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一個(gè)優(yōu)秀的PCB設(shè)計(jì)工程師，必須綜合生產(chǎn)工藝和測(cè)試工藝進(jìn)行考慮，才能順利地設(shè)計(jì)出好產(chǎn)品。這也涉及PCB設(shè)計(jì)中的可制造性和可測(cè)試性。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，這兩點(diǎn)往往容易被忽略。

 

筆者曾經(jīng)在做Bonding、SMT、THT工藝焊接的OEM時(shí)，經(jīng)常遇到由于設(shè)計(jì)者不了解生產(chǎn)、測(cè)試工藝，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的PCB產(chǎn)品無法順利加工，而遭到各OEM廠商的拒絕，最后要么造成批量報(bào)廢，要么以極高的加工費(fèi)向OEM廠商求饒，甚至需要請(qǐng)客送禮；這也是部分客戶為降低損失、達(dá)成合同交貨期而不得不實(shí)施的行為。

 

記得在99年時(shí)，曾接到中山客戶的一個(gè)做手持對(duì)講機(jī)項(xiàng)目，是10,000多片對(duì)講機(jī)板的SMT加工，此板安裝密集且為雙面表貼，板上應(yīng)用了大量的片狀電感、小容量電容和片狀可調(diào)電容。在加工打樣后，發(fā)現(xiàn)以下問題：

1、 PCB為不規(guī)則圖形，四周器件均靠近PCB外沿且無副邊（工藝邊），無法在貼片機(jī)上傳輸；

2、 PCB上沒有設(shè)置Fiducial Mark（機(jī)器視覺識(shí)別標(biāo)志），只好利用PCB上的器件焊盤做為Mark點(diǎn)，但由于焊盤離阻焊層太近，阻焊層的反光使得機(jī)器識(shí)別率低，機(jī)器經(jīng)常停機(jī)報(bào)警；

3、 個(gè)別過孔（Via）離焊盤太近，回流時(shí)造成焊錫流失，焊盤上錫少；

4、 可調(diào)電容的焊盤設(shè)置的太寬，由于可調(diào)電容面積大、重量輕，當(dāng)錫熔融時(shí)的浮力和表面的張力使得所有可調(diào)電容均出現(xiàn)漂移。

 

由于PCB存在以上問題，我們向客戶表明無法承接此訂單，但客戶百般懇求，因?yàn)樗麄兯訛閲?guó)外訂單，簽有嚴(yán)格的合同及違約責(zé)任，且之前已經(jīng)找過兩個(gè)加工單位均被拒絕，生產(chǎn)時(shí)間非常緊迫。最后，我做了一個(gè)PCB的托模（將PCB嵌入式固定），才艱難的將此訂單做完，為此客戶也付出了近十倍的加工費(fèi)。

以下所寫文字，多來自于筆者多年的經(jīng)驗(yàn)與工作中的案例，也是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的一點(diǎn)思考，希望能對(duì)PCB設(shè)計(jì)工程師有所幫助。

 

1.0  了解焊接工藝和設(shè)備

很多的設(shè)計(jì)工程師并不了解組裝工藝和設(shè)備，即認(rèn)為產(chǎn)品的生產(chǎn)與自己無關(guān)；這樣設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品在組裝時(shí)往往容易出現(xiàn)這樣那樣的問題，甚至直接影響到生產(chǎn)效率和成品率。這種問題在大批量生產(chǎn)時(shí)會(huì)尤為突出。所以對(duì)工藝和設(shè)備的了解是必要的。

例如：由于手工浸焊質(zhì)量差、效率低、不能適應(yīng)大生產(chǎn)和自動(dòng)化作業(yè)的要求，取而代之的大都是波峰焊。但是，包括波峰焊、切腳機(jī)、貼片機(jī)、自動(dòng)印刷機(jī)在內(nèi)的幾乎所有自動(dòng)化設(shè)備均采用軌道式傳輸方式，而軌道式傳輸一般要求PCB要有至少兩個(gè)平行的對(duì)邊，且靠邊的3～5mm不能有器件（要被壓在軌道里）。所以在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，若安裝密集元件，當(dāng)需要將器件放到靠近側(cè)邊時(shí)，就要考慮給PCB增加工藝邊（即常說的“副邊”）；若元件安裝不是很密集，就應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)避免將器件放得太靠邊。否則，PCB對(duì)于自動(dòng)化設(shè)備的適用性就會(huì)受到限制。

 

1.1 當(dāng)前主要的PCB裝聯(lián)工藝有：

? SMT（Surface Mount Technology）表面安裝工藝：適用于表貼元器件的焊接。

? THT（Through Hole Technology）通孔工藝：主要以波峰焊接工藝為主，應(yīng)用于通孔元件的焊接（少量場(chǎng)合，也有將其應(yīng)用于表貼元器件）。

? Bonding（邦定）工藝：主要應(yīng)用于裸片（Bare Die）與PCB的裝聯(lián)。

 

1.2 本公司現(xiàn)有設(shè)備對(duì)PCB外形尺寸的要求：

設(shè)備名稱	設(shè)備型號(hào)	PCB SIZE（min）	PCB SIZE（max）	用途
貼片機(jī)	CP40LV+	50×30×0.38	460×400×4.2	用于表貼元器件的安裝
邦定機(jī)	BONDA101		170×170	用于裸片的焊接
回流焊	MA-300R		460×280	用于表貼元器件的回流/再流焊接
切腳機(jī)	BT-6A		380×230	用于通孔元器件的切腳
洗板機(jī)	PTO/3006		260×160	用于PCA的清洗
小錫爐			270×220	用于通孔元器件的手工浸焊
大錫爐			460×315	用于通孔元器件的手工浸焊

 

2.0 再流焊接工藝要求元件的最小間距

再流焊接工藝有可能造成元件或引線之間的短路。究其原因，可能是因?yàn)橐韵聨追N情況：

? 鋼網(wǎng)印刷的焊膏印象圖形與焊盤圖形未能完全吻合；

? 焊膏粘度偏低或觸變性差，導(dǎo)致焊膏坍塌，形成焊膏連條，載流焊后形成小錫珠或橋接。

? 泳動(dòng)效應(yīng)。焊膏熔化時(shí)，元件受本身重力、焊錫潤(rùn)滑力、熔融焊膏表面張力的作用，可能偏離焊盤，與鄰近焊盤搭接。

因此，放置的各元件之間必須有一定間距，以避免形成短路與橋接。一般情況下，相鄰元件的安全間距應(yīng)≥26mil。

 

3.0 波峰焊接工藝要求元件的最小間距

波峰焊接時(shí)，由于熔融焊錫張力、金屬表面潤(rùn)滑等諸多因素，在間距過小的焊盤或通孔之間可能產(chǎn)生焊錫橋接。為了減少這種焊接缺陷，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)保留元件間的合理間距。一般情況下，相鄰元件（通孔元件）的安全間距應(yīng)≥50mil。

 

4.0  Bonding（邦定）工藝對(duì)PCB的要求

4.1 邦定板的外形尺寸

邦定電路板的外形尺寸不宜設(shè)置得太大，一般情況下，建議小于100 mm×100mm。因?yàn)樘蟮腜CB會(huì)對(duì)Bonding（邦定）工藝提出很高的要求，例如Bonder、邦定精度、鋁盒等，且會(huì)使烘箱的使用效率降低。如果是外協(xié)加工的話，還可能導(dǎo)致加工費(fèi)用增高。除非您具有相當(dāng)于“ASM AB559A”的加工能力。如果需要應(yīng)用于較大面積的PCB，建議先設(shè)計(jì)成模塊化的小板，然后再進(jìn)行組裝，這樣會(huì)具有更好的靈活性。

4.2 Bonding工藝對(duì)PCB鍍層的要求

PCB的表面處理主要有裸銅（不鍍）、鍍鎳、鍍金、鍍錫等幾種，其中裸銅（不鍍）和鍍錫的PCB不能應(yīng)用于Bonding工藝。所以，在設(shè)計(jì)Bonding板時(shí)，應(yīng)避免采用裸銅（不鍍）和鍍錫工藝。

4.3 邦定位的布線寬度

邦定位的布線寬度允許在4mil～10mil之間變化，通常設(shè)計(jì)取5mil～6mil。

4.4 邦定位的阻焊設(shè)置

由于電路板的生產(chǎn)誤差，可能導(dǎo)致金手指上附著部分油墨，導(dǎo)致邦定工藝打線不良。為避免這一問題，在阻焊層的邦定位置，應(yīng)根據(jù)邦定位尺寸放置一個(gè)尺寸為ø200mil～ø500mil的實(shí)心圓。同時(shí)，這樣也可以提高邦定膠與基板的附著力。

4.5 載片島(襯底)的設(shè)計(jì)

載片島的尺寸一般稍大于裸片的管芯尺寸或等于管芯尺寸。注意：載片島上一般不可設(shè)置通孔，通孔會(huì)使粘片膠流失，從而造成固晶不良。

4.6 載片島周圍的距離

在載片島與金手指之間，必須設(shè)置合理的間距，以適應(yīng)邦定的生產(chǎn)工藝，便于邦定線弧的形成。

目前，國(guó)內(nèi)邦定行業(yè)中，幾乎均采用手工固晶，比較容易產(chǎn)生偏差或管芯偏移。因此，載片島與金手指的間距設(shè)置十分重要。若此間距過小，可能會(huì)導(dǎo)致金手指與管芯襯底短路，或者形成一個(gè)固定阻值，導(dǎo)致芯片工作異常；若此距離過大，就會(huì)使邦定的線弧變長(zhǎng)，膠點(diǎn)變大，可靠性降低。

一般的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)是，對(duì)于對(duì)于127×129mil  48線的管芯，此間距應(yīng)≥32mil，在32mil～48mil之間。