Hur går man bäst från idé till ett färdigt kretskort? Den här handboken, från Svensk Elektronik, ger konkreta råd till såväl produktägare som konstruktör och till den som skall producera. Handboken, i version 2.0, bygger vidare på den förra, men har mer flyt i sin framställning och beskriver kvalitet och tillförlitlighet närmare.

Handboken är fokuserad på vad som krävs för att ta fram tillverkningsunderlag. Boken är framtagen av en arbetsgrupp med representanter från företag och organisationer som bidragit med sina kunskaper och erfarenheter.

Boken inleds med en genomgång av vad just produktägare, konstruktör och tillverkare måste känna till och det viktiga samarbetet mellan dem.

Innan man beställer måste man ha en tidsplan, undersöka vilka direktiv produkten måste uppfylla, optimera komponentval och vara klar över vilka tester som måste utföras. Man måste planera för hur kretskorten skall förpackas och transporteras. Volymer för prototyp, förserie och slutgiltig serie måste bestämmas. Det kan bli lämpligt att sätta upp hur tillval och varianter skall hanteras.

Kvaliteten och hur den skall kontrolleras måste definieras. Boken ger goda råd om vad som skall vara med i ett avtal och ger förslag på avtalsmallar.

Börja med vad som kan gå fel
Innan man börjar konstruera, tag reda på vad som kan gå fel! Bokens kapitel 4.1.6 tar upp Design for failure/Värsta misstagen.

Givetvis måste konstruktionen kunna uppfylla de krav som ryms inom CE, t ex EMC. För säkerhetskritisk utrustning måste det dessutom finnas spårbarhet. Genom att följa en relevant harmoniserad standard underlättas bevisföringen.

Det kan vara lämpligt att gå igenom vilka komponenter som kan användas för att undvika obsoleta komponenter eller sådana som fasas ut (not recommended for new design, NRND).

Design for manufacturing!
Det gäller att konstruera kretskort som kan produceras. Boken rekommenderar att man börjar med att se hur många kretskort man får ut ur en panel. Sedan följer mängder med detaljer om vad man bör tänka på av kortet, som i de flesta fall är ytmonterade. Styrningen av processen kan påverkas av kontroller som SPI (Solder Paste Inspection), AOI (automated Optical Inspection) och AXI (Automated X-ray Inspection).

Fortfarande förekommer hålmonterade komponenter, men man bör undvika dem eftersom hanteringen är omständlig och kan kräva manuell montering.

Mönsterkortet i centrum
Viors utformning, lödöars storlek är viktiga detaljer. Framför allt komponentplaceringar spelar en stor roll. Boken tar upp en rad exempel på vad man inte får göra eller bör tänka på och uppmanar: Stäm gärna av med vald tillverkare innan ni påbörjar ert CAD-arbete av produkten.
Blyfri selektivlödning är en process med stor risk för överlödningar. Det varnande rådet följs av en rekommendation att använda pressfit, vilket är billigare och ger bättre kvalitet. Därefter följer en uppräkning av kritiska fall om man ändå tvingas välja selektivlödning.

Så följer ett antal rekommendationer när det gäller lackering av mönsterkort, liksom underfyllnad av BGAer.

En konstruktionsgranskning av producerbarheten utförs lämpligen av tillsammans av utvecklaren/tillverkaren/mönsterkorttillverkaren. De avvikelser som inte går att åtgärda med nya underlag behöver tillverkaren godkänna. Dokument med signerade avvikelser skall bifogas beställningsdokumentet, manar boken. Den tar också upp fall där mönsterkortet böjs vid tillverkningen samt olika fall av rekommenderade minimibredder av ledare och hål.

Korten måste designas så att de kan testas på panel, eller efter delning.

Vior av olika slag ägnas ett stort utrymme, liksom ytbehandling av olika slag. Olika ytbehandlingars för- och nackdelar jämförs på ett överskådligt sätt.

Tillförlitlighet
Att följa standarder ger en miniminivå för bra kvalitet. Men en standard är nödvändigtvis inte tillräcklig. Man kan testa för att öka tillförlitligheten. Alternativt verifierar man att kraven uppfylls med simulering.

Det finns några riskområden som boken tar upp, t ex variationer i IC-parametrar. Lödfogar kan ges kortare livslängd om pitchen (delningsavstånd mellan ledare) är liten och om QFN-kapslar används: Anslutningarnas kortsidor är inte pläterade och kan därför oxideras. Om kortet skyddslackas kan problemen bli etter värre för QFN och BGA-komponenter. Livslängden kan då sänkas med 85 procent.

Andra viktiga tillförlitlighetsrisker är uppkomsten av wiskers (vid blyfri lödning), CAF (Conductive Anodic Filament) som uppstår när en elektrolyt bildas inuti mönsterkortsmaterialet och ECM (Electrohemical Migration) som är en migration. I närheten av elektrisk potential, fukt och joniska föreningar växer de senare strukturer mellan anod och katod. Tennpest är ytterligare en felkälla.

Inför tillverkning
Produktägaren bör ha en utvecklad och överenskommen teststrategi. Kraven bör vara välformulerade och realistiska.

Kanske har korttillverkaren en maskin för AOI. Boundary scan, funktionstest (FCT), flying probtest (FPT), in-circuit test/in-circuit analysis (ICT/ICA) är vanliga tester. Ibland måste manuell avsyning till.

Röntgenavsyning är en metod att använda för att upptäcka dolda fel på lödningar under exempelvis en BGA. AXI (Automatic X-ray Inspection) är en mer avancerad form av röntgeninspektion. Det är inget som en normal utvecklare/produktägare kräver, men är ett bra hjälpmedel för en tillverkare som vill styra upp en process för att tillsammans med produktägaren få en billigare produkt.

Samma sak gäller för SPI (Solder Paste Inspection).

Till de mer avancerade metoderna hör att ta ett snitt av ett kretskort, bland annat för att se vior. Vissa applikationer, t ex medicinska) kräver detta.

Viktiga dokument vid beställning
Boken ger goda råd över vad som måste skrivas i samband med en beställning. Tag som exempel dokumentöversikt och revisionshantering.

Viktigast är mönsterkortsunderlag inklusive underlag för pastamask i form av filer med formaten Geber eller ODB++, samt en stycklista (BOM, Bill Of Material).

Smartare Elektronikhandboken 2.0 bör finnas hos såväl beställare som utförare. Det är lätt att glömma en viktig detalj i processen, så drag nytta av boken, såväl som lärobok som check-lista!

Filed under: SvenskTeknik