印制板的可制造性设计

印制板可制造性设计沧州市远东印制电路有限公司技术部李艳聪1沧州市远东印制电路有限公司内容大纲DFX规范简介印制板DFM印制板DFA印制板制造过程中常见的设计缺陷2沧州市远东印制电路有限公司一.DFX规范简介制造企业制定DFX规范的目的在于使公司内外部的设计、制造、焊接及其它外包商之间能有效的沟通，以开发可制造性强、成本低廉的产品，同时能满足电器及机械性能要求包括：DFM、DFE、DFT、DFR、DFS、DFA等，分别面向可制造性、环境、可测试性、可靠性、简洁性、组装等的设计据统计产品总成本的60%以上是由设计过程决定的，70%-80%的缺陷可归之于设计方面的问题3沧州市远东印制电路有限公司二.印制板DFM（Designformanufacture）印制板必须有一个图号，图号必须是唯一的，不能重复，最好有一定规则，否则不利于生产的管理。加工要素

a.板材，板厚及基材应符合标准。

b.孔径（元件孔、安装孔、槽孔等）及是否孔化。

c.外形（板边缘、切口、槽）及尺寸公差。

d.表面涂覆，包括电镀层（Au、Ni、Pb/Sn、OSP）和阻焊层。

e.标志：字符、元件面和焊接面及层序或UL、周号等标志。

f.

特殊加工要求（如沉孔、插头倒角、特性阻抗等）。

g.检验标准：如国标，国军标或航天部标及其它标准。基准：印制板的CAD和机加工图都必须有基准点，通常是印制板上机械安装孔的中心，CAD制作的基准点与机械加工图的基准点应当一致。4沧州市远东印制电路有限公司导线宽度：导线宽度的确定依据是导线的载流量,既在规定的环境温度下,允许导线升温不超过某一温度时所能通过电流大小。参看国家标准GB4588.3-88《印制电路板的设计和使用》。在设计布线空间允许和导线最小间距不违背设计的电气间距的前提下，应设计较宽的导线。导线间距：在布线空间允许的情况下尽量大，并且保证均匀。

a.线到线、盘到盘、盘到线的距离

b.图形距板边距离（V_cut、金手指、邮票孔）

c.NPTH孔到铜箔的距离焊盘同孔径<1>孔径对应的焊盘直径应至少比孔径大20MIL（0.5MM）以上，多层板的电地的隔离盘至少大40MIL（1MM），越大越好，不仅是为了保证电地与金属化孔之间有足够的电气间距，同时也降低了生产工艺难度。（图1）<2>对于PTH孔，使用圆形引线时，孔径同引线之差为0.2-0.7mm，小于0.2mm或大于1mm在插装或焊接时都会发生问题，使用矩形引线时，孔径同引线对角线尺寸之差大于0.2mm。<3>为方便生产制造，设计人员在设计时应保证一种焊盘尺寸对5沧州市远东印制电路有限公司应一种孔径，不应该一种焊盘尺寸对应几种孔径或几种焊盘对应一种孔径，这主要是为了生成钻孔文件时快捷、方便而不出错。<4>多层板大面积导体层有金属化孔通过的焊接孔必须加热隔离设计(图2)，以保证焊接时不因过份散热而导致焊接困难，甚至虚焊，但对小于40MIL的金属化孔，一般情况下此类孔都是过孔，不会焊接，最好采用直接接电或接地的形式设计。<5>导通孔的焊盘尽量大，一般情况焊盘大于32mil，最小的导通孔焊盘可为25mil，打孔孔径为0.3MM（12mil），但此类小孔会给生产带来一定的难度，成品率、工作效率明显降低。<6>安装孔应以焊盘的形式给出孔位和孔径，而不能以字符层标注按装孔。<7>设计者在设计阻焊图形时焊盘应以PAD的形式表示，而不能用Trace进行填充。否则不能自动生成表面安装焊盘的阻焊图形。<8>字符以印出后美观、容易辨认为原则，线宽一般6-12mil，字符高度>1mm，否则会造成丝印后的字符模糊不清楚。

图2图16沧州市远东印制电路有限公司三.印制板DFA（Designforassembly）ＢＧＡ是目前日益流行的一种器件封装，其良好的可焊性和电气性能，使更多的人选择这种封装，但其极差的检测和维修性能又使人望而却步。同时其焊盘设计又直接或间接的影响其焊接效果，所以应引起我们的重视。ＢＧＡ的焊盘设计原则：（一）ＰＣＢ焊盘的直径不能小于ＢＧＡ焊球的最小直径，但不能过大。（二）阻焊尺寸比焊盘尺寸大０.１MM～０.１５MM。（三）BGA周围导通孔在金属化孔后，必须采用介质材料或导电胶进行堵塞，高度不能超过焊盘高度。a.防止波峰焊时焊锡从过孔贯穿到元件面引起短路.b.避免元件焊接后焊剂残留在孔内.c.表面贴装后的印制板,在测试面上要求吸真空时形成负压才可进行高度检测.BGA焊盘7沧州市远东印制电路有限公司辅助工艺边辅助工艺边（简称工艺边）主要是用于设备的夹持与定位，以及异形边框补偿，焊接完后去掉。虽然工艺边不能算PCB的有效面积，但对于设备来说必不可少。一般工艺边的宽度D>=5mm。工艺边处可采用铣V-CUT或铣邮票板的办法解决工艺边上可以打上定位孔，以便有些设备进行孔定位。工艺边基准点设计基准点（Fiducial）是所有全自动设备识别和定位的标识点（MARK）。做MARK点有以下几个要求：（一）MARK点焊盘的表面镀层尽量要求平整，反光性好。（二）MARK点周围应做一块背景区，背景区内不能有其他焊盘，丝印和阻焊。（三）MARK点的尺寸不能大于3mm，也不能小于0.5mm，一般为1mm的圆形焊盘.（四）MARK点表面可为：裸铜、铅锡、镀金、OSP等.背景MARK8沧州市远东印制电路有限公司设备在运行过程中会产生热误差，以及PCB板的累积误差，会使一些细间距脚（如Pitch=0.5mm）器件的贴装发生偏移，而这种偏移对于设备来讲已无能为力，为了保证这一类器件的贴装精度，必须加装局部基准点（LocateFiducial）。要求有：（一）MARK点分布在器件的对角线两侧，尽量靠近器件。（二）如果没有空间设计背景区，可以不要。（三）MARK点的尺寸可以小一点，从而不影响器件的走线。局部基准局部基准点9沧州市远东印制电路有限公司设备的轨道系统有一个夹持PCB板的尺寸范围，一般生产线的夹持范围为：50mm*50mm~460mm*460mm。而小于50mm*50mm的PCB板需设计成拼板形式，如图：（一）PCB须有自己的基准点（二）每块单板须有自己的基准点，让机器把每块拼板当作单板看待，称为块基准（BLOCKFIDUCIAL）。（三）对于外形复杂的PCB，拼好后的PCB尽量保证外形的规则，以便轨道夹持。（四）相同的PCB可以拼在一块，不同的PCB也可以拼在一块。（五）拼版可采用平排、对拼、鸳鸯板的形式拼板10沧州市远东印制电路有限公司再流焊适用于所有贴片元件的焊接，波峰焊则只适用于焊接矩形片状元件、圆柱形元器件、SOT和较小的SOT（管脚数少于28，脚间距1mm以上）。鉴于生产的可操作性，PCB的整体设计尽可能按以下顺序优化：（1）单面混装：即在PCB单面布放贴片元件或插装元件。（2）两面贴装：PCB单面或两面均布放贴片元件。（3）双面混装：PCBA面布放贴片元件和插装元件，B面布放适合于波峰焊的贴片元件。双面混装流程：电路板A面涂贴片胶-----SMD贴装---贴片胶固化---电路板翻转---电路板B面印焊膏---贴装QFP等器件---再流焊接---引线元件插装---波峰焊接---电路板清洗

PCB板厚度从0.5mm到4.0mm，推荐采用1.6mm-2.0mm焊接方式11沧州市远东印制电路有限公司四.PCB制造过程中常见设计问题1.焊盘重叠

a.造成重孔,在钻孔时因为在一处多次钻孔导致断钻及孔的损伤.

b.多层板中,在同一位置既有连接盘,又有隔离盘,板子做出表现为隔离,连接错误.2.图形层使用不规范

a.违反常规设计,如元件面设计在Bottom层,焊接面设计在TOP层,使人造成误解.

b.在各层上有很多设计垃圾,如断线,无用的边框,标注等.12沧州市远东印制电路有限公司3.字符不合理

a.字符覆盖SMD焊片,给PCB通断检测及元件焊接带来不便.

b.字符太小,造成丝网印刷困难,太大会使字符相互重叠,难以分辨，字体一般>40mil.4.单面焊盘设置孔径

a.单面焊盘一般不钻孔,其孔径应设计为零,否则在产生钻孔数据时,此位置出现孔的坐标.如钻孔应特殊说明.

b.如单面焊盘须钻孔，但未设计孔径，在输出电、地层数据时软件将此焊盘做为SMT焊盘处理，内层将丢掉隔离盘。5.用填充块画焊盘这样虽然能通过DRC检查,但在加工时不能直接生成阻焊数据,该焊盘覆盖阻焊剂不能焊接.6.电地层既设计散热盘又有信号线，正像及负像图形设计在一起，出现错误

13沧州市远东印制电路有限公司8.大面积网格间距太小网格线间距<0.3mm,PCB制造过程中,图形转移工序在显影后产生碎膜造成断线.提高加工难度.9.图形距外框太近应至少保证0.2mm以上的间距(V-cut处0.35mm以上),否则外型加工时引起铜箔起翘及阻焊剂脱落.影响外观质量.10.外形边框设计不明确很多层都设计了边框,并且不重合,造成PCB厂家很难判断以哪一条线成型，标准边框应设计在机械层或BOARD层.11.图形设计不均匀造成图形电镀时,电流分布不匀,影响镀层均匀,甚至造成翘曲.12.异型孔短异型孔的长/宽应>2:1,宽度>1.0mm,否则数控钻床无法加工.13.未设计铣外形定位孔如有可能在PCB板内至少设计2个直径>1.5mm的定位孔。14沧州市远东印制电路有限公司14.埋盲孔板设计问题设计埋盲孔板的意义：<1>提高多层板的密度30%以上，减少多层板的层数及缩小尺寸<2>改善PCB性能，特别是特性阻抗的控制（导线缩短，孔径减少）<3>提高PCB设计自由度<4>降低原材料及成本，有利于环境保护设计中存在的问题：<1>非对称性结构

a.一层经过4次电镀，镀层太厚

b.板子容易翘曲<2>出现交叉的情况无法加工15沧州市远东印制电路有限公司<2>以6层板为例几种埋盲孔的设计方法：15.多层板的叠层结构标注明确：16沧州市远东印制电路有限公司a.特性阻抗控制板对覆铜板、铜箔、介质、线宽公差都应提出要求.b.叠层结构标注明确16.软件问题a.不同版本软件不能互转,因为在转化过程中会丢掉各自所具有的特性.造成转化后的文件同原设计不符.(如PROTEL系列,PADS系列等)b.p