eng
Выпуск #2/1999
М. Маркин.
Некоторые соображения по поводу изготовления печатных плат
Некоторые соображения по поводу изготовления печатных плат
Просмотры: 2322
В статье С.А.Топорова “Где изготовить печатные платы?” (Электроника: НТБ, 1998, №5–6) автор делится опытом изготовления печатных плат (ПП) и дает полезную для разработчика информацию о ряде отечественных фирм–изготовителей ПП, приводя в том числе некоторые ценовые ориентиры. Однако анализ в основном ограничивается рассмотрением печатных плат не более чем с четырьмя слоями.
В значительной части современного оборудования используются монтируемые на поверхность электронные компоненты, в том числе и микросхемы в относительно новых корпусах BGA-типа. При этом для достижения максимальной плотности упаковки компоненты могут располагаться с двух сторон печатной платы и достаточно близко друг к другу. Как показывает опыт, в этих условиях четырех слоев обычно недостаточно для обеспечения трассировки ПП: два слоя из четырех обычно предназначены для разводки шин питания и, таким образом, для трассировки сигналов остается фактически только два слоя. С другой стороны, потребность в печатных платах с числом слоев более 14 представляется достаточно экзотичной. Ведь при трассировке ПП простое увеличение числа слоев часто может быть неэффективным, поскольку при использовании обычных сквозных переходных отверстий поверхность платы оказывается плотно покрыта площадками для припаивания контактов микросхем, проложенными трассами и уже поставленными переходными отверстиями. В итоге на плате сложно найти место под новые отверстия для перехода из слоя в слой. В условиях плотного монтажа компонентов проблему трассировки платы можно успешно решать за счет перехода к более жестким проектным нормам (уменьшение ширины проводников и зазора между ними, уменьшение диаметра переходного отверстия), а также использования “слепых” и межслойных переходных отверстий.
Далее хочется расширить список фирм, изготавливающих печатные платы по исходным данным заказчика. Фирма НПО РОСТА занимается разработкой и поставкой аналоговых и цифровых модулей с использованием современных сигнальных процессоров и в связи с этим имеет опыт изготовления ПП в Великобритании. Фирма оказывает заинтересованным организациям и частным лицам необходимую помощь в размещении заказа и создании ПП. За период трехлетнего сотрудничества с зарубежными производителями печатных плат НПО РОСТА накопило определенный опыт, которым хотелось бы поделиться и тем самым дополнить информацию, не нашедшую должного отражения в упомянутой статье.
Прежде всего о возможностях предлагаемого производства ПП, которое в соответствии с отечественной классификацией можно отнести к V классу сложности, т.е. максимальные размеры платы — 560 х 450 мм, число слоев — до 24, общая толщина платы — 0,8/1,6/2,4/3,2 мм, минимальная ширина проводников и зазора между ними — до 0,075 мм (.003”), минимальный диаметр переходного отверстия — до 0,1 мм. Возможно изготовление плат со “слепыми” и межслойными переходными отверстиями. Покрытия — маска, золочение, лужение, шелкография. Срок изготовления ПП — от 3 до 20 рабочих дней в зависимости от требования заказчика и готовности платить повышенную цену за скорость изготовления. Правда, необходимо оговорить, что доставка и таможенная очистка увеличивают общий срок поставки ПП заказчику приблизительно на пять–десять дней. В качестве основы ПП, кроме типового FR4, можно использовать широкую номенклатуру других материалов, в том числе керамику, что иногда даже не влечет за собой увеличения стоимости платы. Например, стоимость ПП на основе материала ISOLA, аттестованного по военным требованиям (западным) и пригодного для работы в диапазоне температур от -65о до +125оС, та же, что и для плат на FR4.
На производстве имеется специальная служба контроля качества изготовленных ПП, выполняющая в том числе “прозвонку” соединений на соответствие списку цепей, получаемому из исходной информации заказчика. Возможна дополнительная проверка импеданса цепей. При необходимости проводится аттестование на соответствие продукции таким стандартам, как BS 9000, MIL P-55110, CECC 23000 и др. Необходимо отметить и внимательную работу службы входного контроля, взаимодействующую с заказчиком. В нашей практике имеется ряд случаев, когда ошибки в исходной информации заказчика (сдвиг контактных площадок и их замыкание с проводниками, замыкание переходного отверстия сразу на слой питания и “земли”) были обнаружены и исправлены на этапе подготовки к производству.
Естественно, основной, и зачастую решающей, для пользователя характеристикой является стоимость изготовления ПП, которая обычно представляется значительно более высокой, чем при производстве на отечественном предприятии. Будучи сторонниками нашего производителя, попытаемся тем не менее опровергнуть это заблуждение. Стоимость изготовления ПП в каждом конкретном случае определяется индивидуально на основании предварительных данных, предоставляемых фирме-изготовителю, объема и срока изготовления партии. Чтобы дать ценовые ориентиры, рассмотрим ПП размером 100х100 мм (площадь — 1 дм2). Срок изготовления — 20 рабочих дней (табл.).
Укажем важный, с нашей точки зрения, резерв снижения стоимости ПП. В общем случае можно утверждать, что стоимость ПП растет по мере приближения к технологическим пределам, перечисленным выше. Однако в широких пределах до значения ширины проводника и зазора 0,15 мм (.006”) и диаметра отверстия до 0,2 мм цена платы не зависит от реальных норм, использованных при ее проектировании. А это означает: если при проектных нормах 0,2 мм (.008”) ПП была спроектирована в восьми сигнальных слоях, то при переходе к нормам 0,15 мм (.006”), т.е. увеличении плотности прокладки проводников на 25% и соответствующем уменьшении размера переходного отверстия, можно ожидать, что число сигнальных слоев, требуемых для трассировки платы, сократится до шести. В этом случае стоимость изготовления платы переходит в другую ценовую категорию. Таким образом, учет этой особенности на стадии проектирования позволит снизить стоимость ПП до уровня отечественных плат, как правило, при более высоком уровне качества и надежности производства.
Хотелось бы сделать одно замечание по поводу упомянутого в статье С.А.Топорова формата Gerber представления исходных данных для изготовления ПП. Данные в этом формате могут быть достаточно легко получены в любой системе проектирования ПП, в том числе и PCAD. Этот формат является типовым входным языком для всех зарубежных производств ПП. К сожалению, большинство отечественных производств настроены на использование в качестве исходных данных PCB-файлов ПП формата PCAD. Это ограничивает возможности разработчика в использовании других CAD, зачастую более “интеллектуальных” и удобных в работе.
Маркин
Михаил Александрович
В значительной части современного оборудования используются монтируемые на поверхность электронные компоненты, в том числе и микросхемы в относительно новых корпусах BGA-типа. При этом для достижения максимальной плотности упаковки компоненты могут располагаться с двух сторон печатной платы и достаточно близко друг к другу. Как показывает опыт, в этих условиях четырех слоев обычно недостаточно для обеспечения трассировки ПП: два слоя из четырех обычно предназначены для разводки шин питания и, таким образом, для трассировки сигналов остается фактически только два слоя. С другой стороны, потребность в печатных платах с числом слоев более 14 представляется достаточно экзотичной. Ведь при трассировке ПП простое увеличение числа слоев часто может быть неэффективным, поскольку при использовании обычных сквозных переходных отверстий поверхность платы оказывается плотно покрыта площадками для припаивания контактов микросхем, проложенными трассами и уже поставленными переходными отверстиями. В итоге на плате сложно найти место под новые отверстия для перехода из слоя в слой. В условиях плотного монтажа компонентов проблему трассировки платы можно успешно решать за счет перехода к более жестким проектным нормам (уменьшение ширины проводников и зазора между ними, уменьшение диаметра переходного отверстия), а также использования “слепых” и межслойных переходных отверстий.
Далее хочется расширить список фирм, изготавливающих печатные платы по исходным данным заказчика. Фирма НПО РОСТА занимается разработкой и поставкой аналоговых и цифровых модулей с использованием современных сигнальных процессоров и в связи с этим имеет опыт изготовления ПП в Великобритании. Фирма оказывает заинтересованным организациям и частным лицам необходимую помощь в размещении заказа и создании ПП. За период трехлетнего сотрудничества с зарубежными производителями печатных плат НПО РОСТА накопило определенный опыт, которым хотелось бы поделиться и тем самым дополнить информацию, не нашедшую должного отражения в упомянутой статье.
Прежде всего о возможностях предлагаемого производства ПП, которое в соответствии с отечественной классификацией можно отнести к V классу сложности, т.е. максимальные размеры платы — 560 х 450 мм, число слоев — до 24, общая толщина платы — 0,8/1,6/2,4/3,2 мм, минимальная ширина проводников и зазора между ними — до 0,075 мм (.003”), минимальный диаметр переходного отверстия — до 0,1 мм. Возможно изготовление плат со “слепыми” и межслойными переходными отверстиями. Покрытия — маска, золочение, лужение, шелкография. Срок изготовления ПП — от 3 до 20 рабочих дней в зависимости от требования заказчика и готовности платить повышенную цену за скорость изготовления. Правда, необходимо оговорить, что доставка и таможенная очистка увеличивают общий срок поставки ПП заказчику приблизительно на пять–десять дней. В качестве основы ПП, кроме типового FR4, можно использовать широкую номенклатуру других материалов, в том числе керамику, что иногда даже не влечет за собой увеличения стоимости платы. Например, стоимость ПП на основе материала ISOLA, аттестованного по военным требованиям (западным) и пригодного для работы в диапазоне температур от -65о до +125оС, та же, что и для плат на FR4.
На производстве имеется специальная служба контроля качества изготовленных ПП, выполняющая в том числе “прозвонку” соединений на соответствие списку цепей, получаемому из исходной информации заказчика. Возможна дополнительная проверка импеданса цепей. При необходимости проводится аттестование на соответствие продукции таким стандартам, как BS 9000, MIL P-55110, CECC 23000 и др. Необходимо отметить и внимательную работу службы входного контроля, взаимодействующую с заказчиком. В нашей практике имеется ряд случаев, когда ошибки в исходной информации заказчика (сдвиг контактных площадок и их замыкание с проводниками, замыкание переходного отверстия сразу на слой питания и “земли”) были обнаружены и исправлены на этапе подготовки к производству.
Естественно, основной, и зачастую решающей, для пользователя характеристикой является стоимость изготовления ПП, которая обычно представляется значительно более высокой, чем при производстве на отечественном предприятии. Будучи сторонниками нашего производителя, попытаемся тем не менее опровергнуть это заблуждение. Стоимость изготовления ПП в каждом конкретном случае определяется индивидуально на основании предварительных данных, предоставляемых фирме-изготовителю, объема и срока изготовления партии. Чтобы дать ценовые ориентиры, рассмотрим ПП размером 100х100 мм (площадь — 1 дм2). Срок изготовления — 20 рабочих дней (табл.).
Укажем важный, с нашей точки зрения, резерв снижения стоимости ПП. В общем случае можно утверждать, что стоимость ПП растет по мере приближения к технологическим пределам, перечисленным выше. Однако в широких пределах до значения ширины проводника и зазора 0,15 мм (.006”) и диаметра отверстия до 0,2 мм цена платы не зависит от реальных норм, использованных при ее проектировании. А это означает: если при проектных нормах 0,2 мм (.008”) ПП была спроектирована в восьми сигнальных слоях, то при переходе к нормам 0,15 мм (.006”), т.е. увеличении плотности прокладки проводников на 25% и соответствующем уменьшении размера переходного отверстия, можно ожидать, что число сигнальных слоев, требуемых для трассировки платы, сократится до шести. В этом случае стоимость изготовления платы переходит в другую ценовую категорию. Таким образом, учет этой особенности на стадии проектирования позволит снизить стоимость ПП до уровня отечественных плат, как правило, при более высоком уровне качества и надежности производства.
Хотелось бы сделать одно замечание по поводу упомянутого в статье С.А.Топорова формата Gerber представления исходных данных для изготовления ПП. Данные в этом формате могут быть достаточно легко получены в любой системе проектирования ПП, в том числе и PCAD. Этот формат является типовым входным языком для всех зарубежных производств ПП. К сожалению, большинство отечественных производств настроены на использование в качестве исходных данных PCB-файлов ПП формата PCAD. Это ограничивает возможности разработчика в использовании других CAD, зачастую более “интеллектуальных” и удобных в работе.
Маркин
Михаил Александрович
Отзывы читателей
