如何准备一个正确的PCB设计文档

PCB设计人员与PCB制造商之间的合作至关重要。一阶交付阶段准备得越好，收到符合客户规格的PCB的时间就越短。模糊或不清楚的生产文档将延长生产启动时间。要解决所有疑虑，就需要制造商与设计师之间进行更多的交流。

本文介绍了向PCB制造商交付生产文档的标准，良好设计开发的规则，并介绍了在生产文档中发现的最常见的错误。该信息基于华秋DFM对PCB设计文件的分析经验。它肯定会在PCB质量和DFM（可制造性）方面帮助设计工程师，也可能降低PCB生产成本。

 

档案格式

Gerber是PCB生产文档的通用标准。该标准允许保存设计层的矢量图像：马赛克，蒙版，文本等。当前存在两个版本：较旧的Standard Gerber RS-274D和较新的Extended Gerber RS-274X。

RS-274D已过时，现在很少使用。该格式的文件仅包含图层图像分量的坐标，而没有定义所应用的光圈。PCB制造商需要一个清单，列出适当的孔径以正确处理RS-274D设计。RS-274X是最新，最受欢迎的版本，没有RS-274D的缺点。这种格式的图层文件包含处理PCB设计所需的完整数据，即带有孔径定义的坐标。

加工参数（即钻孔和铣削/铣削）通常以Excelon格式版本2保存。完整的CNC钻孔和铣削/铣削程序应在割台中定义所应用的刀具直径。它还可以保留有关坐标和度量单位的符号格式的信息。这可以加快PCB制造商的设计过程。

最受欢迎的PCB CAD软件产品（例如Altium Designer，Eagle和Protel）支持以上述格式导出设计文档。大多数PCB制造商都喜欢Gerber RS-274X和Excellon2，但可以接受其他数据集格式：RS-274D，动态过程格式* .dpf，GraphiCode GWK，ODB ++和BRD（Eagle）。

 

好的设计文档的功能

从PCB制造商的角度来看，完善的设计包含明确的数据，这些数据毫无疑问且满足处理能力。以下列出了针对PCB设计人员的一组建议，分为五个总体主题。

 

DCR

 

图1.不符合DRC参数的区域。

超过DRC（设计规则检查）参数会导致偶尔出现的设计错误，可能会妨碍或阻止PCB的生产。DRC参数确定PCB制造商的处理能力，即镶嵌组件（即路径和文字）的最小允许宽度，其间距和孔环尺寸。大多数流行的PCB CAD程序都具有可配置的DRC，以控制设计是否符合制造商的预定义容量。

PCB马赛克的设计必须考虑到马赛克表面上的所有窄切口都是极其危险的（见图1）。这些区域必须填充，因为最小允许间隙规则也适用于同一互连网络中的镶嵌零件。DRC参数适用于沉积在铜层上的文本。太小的字符可能会被蚀刻消化而变得难以辨认。

 

轮廓

PCB轮廓必须位于单独的层上，并形成为相对于其他层没有偏移的封闭外壳。轮廓还必须包含所有需要处理的切口和槽的形式和位置。轮廓层可以标记PCB尺寸，包括公差规格（如果与特定PCB制造商应用的默认值不同）。

轮廓和切口通常位于文本，阻焊层或马赛克层上。这样一来，CAM工程师就有可能忽略切割，并且其生产将失败。当PCB形式显示在多层上并且彼此矛盾时，也会出现问题。

 

图2.镶嵌层的视图：（a）组件侧面；（b）焊接面。

PCB轮廓必须位于单独的层上，并形成为相对于其他层没有偏移的封闭外壳。轮廓还必须包含所有需要处理的切口和槽的形式和位置。轮廓层可以标记PCB尺寸，包括公差规格（如果与特定PCB制造商应用的默认值不同）。

轮廓和切口通常位于文本，阻焊层或马赛克层上。这样一来，CAM工程师就有可能忽略切割，并且其生产将失败。当PCB形式显示在多层上并且彼此矛盾时，也会出现问题。

 

文字层

 

图3.文本行粗细与文本质量的关系：（a）0.25毫米行文本；（b）0.1密耳的文字行；（c）由SMD垫切割的文本。

一个常见的错误是文本层的错误开发，导致标记难以辨认和不完整。文本清晰易读，需要适当的字符高度和文本线粗。最佳字符高度为1毫米以上。文字行的最小厚度为0.1毫米。如果相对于字符高度而言，文本行非常粗，则可以通过减小文本行的粗度来提高文本的可读性和清晰度（请参见图3a和3b）。该解决方案提高了PCB的美学价值并促进了组件的组装。设计工程师切勿在PCB设计的焊接点或孔上找到任何标记。PCB制造商默认情况下，请从焊盘和其他未掩盖的电路区域中去除文本（请参见图3c），因为焊接组件上的墨水会妨碍正确组装。可以通过与焊料掩膜和孔中暴露的焊盘之间的最小间距为0.1 mm来减少因修剪而造成的文字损失。

 

加工

 

图4.在PCB中切割的准备：（a）标准直径2 mm。磨坊; （二）切径减小。

正确准备和标记PCB板上的孔和插槽至关重要。一种CNC钻孔程序可以采用PTH（镀通孔）和NPTH（非镀通孔）开口和槽的镗孔。标记孔的类型也很重要。这可以通过在单个钻探程序或其他信息文件中添加注释来完成。PTH可以与NPTH分离为两个单独的钻孔程序，并具有适当的名称。通常的做法是在单独的设计层上交付钻孔图。如果未指定其他信息，则PCB制造商将跟踪该层以正确定义PTH或NPTH是什么孔。所有单面孔均视为NPTH。

除非订单中另有规定，否则始终将指定的直径理解为目标。这意味着成品PCB中的PTH和NPTH直径将等于钻孔程序标题中指定的直径值。

盲孔和埋孔的钻孔程序必须放在单独的文件中，即不要放在通孔中，并针对每个加工深度单独进行。还必须通过钻孔深度标记盲孔，例如通过指定要连接的层。

铣削/铣削形式必须考虑到有限的切割精度，并且该参数取决于铣削直径。这导致了图4中所示的问题，即铣削后的角上的倒圆角。可以通过在那些角上设置小直径的加工孔来消除这种情况。这些孔可能会稍微干扰PCB表面，但也会大大减小（或完全消除）铣削道的倒圆半径（图4b）。

设计工程师应在镶嵌图与PCB边缘和切口之间保持适当的间距，因为PCB的加工具有确定的公差。铣削，布线和刻痕（v切割）可能会损坏镶嵌细节，而镶嵌细节太靠近PCB边缘。所产生的撕裂的铜零件不仅会降低PCB的美学价值，而且还可能由于意外接触金属外壳而导致组装设备短路。

 

图5.插槽：（a）在PCB轮廓层上标记不正确，（b）标记正确。

z布线的PCB的盲孔必须在单独的图上，PCB轮廓层或完全单独的层上清楚地说明。还需要指定PCB的侧面和Z布线的深度。类似地，还必须显示镀覆边缘的存在。在设计中显示镀覆边缘的一种非常常见且正确的方法是定位铜区域，该区域超出镶嵌层上的PCB轮廓。

在设计文档开发过程中，显示为两个相邻孔的PTH插槽（参见图5）也可能令人怀疑。每个设计人员都应该意识到，准备将设计投入生产的CAM工程师通常不知道在特定PCB上组装了哪些组件。不能期望将图5a中所示的2个相邻的孔解释为PTH槽。在这种情况下，必须在PCB轮廓层上正确标记插槽（请参见图5b）。

 

图层文件开发和名称

各个图层的图像必须以相同的比例生成且没有偏移。孔层可以相对于其他层偏移，但是请注意，并非总是可以使该层与其他层正确对齐。常见的标准是从PCB顶视图的角度排列这些层。这意味着当将设计加载到PCB CAM软件中时，层组件侧的所有文本都清晰可见（请参见图2a），而马赛克，阻焊层或焊接侧的文本将被镜像显示（请参见图2a）。图2b）。

最好使用易于理解的图层文件名和/或扩展名。文件命名法通常在PCB CAD软件中定义。除了生成Gerber和Excellon文件之外，大多数此类应用程序还可以输出导出的输出文件列表以及所应用的坐标和单位表示法的规范以及其他文本文件（即报告语句）。

多层PCB要求提供有关内层顺序的规范。可以通过直接对层编号或适当的文件命名法（例如* .L1，*。L2，*。L3，*。L4等）来指定序列。该信息也可以在PCB处理表中提供。

将多个处理组件放在单个层上会使文档解释变得非常困难。这里最常见的错误是在阻焊剂上设置可剥离的掩膜。每个掩模存放在不同的生产阶段，因此每个掩模都需要单独的生产文档。

 

总结

设计师对细节的关注，对正确文档开发原则的了解以及对特定PCB制造商的处理限制的了解直接影响设计交付的质量和工作量。可靠的PCB文件可以满足设计人员的期望，而且交货周期短。