[教育]印制板的可制造性設(shè)計(jì)

1、滄州市遠(yuǎn)東印制電路有限公司,1,印制板可制造性設(shè)計(jì),滄州市遠(yuǎn)東印制電路有限公司技術(shù)部李艷聰,滄州市遠(yuǎn)東印制電路有限公司,2,內(nèi)容大綱,DFX規(guī)范簡(jiǎn)介印制板DFM印制板DFA印制板制造過(guò)程中常見的設(shè)計(jì)缺陷,滄州市遠(yuǎn)東印制電路有限公司,3,一.DFX規(guī)范簡(jiǎn)介,制造企業(yè)制定DFX規(guī)范的目的在于使公司內(nèi)外部的設(shè)計(jì)、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(qiáng)、成本低廉的產(chǎn)品，同時(shí)能滿足電器及機(jī)械性能要求包括：DFM、DFE

2、、DFT、DFR、DFS、DFA等，分別面向可制造性、環(huán)境、可測(cè)試性、可靠性、簡(jiǎn)潔性、組裝等的設(shè)計(jì)據(jù)統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品總成本的60%以上是由設(shè)計(jì)過(guò)程決定的，70%-80%的缺陷可歸之于設(shè)計(jì)方面的問題,滄州市遠(yuǎn)東印制電路有限公司,4,二.印制板DFM（Design for manufacture）,印制板必須有一個(gè)圖號(hào)，圖號(hào)必須是唯一的，不能重復(fù)，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(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)。

3、 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(biāo)志：字符、元件面和焊接面及層序或UL、周號(hào)等標(biāo)志。 f. 特殊加工要求（如沉孔、插頭倒角、特性阻抗等）。 g. 檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：如國(guó)標(biāo)，國(guó)軍標(biāo)或航天部標(biāo)及其它標(biāo)準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)：印制板的CAD和機(jī)加工圖都必須有基準(zhǔn)點(diǎn)，通常是

4、印制板上機(jī)械安裝孔的中心，CAD制作的基準(zhǔn)點(diǎn)與機(jī)械加工圖的基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)一致。,滄州市遠(yuǎn)東印制電路有限公司,5,導(dǎo)線寬度：導(dǎo)線寬度的確定依據(jù)是導(dǎo)線的載流量,既在規(guī)定的環(huán)境溫度下,允許導(dǎo)線升溫不超過(guò)某一溫度時(shí)所能通過(guò)電流大小。參看國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB4588.3-88《印制電路板的設(shè)計(jì)和使用》。在設(shè)計(jì)布線空間允許和導(dǎo)線最小間距不違背設(shè)計(jì)的電氣間距的前提下，應(yīng)設(shè)計(jì)較寬的導(dǎo)線。 導(dǎo)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、

5、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 孔徑對(duì)應(yīng)的焊盤直徑應(yīng)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(shí)也降低了生產(chǎn)工藝難度。（圖1） 對(duì)于PTH孔，使用圓形引線時(shí)，孔徑同引線之差為0.2-0.7mm，小于0.2mm或大于1mm

6、在插裝或焊接時(shí)都會(huì)發(fā)生問題，使用矩形引線時(shí)，孔徑同引線對(duì)角線尺寸之差大于0.2mm。 為方便生產(chǎn)制造，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證一種焊盤尺寸對(duì),滄州市遠(yuǎn)東印制電路有限公司,6,應(yīng)一種孔徑，不應(yīng)該一種焊盤尺寸對(duì)應(yīng)幾種孔徑或幾種焊盤對(duì)應(yīng)一種孔徑，這主要是為了生成鉆孔文件時(shí)快捷、方便而不出錯(cuò)。 多層板大面積導(dǎo)體層有金屬化孔通過(guò)的焊接孔必須加熱隔離設(shè)計(jì)(圖2)，以保證焊接時(shí)不因過(guò)份散熱而導(dǎo)致焊接困難，甚至虛焊，但對(duì)小于40MIL的金

7、屬化孔，一般情況下此類孔都是過(guò)孔，不會(huì)焊接，最好采用直接接電或接地的形式設(shè)計(jì)。 導(dǎo)通孔的焊盤盡量大，一般情況焊盤大于32mil，最小的導(dǎo)通孔焊盤可為25mil，打孔孔徑為0.3MM（12mil），但此類小孔會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)一定的難度，成品率、工作效率明顯降低。 安裝孔應(yīng)以焊盤的形式給出孔位和孔徑，而不能以字符層標(biāo)注按裝孔。 設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)阻焊圖形時(shí)焊盤應(yīng)以PAD的形式表示，而不能用Trace進(jìn)行填充。

8、否則不能自動(dòng)生成表面安裝焊盤的阻焊圖形。 字符以印出后美觀、容易辨認(rèn)為原則，線寬一般6-12mil，字符高度>1mm，否則會(huì)造成絲印后的字符模糊不清楚。,圖2,圖1,滄州市遠(yuǎn)東印制電路有限公司,7,三.印制板DFA（Design for assembly）,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(cè)和維修性能又使人望而卻步。同時(shí)其焊盤設(shè)計(jì)又直接或間接的影響其焊接

9、效果，所以應(yīng)引起我們的重視。ＢＧＡ的焊盤設(shè)計(jì)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(guò)大。（二）阻焊尺寸比焊盤尺寸大０.１MM～０.１５MM。（三）BGA周圍導(dǎo)通孔在金屬化孔后，必須采用介質(zhì)材料或?qū)щ娔z進(jìn)行堵塞，高度不能超過(guò)焊盤高度。a.防止波峰焊時(shí)焊錫從過(guò)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(nèi).c.表面貼裝后的印制板,在測(cè)試面上要求吸真空時(shí)形成負(fù)壓才可進(jìn)行高度檢測(cè).,

10、BGA焊盤,滄州市遠(yuǎn)東印制電路有限公司,8,輔助工藝邊,輔助工藝邊（簡(jiǎn)稱工藝邊）主要是用于設(shè)備的夾持與定位，以及異形邊框補(bǔ)償，焊接完后去掉。雖然工藝邊不能算PCB的有效面積，但對(duì)于設(shè)備來(lái)說(shuō)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(shè)備進(jìn)行孔定位。,基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)計(jì),基準(zhǔn)點(diǎn)（Fiducial）是所有全自動(dòng)設(shè)備識(shí)別和定位的標(biāo)識(shí)點(diǎn)（MARK）。做MARK點(diǎn)有

11、以下幾個(gè)要求：（一）MARK點(diǎn)焊盤的表面鍍層盡量要求平整，反光性好。（二）MARK點(diǎn)周圍應(yīng)做一塊背景區(qū)，背景區(qū)內(nèi)不能有其他焊盤，絲印和阻焊。（三） MARK點(diǎn)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(diǎn)表面可為：裸銅、鉛錫、鍍金、OSP等.,,,,滄州市遠(yuǎn)東印制電路有限公司,9,設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱誤差，以及PCB板的累積誤差，會(huì)使一些細(xì)間距腳（如Pitch=0.5mm）器件的貼裝發(fā)生

12、偏移，而這種偏移對(duì)于設(shè)備來(lái)講已無(wú)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(zhǔn)點(diǎn)（Locate Fiducial ）。要求有：（一）MARK點(diǎn)分布在器件的對(duì)角線兩側(cè)，盡量靠近器件。（二）如果沒有空間設(shè)計(jì)背景區(qū)，可以不要。（三）MARK點(diǎn)的尺寸可以小一點(diǎn)，從而不影響器件的走線。,局部基準(zhǔn),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,局部基準(zhǔn)點(diǎn),滄州市遠(yuǎn)東印制電路有限公司,10,設(shè)備的軌道系統(tǒng)有一個(gè)夾持PC

13、B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(shè)計(jì)成拼板形式，如圖：（一）PCB須有自己的基準(zhǔn)點(diǎn)（二）每塊單板須有自己的基準(zhǔn)點(diǎn)，讓機(jī)器把每塊拼板當(dāng)作單板看待，稱為塊基準(zhǔn)（BLOCK FIDUCIAL）。（三）對(duì)于外形復(fù)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

14、用平排、對(duì)拼、鴛鴦板的形式,拼板,滄州市遠(yuǎn)東印制電路有限公司,11,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(shè)計(jì)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：PCB A面布放貼片元件和插裝元件，B面布放適合于波

15、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(zhuǎn)---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,滄州市遠(yuǎn)東印制電路有限公司,12,四.PCB制造過(guò)程中常見設(shè)計(jì)問題,1.焊盤重疊 a.造成重孔,在鉆孔時(shí)因?yàn)樵谝惶幎啻毋@孔導(dǎo)致斷鉆及孔

16、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(cuò)誤. 2.圖形層使用不規(guī)范 a.違反常規(guī)設(shè)計(jì),如元件面設(shè)計(jì)在Bottom層,焊接面設(shè)計(jì)在TOP層,使人造成誤解. b.在各層上有很多設(shè)計(jì)垃圾,如斷線,無(wú)用的邊框,標(biāo)注等.,滄州市遠(yuǎn)東印制電路有限公司,13,3.字符不合理 a.字符覆蓋SMD焊片,給PCB通斷檢測(cè)及元件焊接帶來(lái)不便. b.字符太小,造成絲網(wǎng)印

17、刷困難,太大會(huì)使字符相互重疊,難以分辨，字體一般>40mil. 4.單面焊盤設(shè)置孔徑 a.單面焊盤一般不鉆孔,其孔徑應(yīng)設(shè)計(jì)為零,否則在產(chǎn)生鉆孔數(shù)據(jù)時(shí),此位置 出現(xiàn)孔的坐標(biāo).如鉆孔應(yīng)特殊說(shuō)明. b.如單面焊盤須鉆孔，但未設(shè)計(jì)孔徑，在輸出電、地層數(shù)據(jù)時(shí)軟件將此焊盤做為SMT焊盤處理，內(nèi)層將丟掉隔離盤。5.用填充塊畫焊盤 這樣雖然能通過(guò)DRC檢查,但在加工時(shí)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

18、地層既設(shè)計(jì)散熱盤又有信號(hào)線，正像及負(fù)像圖形設(shè)計(jì)在一起，出現(xiàn)錯(cuò)誤,滄州市遠(yuǎn)東印制電路有限公司,14,8.大面積網(wǎng)格間距太小 網(wǎng)格線間距2:1,寬度>1.0mm,否則數(shù)控鉆床無(wú)法加工.13.未設(shè)計(jì)銑外形定位孔如有可能在PCB板內(nèi)至少設(shè)計(jì)2個(gè)直徑>1.5mm的定位孔。,,滄州市遠(yuǎn)東印制電路有限公司,15,14.埋盲孔板設(shè)計(jì)問題設(shè)計(jì)埋盲孔板的意義： 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

19、 改善PCB性能，特別是特性阻抗的控制（導(dǎo)線縮短，孔徑減少） 提高PCB設(shè)計(jì)自由度 降低原材料及成本，有利于環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)中存在的問題： 非對(duì)稱性結(jié)構(gòu) a.一層經(jīng)過(guò)4次電鍍，鍍層太厚

20、 b.板子容易翹曲 出現(xiàn)交叉的情況無(wú)法加工,滄州市遠(yuǎn)東印制電路有限公司,16,以6層板為例幾種埋盲孔的設(shè)計(jì)方法：15.多層板的疊層結(jié)構(gòu)標(biāo)注明確：,滄州市遠(yuǎn)東印制電路有限公司,17,a.特性阻抗控制板對(duì)覆銅板、銅箔、介質(zhì)、線寬公差都應(yīng)提出要求.b.疊層結(jié)構(gòu)標(biāo)注明確16.軟件問題a.不同版本軟件不能互轉(zhuǎn),因?yàn)樵谵D(zhuǎn)化過(guò)程中會(huì)丟掉各自所具有的特性.造成 轉(zhuǎn)化后的文件同原設(shè)計(jì)不符.(如PROTEL系列,

21、PADS系列等) b.pads系列軟件應(yīng)提供各層的組合結(jié)構(gòu)圖及層定義. c.推薦客戶提供Gerber file、鉆孔文件及鉆孔說(shuō)明以減少中間環(huán)節(jié)出現(xiàn)的因文件轉(zhuǎn)換、處理所造成的失誤，增強(qiáng)生產(chǎn)加工的透明度。 具體包括： Ⅰ.Gerber文件如果提供RS274格式，需要提供D碼文件及Gerber文件的格式 Ⅱ.Drill文件（刀具表） 注意：如果有在文件中不能準(zhǔn)確描述的加工要求必須利用圖紙的方式說(shuō)明，如異形孔、大面