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硬件开发

PCB设计与印刷工艺


PCB不良设计对印刷工艺的影响

不少初学者对于PCB设计中一些与印刷工艺相关的细节问题重视不足或易忽视,从而有可能对正在进行的印刷工艺或其它相关制造或维修工艺造成不便,影响生产的可行性、效率性和经济性。故本文将一些易被设计人员忽视或不重视的与印刷工艺相关的PCB不良设计予以归纳,以便相关设计人员尽快掌握好PCB设计。

一、PCB工艺边设计

PCB最常见且最适宜印刷设备工作的外形是矩形,故而对PCB进行外形设计时,在满足产品结构对PCB外形尺寸的要求下,一般会尽可能将一些不是矩形的特殊形状通过添加适宜的虚拟板将其添补为矩形,如图1所示。

图 1 通过虚拟板转矩形板的异形PCB单板或拼板

但是仅将PCB的外形设计为矩形并不能保证PCB板一定能适宜印刷设备。因为印刷设备多采用边固定的方式来固定PCB板,因此,若板上元件布局过于靠近PCB板边缘则有可能在制造过程中损坏板边的元件或焊盘,也可能因为元件与板边间隙过小无法满足设备的固定要求。所以一般情况下需要在PCB外围设计适宜的工艺边。工艺边就是为了辅助PCB在生产设备中走板和固定而在PCB板两边或者四边增加的部分,主要为了辅助生产,不属于PCB板的一部分,生产完成后需去除。

进行工艺边设计之前应先确定PCB的传输方向。一般情况下,PCB的长边对应SMT生产时的传输方向,这样印刷的行程最短,并且PCB在生产过程中的形变最小。对于拼板时也将长边方向作为传送方向,但对短边与长边之比大于80%的PCB,也可以用短边传送。由于不同SMT设备制造商对工艺边的要求不同,如欧美SMT设备制造商的工艺边为3mm,日本SMT设备制造商的工艺边为5-8mm,韩国SMT设备制造商的工艺边为5mm。因此,若条件允许,可将工艺边的宽度设为8-10mm,如图2所示。

图 2 添加了工艺边的PCB板

对于PCB长边只一侧的元件外侧距板边缘小于3mm的,则只需在对应侧边加工艺边即可,即工艺边并不需成对加。

二、PCB板Mark点设计

利用印刷机等自动化设备进行大批量电子产品的生产时,多使用Mark点来保证每批用于生产的PCB板面正确、位置精准。Mark点是一种特殊的光学定位符号,生产时,印刷机利用自身的摄像头照射Mark点,将得到的影像坐标与之前在系统中所预设的标准数据进行比较。若坐标与标准数据一致或者在其允许的范围内,则机器判定该PCB板为当前需要进行生产的,并让PCB板进入机器内开始相应的工序;反之,则认为进板错误,停止进板并进行报警。

但Mark若设计不良则可能影响机器的识别,出现误判。一般说来,设计人员能设计正确的Mark点外形和尺寸,但在Mark点布局时却不一定合理。例如同形状的Mark点按对称方式放置于PCB板的对角处,一旦PCB板面反转1800以错误方向进板时,机器也会误认为是正确的,从而出现误报的情况。

对此情况,可以将同形状的Mark点按不对称方式设计,也可以使用不同形状Mark点,这样的防呆设计可以保证机器正确识别PCB板。

三、PCB电路板焊盘设计

在进行PCB电路设计时,元件所用封装一般会尽可能使用系统自带封装库内的元件封装。但是由于各元件制造企业生产的元件外形尺寸不一定完全一致,且各电子制造企业所用设备的生产能力各有不同,因此,系统自带封装中的焊盘设计不一定能满足所有元件的生产需求,需要根据产品试生产的结果来进行调整。例如,某细间距SOP封装元件在印刷和焊接时易出现桥连缺陷,若设计人员仅调整工艺或设备参数,而不仔细核对焊盘图形与所需焊接的元器件的封装外形、焊端、引脚、中心距等与焊接有关的尺寸匹配性,一味照抄照搬系统封装库内的焊盘设计参数,则有可能一直无法解决此缺陷。但不加分析或随意抄用或调用封装库内焊盘图形是许多设计人员易出现的设计问题,且在出现制造缺陷后又容易被忽略掉。

某细间距SOP封装元件在印刷和焊接时易出现桥连缺陷时,可以将原有元件焊盘宽度适当减小(但不得小于引脚本体宽度)并延长焊盘长度方向尺寸,这样一来,可以加大焊盘间的有效间距并扩展焊膏长度方向的延伸范围,减少桥连缺陷。若桥连易在焊接过程中发生于SOP封装末端,则可在封装末端增设偷锡焊盘,以吸纳多余焊料。

若发生桥连缺陷的是插件且元件每排引脚较多时,当相邻焊盘边缘间距为0.6mm-1.0mm时,则可以考虑将插件焊盘由常用的圆形焊接改为椭圆形焊盘,既加大焊盘间的有效间距又不影响引脚焊接后的可靠性。

总结

除了在文中提到的一些在印刷环节中易忽视的设计问题外,还有其它一些易被设计人员忽视的设计细节问题,比如选择阻焊膜材料和涂敷方式时,不考虑材料性能和工艺特点,出现如绿油太厚造成锡膏印刷工艺难控;阻焊膜在基板制造时固化不良而泄气,形成焊点气孔;材料吸湿而造成阻焊膜在回流时的脱离等。由于电子产品制造技术发展迅速,与之相关的制造工艺和制造设备也不断更新变化,了解并掌握工艺、材料和设备对电路设计方面的要求,将有助于更加合理地设计电路,提高产品的可制造性。

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