電子產品PCB可制造性設計方法

許耀山

(廈門海洋職業技術學院信息技術系，福建廈門 361012)

隨著科學技術的發展，電子產品市場競爭激烈。而要擁有優勢就必須從產品的設計抓起。據統計，產品總成本的60%以上是由設計過程決定的，產品70%～80%的缺陷可歸之于設計方面的問題，因此，設計人員應當充分重視PCB設計的可制造性［1］。可制造性設計(Design for Manufacturing，DFM)主要包括:PCB安裝方案、適應自動化作業需求、產品質量保證等方面的設計。

1 方案設計是可制造性設計的關鍵

PCB上的器件安裝方式或安裝布局所形成的方案決定了工藝流程的長短，影響了產品制造成本、質量控制、生產效率及產品售后服務成本。方案選擇原則是在滿足產品所需的性能指標的情況下，選擇最短的生產工藝流程，能保障產品質量的方案。從表1可以看出，當安裝方案全部采用SMT工藝來完成時，制作過程最有利于質量及成本的控制應當優選［2－3］。

2 可制造性設計的要求

PCB可制造性設計的首要任務是滿足機器設備作業條件。因此，必須從定位標識設計、定位孔的設計、禁區與器件間距設計和焊盤設計等幾個方面進行規范。

(1)Mark點定位標識的設計。在SMT作業時，由于PCB制造誤差或實際生產過程中的定位誤差，導致的同一貼裝點在不同板之間貼裝位置的不一致，因此，需要通過對Mark點識別，取得Mark間的偏移量，計算出相應的貼裝位置坐標補償量并進行調整以達到精確定位的目的。Mark分為拼板、單板和元件Mark。Mark應當成對出現，拼板Mark不能對稱設置，其目的是保證當PCB板轉置180°時機臺無法識別通過，防止放錯板。

(2)定位孔的設計。定位孔主要應用于自動插件、波峰焊接、ICT測試和PCBA電路板性能測試等工序作業。這些工序要求在PCB的兩個對角上設置定位孔A、B、C、D，并且A、B、C、D必須是對稱的，如圖 1所示。

圖1 PCB定位尺寸圖

(3)部品配置禁止區域。所謂的禁區是指PCB的某些區域，這些區域由于機器、設備等因素的制約不能設置任何器件。以提高設備自動化作業率，減少修補性人工作業。具體分布以下幾個區域:1)PCB外沿、定位孔周圍的部品禁止區域。如設備必不可少的工藝邊、設備定位區等。2)PCB外部禁止部品露出，否則會出現干涉現象，如圖2所示。3)豎插元件的禁止區域設置:機器作業時，豎插元件管腳及轉彎處不能設計裸露的銅箔，以防止短路現象。豎插件間的最小距離也要符合機器作業的要求。4)臥插元件的禁止區域設置:確保元器件之間的最小間距，目的是為防止干涉現象。5)貼片元件的禁止區域設置:貼片CHIP(芯片)件間的最小距離及IC器件與周圍CHIP(芯片)器件的最小距離如表2所示。

圖2 超出禁止區域產生干涉示意圖

設計時盡可能采用較大的間距以便以操作保證加工質量。

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總之，無論是PCB板的外部結構還是其內部器件都有最小間距的問題。PCB設計時務必先研讀本企業各種設備、設施要求，以確保產品的可制造性。

3 可制造性設計的目的

PCB設計時，必須符合生產工藝特性，方便生產現場管理，使生產過程不易出現差錯，從而保證了過程質量，同時也有利于快速化生產，降低制造成本。

(1)標識設計。1)DIP與Reflow標識設置。DIP用于需要波峰焊接的標識設計，指明需要進行波峰焊接的PCB在進行波峰焊接時的流向，點膠面上的元器件的焊盤設計應基于該方向，并按照有利提高波峰焊接質量的原則進行。Reflow用于進行回流焊接的標識設計指明需要進行回流焊接的PCB流向，回流面上元器件的焊盤設計應基于該方向，并按照有利于提高回流焊接質量的原則進行。2)PCB的部品位號、板號、拼板號、板名的標識。

(2)焊盤的設計。1)絲印Chip件焊盤設計。焊盤偏長容易造成錫量過多，出現“立碑”現象;焊盤偏短，影響焊點強度。焊盤設計偏寬容易造成元件扭轉及產生半邊焊和“立碑”現象;焊盤的中心間距偏大，元件與焊盤上錫膏接觸面積過小，貼裝后易飛件或移位;偏小壓在元件下的焊膏在回流時容易產生錫球。因此，需要對不同的Chip件進行不同的焊盤設計。2)BGA焊盤設計。PCB焊盤的直徑不能小于BGA焊球的最小直徑，阻焊尺寸比焊盤尺寸大0.1～0.15 mm。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。3)通孔元件焊盤設計。一般通孔安裝元件的焊盤直徑為孔徑的2倍。4)無功焊盤設計。無功焊盤也稱盜錫焊盤是針對需要經過波峰焊接的PCB而設計的，是在印制電路板上設置的一種沒有設置器件焊接的焊盤。其目的是為提高焊接質量減少焊接過程的“橋接”缺陷，改善品質減少人工修復有著重要意義。無功焊盤與DIP方向密切相關，是由DIP方向決定的，如圖3所示。

圖3 為無功焊盤示意圖

(3)布局設計。元件的布局影響焊接質量和工作效率，如檢驗和返修工作等。因此應盡量做到以下的要求:1)SMC/SMD在PCB上的排列方向應一致，以使回流焊時能形成較理想的熱對流，降低焊接缺陷，如圖4所示。2)大質量的元器件在回流焊時，熱容量較大，過高的密度易引起局部溫度偏低而引起虛焊。因此，大體積元器件周圍應留有足夠的空間，以避免其擋住周邊元器件，對熱能的吸收而形成所謂的遮蔽效應。3)為防止器件反插，同時便于過程檢查，同一板上有極性或方向的器件其極性或方向標識應設置成一致，且要相對集中。如有極性的電解電容、二極管等，有方向的三極管、貼片IC和排阻等。

圖4 合理的熱對流元件排列圖

4 結束語

可制造性設計源于生產實踐，是對生產實踐的經驗總結。也必將隨著生產技術的發展而變化。其核心理念是規范設計，使設計的產品能更好地適應現有的生產條件，從而達到高效率、高質量和低成本的目標。

［1］曾峰.印刷電路板(PCB)設計與制作［M］.北京:電子工業出版社，2005.

［2］吳懿平.電子制作技術基礎［M］.北京:機械工業出版社，2005.

［3］曹光躍.電子裝配工操作技術［M］.安徽:安徽科學技術出版社，2008.

［4］許耀山.產品可制造性設計指導書［M］.廈門:夏新電子股份有限公司，2002.

［5］夏新電子股份有限公司.PCB工藝評審基準書［M］.廈門:夏新電子股份有限公司，2008.