PCB与PCBA工艺复杂度的量化评估与应用初探

问题背景和目标
随着电子信息产品的精度和复杂 度越来越高，对PCB和PCBA的设计、 制作，以及PCBA组装都会带来新的 挑战和难度。而在我们的工作当中， 因为缺乏对PCB和PCBA量化的评估， 不知道如何区分普通和复杂的PCB和 PCBA的设计，并采用什么样的方式来处理。

基于上述考虑， 我们参考了业 界已有的作法， 设计了一个P C B 和 PCBA的工艺复杂度计算公式以解决这 方面的问题。另一个方面，在工程能 力方面，做了一些针对性的工作，来 达到高质量和低成本的这样一个目标。

高复杂PCB的特点
从我们的具体情况看，高复杂度 PCB有以下特点：大尺寸、高层数（ 18层以上）、1+10+1甚至1+16+1的 H D I设计、线宽线距密（例如3 / 3、 3/4、4/4）、高孔厚径比（例如10： 1以上，最多达到13.5：1），以及采 用了一些新的表面处理方式（如化学 锡、化学银）。这样的板子我们定义 为高复杂度的PCB。

PCB复杂度的量化
那么，我们现在给出的高复杂度 PCB定义有四个条件：1、层数＞18的 （背板层数＞20）；2、有HDI、机械 埋盲孔、平面埋容、背钻等特殊工艺 的；3、厚径比＞10：1的；4、外形 尺寸接近极限的（最小线宽线间距＜ 4mil；孔到线的距离，包括内层孔到线 的距离＜10mil）。

高复杂PCBA的特点
从我们目前的情况看， 高复杂 PCBA的有以下几个特点：1、器件总 数多，最多达到7,000-8,000个；2、 结构件安装复杂；3、面阵列器件多， 甚至一块板子有60多个面阵列器件， 包括CSP和BGA；4、双面布局；5、 阻容匹配器件多， 而且基本上都是 0402或者0805的阻/容排；6、SMT和 THT混合。

PCBA复杂度量化公式
我们开始采用PCBA复杂性指数的 计算公式就是考虑这几个因素：1、元 件和焊点的数量；2、单面还是双面布 局；3、是否有很多混合组装；4、焊 点密度。

PCBA复杂性指数 Ci＝[(元件数量 +焊点数量)/100]×S×M×D 其中： S = P C B 的面数（ 对于 双面P C B ， S = 1 ； 对于单面P C B ， S = 1 / 2）；M=工艺混合程度（混合 程度高时，M = 1；混合程度低时， M=1/2）；D=焊点密度，焊点数/每平 方英寸/100。

在这几个因素之外，我们还考虑 了另外三个方面的问题，1、是否采用 了以前未用过的组装工艺？2、是否用 了新的板材或辅料？3、有无特殊的装 配和装联的要求？从这三个方面按照 不同的权重进行加分。

复杂度小于50的，就是非常简单 的板；复杂度为50～125，属于中等复 杂板；复杂度大于125的，就属于高复 杂度板了。这个定义大家可以根据自 己的情况进行调整。例如，我们最早 的时候对于复杂度大于80的板子就认 为很复杂了，但是现在随着能力的提 升，大于125才算是比较复杂的板子。

如何做好高复杂PCB与PCBA
我们通过量化PCB和PCBA的复杂 度，也就确定了需要重点关注的PCB和 PCBA，接下来需要从两个方面进行努 力：一是从工程设计时做好这些PCB和 PCBA的DFM；二是针对这些PCB和 PCBA需要选择工程能力特别强的供应 商。

高复杂PCB的DFM
我们在做高复杂度的P C B 的 DFM时，需要在供应商、材料、设计 等方面特别注意，比如说在PCB设计 时，层数越多，层对位精度就会下降， 因此，在考虑孔径和孔到线的距离时要 特别小心。同样，过孔的孔宽尺寸也要 加大，因为对位不精确，钻孔的时候就 有可能会破盘。因此，我们在设计层数 较多的板子时，要适当加大内层的孔盘 直径。此外，我们在考虑孔壁到走线的 距离时，要特别注意高Tg板在热冲击条 件下的缩孔问题。

高复杂度PCB设计时，还要小心表 面处理的问题。从我们目前使用的情况 来看，热风整平对高层数、大尺寸高复 杂度板是不太适合的。对于ENIG，由 于在高复杂度板上的一些细间距、密间 距的器件，焊盘的尺寸非常小，这样会 对黑盘的敏感性大大增加，所以我们现 在高复杂度的板子上，已经基本上禁止 使用ENIG表面处理。对于OSP，需要 考虑它对ICT测试的适应性问题。

高复杂PCBA的DFM
对PCBA的DFM方面，优先选择回 流焊接的工艺路线，少量插件，如同 轴连接器、电缆连接器等考虑使用通 孔回流焊接。在插件数量较多时，应 考虑集中布局，采用回流焊接加局部 波峰焊或选择性波峰焊的工艺路线， 避免手工补焊。

此外，在图形定位精度、器件种 类的多样性对组装过程和钢网设计的 影响、设备的组装能力和保养等各个 方面都要有相应的要求。

EMS厂家的高复杂PCBA组 装工程能力
对EMS厂家来说，我们遇到的最 大问题是EMS厂是不分级的，从人员 素质、设备能力、现场工艺控制能力 看是否适合做高复杂度板，没有一个 明确的定位。我们曾经也考虑过对不 同的供应商采用不同的办法，例如采 用定线的办法来解决。但是，能不能 对整个EMS厂能力的提高，以及人员 能力的提升是否有一个明确的要求？ 而且，你定的那条线，能力是否可以 量化也存在问题。比如一个复杂度在 200以上的板子，对应的人员的技术能 力、设备能力到底是什么样的一个对 应关系，现在也说不太清楚。

高复杂PCBA组装要求
无论是提供组装服务的E M S 厂 家，还是我们自己做加工，对于高复 杂度PCBA的控制来说，都可以量化为五个方面——人、机、料、法、环。

人：指定专门的生产线加工高复 杂度板，对其设备保养和操作人员制 定严格的规定和要求，包括培训、考 试、上岗标准等等。

机：对每条高复杂度产品生产线 的每台设备都有严格的控制要求，包 括严格的操作指引、检查要求等都有 详细的规定。

料： 控制和减少管式物料； 0402、0201微型器件的尺寸稳定性、 焊端一致性要好；注意检查PCB是否 有明显变形；各种类型的器件镀层、 焊端对焊接温度的要求要基本一致； 大尺寸连接器与模块封装回流焊接变 形的尺寸要在允许的范围内等等。

法：对于工艺规程的控制，我们 现在是对高复杂度PCBA的组装有一个 30多页的控制规程，每个步骤，包括上 板之前，到印锡、锡浆的更换和添加， 到钢网的上机前的检查，还有擦网纸、 洗板水等等都有严格的控制要求。

环：在物料存储的环境条件、防 静电管理、潮湿敏感器件管理、IC类 器件的存储和周转分发等各个方面都 要进行严格的控制。

PCB与PCBA复杂度量化方法的应用价值
E M S 厂家对于不同的复杂度 PCBA，在人员组成、设备配置、过程 控制上采用不同策略，形成分层的加 工能力，满足不同客户需求；可以根 据不同的PCBA复杂度，要求不同的加 工费用。

通过高复杂PCB与PCBA的运作， ODM厂家PCB制作成品率与PCBA组 装质量提升明显，减少了返工的成本 与可靠性隐患，取得了很好的经济效 益，还可用于评估人员投入、工艺设 计策略、管理模式优化。

目前，PCB与PCBA的量化标准有 少数公司在应用，但还没有得到业界 的广泛认可与应用；而且量化标准所 涉及的项目还不够完善，有待于进一 步优化，需要业界同行一起参与，形 成统一的PCB与PCBA的量化标准并在 行业中推行。