Схема сборки печатной платы

Когда говорят 'схема сборки печатной платы', многие сразу представляют красивый чертёж из CAD-системы, где всё разложено по полочкам. Это, конечно, основа, но на практике всё начинается с момента, когда эта самая схема попадает в цех. И здесь уже решает не идеальная геометрия на экране, а то, как пайщик или автомат будет взаимодействовать с реальным 'железом'. Частая ошибка — считать, что если схема прошла DRC-проверку, то проблем не будет. Увы, жизнь сложнее.

От файла к реальности: где кроются первые подводные камни

Взять, к примеру, ситуацию с мелкими компонентами в корпусах 0201 или с BGA-микросхемами с шагом 0.4 мм. На схеме всё выглядит аккуратно, дорожки идут, зазоры соблюдены. Но когда технолог получает Gerber-файлы и начинает планировать трафарет для паяльной пасты, выясняется, что площадки для тех же 0201 спроектированы 'по учебнику', без учёта возможного сдвига компонента при установке. В итоге паста наносится идеально, но при посадке чип 'сползает' на пару сотых миллиметра, и после оплавления получается перемычка или, наоборот, недопай. Это классика.

Мы в своё время на этом обожглись, делая одну из первых партий для заказчика из телекома. Схему сборки рисовал талантливый, но неопытный инженер, который не учитывал специфику нашего монтажного оборудования. Пришлось срочно вносить правки уже в рабочие файлы, корректируя геометрию площадок под наш конкретный трафарет и параметры пайки. С тех пор у нас появилось жёсткое правило: любая схема сборки печатной платы перед запуском в серию проходит согласование не только с конструктором, но и с начальником сборочного участка. Он смотрит на неё глазами того, кто будет эту сборку выполнять.

Кстати, о согласовании. Полезно иногда распечатать схему в масштабе 1:1 и положить рядом с образцом компонентов. Звучит архаично, но это позволяет сразу увидеть, не получится ли так, что высокий электролитический конденсатор 'ляжет' на соседний разъём, который по схеме находится в допустимой близости. В цифре этого не видно.

Роль документации: что должно быть в хорошей схеме помимо рисунка

Хорошая схема сборки — это не один файл. Это пакет документов. Обязательно должна быть спецификация с чёткими обозначениями, производителями и номенклатурными номерами. Очень помогает, когда на самой схеме есть выноски с особыми указаниями. Например: 'Установить микросхему U5 только после контроля напряжения на тестовых точках TP1-TP3' или 'Паять разъём P4 вручную, последним, после установки платы в корпус'.

Однажды получили мы заказ от компании ООО 'Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии' на сборку партии управляющих плат. Они как раз из тех, кто стремится к глубокой интеграции технологий, и их инженеры прислали, на первый взгляд, безупречный пакет. Но в спецификации на одну из микросхем стояло 'аналог — SN74HC00N', а на схеме сборки был нарисован корпус SOIC-14. Проблема в том, что у этого 'аналога' от другого производителя могла быть иная цоколёвка в том же корпусе. Пришлось уточнять, и, как выяснилось, они закладывали конкретную деталь от Texas Instruments. Если бы собрали с тем, что было на складе, партия могла бы уйти в брак. Этот случай теперь у нас как учебный — он показывает, что даже у продвинутых компаний, чьи возможности роста впечатляют, в цепочке передачи данных может возникнуть такой человеческий фактор.

Поэтому мы теперь требуем, чтобы в схеме сборки или в отдельном файле была приложена диаграмма ориентации (silkscreen) для всех компонентов с несимметричным расположением выводов. Сэкономило кучу времени и нервов.

Взаимодействие с производством: адаптация под конкретный цех

Идеальной, универсальной схемы сборки не существует. То, что отлично работает на японской линии с новейшими автоматами, может вызвать ступор в цеху, где половина операций — ручные. Нужно понимать возможности своего производства. Например, если у вас нет установщика, способного точно позиционировать QFN-компоненты с термопадом снизу, то в схеме сборки нужно сразу заложить возможность ручной досыпки припоя по бокам. И нарисовать это не абстрактно, а конкретно: 'добавить паяльную пасту на боковые площадки вручную шприцем'.

У нас был проект, где заказчик требовал применения бессвинцового припоя с высокой температурой оплавления. На схеме всё было стандартно. Но мы знали, что наши печи в тот момент могли давать неравномерный прогрев по краям конвейера. Пришлось на той же схеме сборки, для себя, карандашом разметить, какие платы в лотке ставить по центру, а какие — ближе к середине, чтобы избежать перегрева чувствительных компонентов. Это уже не схема, а технологическая карта, но рождается она именно из анализа исходной схемы.

Сайт https://www.apexpcb-cn.ru, кстати, демонстрирует подход, когда компания контролирует несколько предприятий в цепочке. В такой экосистеме критически важна унификация схем сборки и требований к ним. Чтобы плата, спроектированная в одном месте, могла без проблем собираться на другом заводе группы. Это высший пилотаж, требующий глубокой стандартизации.

Ошибки и их обратная связь: как неудачи улучшают схемы

Самые ценные правки в схемы сборки вносятся после первых промышленных проб, особенно если что-то пошло не так. Запомнился случай с платой, где была микросхема в корпусе LGA. На схеме паяльные площадки были стандартные. После оплавления на 30% плат соединение было неустойчивым. Причина — недостаточный объём припоя. Решение было не в том, чтобы увеличить количество пасты в трафарете (это могло привести к замыканиям), а в том, чтобы изменить форму аппертуры на трафарете — сделать её не прямоугольной, а в виде 'домика' с дополнительной площадкой посередине. И эту новую форму мы тут же внесли как обязательное примечание к схеме сборки печатной платы для всех будущих ревизий.

Ещё один момент — маркировка. На схеме она есть, но часто её делают мелким шрифтом где-нибудь в углу. А на производстве оператору нужно быстро найти, куда ставить редкий предохранитель. Теперь мы просим, чтобы для ключевых, легко перепутываемых компонентов (диоды, танталовые конденсаторы с полярностью) на схеме сборки прямо на изображении платы была крупная стрелка или метка, дублирующая шелкографию. Это снижает процент ошибок при ручной установке.

По сути, схема сборки должна эволюционировать вместе с продуктом. Первая версия — для инженера. Вторая — с учётом замечаний технолога. Третья — с пометками из цеха после пробной партии. И так далее.

Инструменты и будущее: не CAD-ом единым

Сегодня уже недостаточно просто нарисовать сборку в Altium или KiCad. Всё чаще требуется привязать схему к данным MES (Manufacturing Execution System). Чтобы по штрих-коду на панели можно было вывести на экран монитора на рабочем месте именно ту схему сборки, которая нужна для этой конкретной модификации. Это уже следующий уровень.

Вижу, как компании вроде ООО 'Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии', с их ориентацией на инновации, движутся к созданию цифровых двойников всего процесса. В такой системе схема сборки печатной платы перестаёт быть статичным PDF-файлом. Она становится интерактивной инструкцией, которая может показывать 3D-вид, подсвечивать последовательность операций и даже интегрироваться с данными контроля. Это, конечно, идеал.

Но пока до этого идеала дойдут все, в большинстве цехов живут обычными PDF-ками или даже бумажными листами. Поэтому самый практичный совет — делать схему сборки максимально 'глупой' для пользователя. Такой, чтобы даже новый сотрудник, глядя на неё, мог выполнить работу с минимальным количеством вопросов. Это значит: минимум условных обозначений, максимум наглядности, крупные номера позиций, чёткие указания на полярность. В конечном счёте, цель схемы — не поразить красотой, а обеспечить безошибочную сборку. И когда это получается, все предыдущие итерации и правки оказываются не зря.