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工程變更訂單(ECO)經(jīng)常使得PCB設(shè)計(jì)成本增加，造成產(chǎn)品開發(fā)延遲，從而導(dǎo)致昂貴的產(chǎn)品上市時(shí)程延緩。然而，透過仔細(xì)關(guān)注經(jīng)常發(fā)生問題的七個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，可以避免大多數(shù)的ECO。這七大領(lǐng)域是元件選擇、記憶體、濕度敏感等級(jí)(MSL)、可測(cè)試設(shè)計(jì)(DFT)、冷卻技術(shù)、散熱片以及熱膨脹系數(shù)(CTE)。

 

元件選擇

為了避免ECO，全面通讀元件規(guī)格表至關(guān)重要。PCB設(shè)計(jì)者一般都會(huì)例行檢查元件的電氣和工程數(shù)據(jù)以及產(chǎn)品壽命和可用性。但當(dāng)元件在市場(chǎng)推廣的早期階段，資料表上可能還無法包括全部的關(guān)鍵指標(biāo)。如果元件上市才幾個(gè)月，或者只能提供小量樣品，那么目前可取得的可靠性數(shù)據(jù)并不具有普遍性或不夠詳細(xì)，最后可能無法提供充份可靠的數(shù)據(jù)或現(xiàn)場(chǎng)故障率的品質(zhì)保證數(shù)據(jù)。

 

更重要的是不要輕信規(guī)格表中所寫的表面數(shù)據(jù)，而是要積極聯(lián)系元件供應(yīng)商，盡可能多方了解元件的特性以及如何將這些特性應(yīng)用于設(shè)計(jì)中。

 

元件所需處理的最大期望電流或電壓就是一個(gè)很好的例子。如果所選的元件不足以足夠的電流或電壓，那么元件很可能燒壞。圖1顯示的是一個(gè)燒壞了的電容器。

 

元件選擇不當(dāng)導(dǎo)致大量電流或電壓流經(jīng)電路，將會(huì)發(fā)生像這個(gè)燒融電容器的損壞情形。

 

讓我們看另外一個(gè)例子──閘格陣列(LGA)封裝的元件。除了電氣和機(jī)械限制以外，你可能還需要考慮建議使用的助焊劑類型、是否允許回流焊溫度以及所容許的焊點(diǎn)空洞程度。

 

目前還沒有專門的IPC標(biāo)淮適用于與LGA元件有關(guān)的空洞淮則。在一些情況下，空洞等級(jí)最高為30%的LGA元件被認(rèn)為是可靠的。然而，一般來說，最大為25%的較低空洞級(jí)更好，20%更好。圖2顯示空洞級(jí)為20.41%的焊球，這是IPC Class II標(biāo)淮所能接受的淮則。

 

IPC Class II可接受空洞等級(jí)為20.41%的焊球。

 

在缺少空洞數(shù)據(jù)時(shí)，設(shè)計(jì)工程師必須依靠他們的經(jīng)驗(yàn)、技巧與常識(shí)，利用不會(huì)很快停產(chǎn)以及擁有多種來源管道而能輕易地在市場(chǎng)上找到的元件來展開設(shè)計(jì)。

 

在元件選擇過程中進(jìn)行更多的分析和計(jì)算同樣非常重要，例如計(jì)算峰值性能時(shí)的電流或電壓。一款元件可能被指定用于某種峰值溫度和電流值。然而，針對(duì)特定的設(shè)計(jì)，PCB設(shè)計(jì)者必須采取行動(dòng)以確保親自進(jìn)行這些重要的計(jì)算過程。

 

工程師不僅要負(fù)責(zé)計(jì)算單個(gè)元件，而且要考慮在特定設(shè)計(jì)中使用該元件與其它元件之間的關(guān)系。舉例來說，這種計(jì)算對(duì)于散熱較高的類比元件來說尤其重要。例如有許多類比元件就彼此相鄰地放置在電路板的同一側(cè)。這些元件會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的功率，從而釋放較電路板另一側(cè)(自然是數(shù)位元件)更高的熱量。在這種情況下，插滿了類比元件的那一面電路板可能產(chǎn)生阻焊層剝離的現(xiàn)象。

 

元件電路的類比部份會(huì)產(chǎn)生大量的熱。過熱可能導(dǎo)致阻焊層剝離，在最壞情況下，可能燒壞元件。圖3顯示電路板的阻焊層剝離現(xiàn)象。

 

散熱差可能導(dǎo)致PCB阻焊層的剝離。

 

設(shè)計(jì)與布局工程師在布局設(shè)計(jì)階段必須合作展開元件布局，避免將元件放置得太靠近電路板邊緣，或太靠近另一個(gè)元件而未留出足夠的間距。在電腦上很容易設(shè)計(jì)元件布局，但如果在布局時(shí)未能精確地制作元件封裝，那么貼片機(jī)可能無法完美地將這些元件緊鄰放置。例如，圖4顯示元件稍微突出電路板的情況。

 

連接器邊緣稍突出于電路板的邊緣。

 

記憶體的選擇

同樣的原則也適用于記憶體的選擇。由于不斷有新一代更先進(jìn)的DRAM和快閃記憶體上市，對(duì)于PCB設(shè)計(jì)者而言，如何始終走在技術(shù)前端、隨時(shí)淮確判斷不斷變化中的記憶體規(guī)格如何影響更新的設(shè)計(jì)，可說是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

 

例如DDR2世代DRAM有別于今天的DDR3元件，而DDR3元件也將迥異于未來的DDR4 DRAM。JEDEC已經(jīng)在去年宣布發(fā)行DDR4標(biāo)淮JESD79-4了。據(jù)市場(chǎng)調(diào)查公司iSuppli透露，DDR3 DRAM在目前DRAM市場(chǎng)中所占比例為85%至90%。不過該公司也預(yù)測(cè)，新推出的DDR4在2014年將占有12%的比例，2015年時(shí)可望迅速成長(zhǎng)到56%。

 

PCB設(shè)計(jì)者必須隨時(shí)關(guān)注DDR4的崛起，并與PCBA OEM客戶保持密切合作，因?yàn)樗麄冊(cè)谕瞥鱿乱淮度胧较到y(tǒng)時(shí)很可能就內(nèi)建DDR4 DRAM。他們必須有效掌握新的特性和功能動(dòng)態(tài)，以避免設(shè)計(jì)時(shí)的自滿而導(dǎo)致工程變更訂單。另一件需要注意的事是記憶體價(jià)格會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。

 

濕度敏感等級(jí)

濕度敏感等級(jí)(MSL)很容易被忽略。如果PCBA OEM在設(shè)計(jì)時(shí)未顧及MSL，未能正確處理關(guān)鍵的MSL規(guī)格，那么用戶很可能也不會(huì)考慮MSL資訊，導(dǎo)致電路在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)可能無法正常作業(yè)。當(dāng)實(shí)際MSL等級(jí)是3、4或5時(shí)，這種可能性更高。在這種情況下，烘烤作業(yè)可能無法確實(shí)進(jìn)行，濕氣可能趁虛而入，最終導(dǎo)致工程變更訂單。甚至在涉及LGA時(shí)，PCB組裝公司將不得不替換掉PCB上的這些封裝。圖5是元件的一個(gè)MSL標(biāo)簽，上面標(biāo)明敏感等級(jí)為5，并注明了密封日期和烘烤指南。

 

元件的MSL標(biāo)簽注明了敏感等級(jí)5、密封日期和烘烤指南。

 

可測(cè)試設(shè)計(jì)

可測(cè)試設(shè)計(jì)(DFT)對(duì)于生產(chǎn)過程中展開PCB測(cè)試和除錯(cuò)來說非常重要。在將元件布局到電路板時(shí)，重要的是密切留意DFT探測(cè)點(diǎn)的布局位置，以及探棒接觸過孔、焊墊以及其它測(cè)試點(diǎn)的角度。

 

在最初設(shè)計(jì)的早期階段，還未能進(jìn)行DFT時(shí)，測(cè)試成為一項(xiàng)重大問題，而ECO也可能因此產(chǎn)生。在一些極端情況下，如果無法解決ECO的話，就必須重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。

 

冷卻、散熱片和熱膨脹系數(shù)

冷卻方法在設(shè)計(jì)中很容易被忽視，但如能在設(shè)計(jì)早期仔細(xì)評(píng)估冷卻要求經(jīng)常能避免ECO。

 

一些冷卻類型是水冷法。舉例來說，含有大量BGA和微處理器、用于數(shù)據(jù)密集應(yīng)用(如動(dòng)畫、圖像或視訊處理)的大型專用電腦電路板大部份都要求采取水冷措施。

 

在使用散熱片時(shí)，PCB或發(fā)熱元件通常被連接到機(jī)箱上，以便于向周遭環(huán)境散熱。很多時(shí)候像圖6所示的散熱片也常用于幫助散熱。如果沒有指定正確的散熱片，就可能產(chǎn)生工程變更訂單。這種工程變更訂單必須加以開發(fā)以及導(dǎo)入，才能使散熱片成功地散熱。

 

像這樣的散熱片十分有助于為元件產(chǎn)生的過多熱量散熱。

 

PCB設(shè)計(jì)者還必須確保元件在熱性能方面匹配熱膨脹系數(shù)(CTE)，并進(jìn)行所有相關(guān)的計(jì)算。他必須百分之百地確保不僅在元件與其封裝尺寸之間相互匹配，而且也要搭配合用的PCB材料，如FR4、陶瓷板(Rogers)或特氟龍(Teflon)，以避免產(chǎn)生大量的熱，或產(chǎn)生元件與電路板之間熱膨脹系數(shù)差異。此外，這也能確保防止出現(xiàn)夾層剝離，以及避免夾層剝離導(dǎo)致元件缺陷，或持續(xù)高電氣溫度，最終導(dǎo)致元件或PCB燒壞。