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1、 本文由sun9091奉献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 面向电子装联的 PCB 可制造性设计 烽火通信科技股份 鲜飞 摘 要: 当前电子产品日新月异,要求电路板高密度组装,安装方式由外表安装(SMT) 取代通孔插装(THT)已是历史的必然,因此,印制板技术正向高密度,多层化方向飞速 开展.而印制板的合理设计是 SMT 技术中的关键,也是 SMT 工艺质量的保证,并有助于 提高生产效率.本文就外表安装 PCB 设计时需考虑的一些制造工艺性问题进行了阐述,给 PCB 设计人员提供一个参考. 关键词: 印制板;可制造性设计;电子装联 DFM
2、of PCB Facing to Electronics Assembly Xian Fei (Fiberhome Telecommunication Technologies Co.,Ltd, Wuhan 430074,China) Abstract: Nowadays, high-density and multi-layer PCB Technology are developing faster and faster in order to meet the need of rapid progress of electronic products. So it has become
3、a must to substitute SMT for THT. PCB design is the key of Surface Mount Technology and guarantee of SMT quality, and it can increase efficiency of production. The paper illustrates some of the concerns in SMT processing technology on PCB designs,offers a reference for PCB designer. Keywords: PCB; D
4、FM; Electronics Assembly 1 前言 随着通信、电子类产品的市场竞争不断加剧,产品的生命周期在不断缩短,企业原有 产品的升级及新产品的投放速度对该企业的生存和开展起到越来越关键的作用.而在制造 环节,如何在生产中用更短的导入时间获得更高可制造性和制造质量的新产品越来越成为 有识之士所追求的核心竞争力. 在电子产品的制造中,随着产品的微型化、复杂化,电路板的组装密度越来越高,相 应产生并获得广泛使用的新一代 SMT 装联工艺,要求设计者在一开始就必须考虑到可制 造性.一旦在设计时考虑不周导致可制造性差,势必要修改设计,必然会延长产品的导入 时间和增加导入本钱,即使对 PCB
5、 布局进行微小的改动,重新制做印制板和 SMT 焊膏印 刷网板的费用高达数千甚至上万元以上,对模拟电路甚至要重新进行调试.而延误了导入 时间可能使企业在市场上错失良机,在战略上处于非常不利的位置.但如果不进行修改而 勉强生产,必然使产品存在制造缺陷,或使制造本钱猛增,所付出的代价将更大.所以, 在企业进行新产品设计时,越早考虑设计的可制造性问题,越有利于新产品的有效导入. 2 PCB 设计时考虑的内容 PCB 设计的可制造性分为两类,一是指生产印制电路板的加工工艺性;二是指电路及 结构上的元器件和印制电路板的装联工艺性.对生产印制电路板的加工工艺性,一般的 PCB 制作厂家,由于受其制造能力的
6、影响,会非常详细的给设计人员提供相关的要求,在 实际中相对应用情况较好,而根据笔者的了解,真正在实际中没有受到足够重视的,是第 二类,即面向电子装联的可制造性设计.本文的重点也在于描述在 PCB 设计的阶段,设计 者必需考虑的可制造性问题. 面向电子装联的可制造性设计要求 PCB 设计者在设计 PCB 的初期就考虑以下内容: 2.1 恰当的选择组装方式及元件布局 组装方式的选择及元件布局是 PCB 可制造性一个非常重要的方面,对装联效率及本钱 、产品质量影响极大,而实际上笔者接触过相当多的 PCB,在一些很根本的原那么方面考虑 也尚有欠缺. (1)选择适宜的组装方式 通常针对 PCB 不同的装
7、联密度,推荐的组装方式有以下几种: 组装方式 1.单面全 SMD 示意图 一般装联工艺流程 单面印刷焊膏,贴片后回流焊接 2.双面全 SMD A、B 面印刷焊膏,贴片回流焊接 或 B 面点(印刷)胶固化后波峰焊 3.单面元件混装 印刷焊膏,贴片后回流焊接 SMD 插件后波峰焊接穿孔元件 4.A 面元件混装 B 面仅贴简单 SMD A 面印刷焊膏,贴片回流焊接 B 面点(印刷)胶固化 SMD 后,安装 穿孔元件, 波峰焊接 THD 及 B 面 SMD 5.A 面插件 B 面仅贴简单 SMD B 面点(印刷)胶固化 SMD 后,安装 穿孔元件, 波峰焊接 THD 及 B 面 SMD 表1 推荐的组
8、装方式 作为一名电路设计工程师,应该对所设计 PCB 的装联工序流程有一个正确的认识,这 样就可以防止犯一些原那么性的错误.在选择组装方式时,除考虑 PCB 的组装密度,布线的 难易外,必须还要根据此组装方式的典型工艺流程,考虑到企业本身的工艺设备水平.倘 假设本企业没有较好的波峰焊接工艺,那么选择上表中的第五种组装方式可能会给自己带来 很大的麻烦.另外值得注意的一点是,假设方案对焊接面实施波峰焊接工艺,应防止焊接面 上布置有少数几个 SMD 而造成工艺复杂化. (2)元器件布局 PCB 上元器件的布局对生产效率和本钱有相当重要的影响,是衡量 PCB 设计的可装联 性的重要指标.一般来讲,元器
9、件尽可能均匀地,有规那么地,整齐排列,并按相同方向, 极性分布排列.有规那么的排列方便检查,有利于提高贴片/插件速度,均匀分布利于散热和 焊接工艺的优化.另一方面,为简化工艺流程,PCB 设计者始终都要清楚,在 PCB 的任 一面,只能采用回流焊接和波峰焊接中的一种群焊工艺.这点在组装密度较大,PCB 的焊 接面必须分布较多贴片元器件时,尤其值得注意.设计者要考虑对焊接面上的贴装元件使 用何种群焊工艺,最为优选的是使用贴片固化后的波峰焊工艺,可以同时对元件面上的穿 孔器件的引脚进行焊接;但波峰焊接贴片元件有相对严格的约束,只能焊接 0603(长 0.06 英寸,宽 0.03 英寸)及以上尺寸的
10、片式阻容、SOT、SOIC(引脚间距1mm 且高度小于 2.0mm) .分布在焊接面的元器件,引脚的方向宜垂直于波峰焊接时 PCB 的传送方向,以 保证元器件两边的焊端或引线同时被浸焊,相邻元件间的排列次序和间距也应满足波峰焊 接的要求以防止遮蔽效应 ,如图 1.当采用波峰焊接 SOIC 等多脚元件时,应于锡流方 向最后两个(每边各 1)焊脚处设置窃锡焊盘,防止连焊. 图1 波峰焊接应用中的元件方向 类型相似的元件应该以相同的方向排列在板上, 使得元件的贴装, 检查和焊接更容易. 例如使所有径向电容的负极朝向板件的右面, 使所有双列直插封装(DIP)的缺口标记面向同 一方向等等,这样可以加快插
11、装的速度并更易于发现错误.如图 2 所示,由于 A 板采用了 这种方法,所以能很容易地找到反向电容器,而 B 板查找那么需要用较多时间.实际上一个 公司可以对其制造的所有线路板元件方向进行标准化处理,某些板子的布局可能不一定允 许这样做,但这应该是一个努力的方向. 图2 图 3 所示. A 板设计很容易找到反向电容器 还有,相似的元件类型应该尽可能接地在一起,所有元件的第一脚在同一个方向,如 图3 相似元件的排列 但笔者确实遇见过相当多的 PCB,组装密度过大,在 PCB 的焊接面也必须分布钽电 容、贴片电感等较高元件和细间距的 SOIC、TSOP 等器件,在此种情况下,只能采用双面 印刷焊膏
12、贴片后回流焊接,而插件元件,应该在元件分布上尽可能集中,以适应手工焊接, 另一种可能就是元件面的穿孔元件应尽可能分布在几条主要的直线上,以适应最新的选择 性波峰焊接工艺,可以防止手工焊接而提高效率,并保证焊接质量.离散的焊点分布是选 择性波峰焊接的大忌,会成倍增加加工时间. 在印制板文件中对元器件的位置进行调整时,一定要注意元件和丝印符号一一对应, 假设移动了元件而没有相应的移动该元件旁的丝印符号,将成为制造中的重大质量隐患,因 为在实际生产中,丝印符号是具有指导生产作用的行业语言. 2.2 PCB 上必须布置有用于自动化生产做必需的夹持边、定位标记、工艺定位孔. 目前电子装联是自动化程度最高
13、的行业之一,生产所使用的自动化设备均要求自动传 送 PCB, 这样便要求在 PCB 的传送方向 (一般为长边方向) 上下各有一条不小于 35mm 上, 宽的夹持边,以利于自动传送,防止靠近板子边缘的元器件由于夹持无法自动装联. 定位标记的作用在于对于目前广泛使用光学定位的装联设备, 需要 PCB 提供至少两到 三个定位标记,以供光学识别系统对 PCB 进行准确定位并校正 PCB 的加工误差.通常所 使用的定位标记中,有两个标记必须分布在 PCB 的对角线上.定位标记的选择一般使用实 心圆焊盘等标准图形,为便于识别,在标记周围应该有一块没有其它电路特征或标记的空 旷区,建议该空旷区尺寸为标记半径
14、的 3 倍(如图 4) ,标记距离板子边缘应在 5mm 以上. 图4 边角部位提供两到三个定位孔. 推荐的标记空旷区设计 在 PCB 自身的制造中,以及在装联中的半自动插件、ICT 测试等工序,需要 PCB 在 2.3 合理使用拼板以提高生产效率和柔性. 在对外形尺寸较小或外形不规那么的 PCB 进行装联时,会受到很多限制,所以一般采用 拼板的方式来使几个小的 PCB 拼接成适宜尺寸的 PCB 进行装联,如图 5.一般单边尺寸 小于 150mm 的 PCB,都可以考虑采用拼板方式,通过两拼、三拼、四拼等,将 PCB 的尺 寸拼至适宜的加工范围,通常宽 150mm250mm,长 250mm350
15、mm 的 PCB 是自动化装联 中比拟适宜的尺寸. 图5 拼板设计可提高生产效率 另外一种拼板方式是将双面都布置有 SMD 的 PCB 一正一反的拼成一个大板,这样的 拼板俗称阴阳拼,一般是出于节约网板费用的考虑,即通过这样的拼板,原来需要两面网 板,现在只需要开一面网板即可.另外技术人员在编制贴片机运行程序时,采用阴阳拼的 PCB 编程效率也更高. 拼板时子板之间的连接可以采用双面对刻 V 型槽、长槽孔加圆孔等方式,但设计时一 定要考虑尽可能使别离线在一条直线上,以利于最后的分板,同时还要考虑别离边不可离 PCB 走线过近,而使分板时容易损伤 PCB. 还有一种非常经济的拼板,并不是指的 PCB 进行拼板,而是对网板的网孔图形进行拼 板.随着全自动焊膏印刷机的应用,目前较为先进的印刷机(比方 DEK265)已经允许在 尺寸为 790790mm 的钢网上, 开设多面 PCB 的网孔图形, 可以做到一片钢网用于多个产品 的印刷,这是一种非常节约本钱的做法,尤其适合于产品特点为小批量多品种的厂家. 2.4 可测性设计的考虑 SMT 的可测性设计主要是针对目前 ICT 装备情况. 将后期产品制造的测试问题在电路 和外表安装印制板(SMB)设计时就考虑进去.提高可测性设计要考虑工艺设计和电气设 计两个方面的要
