關(guān)于PCB板設(shè)計(jì)的探討.ppt

關(guān)于PCB板設(shè)計(jì)的探討,編制：周定宇,日期：2006年1月,前言,從目前的插機(jī)和裝配生產(chǎn)情況來(lái)看，影響生產(chǎn)的主要是插機(jī)拉的壞板問(wèn)題，插機(jī)拉的板的不合格率，有的甚至達(dá)50%以上（通常例如：3008-05板、4800-05板等）； 這些問(wèn)題之所以不能有效解決，原因在于工程和生產(chǎn)人員對(duì)產(chǎn)生問(wèn)題的根本原因缺乏了解和分析，當(dāng)然有些問(wèn)題還是可以有能力有效解決的； 這里我所說(shuō)的可以解決的問(wèn)題是明顯的人為問(wèn)題；,前言,從過(guò)程的角度來(lái)講，有很多因素影響過(guò)程的輸出，其中有些因素是可以控制的，而有些因素是不以控制的； 那對(duì)于工程和生產(chǎn)人員來(lái)說(shuō)，必須針對(duì)可控制的因素加以研究和解決，對(duì)于不可控制的因素要加以監(jiān)控，使其影響保持在一定可接受范圍內(nèi)； 設(shè)計(jì)與生產(chǎn)脫節(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重，設(shè)計(jì)部門只負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)工作，對(duì)于生產(chǎn)中的問(wèn)題幾乎都交與生產(chǎn)工程，殊不知產(chǎn)品的品質(zhì)是靠制造出來(lái)的，同時(shí)也是靠設(shè)計(jì)出來(lái)的！因此產(chǎn)品工程師在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮在生產(chǎn)中會(huì)遇到的各種困難，必須考慮如何在設(shè)計(jì)中加以預(yù)防和改善。,前言,過(guò)程,人,機(jī),料,法,環(huán),產(chǎn)品,DFM的應(yīng)用,DFM（DESIGN FOR MANUFACTURE）可制造性設(shè)計(jì)就是把設(shè)計(jì)工作看成制造的第一步，把可制造性的考慮大大提前到產(chǎn)品的早期設(shè)計(jì)階段。 DFM確定出容易制造的產(chǎn)品設(shè)計(jì)特性，使零部件的設(shè)計(jì)更容易制造和裝配，并把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和工藝集成起來(lái)。 DFM要盡量做到制造中需要考慮到所有的問(wèn)題在設(shè)計(jì)階段就予以解決。,DFM的應(yīng)用,一個(gè)企業(yè)要實(shí)施DFM，應(yīng)包含三大部分： 觀念要更新； 系統(tǒng)資源要建立和維護(hù)； 在新產(chǎn)品開發(fā)中要加以運(yùn)用和實(shí)施；,DFM的應(yīng)用,觀念更新 DFM的推行是一項(xiàng)跨部門的系統(tǒng)工程，它要求設(shè)計(jì)和制造打破門戶之見(jiàn)，建立一個(gè)由各部門一起參與的團(tuán)隊(duì)，并且設(shè)計(jì)人員要自主的去遵循既定的準(zhǔn)則，更重要的是，在設(shè)計(jì)的不同階段，他們要有強(qiáng)烈的意愿去考慮可制造性的問(wèn)題。 系統(tǒng)資源的建立和維護(hù) 在運(yùn)用之前，必須組成一個(gè)專門的隊(duì)伍來(lái)收集信息數(shù)據(jù)資料，這個(gè)隊(duì)伍不應(yīng)只由某一個(gè)部門的人員組成，它應(yīng)包括生產(chǎn)技術(shù)人員、產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)人員、供應(yīng)商品質(zhì)管制人員。隊(duì)伍成立之后，首要任務(wù)是明確目標(biāo)，并作具體的分工，收集生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，當(dāng)然也包括許多生產(chǎn)、工藝的經(jīng)驗(yàn)以及生產(chǎn)設(shè)備的適用條件，然后就一系列問(wèn)題進(jìn)行討論，其中包括協(xié)商制定出一套在設(shè)計(jì)時(shí)必須遵守的準(zhǔn)則或方式方法。,DFM的應(yīng)用,當(dāng)然準(zhǔn)則的制定有一些基本的原則可以遵循。它是對(duì)好的設(shè)計(jì)的描述。根據(jù)這些指導(dǎo)原則設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是好的，但不一定是最優(yōu)的。DFM指導(dǎo)原則有： 減少零件的數(shù)目； 開發(fā)模塊化設(shè)計(jì)； 避免獨(dú)立的緊固件； 消除在制造中的調(diào)整； 使安裝更容易，如果可能的話自上而下裝配； 設(shè)計(jì)保證最小的處理和合適的表現(xiàn)； 避免使用特殊工具； 子裝配最少； 盡可能利用標(biāo)準(zhǔn)化條件； 簡(jiǎn)化操作； 設(shè)計(jì)要保證有效充分的試驗(yàn)和零件的替代； 可重復(fù)利用和可理解的工藝； 嚴(yán)格的評(píng)估價(jià)值； 充分考慮可返修重工性；,DFM的應(yīng)用,在新產(chǎn)品開發(fā)中的運(yùn)用和實(shí)施 為保證DFM的有效實(shí)施，我們必須從新產(chǎn)品開發(fā)的系統(tǒng)及流程上加以改進(jìn)和完善，一定要進(jìn)行DFM REVIEW在產(chǎn)品品質(zhì)驗(yàn)證降產(chǎn)品制程驗(yàn)證之時(shí)。 DFM在產(chǎn)品的各個(gè)階段的作用（見(jiàn)圖示）。,DFM的應(yīng)用,市場(chǎng)需求信息的收集、轉(zhuǎn)換及分析,新產(chǎn)品開發(fā)的計(jì)劃,產(chǎn)品規(guī)劃和資源計(jì)劃草案,產(chǎn)品市場(chǎng)評(píng)估,產(chǎn)品規(guī)格（硬件和軟件）的制定,產(chǎn)品品質(zhì)驗(yàn)證,生產(chǎn)設(shè)計(jì),生產(chǎn)工藝驗(yàn)證,量產(chǎn),處理售后的客戶投訴,D F M,D F M,DFM的應(yīng)用,DFM的范疇包括： DFF（DESIGN FOR FABRICATION電路板光板分析） DFA（DESIGN FOR ASSEMBLY裝配性分析） DFT（DESIGN FOR TESTABILITY測(cè)試性分析） DFEI（DESIGN FOR ELECTRICAL INTEGRITY電信號(hào)完整性分析）,DFM的應(yīng)用,DFF是用于PCB的生產(chǎn)之前的分析。它檢查PCB的設(shè)計(jì)是否符合光板生產(chǎn)的要求，如內(nèi)部走線的合理性，各條走線的相互關(guān)系，線的結(jié)構(gòu)的合理性。這一步分析非常重要，它能極大地減少試產(chǎn)的次數(shù)和量產(chǎn)時(shí)間。 DFA是指器件的焊接和裝配分析。它檢查設(shè)計(jì)是否滿足貼片標(biāo)準(zhǔn)和工藝的要求，做到第一時(shí)間實(shí)現(xiàn)與外包商的同步。主要就在組裝過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題（如各個(gè)器件的幾何位置關(guān)系，焊盤、阻焊的合理性，器件和焊盤的一致性，測(cè)試點(diǎn)的分布）。,DFM的應(yīng)用,DFT的功能主要體現(xiàn)在單板的測(cè)試點(diǎn)的設(shè)計(jì)，這些測(cè)試點(diǎn)是以后的電氣調(diào)試和功能測(cè)試的需要。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，在這方面就有比較大的局限，測(cè)試點(diǎn)選取的多少和好壞很大程度上取決于設(shè)計(jì)人員水平的高低。這時(shí)候，這類工具就可以選取合適的測(cè)試點(diǎn)，作到對(duì)每一組網(wǎng)絡(luò)都可測(cè)，免去很多事后需要引線等麻煩。 DFEI主要用于有信號(hào)完整性問(wèn)題的設(shè)計(jì)的可制造性分析。,DFM的應(yīng)用,DFM的意義 DFM與品質(zhì) 焊點(diǎn)數(shù)目與良品率之間的關(guān)系 焊點(diǎn)數(shù)2500 15000，如保持平均80DPPM， 良品率則由82% 32%。 DFM與產(chǎn)品成本 據(jù)統(tǒng)計(jì)，設(shè)計(jì)決定產(chǎn)品總成本的60%以上 70-80%的缺陷來(lái)源于設(shè)計(jì)方面； 曾有學(xué)者做出這樣的預(yù)測(cè)，設(shè)計(jì)問(wèn)題如果在試生產(chǎn)時(shí)才給予更正，其所需費(fèi)用將會(huì)較在設(shè)計(jì)解決高出10倍以上，如在試生產(chǎn)時(shí)沒(méi)法解決，而流到量產(chǎn)時(shí)，其解決費(fèi)用就可能高達(dá)100倍以上。 DFM與產(chǎn)品開發(fā)周期,對(duì)SMT貼片焊接工藝的設(shè)計(jì)要求,對(duì)波峰焊接工藝的設(shè)計(jì)要求,PCB組件設(shè)計(jì)中的工藝性評(píng)述 概述 波峰焊接是綜合性很強(qiáng)的應(yīng)用技術(shù)； 波峰焊接不僅取決于焊接設(shè)備與焊接工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)； 波峰焊接而且與印刷電路板的圖形及安裝設(shè)計(jì)的工藝性息息相關(guān)； 良好的設(shè)計(jì)工藝性對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)的重要意義 產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工藝性是產(chǎn)品的可制造性和可檢測(cè)性的總和； 良好的設(shè)計(jì)工藝性是簡(jiǎn)化制造過(guò)程、縮短制造周期、降低制造成本、優(yōu)化質(zhì)量控制、增強(qiáng)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、提高產(chǎn)品的可靠性和耐用性的重要環(huán)節(jié)； 使企業(yè)以最少的投入取得最好的效益，以達(dá)到事半功倍的效果；,對(duì)波峰焊接工藝的設(shè)計(jì)要求,PCB圖形設(shè)計(jì)的工藝性對(duì)波峰焊接效果的影響 PCB圖形設(shè)計(jì)的正確性對(duì)波峰焊接效果的影響 PCB圖形設(shè)計(jì)的好壞，是造成波峰焊接中拉尖、橋接、釬料瘤、焊點(diǎn)吃錫不均勻、干癟、焊盤出現(xiàn)孔穴等缺陷的主要因素； PCB圖形設(shè)計(jì)基本格子的約定 IEC 40-4標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、加拿大等）采用英制0.1寸（2.54）作為基本格子； 日本、德國(guó)采用公制2.50作為基本格子；,對(duì)波峰焊接工藝的設(shè)計(jì)要求,THT方式的圖形設(shè)計(jì) PCB布線的取向 應(yīng)使所有相互靠近的線系盡量取平行于焊接時(shí)的運(yùn)行方向； X-Y坐標(biāo)布線-布設(shè)在PCB同一面的所有導(dǎo)線都與PCB某一邊沿平行，而布設(shè)在另一面的所有導(dǎo)線都與先布線的那面的導(dǎo)線正交；,對(duì)波峰焊接工藝的設(shè)計(jì)要求,焊盤的形狀：一般要考慮與孔的形狀相適應(yīng)，而孔的形狀一般要與元器件引線的形狀相對(duì)應(yīng)。,對(duì)波峰焊接工藝的設(shè)計(jì)要求,焊盤與孔的同心度 在單PCB中焊盤與孔不同心，則幾乎百分之百地產(chǎn)生孔穴、氣孔或吃錫不均勻等焊接缺陷。由于金屬表面對(duì)液體的吸附力，是與被焊基體金屬表面面積的大小有關(guān)的，面積大的表面表現(xiàn)的吸附力也大，這導(dǎo)致了液體焊料總是窄面積處流向?qū)捗娣e處，窄處的釬料被拉走而出現(xiàn)吃錫量少、干癟等缺陷。,元器件引線,孔,焊盤,液體釬料從窄處被拉向?qū)捥?焊盤與孔不同心的影響,對(duì)波峰焊接工藝的設(shè)計(jì)要求,孔、線間隙對(duì)波峰焊接的影響 引線直徑與焊盤安裝孔徑的配合是否恰當(dāng)，不僅直接影響焊點(diǎn)的機(jī)械性能和電氣特性，也是造成焊點(diǎn)敷形高度不理想的重大原因，而且還是影響焊點(diǎn)出現(xiàn)孔穴現(xiàn)象的的主要因素。它對(duì)波峰焊接焊點(diǎn)連接的成功率的綜合性影響是極大的。日本學(xué)者輞島瑛一在綜合了浸焊試驗(yàn)結(jié)果后，給出的不完全接合率與間隙大小的關(guān)系。當(dāng)沿直徑方向的間隙在0.2以下時(shí)，接合成功率可達(dá)98.3%99.5%。隨著間隙值的增大，接合成功率降低，當(dāng)間隙值超過(guò)0.40.5時(shí)，接合成功率快速下降。,對(duì)波峰焊接工藝的設(shè)計(jì)要求,孔、線間隙對(duì)波峰焊接的影響 波峰焊接中焊點(diǎn)發(fā)生的孔穴現(xiàn)象，通常用孔穴率的大小來(lái)衡量，孔穴率的定義我們可作如下描述：,根據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)單位的試驗(yàn)結(jié)論稱：“焊點(diǎn)孔穴發(fā)生率與孔和引線之間的間隙有關(guān)，而與焊盤大小無(wú)關(guān)”。大孔配小引線是引發(fā)焊點(diǎn)出現(xiàn)孔穴的根源，而焊盤大小則只影響焊點(diǎn)的飽滿程度。他們的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下圖所示：,對(duì)波峰焊接工藝的設(shè)計(jì)要求,浸焊接續(xù)成功率和沿直徑方向的間隙之間的關(guān)系,B,C,A,C（B-A）/ 2,對(duì)波峰焊接工藝的設(shè)計(jì)要求,焊盤與孔直徑的配合,對(duì)波峰焊接工藝的設(shè)計(jì)要求,THT方式的圖形設(shè)計(jì) 留孔焊盤 導(dǎo)線的線形設(shè)計(jì) 導(dǎo)線形狀 導(dǎo)線寬度和間距 盤、線圖形敷形和熱工特性的影響 大面積圖形 SMT方式的圖形設(shè)計(jì) IPC-SM-782有關(guān)波峰工藝性的約定 我國(guó)電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)波峰焊接工藝性的約定,對(duì)波峰焊接工藝的設(shè)計(jì)要求,PCB組件安裝設(shè)計(jì)的波峰焊接工藝