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1、印制电路可制造性设计,2007.12.,主要内容,1 概述 2可制造性概念 3.印制板可制造性设计的特点 4.印制板各要素可制造性设计 （基材选择、尺寸公差焊盘、过孔等要素） 5.印制板热设计 6.电磁兼容设计 7.印制板表面的涂层、镀层 8.布局、布线与可制造性 9 装联中常见的印制板故障分析 10.印制板的发展趋势,1.概述,电子元器件的飞速发展和电子产品对小型化、多功能、高可靠的要求， 大大促进了元器件安装和支撑用的印制电路板（简称印制板，英文缩写为PCB）有了迅速的发展。印制板的结构越来越复杂，制造和安装的技术也有了巨大进步，印制板设计与制造和安装技术的联系更为紧密，并且相互制约。印制
2、板的可制造性已成为广大印制板设计、制造和电子安装人员十分关注的课题。印制板的质量和可靠性对电子产品的性能和可靠性有重要影响，同时也影响电子产品的成本。,1.概述（续）,印制电路板的设计决定印制板的固有性能，而生产制造、测试和检验是设计思想的实现保证。 设计的可制造性影响制造工艺 、决定产品的加工难易程度、影响产品的质量和生产效率及成本。所以在进行设计时，就应充分考虑印制板各加工工艺的要求，将这些制造系统的要求融合在设计中一起进行总体优化，使设计的产品更便于制造，因而能保证最终产品的质量。这就是印制板可制造性所必须考虑和研究的问题。,2.可制造性的概念（续）,产品的可制造性从广义上讲，应包括产品
3、的制造、测试、返工和维修等产品形成的全过程可行性；从狭义上讲是只指产品本身制造的可行性。 如果产品的可制造性不好，将会影响产品的合格率和生产效率，甚至会导致所设计的产品无法制造出来，或者即使制造出来也不能保证产品质量能稳定生产、易于测试和返工，因而产品的可制造性设计，是广大设计人员在产品设计中必须重视并认真考虑的设计通用的基本要求之一。,3. PCB可制造性设计的特点,3.1特点： 印制板设计是一种特殊的基础电子产品设计，设计图的质量直接影响电子产品的质量。 一项设计同时用于两种不同技术领域的工艺，设计的印制板图形一旦确定，既要用于印制板的制造，又要用于印制板的安装，在生产中不能改变导电图形和
4、阻焊图形或字符图形的结构。 PCB的设计需要考虑到两个方面的可制造性要求; 一是印制板本身的可制造性； 二是印制板的安装即印制板组装件的可制造性要求。,3. PCB可制造性设计的特点（续1）,印制板的制造和安装分属于两个有上、下游联系的不同制造专业，其制造的工艺方法和设备有很大的差别，制造要求大不相同，它们的质量却是互为影响，对PCB设计的要求也不相同，所以在进行PCB设计时，必须兼顾这两方面的可制造性要求，缺一不可。 PCB的设计、制造和安装分属于三个不同的专业技术，要把三者的要求有机的融合在一起，总体优化体现在同一套设计图上，不是很容易的事，需要有丰富的设计经验和能够了解或掌握三项技术联系
5、的能力。,3. PCB可制造性设计的特点（续2）,3.2 PCB设计应掌握的知识和技术： 熟悉电路设计、热设计、电磁兼容和布局布线规则，能对设计软件进行熟练操作； 了解印制板所用的基材种类和特性； 了解印制板的制造和安装工艺方法； 熟悉制造和安装的工艺要求； 了解所选用的元器件的特性和基本的尺寸； 了解安装和焊接时所用的焊料、焊剂的特性。,3.3印制板光板的可制造性设计,3.3.1印制板光板： 是指没有安装电子元器件的印制板（又称裸板），对印制板的可制造性设计主要考虑印制板制造工艺对设计的要求。 印制板有许多种类，不同种类不同的加工方法，其设计的可制造性要求是不同的，所以在进行印制板设计时，必
6、须根据所需要的印制板的结构特点，了解相应的印制板生产工艺要求，进行可制造性设计考虑。 譬如：多层刚性印制板与单面或双面印制板的可制造性要求就大不相同，刚性板与挠性板的可制造性要求也不相同。,3.3印制板光板的可制造性设 计1,印制板的可制造性的具体指标要求，随着印制板的制造工艺技术的发展和提高而改变，并随不同工艺水平的印制板制造厂商而变化。 譬如：导线宽度为0.1mm ，最小通孔直径为0.3mm的印制板，对有些生产厂就不能加工，而对一些设备和工艺条件较好的生产厂就可以加工。所以在考虑设计的可制造性技术指标时，要根据当前的印制板加工的工艺水平和预计要选定的印制板生产厂商的工艺要求来确定，不然所设
7、计的产品将难以制作或制作不了。,3.3印制板光板的可制造性设计-2,对于新产品必须要满足的特殊要求，制造工艺应满足其需要，如果这些设计要求超出当前的正常工艺水平，则就需要进行工艺研究，改进和提高制造工艺水平，这会增加研制周期、提高产品成 本。设计需求可以促进印制板制造工艺水平的提高，印制板技术的进步也正是电子元器 件的发展和安装技术进步要求的推动，但是这不属于设计可制造性要求 的 概念,而是一种新产品的研制或开发。 产品能设计出来不一定就能制造出来，能否制造出来不只是生产和工艺的事。设计的可制造性就是要保证,3.3印制板光板的可制造性设计-3,印制板既能设计出来，就应能制造出来。在实践中经常由
8、于设计的可制造性考 虑不周，而引起一些质量问题，甚至产生设计与生产方对产品质量 的争议。 3.3.2 PCB可制造性要素： 尽管印制板的种类繁多，制造方法不尽相同，但是体现在产品上的工艺要求的项目主要反映在以下通用设计要素上： （1）印制板的外形尺寸和精度，受设备加工尺寸和精度要求限制。设计时应考虑最大和最小加工尺寸、尺寸精度和工艺余量的尺寸。,3.3印制板光板的可制造性设计-4,（2）选用基材的类型和规格，应考虑印制板的加工方法、基材的种类和尺寸规格尽量选用在标准系列之内的基材。 （3）板的结构和厚度。 首先由印制板的电气和机械性能要求而定，但必须考虑制造的可能性。如：多层印制板的最高层数，
9、中间介质层和板的总厚度，都受生产加工能力的制约，板的导电层数越高加工难度越大。在确定这一参数时应与生产商协调一致。,3.3印制板光板的可制造性设计-5,（4）板厚与孔径比 印制板的总厚度与导通孔直径的比值，是制约可制造性的重要指标，印制板生产受金属化孔工艺的制约，孔径越小，基板越厚，其孔金属化的难度越大，所以应选择适当的板厚与孔径比（一般为6：1，盲孔为1：1），以有利于孔的金属化处理和电镀。 （5）最小孔径、孔的最小间距。受生产设备和孔金属化能力的制约，设计时应考虑与生产能力和水平相适应（主要是：钻孔、孔金属化和电镀加工能力）。 (6)焊盘图形的形式 最小连接盘宽度，受印制板的安装、焊接要求
10、和,3.3印制板光板的可制造性设计6,印制板制作精度限制，设计时应综合考虑这两个方面的可制造性要求。 (7)印制导线的宽度、导线间距及其精度，受印制板的制作中的图形转移和蚀刻工艺水平制约，并且影响印制板导线间的耐电压、绝缘电阻和印制板的特性阻抗等性能，应认真综合考虑设计。 (8) 布局、布线等设计要素，影响电子元器件的安装、板制造精度和耐电压及绝缘电阻等性能和印制板的电磁兼容性。布线的均匀程度会影响印制板的翘曲度等机械性能。进而影响表面安装元器件焊接的可靠性。 ,3.3印制板光板的可制造性设计7,此外，对不同类型的印制板还有一些特殊的可制造性考虑，如挠性印制板、高密度互连板（HDI）等，留待印
11、制板各要素设计中详细叙述。 确定印制板的可制造性设计指标的原则： 应不超过印制板当前的制造工艺极限. 考虑预选的生产商的生产能力极限。 必要时应与预选的印制板制造商进行工艺协商。 对供应商进行生产能力考核认证以确认印制板的合格供应商。,3.4印制板组装件的可制造性设计,3.4.1印制板组装件可制造性设计的含义 印制板组装件是指：安装或焊接了电子元器件的印制板组件（英文缩写为PCA）。 印制板组装件的可制造性，在印制板图形设计时就基本上确定了元器件安装、焊接以及产品测试、维修的难易程度。因为在印制板设计中，布局、布线时就确定了元器件的安装位置和密度以及连接的走线关系，对元器件安装合理与否，能否便
12、于检测和维修有决定性作用，所以在印制板设计时就应考虑产品的安装、焊接、维修和测试的可制造性。,3.4印制板组装件的可制造性设计1,如果设计时考虑不周，在生产中去修改、弥补，既浪费工时又难于保证良好的质量。 据国外有关资料统计在SMT产品生产的初期，由于设计不合理造成的质量问题约占全部故障率的5060%,而由于材料、工艺和其他因素造成的故障率只占40左右，可见设计可制造性的重要。 印制板安装的可制造性，随元器件的安装方式的不同设备不同而有很大区别，设计时考虑可制造性应随安装方式的不同而变化。,3.4印制板组装件的可制造性设计2,3.4.2印制板的安装方式： 根据元器件的封装形式，通常分为三种安装
13、方式： .通孔安装（THT）、表面安装（SMT）、微组装（MCM）或芯片直接封装。 目前采用最多的是前两种安装方式，即THT 和SMT技术，MCM技术在高可靠的尖端电子产品中采用的较多。不同的安装方式对印制板的基材和复杂程度要求不同，因而对印制板的设计可制造性要求也不相同。如通孔安装方式，对元件孔的设计要求比较严格，而表面安装就不需要元件安装孔，只有导通孔，但是对焊盘图形的设计却有严格要求。,3.4印制板组装件的可制造性设计3,3.4.3 PCA的可制造性与元器件焊接的方式关系 焊接的方式有：手工焊接、波峰焊接和再流焊接（回流焊）以及压焊（又称打线和bonding）。 手工焊接可以采用阻焊膜也
14、可以不用阻焊膜，波峰焊接和再流焊接必须采用阻焊膜，并考虑焊接设备的特点，以防焊接时产生桥连和短路。 再流焊接的印制板设计还需要设计网印焊膏用的模版（提供焊盘数据可以由工艺设计）。 采用压焊连接时应考虑焊盘表面涂（镀）层的匹配问题，不同的焊接方法，对镀层的种类和厚度要求不同，匹配不当将会引起焊接质量或产生缺陷。,3.4印制板组装件的可制造性设计4,连接盘和焊盘图形设计是保证连接（焊接）质量的重要因素，在进行图形设计时必须了解安装方式和连接（焊接）的特点和形成合格的焊点（连接点）的工艺要求。 3.4.4 PCA可制造性要素： 无论采用哪一种安装方式或哪一种焊接方法，对于PCA来说，其可制造性的通用
15、要求一般应考虑以下设计要素： 1）布局时考虑元器件的安装间距和与板边缘距离应符合安装、维修和测试的要求。 2）元器件（含插针）的安装孔应有足够的插装和焊接的间隙。,3.4印制板组装件的可制造性设计5,3）焊盘和最小环宽尺寸应能满足焊接后形成可靠的连接点的要求。 4）焊盘尺寸和位置应满足安装和焊接质量的要求。 5）需要加固或需要外加散热器的元器件周围，应留出加固和安装散热器的空间位置。 6）根据元器件的发热情况，按热设计要求，确定元器件是贴板或离板安装，或外加散热器，元器件的布局和排列方向应有利于散热。 7）元器件的安装位置和极性标志应清楚准确与电原理图要求相符，网印的标识应满足网印工艺要求。,
16、3.4印制板组装件的可制造性设计6,8）元件体下面的过孔和其他不需焊接的孔应有阻焊覆盖，以防焊接时焊料流到元件体上，损坏元器件或使金属壳的元件体短路。 9）超大规模元器件或发热元件周围在规定的范围内，不允许布设其他元器件或过孔。 10）印制板上的测试点尽量设置在板的边缘，或不易被其他元件遮挡的地方，以便于测试。 11）元器件的布局应充分考虑电磁兼容问题。,3.5 设计的可测试性概念3.5.1产品设计的可测试性：,可测试性：英文Design for testability 简称DFT，是产品可制造性的主要内容，从生产角度考虑也是设计的工艺性之一。 可测试性含义：在设计时考虑产品性能能够检测的难易程度。也就是说设计产品时，应考虑如何以最简单的方法对产品的性能和加工质量进行检测，或者产品的设计尽量能使产品容易按规定的方法对其性能和质量进行检测。尤其是电子产品的设计，对产品的性能测试是必不可少的。,3.5.1产品设计的可测试性1,DFT好的产品设计，可以简化生产过程中检验和产品最终检测的准备工作，提高测试效率、减少测试费用，并且容易发现产品的缺陷和故障
