面向电子装联的PCB可制造性设计

1、前言

随着通信﹑电子类产品的市场竞争不断加剧，产品的生命周期在不断缩短，企业原有产品的升级及新产品的投放速度对该企业的生存和发展起到越来越关键的作用。而在制造环节，如何在生产中用更少的导入时间获得更高可制造性和制造质量的新产品越来越成为有识之士所追求的核心竞争力。

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：

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。

类型相似的元件应该以相同的方向排列在板上，使得元件的贴装、检查和焊接更容易。例如使所有径向电容的负极朝向板件的右面，使所有双列直插封装(DIP)的缺口标记面向同一方向等等，这样可以加快插装的速度并更易于发现错误。如图2所示，由于A板采用了这种方法，所以能很容易地找到反向电容器，而B板查找则需要用较多时间。实际上一个公司可以对其制造的所有线路板元件方向进行标准化处理，某些板子的布局可能不一定允许这样做，但这应该是一个努力的方向。

还有，相似的元件类型应该尽可能接地在一起，所有元件的第一脚在同一个方向，如图3所示。

但笔者确实遇见过相当多的PCB，组装密度