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隱藏在PCB設計中的七個DFM問題

2019-12-10 13:01:40 來源:未知
當我們完成設計并將其送到制造廠后,如果我們的產品存在大量可制造性設計(DFM)錯誤,那么便會造成產品擱置。這種情況不僅令人沮喪,而且代價高昂。
在項目早期盡早考慮制造問題有助于降低成本、縮短開發時間,并確保設計順利過渡到生產階段。相反,若不這樣做,便會造成不良后果。

憑借多年的行業經驗,我們總結了7大妨礙PCB可制造性的主要DFM問題。雖然以下列出的部分內容是設計方面的最佳實踐,但還有一些是由制作/制造廠提出的問題。通過在項目的設計階段解決這些問題,我們將能夠在產品到達工廠之前糾正任何可能出現的DFM錯誤。

所以,在將設計發送給制造商之前,我們要注意下列DFM問題,因為它們可能隱藏在我們的設計之中。

1.銳角

銳角是指印刷電路板中銅元件上的銳角或奇怪的角度,這些角會在PCB創建過程中導致酸的聚集。這個問題發生在洗滌過程之前,銳角導致殘留的酸陷入這些區域,而無法清除。最終,電路板上所含Gerber文件需要的銅元件開始腐蝕,導致銅線“斷開”或消失。

對于當今設計中的4密耳或5密耳走線,避免銳角尤為重要。因為它們很薄,所以很容易斷開(由于吸附的酸,使有用的銅內部產生開口)。一些軟件內置了針對此類情況的檢查,但是,如果我們的軟件沒有此功能,則必須手動評估電路板中可能導致這種情況的任何可能。

如何防止銳角:避免將走線以銳角或奇怪的角度放入焊盤,將角度保持在焊盤附近45度或90度。

2.銅條和孤島

 

銅條和孤島是許多平面層上自由浮動的銅,這可能會在酸槽中導致一些嚴重的問題。眾所周知,細小的銅斑會從PCB面板上漂浮下來,并到達面板上的其他蝕刻區,從而造成短路。另一種情況是,如果它們因足夠大而不能漂浮,它將成為天線,這可能會在電路板內引起噪聲和其他干擾(因為它的銅沒有接地——它將成為信號收集器)。某些軟件可以在設計中搜索這些問題,但是,如果我們的軟件不具備此功能,則必須手動找到它們并將其從電路板設計中去除。

由于蝕刻痕跡的劃線非常精細且引腳間距非常緊密,因此阻焊層對于PCB設計非常重要。沒有阻焊層會導致組裝過程中出現大塊焊料(尤其是引腳之間),進而導致短路。此外,它還會降低對外層其他銅的腐蝕防護性能。為防止這些問題,請務必檢查焊盤到蝕刻線和外形之間的對準度、阻焊層間(邊帶)的間距。此外,確保阻焊層沒有覆蓋引腳——我們的電路板工廠可以告知其允許的最小邊帶空間和對準度。

4.散熱器

散熱器通過與金屬基底或熱界面材料接觸來吸收和散發電子器件的熱量。如果散熱器中的助焊層開口太大,一旦焊膏熔化,可能會導致器件從焊盤上浮起。為了防止這種情況,減少放在散熱片上的焊膏的量——不要采用一個很大的助焊層開口,相反,試著將其分成若干更小的助焊層開口。這將有助于確保器件在烘烤過程中不會漂浮和碰撞到其他部件,避免短路。

助焊層開口是DFM檢查的重要部分。發送給制造廠之前要回答一個問題:PCB上的所有元件引線的助焊層開口(和尺寸)是否都適合板?

注意:我們的制造工程師應該告訴我們助焊層開口的合適尺寸。

5.冷焊點或無焊接線

檢查焊盤內的過孔至關重要——如果過孔放置不當,可能會導致焊膏流入過孔。這將導致冷焊點或沒有真正的焊料連接。我們需要確定:在要求堵住過孔之前,焊盤中允許的過孔百分比。注意:造成問題的是過孔中的孔,而不是過孔中的焊盤。

大多數軟件應該都能夠檢查這些問題,但如果我們使用的軟件不能,則必須手動檢查設計,以確保其符合裝配廠標準。

6.不包括測試

在最終產品離開裝配線后立即對其進行測試十分重要——通過在初始設計中納入測試點,我們便提供了這樣一種方法,能夠在電路板完成后立即對其成敗進行仔細檢查。DFM檢查必須包括測試點與器件之間的間隙、焊盤尺寸、器件背面,以及夾具制造完成后立即確定這些位置的方法。

然后,使用測試點數據創建一個夾具,稱為針床式測試儀。針床式測試儀是一個軟件系統,它可以在設計中鎖定測試點的位置。憑借針床式測試儀,我們能夠將設計變更重新加入該測試夾具中,從而節省資金。

如果等到原型完成后才納入測試點,則可能會導致電路板上電子器件的更改(這可能會產生串擾、噪聲和大量其他問題),因此無法真正測試電路板的真正功能。我們將需從本質上改變設計和電路板的運作方式。通過在設計階段將測試點合并到電路板中,能為我們提供鎖定現有測試點并僅修改更改(如有)的能力。

設計中添加測試點時的注意事項:它們容易接近嗎?DM檢查器是否確保我們的測試點沒有被隱藏?引腳間距如何(確保它們不要靠得太近)?

注意:當我們將測試點放在電路板上時,它們成為DFM檢查的一部分。

7.銅與板邊之間

 

PCB的制作過程包括將電路板自動運輸到酸浴和洗浴中。銅與板邊之間指的是PCB面板側把手上的空間,用于在整個制造過程中運輸電路板。如果銅與板邊之間的間距設置不當,就會產生真正的制造問題。如果銅離電路板的邊緣太近,那么在蝕刻過程中,當電路板上通電時便會產生短路。

注意:用于制造電路板的設備將控制夾持面板所需的間距——我們的電路板制造商應該為此提供設計規格。

制造失敗的后果不僅令人沮喪,而且代價高昂。通過可制造性設計進行前瞻性考慮只是避免遇到任何DFM問題的眾多方法之一。上文列出的許多問題可以通過軟件自動識別(如Allegro® PCB DesignTrue DFM Technology軟件)。但是,如果您的軟件沒有DFM檢查功能,則必須自己手動識別并解決它們。

所有工程師都最不希望收到制造商的“電話”,告知他們的電路板未通過DFM檢查,因此在最終檢查中尋找上述問題非常重要——無論是通過自動檢查還是手動檢查。
 


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講師介紹

邵鵬,畢業于北京大學計算機系。歷任IBM、Intel中國研究院系統架構師,研究員。從事高性能服務器基礎架構研究,并負責從芯片到板級、系統全流程高速鏈路設計與仿真工作。

 

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