关于PCB板设计的探讨.ppt

关于PCB板设计的探讨,编制：周定宇,日期：2006年1月,前言,从目前的插机和装配生产情况来看，影响生产的主要是插机拉的坏板问题，插机拉的板的不合格率，有的甚至达50%以上（通常例如：3008-05板、4800-05板等）； 这些问题之所以不能有效解决，原因在于工程和生产人员对产生问题的根本原因缺乏了解和分析，当然有些问题还是可以有能力有效解决的； 这里我所说的可以解决的问题是明显的人为问题；,前言,从过程的角度来讲，有很多因素影响过程的输出，其中有些因素是可以控制的，而有些因素是不以控制的； 那对于工程和生产人员来说，必须针对可控制的因素加以研究和解决，对于不可控制的因素要加以监控，使其影响保持在一定可接受范围内； 设计与生产脱节现象严重，设计部门只负责设计工作，对于生产中的问题几乎都交与生产工程，殊不知产品的品质是靠制造出来的，同时也是靠设计出来的！因此产品工程师在设计时必须考虑在生产中会遇到的各种困难，必须考虑如何在设计中加以预防和改善。,前言,过程,人,机,料,法,环,产品,DFM的应用,DFM（DESIGN FOR MANUFACTURE）可制造性设计就是把设计工作看成制造的第一步，把可制造性的考虑大大提前到产品的早期设计阶段。 DFM确定出容易制造的产品设计特性，使零部件的设计更容易制造和装配，并把产品的设计和工艺集成起来。 DFM要尽量做到制造中需要考虑到所有的问题在设计阶段就予以解决。,DFM的应用,一个企业要实施DFM，应包含三大部分： 观念要更新； 系统资源要建立和维护； 在新产品开发中要加以运用和实施；,DFM的应用,观念更新 DFM的推行是一项跨部门的系统工程，它要求设计和制造打破门户之见，建立一个由各部门一起参与的团队，并且设计人员要自主的去遵循既定的准则，更重要的是，在设计的不同阶段，他们要有强烈的意愿去考虑可制造性的问题。 系统资源的建立和维护 在运用之前，必须组成一个专门的队伍来收集信息数据资料，这个队伍不应只由某一个部门的人员组成，它应包括生产技术人员、产品开发技术人员、供应商品质管制人员。队伍成立之后，首要任务是明确目标，并作具体的分工，收集生产中存在的问题，当然也包括许多生产、工艺的经验以及生产设备的适用条件，然后就一系列问题进行讨论，其中包括协商制定出一套在设计时必须遵守的准则或方式方法。,DFM的应用,当然准则的制定有一些基本的原则可以遵循。它是对好的设计的描述。根据这些指导原则设计的产品是好的，但不一定是最优的。DFM指导原则有： 减少零件的数目； 开发模块化设计； 避免独立的紧固件； 消除在制造中的调整； 使安装更容易，如果可能的话自上而下装配； 设计保证最小的处理和合适的表现； 避免使用特殊工具； 子装配最少； 尽可能利用标准化条件； 简化操作； 设计要保证有效充分的试验和零件的替代； 可重复利用和可理解的工艺； 严格的评估价值； 充分考虑可返修重工性；,DFM的应用,在新产品开发中的运用和实施 为保证DFM的有效实施，我们必须从新产品开发的系统及流程上加以改进和完善，一定要进行DFM REVIEW在产品品质验证降产品制程验证之时。 DFM在产品的各个阶段的作用（见图示）。,DFM的应用,市场需求信息的收集、转换及分析,新产品开发的计划,产品规划和资源计划草案,产品市场评估,产品规格（硬件和软件）的制定,产品品质验证,生产设计,生产工艺验证,量产,处理售后的客户投诉,D F M,D F M,DFM的应用,DFM的范畴包括： DFF（DESIGN FOR FABRICATION电路板光板分析） DFA（DESIGN FOR ASSEMBLY装配性分析） DFT（DESIGN FOR TESTABILITY测试性分析） DFEI（DESIGN FOR ELECTRICAL INTEGRITY电信号完整性分析）,DFM的应用,DFF是用于PCB的生产之前的分析。它检查PCB的设计是否符合光板生产的要求，如内部走线的合理性，各条走线的相互关系，线的结构的合理性。这一步分析非常重要，它能极大地减少试产的次数和量产时间。 DFA是指器件的焊接和装配分析。它检查设计是否满足贴片标准和工艺的要求，做到第一时间实现与外包商的同步。主要就在组装过程中可能遇到的问题（如各个器件的几何位置关系，焊盘、阻焊的合理性，器件和焊盘的一致性，测试点的分布）。,DFM的应用,DFT的功能主要体现在单板的测试点的设计，这些测试点是以后的电气调试和功能测试的需要。传统的设计方法，在这方面就有比较大的局限，测试点选取的多少和好坏很大程度上取决于设计人员水平的高低。这时候，这类工具就可以选取合适的测试点，作到对每一组网络都可测，免去很多事后需要引线等麻烦。 DFEI主要用于有信号完整性问题的设计的可制造性分析。,DFM的应用,DFM的意义 DFM与品质 焊点数目与良品率之间的关系 焊点数2500 15000，如保持平均80DPPM， 良品率则由82% 32%。 DFM与产品成本 据统计，设计决定产品总成本的60%以上 70-80%的缺陷来源于设计方面； 曾有学者做出这样的预测，设计问题如果在试生产时才给予更正，其所需费用将会较在设计解决高出10倍以上，如在试生产时没法解决，而流到量产时，其解决费用就可能高达100倍以上。 DFM与产品开发周期,对SMT贴片焊接工艺的设计要求,对波峰焊接工艺的设计要求,PCB组件设计中的工艺性评述 概述 波峰焊接是综合性很强的应用技术； 波峰焊接不仅取决于焊接设备与焊接工艺的各个环节； 波峰焊接而且与印刷电路板的图形及安装设计的工艺性息息相关； 良好的设计工艺性对产品生产的重要意义 产品设计的工艺性是产品的可制造性和可检测性的总和； 良好的设计工艺性是简化制造过程、缩短制造周期、降低制造成本、优化质量控制、增强产品市场竞争力、提高产品的可靠性和耐用性的重要环节； 使企业以最少的投入取得最好的效益，以达到事半功倍的效果；,对波峰焊接工艺的设计要求,PCB图形设计的工艺性对波峰焊接效果的影响 PCB图形设计的正确性对波峰焊接效果的影响 PCB图形设计的好坏，是造成波峰焊接中拉尖、桥接、钎料瘤、焊点吃锡不均匀、干瘪、焊盘出现孔穴等缺陷的主要因素； PCB图形设计基本格子的约定 IEC 40-4标准委员会（美国、英国、法国、加拿大等）采用英制0.1寸（2.54）作为基本格子； 日本、德国采用公制2.50作为基本格子；,对波峰焊接工艺的设计要求,THT方式的图形设计 PCB布线的取向 应使所有相互靠近的线系尽量取平行于焊接时的运行方向； X-Y坐标布线-布设在PCB同一面的所有导线都与PCB某一边沿平行，而布设在另一面的所有导线都与先布线的那面的导线正交；,对波峰焊接工艺的设计要求,焊盘的形状：一般要考虑与孔的形状相适应，而孔的形状一般要与元器件引线的形状相对应。,对波峰焊接工艺的设计要求,焊盘与孔的同心度 在单PCB中焊盘与孔不同心，则几乎百分之百地产生孔穴、气孔或吃锡不均匀等焊接缺陷。由于金属表面对液体的吸附力，是与被焊基体金属表面面积的大小有关的，面积大的表面表现的吸附力也大，这导致了液体焊料总是窄面积处流向宽面积处，窄处的钎料被拉走而出现吃锡量少、干瘪等缺陷。,元器件引线,孔,焊盘,液体钎料从窄处被拉向宽处,焊盘与孔不同心的影响,对波峰焊接工艺的设计要求,孔、线间隙对波峰焊接的影响 引线直径与焊盘安装孔径的配合是否恰当，不仅直接影响焊点的机械性能和电气特性，也是造成焊点敷形高度不理想的重大原因，而且还是影响焊点出现孔穴现象的的主要因素。它对波峰焊接焊点连接的成功率的综合性影响是极大的。日本学者辋岛瑛一在综合了浸焊试验结果后，给出的不完全接合率与间隙大小的关系。当沿直径方向的间隙在0.2以下时，接合成功率可达98.3%99.5%。随着间隙值的增大，接合成功率降低，当间隙值超过0.40.5时，接合成功率快速下降。,对波峰焊接工艺的设计要求,孔、线间隙对波峰焊接的影响 波峰焊接中焊点发生的孔穴现象，通常用孔穴率的大小来衡量，孔穴率的定义我们可作如下描述：,根据国内有关单位的试验结论称：“焊点孔穴发生率与孔和引线之间的间隙有关，而与焊盘大小无关”。大孔配小引线是引发焊点出现孔穴的根源，而焊盘大小则只影响焊点的饱满程度。他们的试验数据如下图所示：,对波峰焊接工艺的设计要求,浸焊接续成功率和沿直径方向的间隙之间的关系,B,C,A,C（B-A）/ 2,对波峰焊接工艺的设计要求,焊盘与孔直径的配合,对波峰焊接工艺的设计要求,THT方式的图形设计 留孔焊盘 导线的线形设计 导线形状 导线宽度和间距 盘、线图形敷形和热工特性的影响 大面积图形 SMT方式的图形设计 IPC-SM-782有关波峰工艺性的约定 我国电子行业标准中的有关波峰焊接工艺性的约定,对波峰焊接工艺的设计要求,PCB组件安装设计的波峰焊接工艺