EN
А Контактна площадка на ППС е един от най-фундаменталните елементи в печатните проектиране на платка с печатни вериги . Всеки компонент, монтиран върху платката, разчита на контактна площадка на ППС, за да се осъществи стабилна електрическа и механична връзка. При неправилно проектирана контактна площадка на ППС връзките чрез оловно-касиев припой се разрушават, сигнала се деградира и компонентите могат да се отделят под термично или механично напрежение. Разбирането на това какво представлява контактната площадка на ППС и как функционира, е задължително знание за всеки инженер, проектант или специалист по набавки, работещ в електронното производство.
Пад на ППС е малка открита област от мед, разположена на повърхността на печатна платка, където се запоява изводът или терминалът на компонент. Всеки пад на ППС служи като „посадъчна зона“ за припой, закрепва компонента на място и създава проводима връзка към веригата на платката. Геометрията, материалът, повърхностното покритие и разположението на пада на ППС са внимателно проектирани, за да съответстват на посадъчния контур на компонента и на използвания процес за монтаж. Това ръководство обхваща всичко, което трябва да знаете за падовете на ППС – от основното им определение до техните типове, аспекти на проектирането и често срещаните приложения.
Основното определение и функция на пада на ППС
Какво всъщност прави един пад на ППС
На най-основно ниво контактната площадка на печатна платка (PCB) изпълнява две функции: осигурява повърхност, подходяща за лепене, за прикрепяне на компонент, и свързва този компонент електрически с останалата част от веригата. Контактната площадка на печатна платка представлява интерфейс между физическия компонент и проводящите пътища, прокарани през платката. При лепенето по време на монтажа лепилото се разтваря върху контактната площадка на печатната платка, намокря медната повърхност и свързва извода на компонента с платката. Това съединение трябва да е механично здраво достатъчно, за да издържи вибрации, термични цикли и ръчно обращение, като при това запазва електрическата си непрекъснатост през целия жизнен цикъл на продукта.
Всеки контактен площад (PCB pad) се определя в проектните файлове на платката чрез библиотека с посадъчни места. Посадъчното място задава точните размери, форма и разстояния между всички контактни площади на PCB, свързани с даден компонент. Точността на тези размери е от критично значение, тъй като прекалено малък контактен площад може да не задържа надеждно оловно-калената спойка, докато прекалено голям такъв площад може да предизвика мостове между съседни връзки. Проектантите трябва да съгласуват геометрията на контактните площади на PCB с техническата документация на компонента и допустимите отклонения при процеса на монтаж, за да се осигури висок процент на изхода и надеждност.
Ролята на медта и повърхностното покритие върху контактния площад на PCB
Основният материал на всяка контактна площадка на печатна платка (PCB) е мед, обикновено с дебелина 1 унция или 2 унции на квадратен фут. Суровият мед бързо се окислява, което намалява способността му за лепене с оловно-калиев припой. Поради тази причина всяка контактна площадка на PCB получава повърхностна финиш обработка по време на производството. Често използваните повърхностни финиш обработки за контактни площадки на PCB включват HASL (изравняване на оловно-калиев припой с горещ въздух), ENIG (електролитно никелиране и потапяне в злато), OSP (органично запазващо способността за лепене средство) и ENEPIG. Всеки от тези финишове влияе върху срока на годност, способността за лепене, плоскостта и стойността на контактната площадка на PCB. ENIG се предпочита широко за контактни площадки на PCB с фин пич, тъй като осигурява равна и надеждна повърхност, която подпомага точното разполагане на компонентите.
Типове контактни площадки на PCB и техните конструктивни вариации
Повърхностно монтираните (SMD) площадки срещу площадките за монтиране чрез отвори
Двете основни категории PCB-падове са падове за повърхностно монтиране (SMD) и падове за монтиране чрез отвори. Падът SMD е плоска медна област върху повърхността на платката, без пробит отвор. Компонентите с плоски терминали, като резистори, кондензатори и ИС в корпуси QFP или QFN, се монтират директно върху тези падове. Дизайните на SMD-падовете са предпочитани в съвременните високоплътни сборки, тъй като позволяват компоненти от двете страни на платката и поддържат ефективно автоматизирани процеси за вземане и поставяне.
Пад за монтаж чрез отвор (through-hole) върху печатна платка включва пробит отвор през платката, заобиколен от меден кръговиден пръстен. Лъжичката на компонента се вмъква през отвора и се запоява от противоположната страна. Падовете за монтаж чрез отвор върху печатна платка осигуряват отлична механична здравина, което ги прави подходящи за конектори, терминали за захранване и компоненти, подложени на физически напрежения. Кръговидният пръстен на пада за монтаж чрез отвор върху печатна платка трябва да отговаря на минималните изисквания за ширина, за да се запази надеждна проводимост след прилагане на допуските при пробиване по време на производството.
Специализирани формати на падове за печатни платки
Освен стандартните формати SMD и за монтиране чрез отвори, съществуват няколко специализирани типа печатни платки, използвани в напреднали проекти на платки. Вията в пада (via-in-pad) е пад на печатна платка, който включва запълнена или метализирана вия директно в областта на пада, което позволява високоплътно трасиране под компоненти като BGA-пакети. Този формат на падове на печатни платки е разпространен в компактни устройства, където пространството за трасиране е изключително ограничено. Термичните падове са друг важен вариант, обикновено разположени под ИС за управление на захранването и използвани за отвеждане на топлината от компонента към медните равнини на платката. Тестовият пад е специално предназначен пад на печатна платка, поставен на стратегически места, за да позволи на пробите за вградено тестване да контактуват с платката, без да нарушават монтажа.
Съображения при проектирането на падове на печатни платки за надежден монтаж
Правила за размер, форма и разстояние между падове
Правилното проектиране на контактна площадка за печатна платка изисква внимание към размера, формата и разстоянието между площадките. Размерът на контактната площадка за печатна платка трябва да осигурява достатъчна площ за оловно-циновата спойка, за да се образува здрава спойна възглавничка около терминала на компонента. Отрасловите насоки и стандарти на IPC определят минимални и оптимални размери на контактните площадки за печатна платка за всеки тип компонент и корпус. За контактните площадки за повърхностно монтирани компоненти (SMD) често се предпочитат закръглени ъгли, тъй като те намаляват точките на концентрация на напрежение в спойката. Разстоянието между съседни контактни площадки за печатна платка трябва да отчита допуските за маската за лепене и отворите в пастовата шаблонна плоча, за да се предотврати образуването на мостове по време на процеса на рефлоу спойване.
Отворът на маската за лепене около контактната площадка на печатната платка също е от съществено значение. Контактната площадка на печатната платка с дефинирана маска за лепене (SMD) има отвор, който е по-малък от медната площ, поради което материалът на маската за лепене се припокрива върху ръбовете на площадката. При контактна площадка на печатната платка без дефинирана маска за лепене (NSMD) отворът на маската е по-голям от медната площ, като по този начин оставя цялата контактна площадка на печатната платка експонирана. Конфигурациите NSMD обикновено се предпочитат за компоненти с фин разстояние между изводите, тъй като осигуряват по-еднородна геометрия на лепените връзки. Изборът между SMD и NSMD за всеки тип контактна площадка на печатната платка трябва да съответства на спецификациите на корпуса на компонента и на възможностите за производство.
Топлинни разгрузки и връзки с медно напълване
Когато контактната площадка на печатна платка (PCB) е свързана с голяма медна площ, обикновено се добавят термични релейни спици. Без термична релаксация топлината се разсейва прекалено бързо в медната заливка по време на лепене, което попречва на контактната площадка на печатната платка да достигне температурата, необходима за правилно лепено съединение. Термичните релаксационни шаблони свързват контактната площадка на печатната платка с медната площ чрез тесни спици, които забавят преноса на топлина достатъчно, за да се осигури последователно лепене. При приложения с висок ток обаче може да се предпочита цялостна връзка между контактната площадка на печатната платка и медните площи, за да се минимизира съпротивлението, което изисква по-висока температура на лепене като компенсация.
Често задавани въпроси
Каква е разликата между контактна площадка на печатна платка (PCB) и вия?
Контактната площадка на печатна платка (PCB) е медна област на повърхността на платката, използвана за лепене на компонент. Вията е пробита и покрита с мед дупка, използвана за пренасяне на сигнали между слоевете на платката. Вията вътре в контактната площадка комбинира двете функции, като разполага вията директно вътре в контактната площадка на печатната платка, което е полезно при високоплътни подредби, където е необходимо пространство за трасиране под компонентите.
Защо размерът на контактната площадка на печатната платка има значение за качеството на монтажа?
Размерът на контактната площадка на печатната платка директно влияе върху качеството на лепените връзки. Твърде малка контактна площадка може да не задържи достатъчно лепило, за да се образува надеждна връзка, което води до студени или слаби връзки. Твърде голяма контактна площадка може да предизвика неравномерно разпространяване на лепилото или образуване на мостове между съседни площадки. Правилният размер на контактните площадки на печатната платка, базиран на посадъчния контур на компонентите и стандартите на IPC, е от критично значение за постигане на висок процент на успешен монтаж.
Кой повърхностен финиш е най-подходящ за контактна площадка на печатна платка?
Най-подходящият повърхностен финиш за контактна площадка на печатна платка зависи от конкретното приложение. ENIG се предпочита широко за дизайните на контактни площадки с фин шаг поради равната си повърхност и отличната си способност за лепене. HASL е икономичен избор за стандартни приложения с чрез-дупка монтаж на контактни площадки. OSP осигурява добра способност за лепене и по-ниско въздействие върху околната среда. Изборът на подходящ финиш за всеки тип контактна площадка на печатна платка трябва да взема предвид изискванията към срока на годност, процеса на монтаж и бюджетните ограничения.