影响PCB可制造性的关键元素

作为电子产品必不可少的部分，印刷电路板（PCB）在实现电子产品的功能方面起着关键作用，这导致PCB设计的重要性日益凸显，因为PCB设计的性能直接决定了电子产品的功能和成本。出色的PCB设计能够使电子产品远离很多问题，从而确保产品能够顺畅地制造并能够满足实际应用的所有需求。

在促成PCB设计的所有要素中，制造设计（DFM）绝对是必不可少的要素，因为它将PCB设计与PCB制造联系起来，以便在电子产品的整个生命周期中尽早发现问题并及时解决。一个神话是，随着在PCB设计阶段考虑电子产品的可制造性，PCB设计的复杂性将会增加。在电子产品设计的生命周期中，DFM不仅可以使电子产品平稳地参与自动化生产，并节省制造过程中的人工成本，而且可以有效地缩短制造生产时间，以保证最终电子产品的及时完成。

PCB可制造性

由于将可制造性与PCB设计结合在一起，因此制造设计是导致高效制造，高质量和低成本的关键要素。PCB可制造性研究的范围广泛，通常可分为PCB制造和PCB组装。

 

l PCB制作

 

就PCB制造而言，应考虑以下方面：PCB尺寸，PCB形状，工艺边和Mark点。一旦在PCB设计阶段未能完全考虑到这些方面，除非采取额外的处理措施，否则自动芯片贴片机可能无法接受预制的PCB板。更糟的是，有些板无法利用手动焊接参与自动制造。结果，制造周期将延长并且人工成本也会增加。

 

1、PCB尺寸

 

每个芯片安装器都有其自己所需的PCB尺寸，根据每个安装器的参数而不同。例如，芯片安装器接受的最大PCB尺寸为500mm * 450mm，而最小PCB尺寸为30mm * 30mm。这并不意味着我们不能处理小于30mm * 30mm的PCB板组件，并且当需要较小的尺寸时，就可以依靠拼板。当只能依靠人工安装而人工成本上升且生产周期失控时，芯片贴片机永远不会接受尺寸太大或太小的PCB板。因此，在PCB设计阶段，必须充分考虑自动安装制造所设定的PCB尺寸要求，并且必须将其控制在有效范围内。

 

下图演示了由华秋DFM软件完成的PCB拼板设计文件。作为5x2拼板，每个方形单元都是一块单板，尺寸为50mm * 20mm。每个单元之间的连接是通过V-cut / V-scoring技术实现的。在此图像中，整个正方形显示的拼板最终尺寸为100mm * 100mm。根据上述拼板尺寸要求，可以得出结论，拼板尺寸在可接受的范围内。

 

 

 

2、PCB形状

 

除PCB尺寸外，所有芯片贴片机都对PCB形状提出了要求。普通的PCB形状应为矩形，其长与宽之比应为4：3或5：4（最佳）。如果PCB的形状不规则，则在SMT组装之前必须采取额外的措施，从而导致成本增加。为了阻止这种情况的发生，必须在PCB设计阶段将PCB设计为普通形状，以便满足SMT要求。然而，在实际情况下很难做到这一点。当某些电子产品的形状必须不规则时，必须使用邮票孔以使最终PCB的形状具有普通形状。组装后，可以从PCB上省去多余的辅助挡板，从而满足自动安装和空间的要求。

 

下图为不规则形状的PCB，并通过华秋DFM软件添加了处理边缘。整个电路板尺寸为80mm * 52mm，而正方形面积为实际PCB的尺寸。右上角区域的大小为40mm * 20mm，这是由邮票孔桥接所产生的辅助工艺边。

 

 

 

3、工艺边

 

为了满足自动制造的需求，必须在PCB上放置工艺边以固定PCB。

在PCB设计阶段，应事先留出5mm宽的工艺边，其中不留任何组件和走线。通常将技术导轨放置在PCB的短边，但是当长宽比超过80％时可以选择短边。组装后，可以将作为辅助生产角色的工艺边拆除。

 

4、基准点（Mark点）

 

对于安装了组件的PCB，应添加Mark点作为公共参考点，以确保每个组装设备都能准确确定组件位置。因此，Mark点是自动制造所需的SMT制造基准。

 

组件需要2个Mark点，而PCB需要3个Mark点，这些标记应放置在PCB板边缘并覆盖所有SMT组件。Mark点与板边缘之间的中心距离应至少为5mm。对于带有双面贴装SMT元件的PCB，在两个面上都应有Mark点。如果组件放置得过于密集而无法在板上放置Mark点，则可以将它们放置在工艺边上。

 

l PCB组装

 

PCB组装，简称PCBA，实际上是在裸板上焊接组件的过程。为了满足自动化制造的要求，PCB组装对组件封装和组件布局提出了一些要求。

 

1、组件包装

 

在PCBA设计过程中，如果组件封装不符合合适的标准并且组件之间的距离太近，则不会进行自动安装。

 

为了获得最佳的组件封装，应使用专业的EDA设计软件来与国际组件封装标准兼容。在PCB设计过程中，鸟瞰图区域绝不能与其他区域重叠，并且自动IC贴片机将能够准确识别并进行表面贴装。

 

2、组件布局

 

组件布局是PCB设计中的一项重要任务，因为它的性能与PCB外观和制造工艺的复杂程度直接相关。

 

在组件布局过程中，应确定SMD组件和THD组件的装配面。在这里，我们将PCB的正面设置为组件A侧，而背面设置为组件B侧。组件布局应考虑组装形式，包括单层单包装组装，双层单包装组装，单层混合包装组装，A面混合包装和B面单包装组装以及A面THD和B侧SMD组件。不同的组装要求不同的制造工艺和技术。因此，就部件布局而言，应选择最佳的部件布局以使制造变得简单容易，从而提高整个过程的制造效率。

 

另外，必须考虑组件布局的方向，组件之间的间距，散热和组件高度。

 

一般而言，组件方向应保持一致。组件布局符合最短追踪距离的原则，基于该原则，带有极性标记的组件的极性方向应一致，而没有极性标记的组件应在X或Y轴上整齐地排列。组件高度应最大为4mm，而组件和PCB的传输方向应保持90°。

 

为了提高组件焊接速度并方便以后检查，组件之间的间距应保持一致。同一网络中的组件应彼此靠近，而根据电压降应在不同网络之间留出安全距离。丝印和焊盘绝对不能重叠，否则将不会安装组件。

 

由于PCB的实际工作温度和电气组件的热特性，应考虑散热问题。组件布局应着重散热，必要时应使用风扇或散热器。应为功率组件选择合适的散热器，并且热敏感组件应放置在远离发热的地方。高组件应放在低组件后面。

 

还有更多细节应集中在PCB DFM上，实践中应积累经验。例如，高速信号PCB设计要求对阻抗有特殊要求，应在实际制造之前与电路板制造商进行讨论，以确定阻抗和分层信息。为了在一些小尺寸且密集走线的PCB板上进行生产准备，应与PCB制造商讨论最小走线宽度和通孔直径的制造能力，以确保这些PCB的顺利生产。

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