PCB不良設(shè)計(jì)對印刷工藝的影響

彭琛　王海燕　李微

【摘 要】許多電路設(shè)計(jì)人員對制造電子產(chǎn)品的組裝設(shè)備工藝能力不熟悉，不注重不同組裝設(shè)備對PCB板的設(shè)計(jì)要求，從而引起PCB在組裝過程中的制造問題或制造缺陷。本文以在印刷工藝中易遇到的PCB不良設(shè)計(jì)為例，探討適宜組裝設(shè)備生產(chǎn)的PCB電路設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】印制電路板；不良設(shè)計(jì)；印刷工藝

0 前言

利用《PCB可制造性設(shè)計(jì)》課程進(jìn)行《基于元認(rèn)知學(xué)習(xí)策略的學(xué)生自主學(xué)習(xí)的研究與應(yīng)用》課題時(shí)，通過與學(xué)生進(jìn)行調(diào)查問卷、在線自測和疑點(diǎn)討論后發(fā)現(xiàn)不少初學(xué)者對于PCB設(shè)計(jì)中一些與印刷工藝相關(guān)的細(xì)節(jié)問題重視不足或易忽視，從而有可能對正在進(jìn)行的印刷工藝或其它相關(guān)制造或維修工藝造成不便，影響生產(chǎn)的可行性、效率性和經(jīng)濟(jì)性。故本文將一些易被設(shè)計(jì)人員忽視或不重視的與印刷工藝相關(guān)的PCB不良設(shè)計(jì)予以歸納，以便相關(guān)設(shè)計(jì)人員盡快掌握好PCB設(shè)計(jì)。

1 工藝邊設(shè)計(jì)

PCB最常見且最適宜印刷設(shè)備工作的外形是矩形，故而對PCB進(jìn)行外形設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對PCB外形尺寸的要求下，一般會(huì)盡可能將一些不是矩形的特殊形狀通過添加適宜的虛擬板將其添補(bǔ)為矩形，如圖1所示。

但是僅將PCB的外形設(shè)計(jì)為矩形并不能保證PCB板一定能適宜印刷設(shè)備。因?yàn)橛∷⒃O(shè)備多采用邊固定的方式來固定PCB板，因此，若板上元件布局過于靠近PCB板邊緣則有可能在制造過程中損壞板邊的元件或焊盤，也可能因?yàn)樵c板邊間隙過小無法滿足設(shè)備的固定要求。所以一般情況下需要在PCB外圍設(shè)計(jì)適宜的工藝邊。

工藝邊就是為了輔助PCB在生產(chǎn)設(shè)備中走板和固定而在PCB板兩邊或者四邊增加的部分，主要為了輔助生產(chǎn)，不屬于PCB板的一部分，生產(chǎn)完成后需去除。

進(jìn)行工藝邊設(shè)計(jì)之前應(yīng)先確定PCB的傳輸方向。一般情況下，PCB的長邊對應(yīng)SMT生產(chǎn)時(shí)的傳輸方向，這樣印刷的行程最短，并且 PCB在生產(chǎn)過程中的形變最小。對于拼板時(shí)也將長邊方向作為傳送方向，但對短邊與長邊之比大于80%的PCB，也可以用短邊傳送。

由于不同SMT設(shè)備制造商對工藝邊的要求不同，如歐美SMT設(shè)備制造商的工藝邊為3mm，日本SMT設(shè)備制造商的工藝邊為5-8mm，韓國SMT設(shè)備制造商的工藝邊為5mm。因此，若條件允許，可將工藝邊的寬度設(shè)為8-10mm，如圖2所示。

2 Mark點(diǎn)設(shè)計(jì)

利用印刷機(jī)等自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行大批量電子產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)，多使用Mark點(diǎn)來保證每批用于生產(chǎn)的PCB板面正確、位置精準(zhǔn)。Mark點(diǎn)是一種特殊的光學(xué)定位符號，生產(chǎn)時(shí)，印刷機(jī)利用自身的攝像頭照射Mark點(diǎn)，將得到的影像坐標(biāo)與之前在系統(tǒng)中所預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。若坐標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)一致或者在其允許的范圍內(nèi)，則機(jī)器判定該P(yáng)CB板為當(dāng)前需要進(jìn)行生產(chǎn)的，并讓PCB板進(jìn)入機(jī)器內(nèi)開始相應(yīng)的工序；反之，則認(rèn)為進(jìn)板錯(cuò)誤，停止進(jìn)板并進(jìn)行報(bào)警。

但Mark若設(shè)計(jì)不良則可能影響機(jī)器的識別，出現(xiàn)誤判。一般說來，設(shè)計(jì)人員能設(shè)計(jì)正確的Mark點(diǎn)外形和尺寸，但在Mark點(diǎn)布局時(shí)卻不一定合理。例如同形狀的Mark點(diǎn)按對稱方式放置于PCB板的對角處，一旦PCB板面反轉(zhuǎn)1800以錯(cuò)誤方向進(jìn)板時(shí)，機(jī)器也會(huì)誤認(rèn)為是正確的，從而出現(xiàn)誤報(bào)的情況，如圖4所示。

對此情況，可以將同形狀的Mark點(diǎn)按不對稱方式設(shè)計(jì)，也可以使用不同形狀Mark點(diǎn)，如圖5和圖6所示，這樣的防呆設(shè)計(jì)可以保證機(jī)器正確識別PCB板。

3 焊盤設(shè)計(jì)

在進(jìn)行PCB電路設(shè)計(jì)時(shí)，元件所用封裝一般會(huì)盡可能使用系統(tǒng)自帶封裝庫內(nèi)的元件封裝。但是由于各元件制造企業(yè)生產(chǎn)的元件外形尺寸不一定完全一致，且各電子制造企業(yè)所用設(shè)備的生產(chǎn)能力各有不同，因此，系統(tǒng)自帶封裝中的焊盤設(shè)計(jì)不一定能滿足所有元件的生產(chǎn)需求，需要根據(jù)產(chǎn)品試生產(chǎn)的結(jié)果來進(jìn)行調(diào)整。例如，某細(xì)間距SOP封裝元件在印刷和焊接時(shí)易出現(xiàn)橋連缺陷，若設(shè)計(jì)人員僅調(diào)整工藝或設(shè)備參數(shù)，而不仔細(xì)核對焊盤圖形與所需焊接的元器件的封裝外形、焊端、引腳、中心距等與焊接有關(guān)的尺寸匹配性，一味照抄照搬系統(tǒng)封裝庫內(nèi)的焊盤設(shè)計(jì)參數(shù)，則有可能一直無法解決此缺陷。但不加分析或隨意抄用或調(diào)用封裝庫內(nèi)焊盤圖形是許多設(shè)計(jì)人員易出現(xiàn)的設(shè)計(jì)問題，且在出現(xiàn)制造缺陷后又容易被忽略掉。

例如，當(dāng)如圖所示的某細(xì)間距SOP封裝元件在印刷和焊接時(shí)易出現(xiàn)橋連缺陷時(shí)，可以將原有元件焊盤寬度適當(dāng)減?。ǖ坏眯∮谝_本體寬度）并延長焊盤長度方向尺寸，這樣一來，可以加大焊盤間的有效間距并擴(kuò)展焊膏長度方向的延伸范圍，減少橋連缺陷。若橋連易在焊接過程中發(fā)生于SOP封裝末端，則可在封裝末端增設(shè)偷錫焊盤，以吸納多余焊料，如圖7所示。

若發(fā)生橋連缺陷的是插件且元件每排引腳較多時(shí)，當(dāng)相鄰焊盤邊緣間距為0.6mm-1.0mm時(shí)，則可以考慮將插件焊盤由常用的圓形焊接改為橢圓形焊盤，既加大焊盤間的有效間距又不影響引腳焊接后的可靠性，如圖8所示。

4 結(jié)束語

除了在文中提到的一些在印刷環(huán)節(jié)中易忽視的設(shè)計(jì)問題外，還有其它一些易被設(shè)計(jì)人員忽視的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)問題，比如選擇阻焊膜材料和涂敷方式時(shí)，不考慮材料性能和工藝特點(diǎn)，出現(xiàn)如綠油太厚造成錫膏印刷工藝難控；阻焊膜在基板制造時(shí)固化不良而泄氣，形成焊點(diǎn)氣孔；材料吸濕而造成阻焊膜在回流時(shí)的脫離等。由于電子產(chǎn)品制造技術(shù)發(fā)展迅速，與之相關(guān)的制造工藝和制造設(shè)備也不斷更新變化，了解并掌握工藝、材料和設(shè)備對電路設(shè)計(jì)方面的要求，將有助于更加合理地設(shè)計(jì)電路，提高產(chǎn)品的可制造性。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：曹明明]