硬件開(kāi)發(fā)
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PCB設(shè)計(jì)規(guī)范與工藝
可制造性的PCB設(shè)計(jì)規(guī)范
DFM具有縮短開(kāi)發(fā)周期、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，是企業(yè)產(chǎn)品取得成功的途徑。
PCB(Printed Circuit Board，印刷線路板)是電子產(chǎn)品中重要的電子部件.是電子元器件實(shí)現(xiàn)電氣連接的載體，而PCBA(Printed Circuit Board Assembly，PCB組件，即把電子元器件裝配到PCB板上形成的半成品)是實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品電路系統(tǒng)功能的硬件主體。本文針對(duì)電子產(chǎn)品中的PCB組件制造，從多個(gè)方面淺談PCB設(shè)計(jì)的一些規(guī)范，達(dá)到實(shí)現(xiàn)PCB組件的可制造性的目的。
一、PCB DFM設(shè)計(jì)基本原則
(1)減少PCB組裝的制程工序及成本，盡量使零件置于PCB的主焊接面。(2)相同或相似的元件應(yīng)置于同一列或一排并且極性應(yīng)指向同一方向。(3)在PCB上按尺寸及數(shù)量均勻的分配元件以避免PCBA在回流過(guò)程及波峰焊接過(guò)程中變形。(4)連接器和插座應(yīng)置于PCBA的主要焊接面(5)不要在PCB的兩面部設(shè)計(jì)通孔設(shè)備。(6)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量考慮自動(dòng)裝配，盡量減少人工操作。(7)避免使用跳線及任何額外的人工操作。(8)設(shè)計(jì)中考慮設(shè)備調(diào)試的要求。(9)設(shè)計(jì)中考慮各種變量的誤差。
二、PCB外形及尺寸設(shè)計(jì)
PCB外形和尺寸是由貼裝機(jī)的PCB傳輸方式、貼裝范圍決定的。根據(jù)設(shè)備能力指數(shù)，目前通常的PCB組件生產(chǎn)廠家能生產(chǎn)的PCB拼板尺寸范圍為：最小50(長(zhǎng))*50(款)mm，最大520(長(zhǎng))*400(寬)mm，PCB厚度0.2mm~~4.5mm。
為提高SMT機(jī)器的利用率與平衡率，通常要求PCB拼板的尺寸盡量做大(同個(gè)拼板中單扳越多越好，只要不超過(guò)設(shè)備允許尺寸范圍)，當(dāng)然也要同時(shí)考量拼板的可拿放性以及拼板的受壓變形隱患。
三、PCB工藝邊
大部分裝配PCB都要有上下軌道邊，又稱之為PCB工藝邊。PCBA裝配設(shè)備傳送邊寬度通常設(shè)計(jì)是5～10mm，用于接觸PCB工藝邊帶動(dòng)PCB的行進(jìn)裝配。
通常在實(shí)際PCB板距離PCB邊緣3mm內(nèi)不可以置放元件.以免線路板裝配時(shí)機(jī)器軌道夾住元件焊盤無(wú)法安裝。如果單板板邊3mm內(nèi)有元件，則該板一定要加上PCB工藝邊。
如果裝配元件本體超出板邊或平齊板邊，則該板裸扳不允許放置在傳送設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)并且該板邊不允許設(shè)置成V-Cut拼板方式，而需要依據(jù)具體情況以鏤空板邊部分或采用郵票孔方式連接板邊。如果該板一定要使用SMT生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，則需要使用特制的治具載板作業(yè)。
如果插件元件本體超出板邊或者平齊板邊，則需經(jīng)過(guò)分板之后再進(jìn)行波峰焊制程。PCB上的金手指邊不可當(dāng)作傳送邊。
四、PCB拼板的V-CUT與郵票孔連接設(shè)計(jì)
當(dāng)PCB板與板之間為直線連接，邊緣平整且不影響器件安裝，則PCB拼板可用V.cUT方式連接各個(gè)小板。V-CUT為直通型，不能在中間轉(zhuǎn)彎。
使用V-CUT拼板設(shè)計(jì)的PCB推薦的板厚為0.6O2.0mm?？滩鄣纳疃仁?針對(duì)常用的FR4PCB材料)上下各l/3板的厚度。對(duì)于需要機(jī)器自動(dòng)分板的V-CUT連接PCB，為了保證PCB分板加工時(shí)不出現(xiàn)露銅缺陷，在PCB布線設(shè)計(jì)時(shí)要求所有的走線及銅箔距離板邊大于0.50mm，而元器件實(shí)際物理邊與v_CuT處的距離應(yīng)該大于lmm。
如果PCB拼板中板與板之間的連接不是直線，則可以使用郵票孔連接的方式連接拼扳中的各個(gè)小板。一般情況下郵票孔連接部分采用四個(gè)貫穿孔方式，郵票孔不可以在零件正下方，郵票孔距離布線邊緣最小為0，5ram。
五、PCB光學(xué)定位點(diǎn)設(shè)計(jì)
為便于SMT生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行精確的光學(xué)定位，F(xiàn)iducialMark(光學(xué)定位點(diǎn))為PCB必要設(shè)計(jì)。PCB光學(xué)定位點(diǎn)SMT機(jī)器打件想當(dāng)重要，它的好壞將直接影響機(jī)器置件精度。
全局光學(xué)定位點(diǎn)(Globalfiducialmark)：一般要求PCB最少要有2個(gè)全局光學(xué)定位點(diǎn)(通常又稱為大板Mark點(diǎn))，其大小和形狀應(yīng)當(dāng)一致，而3到4個(gè)全局光學(xué)定位點(diǎn)對(duì)SMT生產(chǎn)更佳。
至少的2個(gè)全局光學(xué)定位點(diǎn)應(yīng)該分布在拼板的對(duì)角線上，如果PCB需要雙面生產(chǎn)，則兩面均要有全局光學(xué)定位點(diǎn)如果是單面板，建議單板板內(nèi)和工藝邊(即軌道邊)部加上定位點(diǎn)。
光學(xué)定位點(diǎn)通常設(shè)計(jì)為直徑1.0mm的實(shí)心圓。在光學(xué)點(diǎn)圓心直徑為實(shí)心圓直徑加2.0mm的圓形區(qū)域需要進(jìn)行阻焊開(kāi)窗。光學(xué)點(diǎn)制造工藝上要求表面潔凈、平整，邊緣光滑、齊整，顏色與周圍的背景色有明顯區(qū)別(關(guān)鍵要和基準(zhǔn)點(diǎn)顏色有明顯對(duì)比)。光學(xué)點(diǎn)背景內(nèi)不準(zhǔn)有焊盤、過(guò)孔、測(cè)試點(diǎn)或絲印標(biāo)識(shí)等。光學(xué)點(diǎn)不能被V-Cut切割造成機(jī)器無(wú)法辨識(shí)。
六、PCB焊盤與相連引線的設(shè)計(jì)
(1)當(dāng)焊盤尺寸大小不對(duì)稱，或兩個(gè)元件的端頭設(shè)計(jì)在同一個(gè)焊盤上時(shí)，由于表面張力不對(duì)稱，會(huì)產(chǎn)生吊橋、移位。需要避免。
(2)當(dāng)焊盤和大面積的地相連時(shí)，應(yīng)優(yōu)選十字鋪地法和45。鋪地法。從大面積的地或電源線處引出的導(dǎo)線長(zhǎng)應(yīng)大于0.5mm，寬應(yīng)小于0.4mm。
(3)盡量使連接到焊盤的布線呈對(duì)稱分布。減少由于不對(duì)稱分布引起的焊料流動(dòng)不平衡，造成元件轉(zhuǎn)動(dòng)或錯(cuò)位。
七、PCBA測(cè)試點(diǎn)設(shè)計(jì)
對(duì)于常jfl的消費(fèi)電子產(chǎn)品PCB，通常每個(gè)線路網(wǎng)絡(luò)上至少要有一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)電源線路網(wǎng)絡(luò)上至少要有4個(gè)測(cè)試點(diǎn)，地線網(wǎng)絡(luò)上至少有6個(gè)測(cè)試點(diǎn)。所有測(cè)試點(diǎn)盡可能分布在PCB底面，方便測(cè)試治具的制作，降低測(cè)試治具制作成本以及增加治具的穩(wěn)定性。
相鄰的兩測(cè)試點(diǎn)之間的中心距離至少要大于1.25mm，測(cè)試點(diǎn)中心應(yīng)距板邊(不含折斷邊)大于2.54mm，距螺絲孔邊大于1.25mm.測(cè)試點(diǎn)與零件外圍(零什高度3mm以下)應(yīng)相距1.27mm以卜-，測(cè)試點(diǎn)與零什外圍(零件高度3-6mm)應(yīng)相距3.3mm以匕，測(cè)試點(diǎn)與零件外圍(零件高度6mm以』)應(yīng)相距3.8Imm以上。
八、PCB疊層設(shè)計(jì)
PCB疊層一般有兩種設(shè)計(jì)：一種是銅箔加芯板(Core)的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱為Foil疊法：另一種是芯板。(Core)疊加的方法，簡(jiǎn)稱Core疊法。PCB疊層方式推薦使用Foil疊法，特殊材料多層板以及板材混壓時(shí)可采用Core疊法。
PCB外層一般選用0.5oz至Ioz(1oz=0.35微米)的銅箔電鍍，內(nèi)層一般選用lOZ的銅箔：盡量避免在內(nèi)層使用兩面銅箔厚度不一致的芯板。
PCB疊層采用對(duì)稱設(shè)計(jì)。對(duì)稱設(shè)計(jì)指絕緣層厚度、半固化片類別、銅箔厚度、圖形分布類型(大銅箔層、線路層)盡量相對(duì)于PCB的垂直中心線對(duì)稱。
九、PCB表面處理
9.1熱風(fēng)整平工藝
該工藝是在PCB最終裸露金屬表面覆蓋錫銀銅合金。熱風(fēng)整平錫銀銅合金鍍層的厚度要求為1微米至25微米。熱風(fēng)整平工藝對(duì)于控制鍍層的厚度和焊盤圖形較為困難，不推薦使用在有細(xì)間距元件的PCB上，原因是細(xì)間距元器件對(duì)焊盤平整度要求高。
熱風(fēng)整平工藝的熱沖擊可能會(huì)導(dǎo)致PCB翹曲，厚度小于0.7mm的超薄PCB不推薦使用該表面處理方式。
9.2化學(xué)鎳金工藝
化學(xué)鎳金是化鎳浸金的簡(jiǎn)稱，PCB銅金屬面采用的非電解鎳層鍍層為2.5微米至5.0微米，浸金(99.9％的純金)層的厚度為O.08微米0.I27微米。能提供較為平整的表面，此工藝適用于細(xì)間距元件的PCB.10.3有機(jī)可焊性保護(hù)膜工藝該工藝英文縮寫為OSP，是指在裸露的PCB銅表面用特定的有機(jī)物進(jìn)行表而的覆蓋，目前唯一推薦的該柯機(jī)保護(hù)層為Enthone’SEntekPlusCu—l06A，其厚度要求為0.2微米至0.5微米，因其能提供非常平整的PCB表面，尤其適合于細(xì)間距元件的PCB。
總結(jié)
在電子信息化時(shí)代，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度是非?？斓?，這就意味著電子產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)是非常激烈的。為了適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，更有效地完成電子產(chǎn)品的裝配制造，可制造性的PCB設(shè)計(jì)工作所包含的內(nèi)容越發(fā)豐富，它在提高產(chǎn)能、把控品質(zhì)的同時(shí)為生產(chǎn)企業(yè)也能帶來(lái)直接的成本節(jié)省。只有把握住設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的統(tǒng)一性，才能相互促進(jìn)，達(dá)到提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的目的。
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