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Kolumnistin Kelly Dack hat ein ziemlich breites Spektrum an Erfahrungen gemacht. Als PCB-Designer saß er hinter dem Schreibtisch eines NPI-Unternehmens, eines OEM, eines Herstellers und jetzt eines EMS-Anbieters. Wir haben ihn gebeten, uns ein paar Gedanken zum Materialauswahlprozess und zu Verbesserungsmöglichkeiten mitzuteilen.

Kelly erklärt auch, wie übermäßig eifrige PCB-Designer die Dinge zu kompliziert machen, indem sie ihre Materialien zu spezifizieren, was zu Verwirrung führt, wenn die Platine im Ausland in Massenproduktion geht. Beschränken Sie Ihre Materialauswahl zu stark?

Andy Shaughnessy: Kelly, wie gehen Sie bei der Materialauswahl vor? Führen Sie uns durch.

Kelly Dack: Sicher. Ich habe tatsächlich einen Leitfaden für unsere Kunden geschrieben, der den Materialauswahlprozess erklärt. Wie bereits erwähnt, ist die Überspezifikation im EMS-Bereich weit verbreitet und problematisch im Hinblick auf die Skalierung von Produkten auf Volumen im Ausland. Dieser Leitfaden enthält einen Abschnitt über laminierte Materialien, der eine einfache, bewährte Materialspezifikation enthält. Darin heißt es: „Materialien: Verbundglas-Epoxidharz der Serie FR-4 oder gleichwertig gemäß IPC-4101 mit einer Tg von größer oder gleich xxx.“ Dies ist eine Zahl, die wir ändern können. Wir sagen zum Beispiel 170°C und eine Td-Temperatur (Zeit bis zur Delaminierung) von mehr als 3XX°C. Das sind alles bewegliche Zahlen, die Designer bearbeiten können.

Auf diese Weise spezifizieren wir unsere Laminatmaterialien für Leiterplatten, es sei denn, die Leistungskriterien verlangen, dass sie noch weiter gehen und spezifischer werden – zum Beispiel hinsichtlich der Anforderungen an die Signalintegrität bei hoher Leistung, der Impedanzkontrolle oder exotischer Materialien. Ansonsten decken FR-4-Laminate 85–95 % der Designanforderungen unserer Kunden ab.

Shaughnessy: Wo suchen Designer normalerweise nach diesen Informationen? Welche Dokumente oder Richtlinien sollten sie verwenden?

Oft: Viele Designer verwenden die Dokumentationsvorlage ihres Unternehmens oder gehen zu ihren Vorgesetzten und lernen durch weitergegebenes Wissen. Ich habe gerade eine Reihe von Entwürfen und Fertigungszeichnungen unserer Kunden durchgesehen und viele Beispiele für Kundenmaterialspezifikationen gefunden. Viele von ihnen nennen eine bestimmte IPC-4101-Slash-Nummer, und es ist normalerweise jedes Mal dieselbe Slash-Nummer. Es ist entweder 4101/26 oder /21.

Shaughnessy: IPC hat gesagt, dass Slash Sheets nie für die Verwendung durch Designer gedacht waren; Sie dienen in erster Linie den Einkaufs- und Marketingabteilungen von Leiterplattenlieferanten dazu, mit Käufern zu kommunizieren.

Oft: Ich freue mich über diese Bestätigung, da ich sie auch so verstanden habe. Dies alles stammt aus der MIL-S-13949-Spezifikation aus der Mil-Spec-Zeit, die größtenteils durch IPC-Standards ersetzt wurde. Aber wir sehen, dass einige Entwürfe unserer Kunden Laminate mit Schrägstrichen spezifizieren, und ich habe das Gefühl, dass das nur an Stammeswissen liegt. Wenn man sich die meisten Designs ansieht, scheinen sie einfach zu sein und erfordern nicht wirklich ein bestimmtes Material. Die Platine würde gut mit einem generischen Glas-Epoxid-Laminat funktionieren, da es keine Impedanzkontrolle oder Leistungskriterien gibt. Wir drucken und ätzen einfach etwas Kupfer darauf, erzeugen einen Stromkreis und er bewegt Elektronen.

Normalerweise müssen wir erst dann über Verlustfaktor und Dielektrizitätskonstanten nachdenken, wenn wir uns mit dem Super-High-Speed-Design im Gigahertz-Bereich befassen. Hier ist die Herausforderung: Wie stark beschränken Sie? Wenn Sie Ihr PCB-Design unten in der örtlichen Prototypenwerkstatt erstellen, die eine Platine ganz nach Ihren Wünschen baut, wirken alle fett und glücklich. Wenn Sie jedoch 1 Million Platinen bauen möchten, müssen Sie eine Niedrigkostenbeschränkung einführen, da Sie nicht 1.000 US-Dollar pro Platine bezahlen und einen Gewinn erzielen können. Sie skalieren nach Volumen, um Kosteneinsparungen zu erzielen. Um maximale Kosteneinsparungen zu erzielen, erfolgt dies seit jeher im Ausland. Designer müssen sich jedoch darüber im Klaren sein, dass Offshore-Lieferanten nicht auf alle Materialien und Fähigkeiten zugreifen können, über die US-amerikanische Prototypenunternehmen verfügen. Eine Überspezifikation von Laminatmaterialien nach Zusammensetzung, Leistungsmerkmalen oder einer markenrechtlich geschützten Quelle führt zu einer schrecklichen, aber vermeidbaren Bestellsituation, die dazu führt, dass Angebote jeden Tag zurückgestellt werden. Die einfache Tatsache ist, dass unsere Offshore-Leiterplattenlieferanten die Genehmigung für den Materialaustausch einholen und einholen müssen, bevor sie fortfahren können.

Klicken Sie hier, um das gesamte Gespräch zu lesen, das in der Mai-Ausgabe 2023 des Design007 Magazine erschien.