основы сборочного чертежа

основы сборочного чертежа: что охватывает это руководство (и для кого оно предназначено)

Это руководство предназначено для инженеров по аппаратному обеспечению, руководителей отделов закупок и менеджеров проектов, которым необходимо перевести проект печатной платы из цифрового CAD-файла в физический, надежный продукт. В то время как файлы Gerber определяют медные слои, а спецификации (BOM) определяют компоненты, сборочный чертеж является основным документом, который указывает производителю, как правильно собрать плату. Он устраняет разрыв между электрическим замыслом и механической реальностью.

В этом руководстве мы сосредоточимся конкретно на основах сборочного чертежа — критически важных примечаниях, видах и спецификациях, которые предотвращают дорогостоящие производственные ошибки. Вы узнаете, как определить требования, исключающие двусмысленность в отношении ориентации компонентов, механической сборки и специальных процессов, таких как конформное покрытие. Мы выходим за рамки базовой теории, предлагая практические списки, которые вы можете скопировать непосредственно в свои пакеты документации.

Мы также рассматриваем коммерческую сторону сборочной документации. Вы найдете систему оценки рисков для выявления случаев, когда некачественные чертежи приводят к потерям выхода годных изделий, план валидации для проверки того, что ваш контрактный производитель (CM) следует инструкциям, и контрольный список поставщика для аудита его возможностей. Независимо от того, работаете ли вы с APTPCB (APTPCB PCB Factory) или другим партнером, это руководство гарантирует, что ваш пакет данных будет достаточно надежным для масштабирования.

Когда основы сборочного чертежа являются правильным подходом (и когда нет)

Понимание того, когда следует инвестировать время в детальные сборочные чертежи, является первым шагом к эффективному управлению проектами; хотя каждый производственный цикл выигрывает от ясности, глубина требуемой документации варьируется в зависимости от этапа.

Этот подход уместен, когда:

Вы переходите к NPI (внедрению нового продукта) или массовому производству: Опора на "племенные знания" или переписку по электронной почте невозможна в больших масштабах. Чертеж должен быть единственным источником истины.
У вас есть поляризованные или неоднозначные компоненты: Светодиоды, диоды и микросхемы с тонкими маркировками требуют явных диаграмм ориентации для предотвращения неправильной установки.
У вас есть механические требования: Если ваша печатная плата (PCBA) требует радиаторов, дочерних плат или определенных моментов затяжки винтов, это не может быть передано в стандартном BOM или файле центроидов.
Вам требуются специальные процессы: Инструкции по маскированию, конформному покрытию, заполнению под компонентами (underfill) или компонентам "не мыть" должны быть визуально определены.
Вы подпадаете под стандарты соответствия: Отрасли, такие как автомобильная или медицинская, требуют документального подтверждения того, что инструкции по сборке были официально задокументированы и соблюдены.

Этот подход может быть избыточным, когда:

Вы создаете "визуальный" прототип: Если плата нефункциональна и предназначена только для проверки механической совместимости, полный сборочный чертеж может быть излишним.
Вы физически присутствуете на линии: Если вы сами паяете первые пять единиц вручную или стоите рядом с техником, устные инструкции могут временно заменить официальную документацию (хотя это рискованно).
Конструкция полностью цифровая, без специальных деталей: Простая макетная плата с неполяризованными пассивными компонентами может обойтись только шелкографией и спецификацией (BOM), при условии, что шелкография достаточно информативна.

Требования, которые необходимо определить перед запросом коммерческого предложения

Чтобы ваш производитель мог точно рассчитать стоимость и правильно собрать изделие, ваш сборочный чертеж должен содержать конкретные, измеримые данные, а не расплывчатые запросы.

Регулирующие стандарты: Четко укажите требуемый класс IPC (например, "Качество изготовления согласно IPC-A-610 Класс 2"). Это устанавливает базовый уровень для качества паяных соединений и чистоты.
Ориентация компонентов: Предоставьте четкую схему расположения вывода 1 для всех ИС и маркировки полярности для конденсаторов и диодов. Не полагайтесь исключительно на шелкографию, так как она может быть обрезана или закрыта.
Критические размеры: Определите максимальные ограничения по высоте компонентов, особенно если печатная плата (PCBA) помещается в тесный корпус. Укажите диапазоны допусков (например, "Макс. высота 5.0 мм +0/-0.2 мм").
Спецификации механической сборки: Перечислите значения крутящего момента для всех винтов и гаек (например, "Затянуть винты M3 до 0.6 Нм ±10%"). Укажите, требуется ли фиксатор резьбы.
Требования к маскировке: Четко обозначьте области, которые должны быть замаскированы перед волновой пайкой или конформным покрытием. Используйте заштрихованные зоны на чертеже для обозначения областей "Keep Out".
Маркировка и сериализация: Точно определить, где должны быть размещены этикетки, размер шрифта и содержимое (например, "Серийный номер: ГГНН-ХХХХ"). Указать, должна ли этикетка быть устойчивой к высоким температурам.
Метод разделения панелей: Укажите, должны ли платы оставаться в панели или быть разделены. Если они должны быть разделены, укажите метод (V-образный надрез, мышиные укусы или фрезерование) для предотвращения напряжения на керамических конденсаторах.
Инструкции по очистке: Укажите, требуется ли для платы водная очистка или она должна оставаться "без очистки". Определите компоненты, чувствительные к промывке (например, негерметичные зуммеры или переключатели).
Контроль версий: Чертеж должен иметь заголовок с текущим номером версии, датой и автором. Это должно соответствовать версии спецификации (BOM) во избежание конфликтов версий.
Особые требования к пайке: Отметьте любые сквозные компоненты, требующие селективной пайки или ручной пайки из-за термической чувствительности.
Клеи и заполнение под BGA: Если для виброустойчивости требуются заполнение под BGA или фиксирующие клеи, укажите тип материала и процесс отверждения.
Контрольные точки: Определите критические контрольные точки, которые должны оставаться доступными для внутрисхемного или функционального тестирования, убедившись, что они не закрыты этикетками или механическими частями.

Скрытые риски, которые препятствуют масштабированию

Даже при наличии чертежа, специфические пробелы в основах сборочного чертежа могут привести к катастрофическим сбоям во время серийного производства; раннее выявление этих рисков позволяет смягчить их до того, как линия начнет движение.

Риск: Неоднозначные обозначения полярности
- Почему это происходит: Разработчики используют пользовательские посадочные места, где "точка" или "линия" неясны, или шелкография закрыта корпусом компонента.
- Как обнаружить: Сравнить слой сборки Gerber с техническим паспортом физической детали.
- Предотвращение: Добавить увеличенный вид в сборочный чертеж, явно показывающий корпус компонента относительно расположения контактных площадок.
Риск: Конфликты между спецификацией и чертежом
- Почему это происходит: Спецификация обновляется новым номером детали, но чертеж по-прежнему ссылается на старый MPN или посадочное место.
- Как обнаружить: Выполнить построчное сравнение спецификации с примечаниями к чертежу на этапе DFM.
- Предотвращение: Добавить примечание, гласящее: "В случае конфликта между спецификацией и чертежом, спецификация имеет приоритет" (или наоборот, в зависимости от вашего процесса).
Риск: Отсутствие корреляции данных центроида
- Почему это происходит: Основы файла центроида (координаты XY) не соответствуют вращению, определенному в чертеже (например, 0 градусов в CAD против 90 градусов на катушке).
- Как обнаружить: Машина для установки компонентов размещает детали, повернутые на 90 или 180 градусов неправильно, во время первого запуска.
Предотвращение: Требовать фотоверификацию "Первого образца" перед началом полного цикла производства.
Риск: Неуказанные места нанесения клея/адгезива
- Почему это происходит: На чертеже указано "приклеить конденсатор", но не указано, куда, что приводит к попаданию клея на контактные площадки или вентиляционные отверстия.
- Как обнаружить: Визуальный осмотр выявляет непоследовательное нанесение клея.
- Предотвращение: Начертить конкретные "зоны для клея" и "зоны без клея" на сборочном слое.
Риск: Интерференция длины выводов сквозных отверстий
- Почему это происходит: Выводы не обрезаны достаточно коротко с нижней стороны, что вызывает короткие замыкания с корпусом.
- Как обнаружить: Проверка соответствия с корпусом не проходит.
- Предотвращение: Указать "Обрезать выводы до макс. 1,5 мм" в примечаниях по сборке.
Риск: Конформное покрытие на разъемах
- Почему это происходит: Зоны маскировки не определены, поэтому спрей покрывает контактные штыри.
- Как обнаружить: Отказ подключения во время функционального тестирования.
- Предотвращение: Использовать отдельный слой на чертеже для указания точных границ маскировки.
Риск: Короткое замыкание радиатора
- Почему это происходит: Чертежи механической сборки не указывают изолирующую шайбу или термопрокладку.
- Как обнаружить: Короткое замыкание при включении питания.
- Предотвращение: Включить в чертеж разнесенный вид механической сборки.
Риск: Неправильное напряжение при депанелизации
Почему это происходит: Чертеж не указывает «Только фрезерная резка», поэтому оператор использует гильотину, что приводит к растрескиванию MLCC.
Как обнаружить: Полевые отказы из-за треснувших конденсаторов.
Предотвращение: Явно запретить методы разделения с высоким напряжением для панелей с чувствительными компонентами рядом с краем.
Риск: Неразборчивые шелкографические обозначения
- Почему это происходит: Конструкции высокой плотности удаляют позиционные обозначения для экономии места.
- Как обнаружить: Техники по ремонту не могут найти «R45» для отладки платы.
- Предотвращение: Включить в комплект поставки PDF-карту сборки с возможностью поиска, где обозначения четко читаемы, отдельно от физической шелкографии.
Риск: Неправильное управление чувствительностью к влаге
- Почему это происходит: Чертеж не указывает требования к выпечке для компонентов MSL, если упаковка открыта.
- Как обнаружить: Эффект «попкорна» (растрескивание) ИС во время оплавления.
- Предотвращение: Добавить стандартное примечание: «Обращаться с компонентами MSL в соответствии с IPC/JEDEC J-STD-033».

План валидации (что тестировать, когда и что означает «пройдено»)

Чтобы гарантировать соблюдение ваших основных требований к сборочным чертежам, вы должны реализовать план валидации, который проверяет физический результат на соответствие документации на определенных этапах.

Цель: Проверить полярность компонентов
- Метод: 100% визуальный контроль (AOI) и ручная проверка поляризованных конденсаторов/ИС на первом образце.
Критерии приемки: Все метки/полосы полярности точно соответствуют схеме сборочного чертежа.
Цель: Подтвердить механическую посадку
- Метод: Физическая установка печатной платы в окончательный корпус (или 3D-печатный макет).
- Критерии приемки: Отсутствие помех с корпусом; монтажные отверстия совпадают; разъемы соединяются без напряжения.
Цель: Проверить качество пайки
- Метод: Рентгеновский контроль для BGA/QFN и визуальный контроль для сквозных отверстий.
- Критерии приемки: Соответствует критериям IPC-A-610 Класс 2 (или 3); приемлемый процент пустот (например, <25%).
Цель: Проверить чистоту
- Метод: Тестирование на ионное загрязнение (тест ROSE).
- Критерии приемки: Уровни загрязнения ниже указанного предела (например, <1,56 мкг/см² эквивалента NaCl).
Цель: Проверить соответствие спецификации (BOM)
- Метод: Шаги руководства по очистке спецификации применены к спецификации "As-Built", предоставленной поставщиком.
- Критерии приемки: Список закупок производителя точно соответствует вашему утвержденному списку поставщиков (AVL).
Цель: Проверить защитное покрытие
- Метод: Осмотр в УФ-свете (если покрытие содержит УФ-трассер).
- Критерии приемки: Покрытие закрывает требуемые области; запретные зоны (разъемы) на 100% чистые.
Цель: Подтвердить маркировку
- Метод: Тест сканера штрих-кодов.
Критерии приемки: Сканер считывает правильную строку; этикетка расположена ровно и в определенном месте.
Цель: Проверка механических креплений
- Метод: Проверка крутящего момента на образце винтов.
- Критерии приемки: Винты не ослаблены; значения крутящего момента находятся в пределах указанного допуска.
Цель: Проверка качества разделения панелей
- Метод: Осмотр краев под увеличением.
- Критерии приемки: Края гладкие; отсутствие расслоений или следов напряжения на соседних компонентах.
Цель: Функциональная проверка
- Метод: Автоматизированное функциональное тестирование (FCT) или стендовое испытание.
- Критерии приемки: Плата соответствует всем электрическим параметрам, определенным в спецификации испытаний.
Цель: Отслеживаемость документации
- Метод: Аудит сопроводительного/маршрутного документа.
- Критерии приемки: Каждый этап процесса (нанесение пасты, установка, оплавление, AOI) подписан и датирован.
Цель: Проверка упаковки
- Метод: Испытание на падение упакованной печатной платы.
- Критерии приемки: Отсутствие повреждений платы или антистатического пакета после имитации падений при транспортировке.

Контрольный список поставщика (RFQ + вопросы аудита)

Используйте этот контрольный список для проверки потенциальных партнеров или для того, чтобы убедиться, что ваш текущий поставщик, такой как APTPCB, располагает всей необходимой информацией для выполнения требований вашего сборочного чертежа.

Входные данные RFQ (Что вы отправляете)

Сборочный чертеж (PDF): Визуальное представление с примечаниями, размерами и видами.
Файл Pick and Place: Машиночитаемый файл координат (часто связанный с основами центроидного файла).
BOM (Excel): Очищенный список с MPN, количествами и позиционными обозначениями.
Файлы Gerber: Включая слои пасты, шелкографию и медные слои.
3D STEP Модель: Для проверки механических зазоров.
Спецификация испытаний: Если требуется функциональное тестирование.
Список одобренных поставщиков (AVL): Приемлемые альтернативы для критически важных компонентов.
Специальные инструкции по процессу: Спецификации по конформному покрытию, заливке или андерфиллу.
Требования к упаковке: ESD-пакеты, пузырчатая пленка или индивидуальные лотки.
Объем и сроки: EAU (предполагаемое годовое потребление) и целевая дата поставки.

Подтверждение возможностей (Что они подтверждают)

Соответствие классу IPC: Могут ли они производить по классу 2 или классу 3 по запросу?
Минимальный шаг: Могут ли они работать с компонентами с самым мелким шагом на вашей плате (например, BGA 0,4 мм)?
Возможность рентгеновского контроля: Есть ли у них внутренний рентгеновский контроль для инспекции BGA?
Наличие AOI: Используется ли автоматический оптический контроль для всех партий?
Конформное покрытие: Выполняется ли это вручную или с помощью автоматической распылительной машины?
Селективная пайка: Есть ли у них машины для селективной пайки для плат со смешанной технологией?
Тестирование чистоты: Могут ли они проводить внутреннее тестирование на ионное загрязнение?
Программирование: Поддерживают ли они программирование ИС (предварительное программирование или внутрисхемное)?

Система качества и прослеживаемость

Сертификации: ISO 9001, ISO 13485 (медицинское) или IATF 16949 (автомобильное) по мере необходимости.
Инспекция первого образца (FAI): Предоставляют ли они официальный отчет FAI перед массовым производством?
Поставка компонентов: Закупают ли они только у авторизованных дистрибьюторов для предотвращения подделок?
Контроль ESD: Соответствует ли объект полностью требованиям ESD (полы, халаты, заземление)?
Контроль влажности: Есть ли у них сушильные шкафы и печи для компонентов MSL?
Хранение записей: Как долго они хранят производственные записи и данные о качестве?
Обработка несоответствий: Каков процесс, если плата не проходит проверку?

Контроль изменений и доставка

Процесс ECN: Как они обрабатывают уведомления об инженерных изменениях (ECN) во время сборки?
Процедура отклонения: Если им нужно заменить деталь, как получается одобрение?
Контроль версии прошивки: Как они обеспечивают прошивку правильной версии прошивки?
Политика избытка: Производят ли они дополнительные платы для покрытия потерь выхода годных изделий?
Отгрузочная документация: Включают ли они Сертификат соответствия (CoC) в отгрузку?
Процесс RMA: Какова процедура гарантии и возврата для дефектов?

Руководство по принятию решений (компромиссы, которые вы действительно можете выбрать)

Разработка сборочных чертежей предполагает баланс между детализацией и гибкостью. Вот компромиссы, с которыми вы столкнетесь.

Строгий список одобренных поставщиков (AVL) против открытых источников:
- Если вы отдаете приоритет надежности и стабильности, укажите строгий Список одобренных поставщиков (AVL) в вашем чертеже/спецификации.
- Если вы отдаете приоритет стоимости и срокам поставки, разрешите "универсальные эквиваленты" для пассивных компонентов (резисторов/конденсаторов), позволяя производителю выбирать на основе складских запасов.
Подробные примечания против отраслевых стандартов:
- Если вы отдаете приоритет индивидуальным требованиям, пишите явные примечания для каждого процесса (например, "Высота паяного галтеля > 50%").
- В противном случае, просто сошлитесь на "Согласно IPC-A-610 Класс 2", чтобы сэкономить время на документацию и полагаться на установленные отраслевые нормы.
Панелизация в чертеже против усмотрения производителя:
- Если вы отдаете приоритет эффективности сборки для вашей конкретной линии, определите расположение панелей в чертеже.
- В противном случае, позвольте производителю оптимизировать расположение панелей для его конкретных машин и использования материала.
100% рентгеновский контроль против выборочного тестирования:
- Если вы отдаете приоритет нулевому количеству дефектов на BGA, требуйте 100% рентгеновского контроля (увеличивает стоимость/время).
- В противном случае, примите выборочный рентгеновский контроль (например, первые 5 и последние 5 из партии) для стандартных потребительских товаров.
Бумажная копия против только цифровой:
- Если вы отдаете приоритет возможности аудита, требуйте подписанную бумажную копию чертежа, которая будет сопровождать партию.
В противном случае полагайтесь на цифровой пакет PDF/Gerber для скорости и безбумажных операций.
Отмывка против безотмывочной технологии:
- Если вы отдаете приоритет эстетике и адгезии покрытия, требуйте водную очистку.
- В противном случае используйте безотмывочный флюс для сокращения этапов процесса и затрат, принимая некоторое видимое остаточное количество флюса.

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между сборочным чертежом и производственным чертежом? Производственный чертеж инструктирует завод, как изготовить голую печатную плату (отверстия, стек, вес меди). Сборочный чертеж инструктирует завод, как разместить компоненты на плате (ориентация, пайка, механическая сборка).

Могу ли я просто отправить файлы Gerber и спецификацию (BOM)? Технически да, но это рискованно. Без сборочного чертежа производителю придется угадывать ориентацию неоднозначных деталей и он может пропустить особые требования, такие как "не мыть" или специфическое размещение этикеток.

Как обрабатывать изменения в спецификации (BOM) после выпуска чертежа? Лучшая практика — обновлять ревизию чертежа в соответствии со спецификацией. Однако вы можете добавить примечание к чертежу, гласящее: "Значения компонентов и MPN согласно спецификации; Чертеж предназначен только для справки", чтобы избежать постоянных обновлений чертежа при незначительных изменениях значений.

Какой формат файла должен быть у сборочного чертежа? Поисковый PDF является отраслевым стандартом. Он позволяет операторам увеличивать масштаб и искать позиционные обозначения. Файлы DXF также полезны для настройки автоматизированного оборудования, но должны сопровождаться PDF. Нужно ли включать файл центроидов в чертеж? Нет, основы файла центроидов диктуют, что это отдельный текстовый/CSV-файл, используемый для программирования машин для установки компонентов. Чертеж является визуальным справочником для людей, чтобы проверить работу машины.

Как указать детали "Не устанавливать" (DNP)? Четко отметьте их в спецификации (BOM). На сборочном чертеже вы можете их зачеркнуть или опустить, но спецификация обычно является основным источником информации о статусе DNP. Полезно примечание "Компоненты DNP согласно BOM".

Следует ли указывать дизайн трафарета для паяльной пасты в чертеже? Обычно следует оставить дизайн трафарета производителю, так как они лучше знают свой процесс. Однако, если у вас есть конкретное требование (например, "уменьшить апертуру на 10% для этой контактной площадки"), включите его в качестве примечания.

Почему важна "Проверка первого образца" (FAI)? FAI — это физическая проверка вашего сборочного чертежа. Она доказывает, что производитель правильно интерпретировал ваши примечания, метки ориентации и спецификацию, прежде чем изготовить оставшиеся тысячи единиц.

Проверка первого образца (FAI) – Узнайте, почему проверка первой единицы по вашему сборочному чертежу является наиболее критическим шагом в контроле качества.
Услуги по компонентам и спецификациям (BOM) – Поймите, как структурировать вашу спецификацию, чтобы она идеально соответствовала примечаниям вашего сборочного чертежа.
Рекомендации по DFM – Узнайте, как проверки Design for Manufacturing могут выявить ошибки в чертежах до того, как они попадут на производство.
Сборка в корпусе (Box Build) – Посмотрите, как сборочные чертежи расширяются, чтобы охватить механическую интеграцию, кабельную разводку и окончательную сборку корпуса.
Услуги по конформному покрытию – Изучите, как указывать зоны покрытия и требования к маскированию в вашей документации.

Запросить расценки

Готовы запустить свой проект в производство? В APTPCB мы проверяем ваши основные сборочные чертежи в рамках нашей стандартной инженерной проверки, чтобы убедиться, что каждая деталь ясна, прежде чем мы начнем сборку.

Запросить расценки сейчас

Для максимально быстрого ответа, пожалуйста, приложите:

Файлы Gerber (формат RS-274X)
Спецификация (BOM) с MPN
Сборочный чертеж (PDF) с ориентацией и специальными примечаниями
Файл Centroid/Pick-and-Place
Требования к количеству и срокам поставки

Заключение

Овладение основами сборочного чертежа — это больше, чем просто выполнение требований к документации; это контроль над результатом ваших производственных инвестиций. Четко определяя требования, предвидя риски, такие как ошибки полярности, и подтверждая результаты посредством структурированных проверок, вы превращаете цифровой дизайн в надежный физический продукт. Комплексный пакет чертежей исключает догадки, дает вашему поставщику возможность поставлять качественную продукцию и обеспечивает прочную основу, необходимую для уверенного перехода от прототипа к массовому производству.