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电子装联的PCB可制造性设计

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。
  (1) 选择合适的组装方式
  通常针对PCB不同的装联密度,推荐的组装方式有以下几种:
  表1  推荐的组装方式
  作为一名电路设计工程师,应该对所设计PCB的装联工序流程有一个正确的认识,这样就可以避免犯一些原则性的错误。在选择组装方式时,除考虑PCB的组装密度,布线的难易外,必须还要根据此组装方式的典型工艺流程,考虑到企业本身的工艺设备水平。倘若本企业没有较好的波峰焊接工艺,那么选择上表中的第五种组装方式可能会给自己带来很大的麻烦。另外值得注意的一点是,若计划对焊接面实施波峰焊接工艺,应避免焊接面上布置有少数几个SMD而造成工艺复杂化。
  (2) 元器件布局
  PCB上元器件的布局对生产效率和成本有相当重要的影响,是衡量PCB设计的可装联性的重要指标。一般来讲,元器件尽可能均匀地、有规则地、整齐排列,并按相同方向、极性分布排列。有规则的排列方便检查,有利于提高贴片/插件速度,均匀分布利于散热和焊接工艺的优化。另一方面,为简化工艺流程,PCB设计者始终都要清楚,在PCB的任一面,只能采用回流焊接和波峰焊接中的一种群焊工艺。这点在组装密度较大、PCB的焊接面必须分布较多贴片元器件时,尤其值得注意。设计者要考虑对焊接面上的贴装元件使用何种群焊工艺,最为优选的是使用贴片固化后的波峰焊工艺,可以同时对元件面上的穿孔器件的引脚进行焊接;但波峰焊接贴片元件有相对严格的约束,只能焊接0603及以上尺寸的片式阻容﹑SOT﹑SOIC(引脚间距≥1mm且高度小于2.0mm)。分布在焊接面的元器件,引脚的方向宜垂直于波峰焊接时PCB的传送方向,以保证元器件两边的焊端或引线同时被浸焊,相邻元件间的排列次序和间距也应满足波峰焊接的要求以避免“遮蔽效应”,如图1。当采用波峰焊接SOIC等多脚元件时,应于锡流方向最后两个(每边各1)焊脚处设置窃锡焊盘,防止连焊。
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