,2mm).

5.2.4. Specificații tehnice

Tabelul 5.2. Specificațiile tehnice ale aparatului de frezare/găurire ProtoMat S103.

5.2.5. Accesorii și unelte pentru ProtoMat S103

Unitate de extragere a prafului – asigură curățenia spațiului de lucru prin îndepărtarea tuturor fibrelor, așchiilor și a prafului fin ce apar în procesul de producție al cablajelor. Controlul este realizat automat de aparatul ProtoMat S103, astfel asigurându-se o durată de viață mai mare și eliminarea zgomotului atunci când aparatul nu este necesar.

Unelte pentru găurire, frezare, și de tăiere a conturului

Fig.5.2.8. Dimensiunea uneltelor.

Uneltele pentru aparat se împart în două grupuri: cu operare pe suprafață (lungime de 36mm), și cu operare prin penetrare (lungime de 38mm). Diagrama de mai jos arată toate uneltele și modul în care acestea sunt împărțite pe categorii.

Fig.5.2.9. Categoriile de unelte disponibile pentru ProtoMat S103.

Fiecare culoare din diagramă reprezintă un tip de unelte, așa cum ele sunt dispuse în setul de instrumente din Fig.5.2.10. Pe fiecare unealtă în parte sunt marcate dimensiunile acesteia, pe banda colorată. Setul de instrumente vine însoțit de un dispozitiv de montare în aparat (Fig.5.2.11 și Fig.5.2.12.).

5.2.6. Operarea aparatului

Controlul aparatului se realizează prin software-ul CircuitPro. Programul este capabil să importe fișiere Gerber generate cu majoritatea soluțiilor de proiectare, realizează calculele necesare pentru transmiterea datelor de prelucrare a cablajului, și controlează aparatul în procesul de producție.

Interfața grafică

Interfața grafică a programului CircuitPro constă din mai multe zone ce sunt indicate în Fig.5.2.13. Fiecare zonă cu funcțiile sale specifice este prezentată în Tabelul5.3.

Fig.5.2.13. Interfața cu utilizatorul a programului CircuitPro.

Tabelul5.3.Descrierea zonelor din interfața programului CircuitPro.

Bara de meniuri

Fig.5.2.14.Bara de meniuri.

Tabelul5.4.Meniurile programului CircuitPro.

Bara de funcții

Bara de funcții include butoane pentru procesarea fișierelor importate de utilizator, modurile de vizualizare ale programului, procesarea obiectelor de pe cablaj sau adăugarea unora noi, și funcții pentru lucrul cu fișierele. Bara de funcții este indicată în Fig.5.2.15. și este împărțită în mai multe zone, fiecare zonă având o descriere în Tabelul5.5.

Fig.5.2.15.Bara de funcții a programului, impărțită pe mai multe zone.

Tabelul5.5.Descrierea zonelor din bara de funcții.

Fereastra de procesare

Controlul mișcărilor aparatului ProtoMat S103 se face prin fereastra de procesare.

1 – Funcții pentru controlul manual al capului de frezare/găurire.

2 – Selectare cap (frezare/găurire, cameră sau depunere de pastă).

3 – Selectarea procesului dorit și pornirea sau oprirea acestuia.

4 – Controlul capului de frezare/găurire și a unității de extragere a prafului.

5 – Mișcarea capului de frezare/găurire în poziții predefinite pentru efectuarea diferitelor operațiuni.

Controlul manual al capului de frezare/găurire

1 – Control pe direcția X/Y.

2 – Pasul pe direcția X/Y.

3 – Control pe direcția Z.

4 – Pasul pe direcția Z.

5 – Viteza motorului.

6 – Coordonatele capului de frezare/găurire.

Zona de selecție a capului activ

1 – Capul de frezare/găurire;

2 – Camera;

3 – Capul de depunere a pastei de lipit.

Zona de operare

Tabelul5.6.Descrierea zonei de operare.

Mișcarea capului într-o poziție predefinită

1 – Poziția „Acasă”;

2 – Selectarea poziție prin intermediul mouse-ului;

3 – Poziția „Pauză”;

4 – Poziția „Zero”.

Controlul capului

1 – Mutarea capului de frezare/găurire în poziția de așteptare sau în poziția de lucru;

2 – Pornirea sau oprirea motorului;

3 – Pornirea sau oprirea unității de extragere a prafului.

Conectarea aparatului

În cazul în care aparatul nu se conectează automat atunci când se pornește aplicația CircuitPro utilizatorul trebuie să stabilească manual o legătură între aparat și calculator. Pentru aceasta din meniul Machining se va alege opțiunea Connect… Va fi afișată fereastra din Fig.5.2.22. din cadrul căreia se va alege tipul aparatului ce se dorește conectat. Dacă totul este în regulă aparatul se va conecta, pașii făcuți de acesta fiind indicați într-o fereastră ca cea din Fig.5.2.23.

5.3. LPKF PROTOPRINT S

Cu ajutorul aparatului ProtoPrint S se poate depune pasta de lipit peste cablaj dintr-o singură operațiune ce ocupă puțin timp. Acest lucru se realizează cu ajutorul unei site care lasă pasta să treacă numai în zonele în care avem pad-uri SMD.

Masa de susținere a cablajului permite poziționarea rapidă a cablajului, cu ajutorul clemelor de fixare (Fig.5.3.2.), ulterior putându-se ajusta poziția acestuia prin reglajele fine pe orizontală și verticală, ce sunt poziționate în partea stângă a mesei (Fig.5.3.3.). Sunt disponibile mai multe tipuri de cleme de fixare pentru cablaj, pentru diferitele necesități de poziționare (Fig.5.3.4.).

Folia de protecție a cablajului permite utilizatorului să depună un strat de pastă de lipire pentru a verifica dacă este poziționat corect cablajul, și pentru a îi permite acestuia să facă o ultimă serie de reglaje fine asupra poziției (Fig.5.3.5.).

Micrometrele de ajustare permit reglajul fin pentru ajustarea grosimii cablajului, pe piață existând cablaje cu mai multe tipuri de grosimi (Fig.5.3.7.).

Clemele de fixare mențin poziția ramei cu sita fixă, eliminându-se posibilitatea de depunere a pastei în mod greșit.

Pasta se depune foarte ușor cu ajutorul dispozitivului special de depunere dintr-o singură trecere peste cablaj.

5.4. REALIZAREA PRACTICĂ A CABLAJULUI

În acest subcapitol va fi prezentat procesul de producție al unui cablaj imprimat, cu toate etapele necesare pentru realizarea produsului final. Acest proces de producție are mai multe faze:

Pornirea echipamentului pe care se va lucra și pregătirea consumabilelor necesare pentru producție;

Configurarea echipamentului;

Importarea fișierelor;

Producerea cablajului;

Metalizarea găurilor, depunerea pastei de protecție, și imprimarea detaliilor grafice pe acesta;

Realizarea sitei pentru depunerea pastei de lipit;

Depunerea pastei de lipit;

Plasarea componentelor SMD;

Lipirea în cuptor a componentelor.

5.4.1. Realizarea cablajului cu aparatul de frezare/găurire ProtoMat S103

Procesul de producție pentru aparatul ProtoMat S103 are întotdeauna trei faze:

Faza 1 – Pornirea sistemului – aparatul de frezare/găurire, calculatorul și unitatea de extracție a prafului trebuie să fie activate, și programul CircuitPro trebuie să fie pornit;

Faza 2 – Producția – trebuie să fie selectată funcția corespunzătoare pentru producție a mașinii (de ex. găurire manuală sau operațiuni automate).

Faza 3 – Oprirea sistemului – Programul de control CircuitPro trebuie închis, iar aparatul, calculatorul și unitatea de extragere a prafului trebuie să fie oprite.

Pornirea sistemului:

Verificarea tuturor conexiunilor cablurilor și a tuburilor (este necesară schimbarea tuturor cablurilor sau tuburilor deteriorate).

Deschidere carcasa pentru izolare fonică.

Pornirea aparatului de frezare/găurire prin comutarea întrerupătorului pe poziția ON.

Pornirea calculatorului.

Pornirea programului CircuitPro. Logo-ul CircuitPro va apare, și o fereastră în care sunt prezentați pașii de conectare ai aparatului (Fig.5.4.1.).

Va apare fereastra principală a programului (Fig.5.2.13.).

Procesul de producție al plăcii

Procesul începe prin crearea unui document nou, și selectarea din fereastra care va apare (Fig.5.4.2.) a tehnologiei de fabricare a plăcii DoubleSided_NoTHP. Înainte de a începe importarea fișierelor este necesară configurarea inițială a echipamentului. Astfel din meniul Wizards se va alege Process planing wizard (Fig.5.4.3.).

Va apare fereastra de alegere a tipului de cablaj folosit – simplu sau dublu placat (Fig.5.4.4.). În următoarele ferestre se va alege ce material este folosit – de obicei FR4 (Fig.5.4.5.), dacă se vor realiza găuri metalizate și dacă pasta se va depune cu un aparat special (Fig.5.4.6.).

Următorul pas este reprezentat de importarea fișierelor necesare pentru producție. Acest lucru se realizează prin alegerea opțiunii Import din meniul File. Este afișată fereastra din Fig.5.4.8. din care se vor alege fișierele Gerber generate la capitolul de proiectare.

Este necesară atribuirea fiecărui fișier importat a unui strat existent din lista din Fig.5.4.9. După ce toate straturile au fost atribuite se va apăsa OK, fiind afișată fereastra principală a programului cu fișierele proiectului încărcate (Fig.5.4.10.). Primul pas care trebuie făcut este deselectarea tuturor straturilor, mai puțin Board Outline, și ștergerea tuturor elementelor vizibile, mai puțin a conturului actual al plăcii (Fig.5.4.11.). Acest lucru apare atunci când programul care generează fișierele Gerber nu are o opțiune specială pentru generarea conturului plăcii.

Se vor insera obstacole pe ambele fețe ale cablajului, acestea fiind necesare atunci când se vor face calculele pentru tehnologia de realizare a cablajului. Acestea se vor insera prin accesarea meniului Insert → Rubout Area → RuboutAllLayers. Va fi afișată fereastra din Fig.5.4.12. Se va desena forma obstacolului identică cu forma cablajului importat.

Se vor plasa pini fiduciali pentru sincronizarea aparatului. Aceștia se pot adăuga prin accesarea meniului Insert → Fiducial. Va apare o fereastră ca și în cazul obstacolelor de mai sus, însă fiducialii se vor plasa prin apăsarea butonului stânga al mouse-ului în 4 puncte ale cablajului (de preferat în colțurile acestuia), așa cum apare în Fig.5.4.13.

Calculul tehnologiei de realizare a cablajului se face prin apăsarea butonului ce va afișa următoarea fereastră:

Fig.5.4.14.Alegerea metodelor de calcul a tehnologiei de realizare a cablajului.

Din cadrul ferestrei se va alege modul în care cuprul va fi îndepărtat de pe cablaj, tipul de contur al plăcii ce se va realiza, și calculele care se vor face pentru găuri. Se va apăsa Start, fiind afișată o altă fereastră cu rezultatele calculelor și uneltele ce vor fi necesare. După acest pas se va trece la dotarea magaziei de unelte, prin accesarea ferestrei de configurare a magaziei de unelte, ce poate fi accesată prin apăsarea butonului (Fig.5.4.15.).

Fig.5.4.15.Introducerea uneltelor în compartimentele corespunzătoare, și selectarea acestora din listă.

În partea din stânga a ferestrei va fi afișată lista cu componentele necesare pentru realizarea cablajului. Odată ce uneltele au fost selectate și introduse în magazie, va apare în dreptul fiecărei componente un indicator verde care va confirma că unealta a fost poziționată.

Se va trece la procesul de producție efectiv al cablajului, prin alegerea din meniul Wizards a opțiunii Board Production Wizard…, ce va afișa fereastra de începere a producției (Fig.5.4.16.).

Fig.5.4.16.Fereastra ce apare la pornirea procesului de producție.

Procesul de realizare al cablajului este împărțit într-o succesiune de pași, după cum urmează:

Montarea materialului pe masa de lucru (Fig.5.4.17.).

Setarea proprietăților materialului, și indicarea locației acestuia prin selectarea colțului din stânga jos și a celui din dreapta sus, prin apăsarea butoanelor aferente (Fig.5.4.18.). Poziția se indică prin mișcarea capului de frezare/găurire în spațiul de lucru, acesta fiind comandat de apăsarea bunoului stânga al mouse-ului.

Plasarea cablajului în zona dorită pe placă. Pentru aceasta se va da click pe cablaj și se va trage în zona dorită, sau dacă se dorește se poate apăsa butonul Set Center pentru ca programul să centreze automat cablajul. Tot din această fereastră se poate multiplica cablajul, prin introducerea numărului de copii pe axa orizontală și pe cea verticală, cu spațierea aferentă (Fig.5.4.19.).

După ce se va da Continue la fereastra de la pasul anterior, mașina va începe procesul efectiv de producție al cablajului. În cadrul acestui proces există mai multe etape, acestea fiind efectuate automat de către mașină. Etapele sunt: găurirea fiducialilor, găurirea cablajului pentru componentele THD, frezarea conturului plăcii, frezarea formei traseelor, înlăturarea cuprului ce nu este necesar. Programul va afișa în permanență starea în care este procesul de realizare al cablajului (Fig.5.4.20.), cursorul de pe ecran arătând poziția actuală a capului de frezare/găurire.

Întoarcerea cablajului, și găsirea pinilor fiduciali pentru sincronizare. Aparatul va încerca să găsească automat pinii cu ajutorul camerei, și dacă nu va reuși va afișa un mesaj prin care utlizatorul va trebui să caute manual pinii și să îi indice aparatului.

Terminarea procesului de producție va fi indicat prin afișarea mesajului Board Production Finished.

În timpul procesului de producție am realizat capturi ale aparatului în timpul etapei de realizare a traseelor. În Fig.5.4.21. avem o vedere de ansamblu asupra realizării cablajului, în timp ce în Fig.5.4.22. avem un detaliu asupra capului de frezare.

Produsul final este prezentat în Fig.5.4.23.

Fig.5.4.23.Cablajul final.

După realizarea cablajului se metalizează găurile și se aplică pe acesta un strat de lac protector cu rol în reducerea îmbătrânirii și a oxidării traseelor în timp.Cablajele imprimate au diferite medii de utilizare, în general plăcile sunt protejate prin acel lac verde impotriva umezelii, prafului și a descărcărilor statice.

După depunerea lacului protector se trece la realizarea detaliilor grafice pe cablajul imprimat. Aceste detalii au rol în ușurarea depanării defectelor care pot să apară după ce cablajul imprimat a fost pus în funcțiune. Unul dintre avantajele pe care le aduce realizarea detaliilor grafice este și oferirea unui suport vizual pentru plasarea componentelor și identificarea gabaritului, formei și uneori a pinulului unu la circuitele integrate. Pentru componentele cu palrizare detaliile ajută la identificarea poziționării corecte a acestora.Cablajul imprimat având depus lacul de protecție și realizate detaliile grafice este prezentat în Fig.5.4.24.

Fig.5.4.24. Cablajul imprimat cu lacul protector depus și găurile metalizate.

5.4.2. Depunerea pastei de lipit

Se poate realiza prin două metode: cu ajutorul aparatului ProtoMat S103 prin depunerea automată de acesta punct cu punct a pastei, sau cu ajutorul aparatului ProtoPrint S prin sita de depunere a pastei.

Depunerea cu ProtoMat S103

Pornirea aparatului ProtoMat S103 se face în același mod ca și la operațiunea de frezare/găurire. Este importantă pregătirea materialelor înainte de a începe procesul de depunere a pastei de lipit. Astfel, este nevoie de capul de depunere, acul de depunere, pastă de lipire la temperatura camerei, cablajul complet, fișiere Gerber.

La fel ca la procesul de frezare/găurire, se va începe un proiect nou și se va alege fișierul de tehnologie, și se vor importa fișierele Gerber necesare (în cazul acesta avem nevoie de Solder Paste, Drill Unplated, și Board Outline).

După ce fișierele au fost importate se vor face calculele necesare pentru punctele în care se va depune pasta. Pentru aceasta se va accesa meniul Toolpath → Dispense, pentru accesarea ferestrei din Fig.5.4.25. Se pot alege mărimile punctelor pentru care se dorește să se calculeze depunerea, sau se pot lăsa toate variantele. Pentru a verifica dacă punctele de lipire au fost create se vor inspecta elementele din fereastra Machining, așa cum apare în Fig.5.4.26.

Se va realiza calculul pentru tehnologii, avându-se grijă să se bifeze numai opțiunile din Fig.5.4.27.

Fig.5.4.27.Setările pentru calculul tehnologiei.

Înainte de a începe procesul de depunere a pastei de lipit, este necesară pregătirea și calibrarea aparatului. Pentru aceasta se va accesa meniul Wizards → Dispense preparation wizard… ce va porni o serie de etape ce trebuiesc parcurse:

Pregătirea capului de depunere a pastei prin asamblarea acestuia;

Montarea capului de depunere în locația indicată;

Măsurarea grosimii cablajului și introducerea valorii în câmpul din interiorul ferestrei;

Ajustarea capului pentru o focalizare optimă;

Curățarea vârfului;

Determinarea offset-ului camerei, prin măsurarea distanței dintre puncte.

După ce procesul de pregătire s-a încheiat se poate trece la procesul de depunere a pastei de lipire. Pentru aceasta se va accesa meniul Wizards → Dispense Process Wizard, și se vor urma pașii indicați. Primul pas este cel de montare al cablajului pe care se va face depunerea, după ce a fost măsurată grosimea acestuia. Următorul pas îl reprezintă citirea a două găuri de pe cablaj cu ajutorul camerei pentru a determina poziția acestuia și pentru sincronizarea cu fișierele de fabricare. După ce procesul de aliniere a fost completat, se va trece la depunerea automată a pastei de lipire, la finalul procesului, putând să plasăm o a doua placă pentru depunerea pastei prin selectarea opțiunii Next Board.

Depunerea cu ProtoPrint S

Pentru a depune pasta cu ProtoPrint S este nevoie de o sită specială, care va permite trecerea pastei de lipit numai în zonele necesare. Această sită se realizează înainte de a începe procesul de depunere, cu ajutorul aparatului ProtoMat S103. Astfel, sunt necesari o serie de pași pentru crearea sitei:

Se va începe un proiect nou, la fel ca la procesul de frezare de la pag.118, și se va alege același fișier de tehnologie.

Se va importa fișierul .LMD, fișier ce conține informații despre sistemul de prindere. Se vor selecta toate obiectele din fereastra apărută, și din meniul contextual al butonului dreapta al mouse-ului se va alege opțiunea Assign to Phase →MillingTop. Cu fișierele selectate în continuare, se va apăsa butonul Rotate 90 degrees.

Definirea unui material nou, din meniul Edit → Tool Library, din fereastra ce va apre selectându-se Edit materials.În fereastra ce va apare se va trece numele noului material Poliamida, și se va bifa opțiunea de copiere a proprietăților materialului existent FR4 (Fig.5.4.28.).

Se va apăsa butonul Define Filter și din tabul Material se va bifa Poliamida.

Se ve crea o unealtă nouă, prin selectarea MicroCutter din lista Spindle100 și se va apăsa butonul Add Tool.

Se vor ajusta proprietățile uneltei, așa cum este indicat în Fig.5.4.29.

Se va plasa folia de poliamidă pe suport, și se va fixa cu bandă adezivă pe laturile pe care nu se va face decuparea sa. Este foarte important ca folia să fie întinsă la maxim pentru ca decuparea sa să fie corespunzătoare (Fig.5.4.30.).

Materialul va fi plasat pe masa de lucru, tabla de sucție asigurând fixarea corespunzătoare a acestuia.

Definirea dimensiunilor materialului din CircuitPro, și alegerea tipului corect de material.

Plasarea materialului prin aceeași metodă ca la procesul de frezare.

Verificarea și ajustarea adâncimii uneltei. Acest lucru se realizează prin apăsarea butonului Check milling width din fereastra Tool magazine, ca în Fig.5.4.32.

Se va defini o zonă în care aparatul va grava o linie, care va fi citită ulterior cu camera, pentru verificare. Programul va propune o corecție, utilizatorul putând să o mărească sau să o micșoreze.

Se va intra în tabul Toolpath și din lista Phases se va alege MillingTop și se va alege edit din meniul contextual (Fig.5.4.33.).

Din meniul contextual al MillingTop se va alege opțiunea ProcessToolpath, în urma căruia procesul de decupare va începe.

După ce procesul de creare al sistemului de prindere se va începe un proiect nou, pentru crearea sitei de depunere a pastei. Pașii pentru pornirea unui proces sunt similari cu cei de la procesul de frezare, fiind necesară importarea fișierului SolderPaste.

Se vor selecta toate elementele încărcate, și din tabul Layers se va bifa opțiunea Inverse (Fig.5.4.35.).

Se va realiza calculul tehnologiilor de realizare, la fel ca la pag.120.

Se va defini zona materialului, și se va plasa sita într-o zonă specifică, și se va porni procesul MillingTop. Rezultatul final este indicat în Fig.5.4.36.

Depunerea propriu-zisă a pastei se va face cu aparatul ProtoPrint S. Acest lucru se realizează printr-o serie de pași:

Fixarea sitei de poliamidă pe rama specială, și întinderea acesteia prin butoanele de reglare fină din partea stânga a Fig.5.4.37.

Rama se va fixa cu ajutorul a trei cleme de prindere. Rama trebuie să fie prinsă bine, pentru că va fi exercitată presiunii în timpul procesului de depunere a pastei. În Fig.5.4.38. este prezentat sistemul de prindere.

Fixarea cablajului cu ajutorul suporților pe masa de susținere. Este important ca placa să nu se miște în timpul procesului de depunere a pastei de lipit (Fig.5.4.39.).

Aplicarea foliei de test peste cablajul fixat pentru a face o depunere de test a pastei, și pentru realizarea reglajelor fine ulterioare.

Introducerea cablajului sub sita de depunere a pastei și se vor face reglaje. Fiecare cablaj are o grosime specifică. Acest lucru poate ridica prea mult placa pe sită, sau nu se poate face contact între sită și placă. Se pot face reglaje fine cu ajutorul micrometrelor (Fig.5.4.40.) pentru ajustarea corectă a înălțimii cablajului.

Depunerea unui strat de pastă pe cablaj prin sită, și verificarea diferenței dintre pini și pastă. La acest pas se pot face reglaje fine asupra poziției cablajului prin butoanele din partea stânga a mesei de lucru (Fig.5.4.41.).

Se va verifica poziția cablajului sub sita de depunere a pastei de lipit, urmărindu-se ca toți pinii să fie vizibili pentru o depunere corectă a pastei de lipire.

Se va depunde pasta de lipire, ulterior făcându-se o inspecție vizuală a cablajului (Fig.5.4.43.).

Pentru a fi siguri că depunerea s-a făcut corect se va face o verificare cu ajutorul microscopului. După cum se observă, avem mai multe tipuri de depunere a pastei de lipit.

CAPITOLUL 5

CONCLUZII

Prin complexitatea sa, construcția aparatelor electronice implica un număr mare de cunoștințe din diferite domenii (fizică, chimie, mecanică, electronică, etc).

Rezultă deci, că pentru proiectarea și construcția unui aparat electronic fiabil trebuie cunoscute în profunzime problemele ridicate de această proiectare și deci rezolvarea lor prin soluțiile corecte ce se impun. A nu lua în seama aceste aspecte duce implicit la un produs instabil, cu parametrii modești sau chiar sub-parametrii, necompetitiv în concluzie. Prin nerespectarea unei bune ecranări influențele pot duce la grave erori, care la rândul lor conduc la avarii, stagnarea procesului tehnologic sau nemulțumirea utilizatorului. De asemenea, o proiectare necorespunzatoare a traseelor de cablaj poate conduce la efecte nedorite în montajul electronic, respectiv la crearea unei inductanțe false, la fluctuații ale punctului de masă, influențe între trasee de tip capacitiv, și așa mai departe. Grosimea traseului modificată în mod nejustificat poate duce la încălzirea cablajului sau chiar arderea acestuia, deci întreruperea traseului respectiv. O proiectare necorespunzatoare în funcție de climatul de funcționare a aparatului respectiv poate conduce la scăderea performanțelor sau chiar la nefuncționarea aparatului. Trebuie acordată o mare atenție tuturor acestor aspecte!

Realizarea practică poate pune de asemenea probleme privind modul de funționare al produsului final. Plasarea componentelor defectuoasă, lipirea necorespunzătoare, frezarea traseelor fără a se scoate tot cuprul pot pune probleme serioase în funcționare, sau în depanarea produsului.