《电子产品可制造性设计》课件-第四章

1.电子产品可制造性设计认知1.可制造性设计的定义2.主要涉及的因素3.PCB可制造性设计4.PCBA可制造性设计CONTENT目录可制造性设计的定义PART01

电子产品的可制造性设计（DFM，DesignforManufacturability）是一种产品设计理念。它强调在电子产品设计的初期阶段，就要充分考虑产品制造过程中的各种因素，包括生产工艺、生产设备、生产成本、生产效率以及产品质量等诸多方面。目的是确保设计出来的电子产品能够高效、高质量、低成本地进行制造生产。主要涉及的因素PART02在设计电子产品时，需要考虑所选用的元器件是否与现有的生产工艺相匹配。对于印刷电路板（PCB）的布线，要考虑制造工艺的精度。1.生产工艺兼容性2.生产设备适用性设计必须考虑工厂现有的生产设备的特点与能力。对于电子产品的测试设备，设计也要考虑其兼容性。可制造性设计要注重降低生产成本。在元器件选型方面，选择通用性强、价格合理的元器件可以有效降低材料成本。01产品的结构设计也会影响成本。简单合理的结构设计可以减少零部件数量，降低组装成本。023.生产成本控制设计应有利于提高生产效率。在PCB布局上，合理的布局可以方便元器件的快速贴装和焊接。产品的设计还应考虑易于组装。采用易于插入或卡扣式的连接方式，可以减少螺丝等紧固零件的使用，加快组装速度。4.生产效率提升从可制造性设计角度，要确保产品质量。在设计阶段就要考虑如何避免潜在的质量问题。对于电子产品的外壳设计，要考虑其防护性能。合适的外壳材料和结构可以保护内部电子元器件免受外界环境因素（如灰尘、湿气、机械冲击等）的影响，从而延长产品的使用寿命，提高产品质量。5.产品质量保证PCB可制造性设计PART03

PCB（PrintedCircuitBoard）即印刷电路板，是电子元器件的支撑体和电气连接的载体。PCB可制造性设计主要侧重于印刷电路板自身的物理设计，确保电路板在制造过程中的可行性和高效性。

PCBA可制造性设计PART041.PCBA（PrintedCircuitBoardAssembly）是指印刷电路板组装，即将电子元器件安装在印刷电路板上并进行焊接等组装操作的过程。PCBA可制造性设计不仅要考虑电路板本身的设计，更要考虑元器件的选择、布局和安装方式，以及整个组装工艺流程的便利性和可靠性。同时，PCBA可制造性设计还要考虑焊接工艺的要求。2.1印制电路板材板厚与板层选择LOGOTheusercandemonstrateonaprojectororcomputer印制板基材选择Theusercandemonstrateonaprojectororcomputer印制板厚度选择Theusercandemonstrateonaprojectororcomputer印制板层数选择Theusercandemonstrateonaprojectororcomputer印制电路板尺寸选择CONTENT目录印制板基材选择PART01印制电路板（PCB）是在绝缘基材（覆铜箔层压板）上，通过印刷、蚀刻等工艺，形成导电线路、焊盘和其他电子元件连接组件的板子。这些导电线路用于实现电子元件之间的电气连接，让电子信号能够在各个电子元件之间顺利传输。板层选用时要从电气性能、可靠性、加工工艺要求和经济指标等方面考虑。印制电路板的定义环氧树脂层压板广泛用于工业产品聚四氟乙烯层压板适用于超高频电路板印制电路板的材质类型特点使用场合敷铜酚醛纸质层压板成本低，具有一定的机械强度和电气性能，耐热性、耐湿性有限成本敏感，要求不高的民用电子产品敷铜环氧纸质层压板相对于敷铜酚醛纸质层压板机械强度与电气性能及耐潮性有所提升一般工业控制设备、中低端的消费电子产品敷铜环氧玻璃布层压板

FR-4目前最为广泛的印制板材料之一。机械强度、电气性能、耐热性、耐湿性良好计算机、网络通信设备，工业自动化控制设备、医疗电子设备敷铜环氧酚醛玻璃布层压板综合了环氧和酚醛的优点，在机械性能、电气性能、耐热性和耐化学腐蚀性等方面有较好表现。环境适应性要求较高的工业场合，也可用于一些对可靠性要求较高的军事辅助装备等的电路板。敷铜聚四氟乙烯玻璃布层压板具有优异的介电性能，特别是在高频下能保持良好的性能，且耐化学腐蚀性极强，耐高温性能突出，成本较高。主要应用于高频、高速、高性能的电子设备多层印刷电路板用环氧玻璃布等适合制作多层电路板，能够在有限的空间内实现更多的电路连接和功能集成，并且具备环氧玻璃布层压板的相关优良性能广泛应用于各类复杂的电子系统中，如高端智能手机等需要高度集成化电路设计以实现复杂功能的产品电路板制作。印制板厚度选择PART02常用板厚常见电路板厚度在0.5mm~2mm之间，如0.5mm、1.0mm、1.6mm、2.0mm等，选择时需考虑功能、成本等因素。电路板厚度常用的尺寸（1）在能满足安全使用的前提下，优选厚度较薄的基材以减轻产品质量和降低成本。（2）当安装的元器件质量较大或振动负荷较强时，可采取缩小印制板尺寸、增加支撑点等措施避免印制板变形。（3）板面较大或无法加固、支撑时，应适当增加板厚，把宽厚比控制在150以下最为理想，当超出时或者元器件质量较大时应考虑增加定位孔。厚度选择原则选择板厚的依据印制板层数选择PART03（1）结构主要根据产品的结构形式、空间大小和互连要求选择。（2）从可靠性和可制造性角度考虑，优先选择单面板、双面板设计，其次是多层板。（3）多层板设计中，优先考虑使用四层板、六层板。（4）若采用双面板时布线密度很大，则建议采用布线密度较小的多层板。（5）从电磁兼容性角度考虑，当时钟电路的频率超过5MHz或上升时间或下降时间低于5ns时，优先选择多层板。需根据产品性能和结构要求层数选择原则印制电路板尺寸选择PART04形状与尺寸的考虑因素电路板的最佳形状是矩形，通常为矩形，长宽比为3:2或4:3，尺寸过大应考虑增加定位孔或增加板厚。不规则形状应进行拼板将其转换为矩形。2.2印制电路板布局准备LOGO布局准备PART01原理图检查确保电路工作原理正确，无连接错误，关注极性器件极性，检查集成电路信号和电源连线。电路工作原理检查检查元器件的标称值、标号和封装，确保与设计要求一致。确认元器件信息确定板边框和坐标原点设定印制电路板的边界和参考点，导入网络表并检查关键器件引脚。检查易错器件连线

检查三极管等器件引脚，确保无误导入，为布局做好准备。创建印制电路板实操演示PART022.3印制电路板布局LOGO先放置有位置要求的器件：如电源插座、指示灯、开关等标准件，再放特殊件如发热器件、变压器，最后放置电阻、电容等常规件。器件放置顺序有位置要求的器件设置为不可移动，先固定重要元器件，避免与常规件冲突，优化空间利用。放置要求1.元器件的放置顺序2.元器件与电路板边缘的距离设计时考虑防止破损，元器件与印制线至少距边缘等于板厚，若超出，可加辅边并开V形槽。元器件与边缘安全距离为适应大批量生产，元器件应放置在离板边缘3mm以内，或等同于板厚的距离，确保能进行生产。电路板元器件布局布局时要参考电路组成框图，按主信号流向规律安排主要元器件。连接线总长尽可能短，关键信号线最短。遵照“先大后小，先难后易”。按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准优化布局。相同结构电路部分，尽可能采用“对称式”标准布局，可保证电气性能的一致性。应该预留出电路板的安装孔和支架的安装孔。器件放置原则信号走向原则一般集成电路布局时，栅格应为50~100mil,小型表面安装器件，如表面贴装元件布局时，栅格设置一般不低于25mil。对称性与安装孔位栅格设置原则3.布局遵循的原则电路板元器件标号原则元件标号与丝印方向对应，1脚附近标注集成电路，器件同向放置，便于识别与检验。丝印设计规范根据元件摆放印刷标号，器件水平或垂直时字符方向一致，X、Y轴方向统一，提升生产效率。4.元器件与丝印的方向考虑散热与距离，温度敏感元件远离热源，电源电容也需适当间隔。发热元器件布局保持安全距离避免短路，高压器件布置在手不易触及处。高电位差元件处理小元件周围不放大型元件，调试元器件周围预留足够操作空间。元件大小与调试空间电位器等考虑调节便利性，质量大的器件需用支架固定，又大又重且发热大的器件不宜安装在电路板上。可调与质量大的器件010203045.不同种类元件摆放的要求2.4PCB电路设计中的布线规则YOURCOMPANYLOGOHERELOGO布线层设置线长、线宽和线间距铜箔厚度与电流对照线间距的设置CONTENT目录PCB加工技术限制屏蔽与接地焊盘的设置布线层设置PART01电源层与地线层应紧密相邻，所有布线层靠近一平面层，优选地平面为走线隔离层。为减少干扰，相邻布线层信号线应取垂直方向，双面金属屏蔽时，底层布线为主，上层元件层空出用于大面积铺地。电源层与地线层的相邻关系层间信号线走向电源层与地线层的配置线长、线宽和线间距PART02铜箔线应尽量短，拐角应为圆角或斜角，双面布线时避免导线平行以减少寄生电容。线长控制01线宽与线间距02线宽应考虑电流承载能力，最小0.3mm，地线和电源线建议大于1mm。焊盘间走线需考虑焊盘直径和间距。线长与线宽Theusercandemonstrateonaprojectororcomputer焊盘的设置铜箔厚度与走线宽度的关系PART03铜箔厚度与电流对照铜箔厚度影响载流量，温度变化为10℃时，1盎司铜厚的载流量应降额50%选择。宽度um铜皮厚度35um铜皮厚度50um

铜皮厚度70um0.150.200.500.700.200.550.700.900.300.801.101.300.401.101.351.700.501.351.702.000.601.601.902.300.802.002.402.801.002.302.603.201.202.703.003.601.503.203.504.202.004.004.305.102.504.505.106.00线间距的设置PART04介电强度与安全要求线间距应满足电气安全，尽可能宽，最小间距应能承受电压峰值。输入150V~300V输入300V~600V工作电压直流值或有效值（单位：V）空气间隙（单位：mm）爬电距离（单位:mm）一次侧二次侧一次侧二次侧501.01.2导线与地之间的间距（单位：mm）1251.21.54.02.06.32.51501.51.62001.62.02502.02.53002.53.24003.54.06005.86.3PCB加工技术限制PART05最小线宽与加工能力设置最小线宽需考虑PCB加工能力，了解当前市场加工水平。国内先进水平国际先进水平推荐使用最小线宽/间距6mil/6mil4mil/4mil极限最小线宽/间距4mil/6mil2mil/2mil屏蔽与接地PART06地线设计与屏蔽效果地线应设在边缘，保留更多铜箔做地线以增强屏蔽，多层板内层做电源和地线层效果更佳。焊盘的设置PART07焊盘内孔尺寸与外径01焊盘内孔尺寸考虑引线直径、镀锡层等因素，外径为孔径加1.0mm，最小为0.7mm加孔径。02焊盘孔边缘到电路板边缘距离大于1mm，焊盘与铜箔线连接设计成泪滴状以增强抗剥离强度，避免大面积铜箔。焊盘要避免大面积铜箔。焊盘孔尺寸焊盘设计注意事项2.5印制电路板的布线原则YOURCOMPANYLOGOHERELOGO科学布线的基本准则地线连接的方法特殊布线策略CONTENT目录科学布线的基本准则PART01布线的优先次序01优先处理模拟小信号、高速信号、时钟信号和同步信号等关键信号的布线。关键信号线优先02从连线最复杂的器件或最密集的区域开始布线，确保关键信号有专门的布线层或区域。布线密度优先原则03采取手工优先布线，使用屏蔽和加大安全间距等方法，保证信号质量。手工优先与屏蔽策略单点接地与多点接地选择公共阻抗干扰的避免地线阻抗会导致公共阻抗干扰，布线时不能随意连接具有地线符号的点。根据信号频率选择合适的接地方式，避免在电源层和地层之间布置敏感信号。数字与模拟电路共地处理数字地和模拟地分开布线，仅在接口处进行单点连接，避免地线混接。地线连接地线连接的方法PART02系统地、机壳地、数字地、模拟地等不同类型的地线需正确连接。地线的分类数字地和模拟地应尽量分开，使用大面积地隔离，并在接口处单点连接。数字地与模拟地的隔离根据信号频率选择单点接地或多点接地，地线长度需考虑波长影响。单点接地与多点接地的选择010203地线的分类与处理特殊布线策略PART03信号线布在电（地）层上在电（地）层上进行布线，优先考虑电源层，保持地层的完整性。加粗地线与电源线地线应比电源线更宽，遵循地线＞电源线＞信号线的原则，确保足够的线宽，图中采用大面积铺铜作为地线。大面积地线的使用使用大面积铜层作地线，或在多层板中为电源和地线各分配一层，确保地线的连续性。2.6印制电路板的布线2LOGO抗干扰设计的策略微处理器的选择选择时钟频率低的微处理器，以降低噪声并提高系统抗干扰能力，时钟频率3倍的高频噪声最具危险性。01正确选择微处理器工作频率正确选择微处理器的型号，优先考虑选择功耗较低的型号。02微处理器型号的选择减小信号传输中的畸变优化控制信号线传输减小信号在铜箔线上的传输长度和过孔数目，避免信号畸变导致的系统不可靠。一般一条印制线长度不宜超过25cm，过孔数不超过2个。将高阻抗信号线通过低阻抗线包围，实现等电位屏蔽，防止干扰信号耦合到高阻抗信号线中。采用等电位屏蔽法通过增加线间距离、使用接地轮廓线或对干扰源进行包地处理，减少信号间的交叉干扰。采用隔离和包地处理减小信号间的交叉干扰应用去耦电容在集成电路中使用去耦电容，提供储能并旁路高频噪声，0.1µF电容可有效去耦10MHz以下噪