Marcature e circuiti stampati: come leggere un disegno di assemblaggio del PCB

Prototype circuit assembly on notebook paper

“Il diavolo è nei dettagli.” Avete mai pensato al significato di questa frase? Ci parla dell'importanza dei dettagli e dei problemi che possono nascere se trascurati. Lo stesso discorso vale per l’assemblaggio del PCB. L’esatto posizionamento dei componenti rende il layout di PCB più semplice. Se tralasciamo i piccoli dettagli, diversi problemi possono danneggiare le prestazioni del circuito.

Un disegno di assemblaggio del PCB è una panoramica delle informazioni di istruzione e di controllo necessarie per assemblare completamente un PCB. Indipendentemente dal formato, .pdf o .jpg, il disegno può includere i contorni dei componenti, i pad a montaggio superficiale o a foro passante, i marcatori di polarità, le denominazioni di riferimento, i contorni delle schede e i titoli. 

Qual è lo scopo del disegno di assemblaggio?

Durante la lettura del disegno di assemblaggio, le denominazioni di riferimento, i contrassegni di polarità e la posizione del pin 1 per i circuiti integrati forniscono all'operatore del sistema di montaggio le informazioni necessarie per controllare la posizione dei componenti e ridurre gli errori. Oltre alle informazioni sui componenti, i disegni di assemblaggio indicano anche lo stato attuale di revisione dello schema, lo standard di qualità richiesto per il montaggio e l'ispezione e un riferimento alla distinta base. 

Inoltre, i disegni di assemblaggio possono includere istruzioni specifiche per l’operatore. Ad esempio, un disegno di assemblaggio per un PCB usato in condizioni estreme, può fornire istruzioni e note relative a componenti specifici che richiedono metodi di collegamento diversi. Altre istruzioni particolari possono riguardare informazioni sulle coperture o sulle misure adottate per prevenire i cortocircuiti.

Designazioni di riferimento e disegno di assemblaggio del PCB

Sia che stiate assemblando parti in una scheda o programmando una macchina pick and place, il disegno di assemblaggio del PCB e le designazioni di riferimento possono essere utilizzati per illustrare il layout. Ciascuna designazione di riferimento include lettere e numeri che rappresentano vari tipi di componenti. I robot pick and place si basano su questo metodo coerente per fare riferimento ai componenti quando li posizionano sul PCB.

Le designazioni di riferimento sono costituite da una lettera e da un numero. Questa procedura standard è abbastanza semplice e di facile manutenzione. Ad esempio, contrassegniamo le resistenze con la lettera “R”, i condensatori con la lettera “C” e i diodi con la lettera “D”. Tuttavia, alcune aziende si discostano dalla procedura standard quando si riferiscono ad altri componenti. Mentre procedure standard identificano un diodo Zener con la lettera “D”, altri team di progettazione scelgono di usare la “Z”.

Quando interpretiamo un disegno di assemblaggio, la nostra mente è in grado di capire il significato di una variante. Tuttavia, se si immaginano diversi tipi di componenti che utilizzano un design multischeda all’interno della pannellizzazione, la considerazione delle variazioni diventa molto più confusa. 

Per la pannellizzazione è necessario numerare gli schemi circuitali da una scheda all'altra. Ad esempio, i numeri per le resistenze sul PCB n.1 partono da “R101” fino a “R125”. Sulla pannellizzazione del PCB n.2, le resistenze partono da “R126” fino a “R143”. I numeri delle resistenze sul PCB n.3, iniziano da “R144”. Si dovrebbe iniziare con la numerazione dal basso e procedere attraverso i circuiti stampati.

PCB in Altium  3D interface

Con progetti piccoli, non dovreste avere alcun problema con le vostre designazioni di marcature PCB

Se il processo di assemblaggio di un PCB non viene più eseguito sotto la supervisione umana, ma da robot di assemblaggio, le incongruenze possono portare a numerosi problemi. Se usiamo due forme diverse della designazione di riferimento per le resistenze, il robot interpreterà che si tratta di due componenti diversi e scarterà il PCB, considerandolo come errore.

Nel paragrafo precedente, abbiamo brevemente accennato come i condensatori hanno come lettera di riferimento la “C”. I disegni di assemblaggio offrono un valore aggiunto in quanto mostrano che la designazione di riferimento C1 è correlata ad un condensatore specifico su un singolo PCB. 

Quando l’assemblaggio comprende una pannellizzazione di diversi PCB, la precisione associata a “C1” appare meno chiara a causa dei diversi tipi di condensatori. Il PCB n.1 può usare “C1” come designazione di riferimento per un tipo di condensatore, mentre il PCB n.2 associa “C1” ad un altro. Un robot pick and place che vede i PCB come un’unica unità, condensatori inclusi, si confonde se lo schema di montaggio non ha uno schema di designazione organizzato.

Segni di polarità e simboli di diodi

I segni di polarità dovrebbero essere applicati secondo un approccio standardizzato. Purtroppo, avviene il contrario. Mentre i tipici simboli dei diodi usano una freccia per indicare la direzione della corrente diretta, le polarità dei diodi possono essere rappresentate da punti, strisce o frecce. Oppure un fornitore ritiene inizialmente che il pin di un LED sia il catodo, e lo modifica in seguito, in modo che l'anodo diventi il pin.

Per rendere le cose ancora più complicate, le variazioni di questi schemi possono segnare o meno la polarità dei diodi montati in superficie. Un po’ di confusione avviene a causa dei diversi tipi e polarità di diodi. Ad esempio, i diodi Zener polarizzati all’inverso hanno un catodo positivo. I raddrizzatori e i LED hanno catodi negativi. 

Per ovviare a questo problema, è possibile utilizzare la designazione di riferimento corretta del diodo e utilizzare la lettera “C” o “K” per contrassegnare il catodo sul disegno di assemblaggio e sulla serigrafia.

Gli stessi problemi con la marcatura della polarità si verificano con i condensatori elettrolitici e al tantalio. I condensatori elettrolitici hanno una marcatura negativa dei morsetti, mentre la maggior parte dei condensatori al tantalio hanno una marcatura positiva. Utilizzando i condensatori al tantalio come esempio, il disegno di assemblaggio assicura il corretto posizionamento dei condensatori sensibili alla polarità. Un condensatore al tantalio polarizzato all’inverso se avrà un collasso degli ossidi dielettrici, di conseguenza subirà un corto circuito e instabilità termica.

Mantenete il vostro prodotto sulla buona strada

Chiunque può perdersi nei dettagli. Un disegno di assemblaggio impedisce la perdita dei circuiti integrati tramite la convenzione standard per identificare il pin 1 sul dispositivo. Il disegno userà un punto o un numero per mostrare la posizione del pin 1. Da lì, la numerazione dei pin attorno ad un circuito integrato segue sempre una direzione antioraria. 

Map to a location with a tag and data

Trovare un pin in un layout design dovrebbe essere facile come leggere una mappa.

Senza il disegno di assemblaggio sarebbe difficile trovare il pin 1. Alcuni produttori indicano il pin 1 sul chip con un punto, altri smussano un angolo o utilizzano una fascia. 

I team di progettazione spesso lasciano note e istruzioni specifiche all’interno del disegno di assemblaggio. Queste note e istruzioni garantiscono che gli operatori e altri non commettano errori o ritardi. Ad esempio, è possibile specificare l'uso di un tipo di saldatura/flusso se il circuito deve soddisfare determinati standard di restrizione delle sostanze pericolose (RoHS). 

È inoltre possibile aggiungere note su eventuali requisiti di conformità ai regolamenti ITAR (International Traffic in Arms Regulations) applicabili al prodotto finale. Le note possono anche includere il modo in cui il prodotto risponde alle classificazioni IPC (Institute for Printed Circuit) per la lavorazione e l'affidabilità. 

Con il giusto software di progettazione di PCB è possibile aggiungere e creare tutto il necessario per garantire che i processi di progettazione e produzione della vostra scheda si svolgano senza intoppi. Grazie all’ottima convalida delle regole di progettazione e la facile generazione di file output di produzione, Altium Designer è la scelta ideale. 

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Altium Designer

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