印制板的可制造性設計

印制板可制造性設計滄州市遠東印制電路有限公司技術部李艷聰1滄州市遠東印制電路有限公司內容大綱DFX規(guī)范簡介印制板DFM印制板DFA印制板制造過程中常見的設計缺陷2滄州市遠東印制電路有限公司一.DFX規(guī)范簡介制造企業(yè)制定DFX規(guī)范的目的在于使公司內外部的設計、制造、焊接及其它外包商之間能有效的溝通，以開發(fā)可制造性強、成本低廉的產(chǎn)品，同時能滿足電器及機械性能要求包括：DFM、DFE、DFT、DFR、DFS、DFA等，分別面向可制造性、環(huán)境、可測試性、可靠性、簡潔性、組裝等的設計據(jù)統(tǒng)計產(chǎn)品總成本的60%以上是由設計過程決定的，70%-80%的缺陷可歸之于設計方面的問題3滄州市遠東印制電路有限公司二.印制板DFM（Designformanufacture）印制板必須有一個圖號，圖號必須是唯一的，不能重復，最好有一定規(guī)則，否則不利于生產(chǎn)的管理。加工要素

a.板材，板厚及基材應符合標準。

b.孔徑（元件孔、安裝孔、槽孔等）及是否孔化。

c.外形（板邊緣、切口、槽）及尺寸公差。

d.表面涂覆，包括電鍍層（Au、Ni、Pb/Sn、OSP）和阻焊層。

e.標志：字符、元件面和焊接面及層序或UL、周號等標志。

f.

特殊加工要求（如沉孔、插頭倒角、特性阻抗等）。

g.檢驗標準：如國標，國軍標或航天部標及其它標準。基準：印制板的CAD和機加工圖都必須有基準點，通常是印制板上機械安裝孔的中心，CAD制作的基準點與機械加工圖的基準點應當一致。4滄州市遠東印制電路有限公司導線寬度：導線寬度的確定依據(jù)是導線的載流量,既在規(guī)定的環(huán)境溫度下,允許導線升溫不超過某一溫度時所能通過電流大小。參看國家標準GB4588.3-88《印制電路板的設計和使用》。在設計布線空間允許和導線最小間距不違背設計的電氣間距的前提下，應設計較寬的導線。導線間距：在布線空間允許的情況下盡量大，并且保證均勻。

a.線到線、盤到盤、盤到線的距離

b.圖形距板邊距離（V_cut、金手指、郵票孔）

c.NPTH孔到銅箔的距離焊盤同孔徑<1>孔徑對應的焊盤直徑應至少比孔徑大20MIL（0.5MM）以上，多層板的電地的隔離盤至少大40MIL（1MM），越大越好，不僅是為了保證電地與金屬化孔之間有足夠的電氣間距，同時也降低了生產(chǎn)工藝難度。（圖1）<2>對于PTH孔，使用圓形引線時，孔徑同引線之差為0.2-0.7mm，小于0.2mm或大于1mm在插裝或焊接時都會發(fā)生問題，使用矩形引線時，孔徑同引線對角線尺寸之差大于0.2mm。<3>為方便生產(chǎn)制造，設計人員在設計時應保證一種焊盤尺寸對5滄州市遠東印制電路有限公司應一種孔徑，不應該一種焊盤尺寸對應幾種孔徑或幾種焊盤對應一種孔徑，這主要是為了生成鉆孔文件時快捷、方便而不出錯。<4>多層板大面積導體層有金屬化孔通過的焊接孔必須加熱隔離設計(圖2)，以保證焊接時不因過份散熱而導致焊接困難，甚至虛焊，但對小于40MIL的金屬化孔，一般情況下此類孔都是過孔，不會焊接，最好采用直接接電或接地的形式設計。<5>導通孔的焊盤盡量大，一般情況焊盤大于32mil，最小的導通孔焊盤可為25mil，打孔孔徑為0.3MM（12mil），但此類小孔會給生產(chǎn)帶來一定的難度，成品率、工作效率明顯降低。<6>安裝孔應以焊盤的形式給出孔位和孔徑，而不能以字符層標注按裝孔。<7>設計者在設計阻焊圖形時焊盤應以PAD的形式表示，而不能用Trace進行填充。否則不能自動生成表面安裝焊盤的阻焊圖形。<8>字符以印出后美觀、容易辨認為原則，線寬一般6-12mil，字符高度>1mm，否則會造成絲印后的字符模糊不清楚。

圖2圖16滄州市遠東印制電路有限公司三.印制板DFA（Designforassembly）ＢＧＡ是目前日益流行的一種器件封裝，其良好的可焊性和電氣性能，使更多的人選擇這種封裝，但其極差的檢測和維修性能又使人望而卻步。同時其焊盤設計又直接或間接的影響其焊接效果，所以應引起我們的重視。ＢＧＡ的焊盤設計原則：（一）ＰＣＢ焊盤的直徑不能小于ＢＧＡ焊球的最小直徑，但不能過大。（二）阻焊尺寸比焊盤尺寸大０.１MM～０.１５MM。（三）BGA周圍導通孔在金屬化孔后，必須采用介質材料或導電膠進行堵塞，高度不能超過焊盤高度。a.防止波峰焊時焊錫從過孔貫穿到元件面引起短路.b.避免元件焊接后焊劑殘留在孔內.c.表面貼裝后的印制板,在測試面上要求吸真空時形成負壓才可進行高度檢測.BGA焊盤7滄州市遠東印制電路有限公司輔助工藝邊輔助工藝邊（簡稱工藝邊）主要是用于設備的夾持與定位，以及異形邊框補償，焊接完后去掉。雖然工藝邊不能算PCB的有效面積，但對于設備來說必不可少。一般工藝邊的寬度D>=5mm。工藝邊處可采用銑V-CUT或銑郵票板的辦法解決工藝邊上可以打上定位孔，以便有些設備進行孔定位。工藝邊基準點設計基準點（Fiducial）是所有全自動設備識別和定位的標識點（MARK）。做MARK點有以下幾個要求：（一）MARK點焊盤的表面鍍層盡量要求平整，反光性好。（二）MARK點周圍應做一塊背景區(qū)，背景區(qū)內不能有其他焊盤，絲印和阻焊。（三）MARK點的尺寸不能大于3mm，也不能小于0.5mm，一般為1mm的圓形焊盤.（四）MARK點表面可為：裸銅、鉛錫、鍍金、OSP等.背景MARK8滄州市遠東印制電路有限公司設備在運行過程中會產(chǎn)生熱誤差，以及PCB板的累積誤差，會使一些細間距腳（如Pitch=0.5mm）器件的貼裝發(fā)生偏移，而這種偏移對于設備來講已無能為力，為了保證這一類器件的貼裝精度，必須加裝局部基準點（LocateFiducial）。要求有：（一）MARK點分布在器件的對角線兩側，盡量靠近器件。（二）如果沒有空間設計背景區(qū)，可以不要。（三）MARK點的尺寸可以小一點，從而不影響器件的走線。局部基準局部基準點9滄州市遠東印制電路有限公司設備的軌道系統(tǒng)有一個夾持PCB板的尺寸范圍，一般生產(chǎn)線的夾持范圍為：50mm*50mm~460mm*460mm。而小于50mm*50mm的PCB板需設計成拼板形式，如圖：（一）PCB須有自己的基準點（二）每塊單板須有自己的基準點，讓機器把每塊拼板當作單板看待，稱為塊基準（BLOCKFIDUCIAL）。（三）對于外形復雜的PCB，拼好后的PCB盡量保證外形的規(guī)則，以便軌道夾持。（四）相同的PCB可以拼在一塊，不同的PCB也可以拼在一塊。（五）拼版可采用平排、對拼、鴛鴦板的形式拼板10滄州市遠東印制電路有限公司再流焊適用于所有貼片元件的焊接，波峰焊則只適用于焊接矩形片狀元件、圓柱形元器件、SOT和較小的SOT（管腳數(shù)少于28，腳間距1mm以上）。鑒于生產(chǎn)的可操作性，PCB的整體設計盡可能按以下順序優(yōu)化：（1）單面混裝：即在PCB單面布放貼片元件或插裝元件。（2）兩面貼裝：PCB單面或兩面均布放貼片元件。（3）雙面混裝：PCBA面布放貼片元件和插裝元件，B面布放適合于波峰焊的貼片元件。雙面混裝流程：電路板A面涂貼片膠-----SMD貼裝---貼片膠固化---電路板翻轉---電路板B面印焊膏---貼裝QFP等器件---再流焊接---引線元件插裝---波峰焊接---電路板清洗

PCB板厚度從0.5mm到4.0mm，推薦采用1.6mm-2.0mm焊接方式11滄州市遠東印制電路有限公司四.PCB制造過程中常見設計問題1.焊盤重疊

a.造成重孔,在鉆孔時因為在一處多次鉆孔導致斷鉆及孔的損傷.

b.多層板中,在同一位置既有連接盤,又有隔離盤,板子做出表現(xiàn)為隔離,連接錯誤.2.圖形層使用不規(guī)范

a.違反常規(guī)設計,如元件面設計在Bottom層,焊接面設計在TOP層,使人造成誤解.

b.在各層上有很多設計垃圾,如斷線,無用的邊框,標注等.12滄州市遠東印制電路有限公司3.字符不合理

a.字符覆蓋SMD焊片,給PCB通斷檢測及元件焊接帶來不便.

b.字符太小,造成絲網(wǎng)印刷困難,太大會使字符相互重疊,難以分辨，字體一般>40mil.4.單面焊盤設置孔徑

a.單面焊盤一般不鉆孔,其孔徑應設計為零,否則在產(chǎn)生鉆孔數(shù)據(jù)時,此位置出現(xiàn)孔的坐標.如鉆孔應特殊說明.

b.如單面焊盤須鉆孔，但未設計孔徑，在輸出電、地層數(shù)據(jù)時軟件將此焊盤做為SMT焊盤處理，內層將丟掉隔離盤。5.用填充塊畫焊盤這樣雖然能通過DRC檢查,但在加工時不能直接生成阻焊數(shù)據(jù),該焊盤覆蓋阻焊劑不能焊接.6.電地層既設計散熱盤又有信號線，正像及負像圖形設計在一起，出現(xiàn)錯誤

13滄州市遠東印制電路有限公司8.大面積網(wǎng)格間距太小網(wǎng)格線間距<0.3mm,PCB制造過程中,圖形轉移工序在顯影后產(chǎn)生碎膜造成斷線.提高加工難度.9.圖形距外框太近應至少保證0.2mm以上的間距(V-cut處0.35mm以上),否則外型加工時引起銅箔起翹及阻焊劑脫落.影響外觀質量.10.外形邊框設計不明確很多層都設計了邊框,并且不重合,造成PCB廠家很難判斷以哪一條線成型，標準邊框應設計在機械層或BOARD層.11.圖形設計不均勻造成圖形電鍍時,電流分布不勻,影響鍍層均勻,甚至造成翹曲.12.異型孔短異型孔的長/寬應>2:1,寬度>1.0mm,否則數(shù)控鉆床無法加工.13.未設計銑外形定位孔如有可能在PCB板內至少設計2個直徑>1.5mm的定位孔。14滄州市遠東印制電路有限公司14.埋盲孔板設計問題設計埋盲孔板的意義：<1>提高多層板的密度30%以上，減少多層板的層數(shù)及縮小尺寸<2>改善PCB性能，特別是特性阻抗的控制（導線縮短，孔徑減少）<3>提高PCB設計自由度<4>降低原材料及成本，有利于環(huán)境保護設計中存在的問題：<1>非對稱性結構

a.一層經(jīng)過4次電鍍，鍍層太厚

b.板子容易翹曲<2>出現(xiàn)交叉的情況無法加工15滄州市遠東印制電路有限公司<2>以6層板為例幾種埋盲孔的設計方法：15.多層板的疊層結構標注明確：16滄州市遠東印制電路有限公司a.特性阻抗控制板對覆銅板、銅箔、介質、線寬公差都應提出要求.b.疊層結構標注明確16.軟件問題a.不同版本軟件不能互轉,因為在轉化過程中會丟掉各自所具有的特性.造成轉化后的文件同原設計不符.(如PROTEL系列,PADS系列等)b.p