PCB設(shè)計(jì)生產(chǎn)易發(fā)生的22個(gè)錯(cuò)誤總結(jié)，秒懂！
2023/8/28 19:05:53
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PCB設(shè)計(jì)生產(chǎn)易發(fā)生的22個(gè)錯(cuò)誤總結(jié)，秒懂！
之后我會(huì)在這里和大家分享 DFM可制造性分析、PCB設(shè)計(jì)、DFM工具，電路設(shè)計(jì)等相關(guān)的知識(shí)，請(qǐng)大家多多指教。
今天給大家分享的是在生產(chǎn)制造前可以避免的 22 種 PCB設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。
身為工程師應(yīng)該都有過這樣的經(jīng)歷吧，辛苦完成項(xiàng)目板子如釋重負(fù)，送去打樣，樣品出來，一夜回到解放前。
板子具體的問題，有的是設(shè)計(jì)的問題，有的是生產(chǎn)制造的問題。當(dāng)然有很多問題都可以在生產(chǎn)制造前給避免掉。
這里介紹在PCB生產(chǎn)制造前可以避免的22個(gè)PCB設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，幫你構(gòu)建高效制造且無缺陷的PCB。
這里主要分為 2 個(gè)部分：
1、PCB 可制造性設(shè)計(jì)
2、面向裝配的PCB設(shè)計(jì)
PCB 可制造性設(shè)計(jì)
可制造性設(shè)計(jì) (DFM) 是一套用于識(shí)別電路板中可能存在的錯(cuò)誤的指南。在設(shè)計(jì)階段糾正這些問題可以使電路板生產(chǎn)更有效率，并避免生產(chǎn)過程中的任何延誤。通常，每個(gè)制造商都有一個(gè)他們自己的獨(dú)特的 DFM 清單。
一、不完整和無效的設(shè)計(jì)文件
無論是 Gerber 還是 ODB++亦或者是BOM文件，輸入文件都包含重要信息，例如層圖像、物料清單、電路板輪廓、IPC 網(wǎng)表、主圖紙和層順序。
規(guī)范中的任何混淆都可能在后期階段產(chǎn)生問題。因此，在提交生產(chǎn)之前檢查所有強(qiáng)制性文件。下面列舉了一個(gè)DFM 工具所要求的 Gerber 文件和 BOM 文件的格式。
設(shè)計(jì)文件格式
設(shè)計(jì)文件格式
二、基材材料不當(dāng)
一些電路根據(jù)其功能需要特殊材料。例如，典型的基板不能很好地處理高頻信號(hào)。這里就需要制造商討論材料要求，并在初始階段選擇合適的 PCB 基板材料。
PCB制造材料
三、走線寬度不當(dāng)
銅跡線連接電路中的所有組件。跡線中的任何缺陷都可能導(dǎo)致短路、信號(hào)失真和散熱。導(dǎo)體（跡線）的載流能力隨其寬度的增加而增加。
如果更高的電流流過線路，則散發(fā)的熱量會(huì)更多，從而導(dǎo)致電路板過熱。因此，根據(jù)你的電路要求優(yōu)化導(dǎo)體寬度，并確保外層走線寬度保持在 4 mil 以上。
你可以使用在線工具進(jìn)行優(yōu)化走線寬度、電流容量和溫升。
走線寬度
四、走線間距不當(dāng)
確保不要為了使電路布局更緊湊而犧牲導(dǎo)體間距，走線間距太小會(huì)導(dǎo)致閃絡(luò)和串?dāng)_。
你應(yīng)該遵循標(biāo)準(zhǔn)指南并在導(dǎo)體之間提供足夠的間隙，與走線寬度一樣，你可以使用導(dǎo)體間距和電壓計(jì)算器計(jì)算導(dǎo)體之間的最佳間距。
走線間距
五、酸性陷阱
在走線布線過程中，如果任何一條線形成銳角（低于 90°），就會(huì)形成酸阱。在蝕刻過程中，殘留的酸會(huì)被困在彎曲區(qū)域，這會(huì)導(dǎo)致走線的過度蝕刻。
如下圖所示，通過在布線時(shí)防止銳角彎曲來避免酸陷阱。
酸陷阱形成
六、跡線或者鉆孔到邊緣的間距不足
你應(yīng)該在電路布局中保持邊緣和走線之間的最佳間距。如果你因?yàn)橐恍┰驕p少空間，那么在去金屬化過程中，外部導(dǎo)體可能會(huì)被部分剃掉或者切割。
銅和電路板邊緣之間的間距不足會(huì)導(dǎo)致銅裸露和邊緣出現(xiàn)毛刺。
鉆孔到邊緣的距離
七、鉆孔過程錯(cuò)誤
在印刷電路板中，制造商會(huì)為各種目的鉆孔，例如過孔、對(duì)齊、元件放置等。鉆孔是一個(gè)不可逆的過程，任何不需要的鉆孔都可能讓你的設(shè)計(jì)功虧一簣。
其他需要考慮的因素是尺寸、間距、縱橫比、板上的孔數(shù)和機(jī)器類型（激光/機(jī)械）。
影響鉆孔的常見錯(cuò)誤是孔環(huán)和鉆孔到銅的距離不足。
鉆孔規(guī)范
八、環(huán)形圈的缺陷
環(huán)形環(huán)將通孔連接到跡線，如果環(huán)形圈的直徑不足，它將斷開導(dǎo)體和過孔之間的信號(hào)流。
完成的鉆孔可能有 ±2 密耳的公差，因此當(dāng)小于 2 密耳時(shí)，環(huán)形圈可能會(huì)出現(xiàn)破裂。這會(huì)導(dǎo)致開路。
除此之外，元件孔的環(huán)形圈不足會(huì)導(dǎo)致組裝后焊點(diǎn)不良。
環(huán)形環(huán)放置
九、阻焊層錯(cuò)誤
PCB 上的阻焊層可保護(hù)表面免受污染并隔離連接。制造商在焊接過程中揭露放置元件的區(qū)域（足跡和焊盤）。
如果通孔掩模開口與相鄰元件開口之間沒有適當(dāng)?shù)拈g隙，則可能會(huì)在組裝過程中形成焊橋，這會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)不良且效率低下。
因此，必須在通孔開口和相鄰元件開口之間保持所需的阻焊層。
焊橋的 CAM 快照
另一方面，不適當(dāng)?shù)淖韬笇訒?huì)導(dǎo)致形成焊孔，暴露的銅容易受到腐蝕。
十、銅和阻焊條
銅條是在印刷階段形成的松散結(jié)合的薄殘留銅段，在電鍍過程中，這些松散連接的細(xì)長條會(huì)脫落并落入電鍍液中。
這些光刻膠碎片可以共同沉積在電路板上的任何地方，從而導(dǎo)致短路。與此同時(shí)，去除光刻膠的區(qū)域會(huì)導(dǎo)致電路板上出現(xiàn)不需要的銅，這可能會(huì)影響電路板的功能。
銅條風(fēng)險(xiǎn)
阻焊層的成像過程中會(huì)形成阻焊條，在阻焊層處保留阻焊層以避免焊料橋接。
當(dāng)水壩小于 4 密爾時(shí)，這些松散結(jié)合的水壩有可能變成條子并在開發(fā)階段被沖走。
阻焊層條風(fēng)險(xiǎn)
十二、散熱器
焊接過程會(huì)產(chǎn)生過多的熱量，可能會(huì)損壞電路板。為避免這種情況，你必須提供足夠的散熱襯墊。
導(dǎo)熱墊由稱為“熱量”的小銅輻條組成，以幫助導(dǎo)熱。
如果這些熱量與焊盤或平面斷開連接，則它們被稱為饑餓熱量。這些熱量不足會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)熱性差并使電路板過熱。
斷開的熱量
十三、絲網(wǎng)印刷錯(cuò)誤
絲網(wǎng)印刷是在制造過程的后期進(jìn)行的。印刷時(shí)，如果絲印重疊在焊盤、PCB 表面、孔等處，可能會(huì)在組裝過程中產(chǎn)生問題。
例如，如果絲網(wǎng)印刷在焊盤上，它會(huì)熔化到焊點(diǎn)中并產(chǎn)生不連續(xù)性。
面向裝配的 PCB 設(shè)計(jì)
裝配設(shè)計(jì) (DFA) 過程縮小了設(shè)計(jì)師的愿景與生產(chǎn)過程的現(xiàn)實(shí)之間的差距。
你需要檢查組件可用性和位置，了解DFA可以幫你簡化 PCB布局以降低項(xiàng)目的總體成本并降低設(shè)計(jì)失敗的概率
以下是 PCB 設(shè)計(jì)中一些最常見的 DFA 錯(cuò)誤：
十四、數(shù)據(jù)效率低下
與 DFM 類似，你應(yīng)該在設(shè)計(jì)進(jìn)入裝配過程之前驗(yàn)證所有基本數(shù)據(jù)表驗(yàn)證關(guān)鍵參數(shù)，如封裝尺寸、XY 數(shù)據(jù)、DNI 規(guī)格、SI 數(shù)據(jù)、零件編號(hào)等。這樣的話，可以避免之后的更正和確認(rèn)。
驗(yàn)證關(guān)鍵參數(shù)
十五、選擇錯(cuò)誤的組件
零件的選擇會(huì)影響裝配過程。例如，與表面貼裝技術(shù) (SMT)相比，通孔元件需要復(fù)雜的制造工藝。因此，最好只在需要時(shí)使用它們。
始終選擇標(biāo)準(zhǔn)組件而不是自定義組件，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)元素很容易從多個(gè)供應(yīng)商處獲得。由于你只能從選定的供應(yīng)商處采購定制零件，因此它們通常不適合大批量生產(chǎn)，而且還會(huì)增加成本。
提供不同類型的組件
十六、組件可用性
在構(gòu)建物料清單 (BOM) 之前，應(yīng)該始終確認(rèn)部件的可用性。如果供應(yīng)短缺，你應(yīng)該準(zhǔn)備好使用來自不同供應(yīng)商的替代組件。目前市面上也有很多BOM物料查詢的網(wǎng)站，如下圖，會(huì)提供物料，以及缺貨等提示。
圖片來源于findIC
十七、物件封裝不正確
BOM 指定組裝電路板所需的所有組件。如果 BOM 中指定的組件尺寸與CAD封裝數(shù)據(jù)不匹配，則將很難完成電路。這將對(duì)自動(dòng)化裝配線造成重大困難。
糾正這種情況將很費(fèi)時(shí)，也會(huì)增加成本。因此，請(qǐng)在設(shè)計(jì)階段仔細(xì)檢查組件尺寸。
十八、元件間距不足
在元件放置過程中，間距不足會(huì)導(dǎo)致零件重疊、形成焊橋等。在零件之間提供足夠的間隙也有利于手動(dòng)焊接和返工。特別注意 QFP/QFN、POP 或 BGA 等敏感元件的間距。
有時(shí)，元素會(huì)緊密放置以實(shí)現(xiàn)更小的外形尺寸。最好遵循間距指南，以確保零件間距零誤差。
下圖顯示了 PCB 上的首選組件布局。
PCB 上的首選組件布局
十九、組件到邊緣的間距不足
完成組裝過程后，面板將經(jīng)過分板過程。在此過程中，電路板末端的部件將不得不承受可能損壞它們的高應(yīng)力。因此，在組件和邊緣之間提供足夠的間距。此外，間距選項(xiàng)因不同的裝配工藝而異。
與自動(dòng)組裝相比，在手動(dòng)組裝中，你可以將單元放置得更靠近邊緣。
標(biāo)準(zhǔn)組件到邊緣間距
二十、焊盤尺寸和間距不正確
選擇較小的焊盤尺寸會(huì)在 SMT 元件中產(chǎn)生較差的焊點(diǎn)，甚至在應(yīng)用于通孔部件時(shí)可能會(huì)斷裂。
使焊盤尺寸盡可能大可能不是解決方案。較大寬度的焊盤會(huì)占用更多空間，并且會(huì)使 SMT 元件在焊接時(shí)從其位置移動(dòng)。
與焊盤尺寸類似，焊盤間距不能太近或太遠(yuǎn)，因?yàn)樗鼈冊(cè)诜胖迷r(shí)會(huì)造成問題。
二十一、絲印錯(cuò)誤
絲印層包含許多重要信息。一些示例是元件方向標(biāo)記、引腳 1 標(biāo)記、極性標(biāo)記、陰極標(biāo)記等。
如果這些細(xì)節(jié)缺失或不清楚，那么裝配廠將浪費(fèi)時(shí)間來確認(rèn)正確的數(shù)據(jù)。
在最壞的情況下，如果絲網(wǎng)印錯(cuò)了極化等數(shù)據(jù)，組裝人員相應(yīng)地安裝了元件，那么電路板可能會(huì)出現(xiàn)故障。你需要在組裝開始前確保絲印的可讀性良好。
PCB絲印規(guī)范
二十二、高溫誤差
制造商在焊接過程中需要適當(dāng)小心，因?yàn)樗鼤?huì)產(chǎn)生過多的熱量，從而損壞電路板。控制此過程中產(chǎn)生的熱量至關(guān)重要。提供足夠的導(dǎo)熱墊以有效散熱。
DFM和DFA 指南可以幫你規(guī)避掉一些PCB設(shè)計(jì)問題，可以將設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的影響降至最低。
目前市面上還是有一些DFM設(shè)計(jì)工具的，我自己也有試用到一些還不錯(cuò)的工具。大家可以自己去選擇。