許耀山

(廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息技術(shù)系，福建廈門 361012)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品市場競爭激烈。而要擁有優(yōu)勢就必須從產(chǎn)品的設(shè)計抓起。據(jù)統(tǒng)計，產(chǎn)品總成本的60%以上是由設(shè)計過程決定的，產(chǎn)品70%～80%的缺陷可歸之于設(shè)計方面的問題，因此，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)充分重視PCB設(shè)計的可制造性［1］?？芍圃煨栽O(shè)計(Design for Manufacturing，DFM)主要包括:PCB安裝方案、適應(yīng)自動化作業(yè)需求、產(chǎn)品質(zhì)量保證等方面的設(shè)計。

1 方案設(shè)計是可制造性設(shè)計的關(guān)鍵

PCB上的器件安裝方式或安裝布局所形成的方案決定了工藝流程的長短，影響了產(chǎn)品制造成本、質(zhì)量控制、生產(chǎn)效率及產(chǎn)品售后服務(wù)成本。方案選擇原則是在滿足產(chǎn)品所需的性能指標的情況下，選擇最短的生產(chǎn)工藝流程，能保障產(chǎn)品質(zhì)量的方案。從表1可以看出，當(dāng)安裝方案全部采用SMT工藝來完成時，制作過程最有利于質(zhì)量及成本的控制應(yīng)當(dāng)優(yōu)選［2－3］。

2 可制造性設(shè)計的要求

PCB可制造性設(shè)計的首要任務(wù)是滿足機器設(shè)備作業(yè)條件。因此，必須從定位標識設(shè)計、定位孔的設(shè)計、禁區(qū)與器件間距設(shè)計和焊盤設(shè)計等幾個方面進行規(guī)范。

(1)Mark點定位標識的設(shè)計。在SMT作業(yè)時，由于PCB制造誤差或?qū)嶋H生產(chǎn)過程中的定位誤差，導(dǎo)致的同一貼裝點在不同板之間貼裝位置的不一致，因此，需要通過對Mark點識別，取得Mark間的偏移量，計算出相應(yīng)的貼裝位置坐標補償量并進行調(diào)整以達到精確定位的目的。Mark分為拼板、單板和元件Mark。Mark應(yīng)當(dāng)成對出現(xiàn)，拼板Mark不能對稱設(shè)置，其目的是保證當(dāng)PCB板轉(zhuǎn)置180°時機臺無法識別通過，防止放錯板。

(2)定位孔的設(shè)計。定位孔主要應(yīng)用于自動插件、波峰焊接、ICT測試和PCBA電路板性能測試等工序作業(yè)。這些工序要求在PCB的兩個對角上設(shè)置定位孔A、B、C、D，并且A、B、C、D必須是對稱的，如圖 1所示。

圖1 PCB定位尺寸圖

(3)部品配置禁止區(qū)域。所謂的禁區(qū)是指PCB的某些區(qū)域，這些區(qū)域由于機器、設(shè)備等因素的制約不能設(shè)置任何器件。以提高設(shè)備自動化作業(yè)率，減少修補性人工作業(yè)。具體分布以下幾個區(qū)域:1)PCB外沿、定位孔周圍的部品禁止區(qū)域。如設(shè)備必不可少的工藝邊、設(shè)備定位區(qū)等。2)PCB外部禁止部品露出，否則會出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，如圖2所示。3)豎插元件的禁止區(qū)域設(shè)置:機器作業(yè)時，豎插元件管腳及轉(zhuǎn)彎處不能設(shè)計裸露的銅箔，以防止短路現(xiàn)象。豎插件間的最小距離也要符合機器作業(yè)的要求。4)臥插元件的禁止區(qū)域設(shè)置:確保元器件之間的最小間距，目的是為防止干涉現(xiàn)象。5)貼片元件的禁止區(qū)域設(shè)置:貼片CHIP(芯片)件間的最小距離及IC器件與周圍CHIP(芯片)器件的最小距離如表2所示。

圖2 超出禁止區(qū)域產(chǎn)生干涉示意圖

設(shè)計時盡可能采用較大的間距以便以操作保證加工質(zhì)量。

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總之，無論是PCB板的外部結(jié)構(gòu)還是其內(nèi)部器件都有最小間距的問題。PCB設(shè)計時務(wù)必先研讀本企業(yè)各種設(shè)備、設(shè)施要求，以確保產(chǎn)品的可制造性。

3 可制造性設(shè)計的目的

PCB設(shè)計時，必須符合生產(chǎn)工藝特性，方便生產(chǎn)現(xiàn)場管理，使生產(chǎn)過程不易出現(xiàn)差錯，從而保證了過程質(zhì)量，同時也有利于快速化生產(chǎn)，降低制造成本。

(1)標識設(shè)計。1)DIP與Reflow標識設(shè)置。DIP用于需要波峰焊接的標識設(shè)計，指明需要進行波峰焊接的PCB在進行波峰焊接時的流向，點膠面上的元器件的焊盤設(shè)計應(yīng)基于該方向，并按照有利提高波峰焊接質(zhì)量的原則進行。Reflow用于進行回流焊接的標識設(shè)計指明需要進行回流焊接的PCB流向，回流面上元器件的焊盤設(shè)計應(yīng)基于該方向，并按照有利于提高回流焊接質(zhì)量的原則進行。2)PCB的部品位號、板號、拼板號、板名的標識。

(2)焊盤的設(shè)計。1)絲印Chip件焊盤設(shè)計。焊盤偏長容易造成錫量過多，出現(xiàn)“立碑”現(xiàn)象;焊盤偏短，影響焊點強度。焊盤設(shè)計偏寬容易造成元件扭轉(zhuǎn)及產(chǎn)生半邊焊和“立碑”現(xiàn)象;焊盤的中心間距偏大，元件與焊盤上錫膏接觸面積過小，貼裝后易飛件或移位;偏小壓在元件下的焊膏在回流時容易產(chǎn)生錫球。因此，需要對不同的Chip件進行不同的焊盤設(shè)計。2)BGA焊盤設(shè)計。PCB焊盤的直徑不能小于BGA焊球的最小直徑，阻焊尺寸比焊盤尺寸大0.1～0.15 mm。BGA周圍導(dǎo)通孔在金屬化孔后，必須采用介質(zhì)材料或?qū)щ娔z進行堵塞，高度不能超過焊盤高度。3)通孔元件焊盤設(shè)計。一般通孔安裝元件的焊盤直徑為孔徑的2倍。4)無功焊盤設(shè)計。無功焊盤也稱盜錫焊盤是針對需要經(jīng)過波峰焊接的PCB而設(shè)計的，是在印制電路板上設(shè)置的一種沒有設(shè)置器件焊接的焊盤。其目的是為提高焊接質(zhì)量減少焊接過程的“橋接”缺陷，改善品質(zhì)減少人工修復(fù)有著重要意義。無功焊盤與DIP方向密切相關(guān)，是由DIP方向決定的，如圖3所示。

圖3 為無功焊盤示意圖

(3)布局設(shè)計。元件的布局影響焊接質(zhì)量和工作效率，如檢驗和返修工作等。因此應(yīng)盡量做到以下的要求:1)SMC/SMD在PCB上的排列方向應(yīng)一致，以使回流焊時能形成較理想的熱對流，降低焊接缺陷，如圖4所示。2)大質(zhì)量的元器件在回流焊時，熱容量較大，過高的密度易引起局部溫度偏低而引起虛焊。因此，大體積元器件周圍應(yīng)留有足夠的空間，以避免其擋住周邊元器件，對熱能的吸收而形成所謂的遮蔽效應(yīng)。3)為防止器件反插，同時便于過程檢查，同一板上有極性或方向的器件其極性或方向標識應(yīng)設(shè)置成一致，且要相對集中。如有極性的電解電容、二極管等，有方向的三極管、貼片IC和排阻等。

圖4 合理的熱對流元件排列圖

4 結(jié)束語

可制造性設(shè)計源于生產(chǎn)實踐，是對生產(chǎn)實踐的經(jīng)驗總結(jié)。也必將隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展而變化。其核心理念是規(guī)范設(shè)計，使設(shè)計的產(chǎn)品能更好地適應(yīng)現(xiàn)有的生產(chǎn)條件，從而達到高效率、高質(zhì)量和低成本的目標。

［1］曾峰.印刷電路板(PCB)設(shè)計與制作［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2005.

［2］吳懿平.電子制作技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2005.

［3］曹光躍.電子裝配工操作技術(shù)［M］.安徽:安徽科學(xué)技術(shù)出版社，2008.

［4］許耀山.產(chǎn)品可制造性設(shè)計指導(dǎo)書［M］.廈門:夏新電子股份有限公司，2002.

［5］夏新電子股份有限公司.PCB工藝評審基準書［M］.廈門:夏新電子股份有限公司，2008.