PCBA DFM可制造性设计规范

电子

　　1 目的与范围
　　本标准适用于公司电子产品的 PCB 工艺设计，主要适用于 PCB 的设计、PCB 投板工艺审查、单板工艺审查等活动。
　　2 术语与定义
　　2.1 DFM
　　DFM（Design For Manufacture）：可制造性设计。
　　2.1 PCB
　　印制电路板（Printed Circuit Board（缩写为：PCB））：印制电路或印制线路成品板的通称，简称印制板。它包括刚性、挠性和刚-挠结合的单面、双面和多层印制板。
　　2.2 覆铜箔层压板
　　覆铜箔层压板（Metal Clad Laminate）：在一面或两面覆有铜箔的层压板，用于制造印制板，简称覆铜箔板。
　　2.3 波峰焊
　　波峰焊（Wave soldering）：将熔化的软钎焊料，经过机械泵或电磁泵喷流成焊料波峰，使预先装有电子元器件的 PCB 通过焊料波峰，实现元器件焊端或引脚与 PCB 焊盘之间机械和电气连接的一种软钎焊工艺。
　　2.4 再流焊
　　再流焊（Reflow soldering）：通过熔化预先分配到 PCB 焊盘上的膏状软钎焊料，实现表面组装元器件焊端或引脚与 PCB 焊盘之间机械和电气连接的一种软钎焊工艺。
　　2.5 SMD
　　SMD（Surface Mounted Devices）：表面组装元器件或表面贴片元器件；指焊接端子或引线制作在同一平面内，并适合于表面组装的电子元器件。
　　2.6 THC
　　THC（Through Hole Components）：通孔插装元器件。指适合于插装的电子元器件。
　　2.7 导通孔
　　导通孔（via）：一种用于内层连接的金属化孔，但其中并不用于插入元件引线或其它增强材料。
　　2.8 盲孔
　　盲孔（Blind via）：从印制板内仅延展到一个表层的导通孔。
　　2.9 埋孔
　　埋孔（Buried via）：未延伸到印制板表面的一种导通孔。
　　2.10 过孔
　　过孔（Through via）：从印制板的一个表层延展到另一个表层的导通孔。
　　2.11 元件孔
　　元件孔（Component hole）：用于元件端子固定于印制板及导电图形电气联接的孔。
　　2.12 Stand off
　　Stand off：表面贴器件的本体底部到引脚底部的垂直距离。
　　2.13 Pitch
　　Pitch：器件相邻两引脚中心距。
　　3 可制造性基础知识
　　3.1 开展可制造性的设计的意义
　　对于电子产品，开展可制造性设计的意义如下： a）降低成本、提高产品竞争力
　　通过实施可制造性设计，可有效利用公司已有资源，低成本、高质量、高效率地制造出产品。如果产品的可制造性设计差，不符合公司生产特点，就要花费更多的人力、物力、财力才能达到目的。同时还要付出延缓交货，甚至失去市场的代价。
　　b）有利于生产过程的标准化、自动化，提高生产效率
　　DFM 设计把设计部门和生产部门有机地结合起来，达到信息互递的目的，使设计开发与生产准备协调起来统一标准，易实现自动化，提高生产效率。同时也可以实现生产设备的标准化，减少重复投入。c）新产品开发及测试的基础
　　没有适当的 DFM 规范来控制产品设计，在产品开发的后期，甚至在大批量生产阶段才发现这样或那样的组装问题，此时想通过设计更改来修正，无疑会增加开发成本并延长产品的上市周期。但是，如果不进行修改，批量生产造成的损失就会更大，所付出的代价将是前一阶段修改成本的数十倍以上。
　　3.2 工艺可制造性设计主要考虑方面
　　工艺可制造性设计主要考虑以下方面：
　　a）自动化生产所需的传送边、定位孔、光学定位符号；
　　b）与生产效率有关的拼板；
　　c）与焊接有关的元件封装、基板材质选择、组装方式、元件布局、焊盘设计、阻焊层设计；
　　d）与检查、维修、测试有关的元件间距、测试焊盘设计；
　　e）与 PCB 制造有关的孔设计、线宽和线距设计；
　　f）与装配、调试、接线有关的丝印字符；
　　g）与压接、焊接、螺装、铆接工艺有关的孔径、安装空间；
　　h）与热设计、EMC 等可靠性设计有关的焊盘、导线要求。
　　4 设计要求
　　4.1 PCB 设计总则
　　PCB设计总体要求如下：
　　a）推荐 PCB 宽厚比：Y/Z≤150，尺寸标注如图 1 所示；

　　b） PCB 过孔厚径比（板厚/最小过孔直径）≤10；
　　c）传送边不满足禁布区要求时，必须在相应板边增加辅助边，保证传送边至少 5mm 的宽度（可包含铣槽间距），另外注意增加的辅助边（不包含铣槽）一般不要小于 2mm 宽；传送边一般可以作为插入静电架的支撑边，但有时需另外设计支撑边以满足需要，这需同工程部门协商确定；
　　d）当传送边也作为插入静电架的支撑边时，所有器件引脚焊盘边缘或器件本体距离传送边≥5mm；否则，仅需要贴片器件焊盘或器件本体距离传送边有 5mm 间距。
　　e）从减少焊接时 PCB 的变形考虑，对不作拼版的 PCB，一般将其长边方向作为传送方向；对于拼板也应将拼版后长边方向作为传送方向；对于短边与长边之比大于 4/5 的 PCB，可以用短边传送；
　　f）波峰焊能够承受的 PCB 焊接面尺寸，老线体：最大宽度 305mm，最大可焊接面 295mm；新线体：最大宽度 450mm，最大可焊接面 440mm；
　　g）线体承受PCB 长宽：最小为 50mm×30mm；最大为 510mm×450mm。
　　4.2 拼板及辅助边设计
　　4.2.1 V-CUT 连接
　　V-CUT连接要求如下：
　　a）板与板之间为直线连接，边缘平整，且不影响器件安装的 PCB 可用此种连接，V-CUT 为直通型，不能在中间转弯和分段，如图 2；

　　b）V-CUT 要求 PCB 的板厚≤2.0mm；
　　图2V-CUT 示例
　　c）V-CUT 线两边（T&B 面）要求各自保留不小于 1mm 的禁布区，以避免分板时损坏器件；
　　d）总板厚（H）、剩余板厚（T）、V-CUT 角度之间的关系如图 3 所示：

　　对于 PCB：
　　图3板厚与 V-CUT 角度示意图
　　1）板厚 H≤0.8mm 时，T=0.35±0.1mm；
　　2）板厚 0.8＜H≤1.6mm 时，T=0.4±0.1mm；
　　3）板厚 H＞1.6mm 时，T=0.5±0.1mm。
　　e）
　　需考虑 V-CUT 边缘到线路（或焊盘）边缘的安全距离“S”，以防止线路损伤或露铜，如图 4 和表 1 所示：

　　4.2.2 邮票孔连接
　　邮票孔连接要求如图 5：
　　a）推荐铣槽宽度为 2mm，局部最小宽度不小于 1mm；
　　b）邮票孔设计：孔直径 1.0mm，孔间距 1.27mm。两组邮票孔之间间距推荐为 50mm；

　　C）拼板分离后若结构装配上要求其边缘整齐，推荐将分离孔中心设计在子板的边线上或稍内处，如图 6 所示；

　　d）采用 V-CUT 或邮票孔连接时，需要考虑分板对应力敏感器件产生的应力损伤：
　　1） BGA 焊盘边缘距离 V-CUT 或邮票孔≥20mm；
　　2） 1206 以下多层陶瓷电容与 V-CUT、邮票孔的距离≥3mm（推荐≥5mm），如图 7 所示。

　　4.2.3 拼板方式
　　拼板方式要求如下：
　　a）一般原则：PCB 单元尺寸＜50*50mm 时，推荐做拼板；
　　b）拼板的尺寸应以制造、装配、和测试过程中便于加工，不因拼板产生较大变形为宜，推荐拼板后的 PCB 尺寸不超过 330mm×250mm；
　　c）拼板内的单元板方向应尽量一致；
　　d）若 PCB 经过回流或波峰焊接工艺，且单元板板宽尺寸＞60mm，在垂直传送边的方向上拼板数量不应超过 2，如图 8 所示；

　　e）如果单元板尺寸很小，在垂直传送边的方向上拼板数量可以超过 3，但垂直于传送边上的总宽度不能超过 150mm，且需在生产时加辅助工装夹具以防止单板变形；
　　f）垂直传送边方向上的拼版数量若在 2 个及以上，推荐在平行传送方向拼版间使用邮票孔连接；
　　g）需要 SMT 和波峰焊的单板，板边允许有缺口，但缺口尺寸须小于所在边长度的 1/3，应该确保PCB 在链条上传送平稳，如超出需添加辅助块进行补齐，如图 9 所示；

　　h）板边连接器（包含压接件、贴片、插件）除引脚外若有其他部分向安装面下延伸，延伸处不能和 PCB 有干涉，如下图 10，尤其容易忽略的是红色区域不要放置邮票孔。

　　4.3 基准点设计
　　基准点设计要求如下：
　　a）光学定位基准符号主要包括拼板、整板两种，如图 11 所示；

　　b）形状/大小，如图 12 所示：
　　1）直径为 1.0mm 的实心圆。阻焊开窗：以基准点为圆心，直径为 2.0mm的圆形区域；
　　2）直径为 1.0mm 的实心圆。阻焊开窗：以基准点为圆心，直径为 2.0mm 的圆形区域。保护铜环：以基准点为圆心，对边距离为 3.0mm 的圆形铜环，铜环线宽 10mil。

　　c）光学定位基准符号必须赋予坐标值（当作元件设计），不允许在 PCB 设计完后以一个符号的形式加上去；
　　d）基准点可以放在插件元器件的边框线内，或是插件元器件的腹下；
　　e）需要拼板的单板，每块单元板上尽量保证有基准点，若由于空间原因单元板上无法布下基准点时，则单元板上可以不布基准点，但应保证拼板工艺边上有基准点；
　　f）光学基准点中心应离板边 5.5mm 以上，光学点中心周围 1.5mm 范围内不能有贴片器件；
　　g）基准点在 paste 层必须有和焊盘等大的图形；
　　h）单面基准点的数量最少 2，个，推荐使用三个。
　　4.4 器件布局要求
　　4.4.1 器件布局通用要求
　　器件布局通用要求如下：
　　a）有极性或方向性的 THD 器件在布局方向上要求方向一致，并尽量做到排列整齐。对于 SMD
　　器件，不能满足方向一致时，应尽量满足在 X、Y 方向上保持一致，如钽电容；
　　b）需点胶的器件在点胶处留出至少 3mm 的点胶空间，器件出脚需要点胶，引脚中心 3.5mm 半径范围内禁布测试孔或测试盘，如图 13 所示；

　　c）需要安装散热器的 SMD 应注意散热器的安装位置，布局时要求有足够的空间，确保不与其它器件相碰，确保最小 1.0mm 的距离满足安装空间要求；还需注意散热器下除散热器件外，不应有高于散热安装面的器件，建议高度间隙不少于 0.5mm；
　　d）器件（如内存条、束线座等）之间的距离要求满足不影响正常操作的空间；
　　e）不同属性（如有电位差、不同的电流-地属性等）的金属件（如散热器、屏蔽罩、晶振等）或金属壳体的元器件不能相碰，确保最小 1.0mm 的距离满足安装空间要求；
　　f）晶振、放电管等金属外壳元件腹下表层不能布线、不能放置非地过孔，在满足电气性能的条件下，允许敷地铜；
　　g）对于单板尺寸较大（如非传送边大于 250mm），较重的器件（主要指 BGA 芯片）尽量不要布置在 PCB 的中间，以减轻由于器件的重量在焊接及返修过程对 PCB 变形的影响；
　　h）对于单板尺寸较大（如非传送边大于 250mm），为防止印刷时变形，要求在首次加工面留出支撑点，在支撑 pin 留出范围内，禁布 SMD 器件；
　　i）二极管/三极管优先放在正面，如必须放置在背面时，不能采用红胶工艺直接暴露于锡铅波峰中焊接；
　　j）测试点的要求：目前我公司还未使用到 ICT 测试，因此测试点目前的作用仅应用于调试和维修，规定测试点单位面积密度不高于 5 个/cm2，可以使用过孔作为测试点。测试点到铜箔间距请参考孔到铜箔间距。建议 BGA 下测试点阻焊不开窗。
　　4.4.2 回流焊
　　4.4.2.1 SMD 器件的通用要求
　　SMD器件的通用要求如下：
　　a）元器件尽量放在主元件面，IC 不建议放置在背面，避免背面器件超重导致焊接掉件；
　　b）细间距器件推荐布置在 PCB 同一面，且不要靠近印制板边缘放置以免影响印锡质量。细间距器件距离板边≥10mm；
　　注：细间距器件：pitch≤0.8mm 的BGA，pitch=0.4mm 的 QFP 或 SOP。
　　c）有极性的贴片尽量同方向布置，防止较高器件布置在较低器件旁时影响焊点的检测，≤45°，如图 14 所示；

　　d）贴片电感中若器件有引线引出到安装面时，需注意焊端性质仔细评估，此种器件容易出现滑移偏位现象，如图15。

　　4.4.2.1 SMD 器件布局要求
　　SMD器件布局要求如下：
　　a）对于引脚间距≤0.65mm 的表面贴装翼型引脚器件。不推荐器件本体重叠，作为兼容设计，以SOP 封装器件为例，如图 16 所示：

　　b）对于片式器件的兼容替代，要求两个器件封装一致；
　　c）在确认 SMD 焊盘以及其上印刷的锡膏不会对 THD 焊接产生影响的情况下，允许 THD 与 SMD重叠设计，如图 16 所示；

原作者： LONY CHEN SMT之家

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