PCB不良設計對印刷工藝的影響

彭琛　王海燕　李微

【摘 要】許多電路設計人員對制造電子產品的組裝設備工藝能力不熟悉，不注重不同組裝設備對PCB板的設計要求，從而引起PCB在組裝過程中的制造問題或制造缺陷。本文以在印刷工藝中易遇到的PCB不良設計為例，探討適宜組裝設備生產的PCB電路設計。

【關鍵詞】印制電路板；不良設計；印刷工藝

0 前言

利用《PCB可制造性設計》課程進行《基于元認知學習策略的學生自主學習的研究與應用》課題時，通過與學生進行調查問卷、在線自測和疑點討論后發現不少初學者對于PCB設計中一些與印刷工藝相關的細節問題重視不足或易忽視，從而有可能對正在進行的印刷工藝或其它相關制造或維修工藝造成不便，影響生產的可行性、效率性和經濟性。故本文將一些易被設計人員忽視或不重視的與印刷工藝相關的PCB不良設計予以歸納，以便相關設計人員盡快掌握好PCB設計。

1 工藝邊設計

PCB最常見且最適宜印刷設備工作的外形是矩形，故而對PCB進行外形設計時，在滿足產品結構對PCB外形尺寸的要求下，一般會盡可能將一些不是矩形的特殊形狀通過添加適宜的虛擬板將其添補為矩形，如圖1所示。

但是僅將PCB的外形設計為矩形并不能保證PCB板一定能適宜印刷設備。因為印刷設備多采用邊固定的方式來固定PCB板，因此，若板上元件布局過于靠近PCB板邊緣則有可能在制造過程中損壞板邊的元件或焊盤，也可能因為元件與板邊間隙過小無法滿足設備的固定要求。所以一般情況下需要在PCB外圍設計適宜的工藝邊。

工藝邊就是為了輔助PCB在生產設備中走板和固定而在PCB板兩邊或者四邊增加的部分，主要為了輔助生產，不屬于PCB板的一部分，生產完成后需去除。

進行工藝邊設計之前應先確定PCB的傳輸方向。一般情況下，PCB的長邊對應SMT生產時的傳輸方向，這樣印刷的行程最短，并且 PCB在生產過程中的形變最小。對于拼板時也將長邊方向作為傳送方向，但對短邊與長邊之比大于80%的PCB，也可以用短邊傳送。

由于不同SMT設備制造商對工藝邊的要求不同，如歐美SMT設備制造商的工藝邊為3mm，日本SMT設備制造商的工藝邊為5-8mm，韓國SMT設備制造商的工藝邊為5mm。因此，若條件允許，可將工藝邊的寬度設為8-10mm，如圖2所示。

2 Mark點設計

利用印刷機等自動化設備進行大批量電子產品的生產時，多使用Mark點來保證每批用于生產的PCB板面正確、位置精準。Mark點是一種特殊的光學定位符號，生產時，印刷機利用自身的攝像頭照射Mark點，將得到的影像坐標與之前在系統中所預設的標準數據進行比較。若坐標與標準數據一致或者在其允許的范圍內，則機器判定該PCB板為當前需要進行生產的，并讓PCB板進入機器內開始相應的工序；反之，則認為進板錯誤，停止進板并進行報警。

但Mark若設計不良則可能影響機器的識別，出現誤判。一般說來，設計人員能設計正確的Mark點外形和尺寸，但在Mark點布局時卻不一定合理。例如同形狀的Mark點按對稱方式放置于PCB板的對角處，一旦PCB板面反轉1800以錯誤方向進板時，機器也會誤認為是正確的，從而出現誤報的情況，如圖4所示。

對此情況，可以將同形狀的Mark點按不對稱方式設計，也可以使用不同形狀Mark點，如圖5和圖6所示，這樣的防呆設計可以保證機器正確識別PCB板。

3 焊盤設計

在進行PCB電路設計時，元件所用封裝一般會盡可能使用系統自帶封裝庫內的元件封裝。但是由于各元件制造企業生產的元件外形尺寸不一定完全一致，且各電子制造企業所用設備的生產能力各有不同，因此，系統自帶封裝中的焊盤設計不一定能滿足所有元件的生產需求，需要根據產品試生產的結果來進行調整。例如，某細間距SOP封裝元件在印刷和焊接時易出現橋連缺陷，若設計人員僅調整工藝或設備參數，而不仔細核對焊盤圖形與所需焊接的元器件的封裝外形、焊端、引腳、中心距等與焊接有關的尺寸匹配性，一味照抄照搬系統封裝庫內的焊盤設計參數，則有可能一直無法解決此缺陷。但不加分析或隨意抄用或調用封裝庫內焊盤圖形是許多設計人員易出現的設計問題，且在出現制造缺陷后又容易被忽略掉。

例如，當如圖所示的某細間距SOP封裝元件在印刷和焊接時易出現橋連缺陷時，可以將原有元件焊盤寬度適當減小（但不得小于引腳本體寬度）并延長焊盤長度方向尺寸，這樣一來，可以加大焊盤間的有效間距并擴展焊膏長度方向的延伸范圍，減少橋連缺陷。若橋連易在焊接過程中發生于SOP封裝末端，則可在封裝末端增設偷錫焊盤，以吸納多余焊料，如圖7所示。

若發生橋連缺陷的是插件且元件每排引腳較多時，當相鄰焊盤邊緣間距為0.6mm-1.0mm時，則可以考慮將插件焊盤由常用的圓形焊接改為橢圓形焊盤，既加大焊盤間的有效間距又不影響引腳焊接后的可靠性，如圖8所示。

4 結束語

除了在文中提到的一些在印刷環節中易忽視的設計問題外，還有其它一些易被設計人員忽視的設計細節問題，比如選擇阻焊膜材料和涂敷方式時，不考慮材料性能和工藝特點，出現如綠油太厚造成錫膏印刷工藝難控；阻焊膜在基板制造時固化不良而泄氣，形成焊點氣孔；材料吸濕而造成阻焊膜在回流時的脫離等。由于電子產品制造技術發展迅速，與之相關的制造工藝和制造設備也不斷更新變化，了解并掌握工藝、材料和設備對電路設計方面的要求，將有助于更加合理地設計電路，提高產品的可制造性。

【參考文獻】

[1]彭琛，郝秀云，劉克能.Mark點的不良設計對PCB印刷質量的影響[J].絲網印，2014（12）：28-31.

[2]許耀山.PCB排板布局焊盤及導線的可制造性設計[J].電子科技，2014（01）：157-159.

[3]鮮飛.電子組裝中的可制造性設計[C]//2014中國高端SMT學術會議論文集.2014：87-98.

[責任編輯：曹明明]