Capire i Cortocircuiti Causati da Ponti di Saldatura: Cuocete i Vostri Biscotti e Mangiateli Pure.

Cookies on a baking sheet

Adoro cuocere al forno. Soprattutto attorno alle vacanze, c’è qualcosa di eccitante e rilassante nel pianificare la preparazione di interi piatti di biscotti da portare alle feste. Che poi, io amo soprattutto mangiare l’impasto dei biscotti. Trovo noiosa e limitata la procedura di preparazione della forma dei biscotti, o quando bisogna metterli in una teglia per poi aspettare che siano cotti in forno. Quando perdo la pazienza, cerco di impiattare tutti i biscotti che riesco in una sola teglia; il risultato finale è ovviamente un solo e unico grande biscotto che mi tocca mangiare controvoglia.

Che stiate pensando all’idea della preparazione dei biscotti festivi o che speriate solo di trovare una maniera più conveniente per pianificare i vincoli di spazio, l’obiettivo è sempre quello di progettare il layout della vostra teglia per evitare problemi con l’intero vassoio di biscotti. Dopo tutto il tempo che avete dedicato alla loro preparazione, dovreste anche essere ricompensati dal gusto di mangiarli. Quanto sarebbe vero se questo si avverasse per ogni cosa...

Sfortunatamente, se occupo troppo spazio sulla mia PCB non diventa un biscotto. Infatti una mancanza di pazienza e di mancata progettazione dei vincoli di spazio potrebbe essere ben più costosa della rovina di una manciata di biscotti. Le dimensioni e la complessità degli schemi di PCB sono tra i fattori più importanti per il costo di produzione; tuttavia, sono ancora peggio i progetti sovraffollati e malfunzionanti. Saper gestire adeguatamente lo spazio nei vostri progetti vi farà risparmiare (e probabilmente guadagnare) più soldi e tempo che potreste dedicare ad altre cose (per esempio potreste mangiare altri biscotti).

 I Corto-Circuiti

Il problema più frequente con il sovraffollamento è il corto-circuito. Una sfortunata realtà (una sconveniente verità?) che spesso i corto-circuiti possano verificarsi anche a seguito di un'opportuna progettazione del vostro PCB. I ponti da saldatura si verificano spesso fintanto che si dispone di un progetto ad alta densità; tuttavia, con le crescenti richieste dei PCB  i progetti ad alta densità sono sempre più richiesti.

Quando diminuite le dimensioni delle saldature e la distanza tra loro, c’è più possibilità che facciano contatto tra di loro. La pasta per saldature potrebbe venire applicata fuori dall’area predefinita e creare dei ponti agli altri punti di saldatura. Proprio come durante la cottura dei biscotti, l’unico modo per evitare che si vengano a creare questi ponti è un’adeguata spaziatura tra le saldature per dare spazio ad eventuali sbavature. Non ci stiamo adeguando al peggio, piuttosto stiamo distribuendo alcune risorse dal momento che siamo a conoscenza di alcuni rischi di corto-circuito.

Guy watching smoke come out of the oven.

Surriscaldare i PCB e i componenti è grave quanto bruciare dei biscotti, ma molto più costoso.

Manifattura

Una alta densità nelle PCB può rendere ancora più difficili alcune fasi come quella manufatturiera. Alcuni problemi agli stampini possono aggravare il rischio di corto-circuito, specialmente quando tanti piccoli componenti vengono sistemati in uno spazio ristretto. Quando c’è una elevata densità di componenti, vi sono dei maggiori rischi che la pasta della saldatura si allinei in maniera errata. Un adeguato spazio cuscinetto tra i componenti della PCB può evitare la formazione di questi ponti di pasta di saldatura. Senza questi spazi, è molto più probabile la formazione di questi ponti e il conseguente corto-circuito.

Inoltre, anche l'accuratezza delle macchine durante il prelievo e il posizionamento dei componenti riduce la densità che è possibile utilizzare nella progettazione dei PCB. Se la precisione delle macchine è elevata, potrete avere un po’ più di flessibilità nella distribuzione delle componenti. Tuttavia, dovete anche considerare gli strumenti usati durante il prelievo e posizionamento. Gli strumenti di posizionamento possono estendersi oltre il limite dei componenti, il che può portare a delle difficoltà per il posizionamento di componenti vicini ad altri già posizionati.

A seconda del posto in cui vivo, a volte ho bisogno di uno sgabello per raggiungere ciò che ho conservato negli scaffali in alto. Questo potrebbe forse rallentare la mia velocità di cottura dei biscotti, ma non mi impedirà certo di prepararne in futuro. L'altezza dei componenti diventa un problema anche se la macchina non può raggiungere la posizione vicino ad un componente più alto come nel caso delle resistenze vicino alle basette. Immaginate di stare decorando un biscotto e di posizionarci dei marshmallows giganti, poi necessari per disegnare con la glassa senza spostare il biscotto. Di solito mangio il biscotto prima del processo di decorazione, ma non posso certamente mangiare un PCB.

Marshmallow snowman cookie

La differenza di altezza dei componenti rende i biscotti difficili da fare come i PCB

 Ispezione, riprogettazione e riparazione

Oltre alla manifattura, le sfide di un progetto ad alta densità non sono ancora finite. L’ispezione è ancora più difficile dal momento che i componenti sono meno riconoscibili quando sono vicini tra di loro come nei progetti ad alta densità. Potreste non avere la possibilità di vedere i punti di saldatura e di verificare le altezze dei distanziatori. Se avete dei componenti con altezze variabili, allora probabilmente alcuni di loro impediscono la vista di altri.

Trovare i problemi nei progetti ad alta densità non è il solo problema rimanente, quando le componenti sono tra di loro così vicine potrebbero sorgere altri tipi di problemi oltre a quelli già citati. Potreste dover rimuovere dei componenti per raggiungere quello che dovete riparare, e dovrete usare delle pinzette molto sottili ed avere una presa fermissima. Riscaldare alcune sezioni della scheda porterà sicuramente alla fusione delle saldature causando sbrodolature. Potreste inoltre dover adottare degli scudi termici dal momento che c’è poco spazio per poter dissipare il calore adeguatamente.

Requisiti operativi sulla spaziatura

Prima ancora di considerare gli errori, corto-circuiti o ponti, dovreste chiedervi se la vostra spaziatura è a norma. Esistono delle specifiche formali per gli spazi: la più citata è la IPC-D-279, sezione 3.3.9, ma esistono anche delle raccomandazioni dai fornitori, come questo grafico da OCM, spesso per specifici prodotti o applicazioni. Una volta che avrete cambiato le componenti o le confezioni, le specifiche potrebbero non essere più valide per fornire le adeguate linee guida.

I requisiti per la spaziatura dei componenti dipendono dalle funzionalità della scheda, dai parametri operativi, e dall’ambiente. Tenete a mente i requisiti di isolazione (basati sul voltaggio, RFI, o EMC) prima di provare a ridurre gli spazi, o potreste stare riducendo la vita dell’intero prodotto, e possibilmente state introducendo dei problemi di sicurezza, solo per risparmiare qualcosina sui costi iniziali. Potreste anche considerare dei requisiti di utilizzo e sicurezza che determinano le dimensioni dei bordi. Inizialmente, i bordi possono sembrare uno spazio inutile in più da pagare,  ma la loro rimozione potrebbe avere delle consequenze catastrofiche sulla durata della vita della scheda.

Spoon and bowl with spilled icing

La glassa rovesciata è deliziosa. La pasta saldante rovesciata è disastrosa.

Oltre a tutte le altre informazioni che dovete tenere in considerazione durante la progettazione, la spaziatura dei componenti e la possibile creazione di ponti e cortocircuiti è una ulteriore inutile noia. Credetemi, sono uno che si scorda sempre di scaldare il forno prima di metterci qualcosa dentro, posso capire quanto sia difficile tenere traccia di tutte queste considerazioni. Ecco perché state lavorando su dei progetti ad alta densità dovreste usare Altium Designer® con tutti i suoi controlli delle sue robuste regole di progettazione, che vi assicureranno di porre uno spazio adeguato seguendo i limiti fisici dei componenti e delle schede, inoltre può anche importare le regole dei fornitori da seguire durante la progettazione.

Tutto questo assieme ad altri grandiosi strumenti di progettazione che saranno a vostra portata di mano renderanno la vostra vita da designer molto più fattibile. Scoprite di più sui ponti, sui cortocircuiti e sulla spaziatura dei componenti rivolgendovi ad un esperto di Altium oggi stesso.

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