一個優(yōu)秀的
PCB設(shè)計工程師,必須綜合生產(chǎn)工藝和測試工藝進行考慮,才能順利地設(shè)計出好產(chǎn)品。這也涉及
PCB設(shè)計中的可制造性和可測試性。在實際設(shè)計中,這兩點往往容易被忽略。
筆者曾經(jīng)在做Bonding、SMT、THT工藝焊接的OEM時,經(jīng)常遇到由于設(shè)計者不了解生產(chǎn)、測試工藝,導(dǎo)致設(shè)計的PCB產(chǎn)品無法順利加工,而遭到各OEM廠商的拒絕,最后要么造成批量報廢,要么以極高的加工費向OEM廠商求饒,甚至需要請客送禮;這也是部分客戶為降低損失、達成合同交貨期而不得不實施的行為。
記得在99年時,曾接到中山客戶的一個做手持對講機項目,是10,000多片對講機板的SMT加工,此板安裝密集且為雙面表貼,板上應(yīng)用了大量的片狀電感、小容量電容和片狀可調(diào)電容。在加工打樣后,發(fā)現(xiàn)以下問題:
1、 PCB為不規(guī)則圖形,四周器件均靠近PCB外沿且無副邊(工藝邊),無法在貼片機上傳輸;
2、 PCB上沒有設(shè)置Fiducial Mark(機器視覺識別標(biāo)志),只好利用PCB上的器件焊盤做為Mark點,但由于焊盤離阻焊層太近,阻焊層的反光使得機器識別率低,機器經(jīng)常停機報警;
3、 個別過孔(Via)離焊盤太近,回流時造成焊錫流失,焊盤上錫少;
4、 可調(diào)電容的焊盤設(shè)置的太寬,由于可調(diào)電容面積大、重量輕,當(dāng)錫熔融時的浮力和表面的張力使得所有可調(diào)電容均出現(xiàn)漂移。
由于PCB存在以上問題,我們向客戶表明無法承接此訂單,但客戶百般懇求,因為他們所接為國外訂單,簽有嚴(yán)格的合同及違約責(zé)任,且之前已經(jīng)找過兩個加工單位均被拒絕,生產(chǎn)時間非常緊迫。最后,我做了一個PCB的托模(將PCB嵌入式固定),才艱難的將此訂單做完,為此客戶也付出了近十倍的加工費。
以下所寫文字,多來自于筆者多年的經(jīng)驗與工作中的案例,也是在產(chǎn)品設(shè)計中的一點思考,希望能對PCB設(shè)計工程師有所幫助。
1.0 了解焊接工藝和設(shè)備
很多的設(shè)計工程師并不了解組裝工藝和設(shè)備,即認(rèn)為產(chǎn)品的生產(chǎn)與自己無關(guān);這樣設(shè)計出的產(chǎn)品在組裝時往往容易出現(xiàn)這樣那樣的問題,甚至直接影響到生產(chǎn)效率和成品率。這種問題在大批量生產(chǎn)時會尤為突出。所以對工藝和設(shè)備的了解是必要的。
例如:由于手工浸焊質(zhì)量差、效率低、不能適應(yīng)大生產(chǎn)和自動化作業(yè)的要求,取而代之的大都是波峰焊。但是,包括波峰焊、切腳機、貼片機、自動印刷機在內(nèi)的幾乎所有自動化設(shè)備均采用軌道式傳輸方式,而軌道式傳輸一般要求PCB要有至少兩個平行的對邊,且靠邊的3~5mm不能有器件(要被壓在軌道里)。所以在PCB設(shè)計時,若安裝密集元件,當(dāng)需要將器件放到靠近側(cè)邊時,就要考慮給PCB增加工藝邊(即常說的“副邊”);若元件安裝不是很密集,就應(yīng)在設(shè)計時避免將器件放得太靠邊。否則,PCB對于自動化設(shè)備的適用性就會受到限制。
1.1 當(dāng)前主要的PCB裝聯(lián)工藝有:
? SMT(Surface Mount Technology)表面安裝工藝:適用于表貼元器件的焊接。
? THT(Through Hole Technology)通孔工藝:主要以波峰焊接工藝為主,應(yīng)用于通孔元件的焊接(少量場合,也有將其應(yīng)用于表貼元器件)。
? Bonding(邦定)工藝:主要應(yīng)用于裸片(Bare Die)與PCB的裝聯(lián)。
1.2 本公司現(xiàn)有設(shè)備對PCB外形尺寸的要求:
設(shè)備名稱 |
設(shè)備型號 |
PCB SIZE(min) |
PCB SIZE(max) |
用途 |
貼片機 |
CP40LV+ |
50×30×0.38 |
460×400×4.2 |
用于表貼元器件的安裝 |
邦定機 |
BONDA101 |
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170×170 |
用于裸片的焊接 |
回流焊 |
MA-300R |
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460×280 |
用于表貼元器件的回流/再流焊接 |
切腳機 |
BT-6A |
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380×230 |
用于通孔元器件的切腳 |
洗板機 |
PTO/3006 |
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260×160 |
用于PCA的清洗 |
小錫爐 |
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270×220 |
用于通孔元器件的手工浸焊 |
大錫爐 |
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460×315 |
用于通孔元器件的手工浸焊 |
2.0 再流焊接工藝要求元件的最小間距
再流焊接工藝有可能造成元件或引線之間的短路。究其原因,可能是因為以下幾種情況:
? 鋼網(wǎng)印刷的焊膏印象圖形與焊盤圖形未能完全吻合;
? 焊膏粘度偏低或觸變性差,導(dǎo)致焊膏坍塌,形成焊膏連條,載流焊后形成小錫珠或橋接。
? 泳動效應(yīng)。焊膏熔化時,元件受本身重力、焊錫潤滑力、熔融焊膏表面張力的作用,可能偏離焊盤,與鄰近焊盤搭接。
因此,放置的各元件之間必須有一定間距,以避免形成短路與橋接。一般情況下,相鄰元件的安全間距應(yīng)≥26mil。
3.0 波峰焊接工藝要求元件的最小間距
波峰焊接時,由于熔融焊錫張力、金屬表面潤滑等諸多因素,在間距過小的焊盤或通孔之間可能產(chǎn)生焊錫橋接。為了減少這種焊接缺陷,設(shè)計時應(yīng)預(yù)保留元件間的合理間距。一般情況下,相鄰元件(通孔元件)的安全間距應(yīng)≥50mil。
4.0 Bonding(邦定)工藝對PCB的要求
4.1 邦定板的外形尺寸
邦定電路板的外形尺寸不宜設(shè)置得太大,一般情況下,建議小于100 mm×100mm。因為太大的PCB會對Bonding(邦定)工藝提出很高的要求,例如Bonder、邦定精度、鋁盒等,且會使烘箱的使用效率降低。如果是外協(xié)加工的話,還可能導(dǎo)致加工費用增高。除非您具有相當(dāng)于“ASM AB559A”的加工能力。如果需要應(yīng)用于較大面積的PCB,建議先設(shè)計成模塊化的小板,然后再進行組裝,這樣會具有更好的靈活性。
4.2 Bonding工藝對PCB鍍層的要求
PCB的表面處理主要有裸銅(不鍍)、鍍鎳、鍍金、鍍錫等幾種,其中裸銅(不鍍)和鍍錫的PCB不能應(yīng)用于Bonding工藝。所以,在設(shè)計Bonding板時,應(yīng)避免采用裸銅(不鍍)和鍍錫工藝。
4.3 邦定位的布線寬度
邦定位的布線寬度允許在4mil~10mil之間變化,通常設(shè)計取5mil~6mil。
4.4 邦定位的阻焊設(shè)置
由于電路板的生產(chǎn)誤差,可能導(dǎo)致金手指上附著部分油墨,導(dǎo)致邦定工藝打線不良。為避免這一問題,在阻焊層的邦定位置,應(yīng)根據(jù)邦定位尺寸放置一個尺寸為ø200mil~ø500mil的實心圓。同時,這樣也可以提高邦定膠與基板的附著力。
4.5 載片島(襯底)的設(shè)計
載片島的尺寸一般稍大于裸片的管芯尺寸或等于管芯尺寸。注意:載片島上一般不可設(shè)置通孔,通孔會使粘片膠流失,從而造成固晶不良。
4.6 載片島周圍的距離
在載片島與金手指之間,必須設(shè)置合理的間距,以適應(yīng)邦定的生產(chǎn)工藝,便于邦定線弧的形成。
目前,國內(nèi)邦定行業(yè)中,幾乎均采用手工固晶,比較容易產(chǎn)生偏差或管芯偏移。因此,載片島與金手指的間距設(shè)置十分重要。若此間距過小,可能會導(dǎo)致金手指與管芯襯底短路,或者形成一個固定阻值,導(dǎo)致芯片工作異常;若此距離過大,就會使邦定的線弧變長,膠點變大,可靠性降低。
一般的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)是,對于對于127×129mil 48線的管芯,此間距應(yīng)≥32mil,在32mil~48mil之間。
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