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【基礎(chǔ)知識(shí)】影響PCB可制造性的關(guān)鍵因素
作為電子產(chǎn)品必不可少的部分，PCB在實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品的功能方面起著關(guān)鍵作用，這導(dǎo)致PCB設(shè)計(jì)的重要性日益凸顯，因?yàn)镻CB設(shè)計(jì)的性能直接決定了電子產(chǎn)品的功能和成本。出色的PCB設(shè)計(jì)能夠使電子產(chǎn)品遠(yuǎn)離很多問題，從而確保產(chǎn)品能夠順暢地制造并能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的所有需求。
在促成PCB設(shè)計(jì)的所有要素中，制造設(shè)計(jì)（DFM）絕對是必不可少的要素，因?yàn)樗鼘CB設(shè)計(jì)與PCB制造聯(lián)系起來，以便在電子產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中盡早發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)解決。隨著在PCB設(shè)計(jì)階段考慮電子產(chǎn)品的可制造性，PCB設(shè)計(jì)的復(fù)雜性將會(huì)增加。在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的生命周期中，DFM不僅可以使電子產(chǎn)品平穩(wěn)地參與自動(dòng)化生產(chǎn)，并節(jié)省制造過程中的人工成本，而且可以有效地縮短制造生產(chǎn)時(shí)間，以保證最終電子產(chǎn)品的及時(shí)完成。
PCB可制造性
由于將可制造性與PCB設(shè)計(jì)結(jié)合在一起，因此制造設(shè)計(jì)是導(dǎo)致高效制造，高質(zhì)量和低成本的關(guān)鍵要素。PCB可制造性研究的范圍廣泛，通?？煞譃镻CB制造和PCB組裝。
PCB制造
就PCB制造而言，應(yīng)考慮以下方面：PCB尺寸、PCB形狀、工藝邊和Mark點(diǎn)。一旦在PCB設(shè)計(jì)階段未能完全考慮到這些方面，除非采取額外的處理措施，否則自動(dòng)芯片貼片機(jī)可能無法接受預(yù)制的PCB。更糟的是，有些板無法利用手動(dòng)焊接參與自動(dòng)制造。結(jié)果，制造周期將延長并且人工成本也會(huì)增加。
01
PCB尺寸
每個(gè)芯片安裝器都有其自己所需的PCB尺寸，根據(jù)每個(gè)安裝器的參數(shù)而不同。例如，芯片安裝器接受的最大PCB尺寸為500mm * 450mm，而最小PCB尺寸為30mm * 30mm。這并不意味著我們不能處理小于30mm * 30mm的PCB組件，并且當(dāng)需要較小的尺寸時(shí)，就可以依靠拼板。當(dāng)只能依靠人工安裝而人工成本上升且生產(chǎn)周期失控時(shí)，芯片貼片機(jī)永遠(yuǎn)不會(huì)接受尺寸太大或太小的PCB。
因此，在PCB設(shè)計(jì)階段，必須充分考慮自動(dòng)安裝制造所設(shè)定的PCB尺寸要求，并且必須將其控制在有效范圍內(nèi)。
上圖演示了完成的PCB拼板設(shè)計(jì)文件。作為5x2拼板，每個(gè)方形單元都是一塊單板，尺寸為50mm * 20mm。每個(gè)單元之間的連接是通過V-cut/V-scoring技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。在此圖像中，整個(gè)正方形顯示的拼板最終尺寸為100mm * 100mm。根據(jù)上述拼板尺寸要求，可以得出結(jié)論，拼板尺寸在可接受的范圍內(nèi)。
02
PCB形狀
除PCB尺寸外，所有芯片貼片機(jī)都對PCB形狀提出了要求。普通的PCB形狀應(yīng)為矩形，其長與寬之比應(yīng)為4：3或5：4（最佳）。如果PCB的形狀不規(guī)則，則在SMT組裝之前必須采取額外的措施，從而導(dǎo)致成本增加。為了阻止這種情況的發(fā)生，必須在PCB設(shè)計(jì)階段將PCB設(shè)計(jì)為普通形狀，以便滿足SMT要求。然而，在實(shí)際情況下很難做到這一點(diǎn)。當(dāng)某些電子產(chǎn)品的形狀必須不規(guī)則時(shí)，必須使用郵票孔以使最終PCB的形狀具有普通形狀。組裝后，可以從PCB上省去多余的輔助擋板，從而滿足自動(dòng)安裝和空間的要求。
圖為不規(guī)則形狀的PCB，并通過相關(guān)軟件添加了處理邊緣。整個(gè)電路板尺寸為80mm * 52mm，而正方形面積為實(shí)際PCB的尺寸。右上角區(qū)域的大小為40mm * 20mm，這是由郵票孔橋接所產(chǎn)生的輔助工藝邊。
03
工藝邊
為了滿足自動(dòng)制造的需求，必須在PCB上放置工藝邊以固定PCB。
在PCB設(shè)計(jì)階段，應(yīng)事先留出5mm寬的工藝邊，其中不留任何組件和走線。通常將技術(shù)導(dǎo)軌放置在PCB的短邊，但是當(dāng)長寬比超過80％時(shí)可以選擇短邊。組裝后，可以將作為輔助生產(chǎn)角色的工藝邊拆除。
04
基準(zhǔn)點(diǎn)（Mark點(diǎn)）
對于安裝了組件的PCB，應(yīng)添加Mark點(diǎn)作為公共參考點(diǎn)，以確保每個(gè)組裝設(shè)備都能準(zhǔn)確確定組件位置。因此，Mark點(diǎn)是自動(dòng)制造所需的SMT制造基準(zhǔn)。
組件需要2個(gè)Mark點(diǎn)，而PCB需要3個(gè)Mark點(diǎn)，這些標(biāo)記應(yīng)放置在PCB板邊緣并覆蓋所有SMT組件。Mark點(diǎn)與板邊緣之間的中心距離應(yīng)至少為5mm。對于帶有雙面貼裝SMT元件的PCB，在兩個(gè)面上都應(yīng)有Mark點(diǎn)。如果組件放置得過于密集而無法在板上放置Mark點(diǎn)，則可以將它們放置在工藝邊上。
PCB組裝
PCB組裝，簡稱PCBA，實(shí)際上是在裸板上焊接組件的過程。為了滿足自動(dòng)化制造的要求，PCB組裝對組件封裝和組件布局提出了一些要求。
01
組件包裝
在PCBA設(shè)計(jì)過程中，如果組件封裝不符合合適的標(biāo)準(zhǔn)并且組件之間的距離太近，則不會(huì)進(jìn)行自動(dòng)安裝。
為了獲得最佳的組件封裝，應(yīng)使用專業(yè)的EDA設(shè)計(jì)軟件來與國際組件封裝標(biāo)準(zhǔn)兼容。在PCB設(shè)計(jì)過程中，鳥瞰圖區(qū)域絕不能與其他區(qū)域重疊，并且自動(dòng)IC貼片機(jī)將能夠準(zhǔn)確識(shí)別并進(jìn)行表面貼裝。
02
組件布局
組件布局是PCB設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要任務(wù)，因?yàn)樗男阅芘cPCB外觀和制造工藝的復(fù)雜程度直接相關(guān)。
在組件布局過程中，應(yīng)確定SMD組件和THD組件的裝配面。在這里，我們將PCB的正面設(shè)置為組件A側(cè)，而背面設(shè)置為組件B側(cè)。組件布局應(yīng)考慮組裝形式，包括單層單包裝組裝、雙層單包裝組裝、單層混合包裝組裝、A面混合包裝和B面單包裝組裝以及A面THD和B側(cè)SMD組件。不同的組裝要求不同的制造工藝和技術(shù)。因此，就部件布局而言，應(yīng)選擇最佳的部件布局以使制造變得簡單容易，從而提高整個(gè)過程的制造效率。
另外，必須考慮組件布局的方向，組件之間的間距，散熱和組件高度。
一般而言，組件方向應(yīng)保持一致。組件布局符合最短追蹤距離的原則，基于該原則，帶有極性標(biāo)記的組件的極性方向應(yīng)一致，而沒有極性標(biāo)記的組件應(yīng)在X或Y軸上整齊地排列。組件高度應(yīng)最大為4mm，而組件和PCB的傳輸方向應(yīng)保持90°。
為了提高組件焊接速度并方便以后檢查，組件之間的間距應(yīng)保持一致。同一網(wǎng)絡(luò)中的組件應(yīng)彼此靠近，而根據(jù)電壓降應(yīng)在不同網(wǎng)絡(luò)之間留出安全距離。絲印和焊盤絕對不能重疊，否則將不會(huì)安裝組件。
由于PCB的實(shí)際工作溫度和電氣組件的熱特性，應(yīng)考慮散熱問題。組件布局應(yīng)著重散熱，必要時(shí)應(yīng)使用風(fēng)扇或散熱器。應(yīng)為功率組件選擇合適的散熱器，并且熱敏感組件應(yīng)放置在遠(yuǎn)離發(fā)熱的地方。高組件應(yīng)放在低組件后面。
還有更多細(xì)節(jié)應(yīng)集中在PCB DFM上，實(shí)踐中應(yīng)積累經(jīng)驗(yàn)。例如，高速信號PCB設(shè)計(jì)要求對阻抗有特殊要求，應(yīng)在實(shí)際制造之前與電路板制造商進(jìn)行討論，以確定阻抗和分層信息。為了在一些小尺寸且密集走線的PCB板上進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備，應(yīng)與PCB制造商討論最小走線寬度和通孔直徑的制造能力，以確保這些PCB的順利生產(chǎn)。
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