1、前言

随着通信﹑电子类产品的市场竞争不断加剧,产品的生命周期在不断缩短,企业原有产品的升级及新产品的投放速度对该企业的生存和发展起到越来越关键的作用。而在制造环节,如何在生产中用更少的导入时间获得更高可制造性和制造质量的新产品越来越成为有识之士所追求的核心竞争力。

在电子产品的制造中,随着产品的微型化﹑复杂化,电路板的组装密度越来越高,相应产生并获得广泛使用的新一代SMT装联工艺,要求设计者在一开始,就必须考虑到可制造性。一旦在设计时考虑不周导致可制造性差,势必要修改设计,必然会延长产品的导入时间和增加导入成本,即使对PCB布局进行微小的改动,重新制做印制板和SMT焊膏印刷网板的费用高达数千甚至上万元以上,对模拟电路甚至要重新进行调试。而延误了导入时间可能使企业在市场上错失良机,在战略上处于非常不利的位置。但如果不进行修改而勉强生产,必然使产品存在制造缺陷,或使制造成本猛增,所付出的代价将更大。所以,在企业进行新产品设计时,越早考虑设计的可制造性问题,越有利于新产品的有效导入。

2、PCB设计时考虑的内容

PCB设计的可制造性分为两类,一是指生产印制电路板的加工工艺性;二是指电路及结构上的元器件和印制电路板的装联工艺性。对生产印制电路板的加工工艺性,一般的PCB制作厂家,由于受其制造能力的影响,会非常详细的给设计人员提供相关的要求,在实际中相对应用情况较好,而根据笔者的了解,真正在实际中没有受到足够重视的,是第二类,即面向电子装联的可制造性设计。本文的重点也在于描述在PCB设计的阶段,设计者必需考虑的可制造性问题。

面向电子装联的可制造性设计要求PCB设计者在设计PCB的初期就考虑以下内容:

2.1 恰当的选择组装方式及元件布局

组装方式的选择及元件布局是PCB可制造性一个非常重要的方面,对装联效率及成本﹑产品质量影响极大,而实际上笔者接触过相当多的PCB,在一些很基本的原则方面考虑也尚有欠缺。

2.4.1 工艺设计的要求

定位的精度、基板制造程序、基板的大小、探针的类型都是影响探测可靠性的因素。

(1)精确的定位孔。在基板上设定精确的定位孔,定位孔误差应在±0.05mm以内,至少设置两个定位孔,且距离愈远愈好。采用非金属化的定位孔,以减少焊锡镀层的增厚而不能达到公差要求。如基板是整片制造后再分开测试,则定位孔就必须设在主板及各单独的基板上。

(2)测试点的直径不小于0.4mm,相邻测试点的间距最好在2.54mm以上,不要小于1.27mm。

(3)在测试面不能放置高度超过*mm的元器件,过高的元器件将引起在线测试夹具探针对测试点的接触不良。

(4)最好将测试点放置在元器件周围1.0mm以外,避免探针和元器件撞击损伤。定位孔环状周围3.2mm以内,不可有元器件或测试点。

(5)测试点不可设置在PCB边缘5mm的范围内,这5mm的空间用以保证夹具夹持。通常在输送带式的生产设备与SMT设备中也要求有同样的工艺边。

(6)所有探测点最好镀锡或选用质地较软、易贯穿、不易氧化的金属传导物,以保证可靠接触,延长探针的使用寿命。

(7)测试点不可被阻焊剂或文字油墨覆盖,否则将会缩小测试点的接触面积,降低测试的可靠性。

2.4.2 电气设计的要求

(1)要求尽量将元件面的SMC/SMD的测试点通过过孔引到焊接面,过孔直径应大于1mm。这样可使在线测试采用单面针床来进行测试,从而降低了在线测试成本。

(2)每个电气节点都必须有一个测试点,每个IC必须有POWER及GROUND的测试点,且尽可能接近此元器件,最好在距离IC 2.54mm范围内。

(3)在电路的走线上设置测试点时,可将其宽度放大到40mil 宽。

(4)将测试点均衡地分布在印制板上。如果探针集中在某一区域时,较高的压力会使待测板或针床变形,进一步造成部分探针不能接触到测试点。

(5)电路板上的供电线路应分区域设置测试断点,以便于电源去耦电容或电路板上的其它元器件出现对电源短路时,查找故障点更为快捷准确。设计断点时,应考虑恢复测试断点后的功率承载能力。

图6所示为测试点设计的一个示例。通过延伸线在元器件引线附近设置测试焊盘或利用过孔焊盘测试节点,测试节点严禁选在元器件的焊点上,这种测试可能使虚焊节点在探针压力作用下挤压到理想位置,从而使虚焊故障被掩盖,发生所谓的“故障遮蔽效应”。由于探针因定位误差引起的偏晃,可能使探针直接作用于元器件的端点或引脚上而造成元器件损坏。

PCB设计时需考虑哪些可制造性问题

3、结束语

以上是一些PCB设计时应考虑的主要原则,在面向电子装联的PCB可制造性设计中,还有相当多的细节要求,比如合理的安排与结构件的配合空间﹑合理的分布丝印的图形和文字﹑恰当分布较重或发热较大的器件的位置,在合适的位置设置测试点和测试空间﹑考虑在使用拉铆﹑压铆工艺安装联接器等器件时,工模具与附近所分布元件的干涉等等,都是在PCB的设计阶段所应该考虑的问题。一个优秀的PCB设计者,不但要考虑如何获得良好的电性能和美观布局,还有同样重要的一点那就是PCB设计中的可制造性,以求高质量、高效率、低成本。