PCB设计生产易发生的22个错误总结,秒懂!

时间2023/8/28 19:06:38
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PCB设计生产易发生的22个错误总结,秒懂!

之后我会在这里和大家分享 DFM可制造性分析PCB设计DFM工具电路设计等相关的知识,请大家多多指教。

今天给大家分享的是在生产制造前可以避免的 22 种 PCB设计错误

身为工程师应该都有过这样的经历吧,辛苦完成项目板子如释重负,送去打样,样品出来,一夜回到解放前。

板子具体的问题,有的是设计的问题,有的是生产制造的问题。当然有很多问题都可以在生产制造前给避免掉。

这里介绍在PCB生产制造前可以避免的22个PCB设计错误,帮你构建高效制造且无缺陷的PCB。

这里主要分为 2 个部分:

1、PCB 可制造性设计

  • 不完整和无效的设计文件
  • 基材材料不当
  • 走线宽度不当
  • 走线间距不当
  • 酸性陷阱
  • 迹线或者钻孔到边缘的间距不足
  • 钻孔过程错误
  • 环形圈的缺陷
  • 阻焊层错误
  • 铜和阻焊条
  • 散热器-多余的热量
  • 丝网印刷错误

2、面向装配的PCB设计

  • 数据效率低下
  • 选择错误的组件
  • 组件可用性
  • 足迹不正确
  • 元件间距不足
  • 组件到边缘的间距不足
  • 焊盘尺寸和间距不正确
  • 丝印错误
  • 高温误差

PCB 可制造性设计

可制造性设计 (DFM) 是一套用于识别电路板中可能存在的错误的指南。在设计阶段纠正这些问题可以使电路板生产更有效率,并避免生产过程中的任何延误。通常,每个制造商都有一个他们自己的独特的 DFM 清单。

一、不完整和无效的设计文件

无论是 Gerber 还是 ODB++亦或者是BOM文件,输入文件都包含重要信息,例如层图像、物料清单、电路板轮廓、IPC 网表、主图纸和层顺序。

规范中的任何混淆都可能在后期阶段产生问题。因此,在提交生产之前检查所有强制性文件。下面列举了一个DFM 工具所要求的 Gerber 文件和 BOM 文件的格式。

设计文件格式

设计文件格式

二、基材材料不当

一些电路根据其功能需要特殊材料。例如,典型的基板不能很好地处理高频信号。这里就需要制造商讨论材料要求,并在初始阶段选择合适的 PCB 基板材料。

PCB制造材料

三、走线宽度不当

铜迹线连接电路中的所有组件。迹线中的任何缺陷都可能导致短路、信号失真和散热。导体(迹线)的载流能力随其宽度的增加而增加。

如果更高的电流流过线路,则散发的热量会更多,从而导致电路板过热。因此,根据你的电路要求优化导体宽度,并确保外层走线宽度保持在 4 mil 以上。

你可以使用在线工具进行优化走线宽度、电流容量和温升。

走线宽度

四、走线间距不当

确保不要为了使电路布局更紧凑而牺牲导体间距,走线间距太小会导致闪络和串扰

你应该遵循标准指南并在导体之间提供足够的间隙,与走线宽度一样,你可以使用导体间距和电压计算器计算导体之间的最佳间距。

走线间距

五、酸性陷阱

在走线布线过程中,如果任何一条线形成锐角(低于 90°),就会形成酸阱。在蚀刻过程中,残留的酸会被困在弯曲区域,这会导致走线的过度蚀刻。

如下图所示,通过在布线时防止锐角弯曲来避免酸陷阱。

酸陷阱形成

六、迹线或者钻孔到边缘的间距不足

你应该在电路布局中保持边缘和走线之间的最佳间距。如果你因为一些原因减少空间,那么在去金属化过程中,外部导体可能会被部分剃掉或者切割。

铜和电路板边缘之间的间距不足会导致铜裸露和边缘出现毛刺。

钻孔到边缘的距离

七、钻孔过程错误

在印刷电路板中,制造商会为各种目的钻孔,例如过孔、对齐、元件放置等。钻孔是一个不可逆的过程任何不需要的钻孔都可能让你的设计功亏一篑。

其他需要考虑的因素是尺寸、间距、纵横比、板上的孔数和机器类型(激光/机械)。

影响钻孔的常见错误是孔环和钻孔到铜的距离不足

钻孔规范

八、环形圈的缺陷

环形环将通孔连接到迹线,如果环形圈的直径不足,它将断开导体和过孔之间的信号流。

完成的钻孔可能有 ±2 密耳的公差,因此当小于 2 密耳时,环形圈可能会出现破裂。这会导致开路。

除此之外,元件孔的环形圈不足会导致组装后焊点不良

环形环放置

九、阻焊层错误

PCB 上的阻焊层保护表面免受污染并隔离连接。制造商在焊接过程中揭露放置元件的区域(足迹和焊盘)。

如果通孔掩模开口与相邻元件开口之间没有适当的间隙,则可能会在组装过程中形成焊桥,这会导致焊点不良且效率低下。

因此,必须在通孔开口和相邻元件开口之间保持所需的阻焊层。

焊桥的 CAM 快照

另一方面,不适当的阻焊层会导致形成焊孔,暴露的铜容易受到腐蚀。

十、铜和阻焊条

铜条是在印刷阶段形成的松散结合的薄残留铜段,在电镀过程中,这些松散连接的细长条会脱落并落入电镀液中。

这些光刻胶碎片可以共同沉积在电路板上的任何地方,从而导致短路。与此同时,去除光刻胶的区域会导致电路板上出现不需要的铜,这可能会影响电路板的功能

铜条风险

阻焊层的成像过程中会形成阻焊条,在阻焊层处保留阻焊层以避免焊料桥接。

当水坝小于 4 密尔时,这些松散结合的水坝有可能变成条子并在开发阶段被冲走。

阻焊层条风险

十二、散热器

焊接过程会产生过多的热量,可能会损坏电路板。为避免这种情况,你必须提供足够的散热衬垫。

导热垫由称为“热量”的小铜辐条组成,以帮助导热。

如果这些热量与焊盘或平面断开连接,则它们被称为饥饿热量。这些热量不足会导致导热性差并使电路板过热。

断开的热量

十三、丝网印刷错误

丝网印刷是在制造过程的后期进行的。印刷时,如果丝印重叠在焊盘、PCB 表面、孔等处,可能会在组装过程中产生问题。

例如,如果丝网印刷在焊盘上,它会熔化到焊点中并产生不连续性。

面向装配的 PCB 设计

装配设计 (DFA) 过程缩小了设计师的愿景与生产过程的现实之间的差距。

你需要检查组件可用性和位置,了解DFA可以帮你简化 PCB布局以降低项目的总体成本并降低设计失败的概率

以下是 PCB 设计中一些最常见的 DFA 错误:

十四、数据效率低下

与 DFM 类似,你应该在设计进入装配过程之前验证所有基本数据表验证关键参数,如封装尺寸XY 数据、DNI 规格、SI 数据、零件编号等。这样的话,可以避免之后的更正和确认。

验证关键参数

十五、选择错误的组件

零件的选择会影响装配过程。例如,与表面贴装技术 (SMT)相比,通孔元件需要复杂的制造工艺。因此,最好只在需要时使用它们。

始终选择标准组件而不是自定义组件,因为标准元素很容易从多个供应商处获得。由于你只能从选定的供应商处采购定制零件,因此它们通常不适合大批量生产,而且还会增加成本。

提供不同类型的组件

十六、组件可用性

在构建物料清单 (BOM) 之前,应该始终确认部件的可用性。如果供应短缺,你应该准备好使用来自不同供应商的替代组件。目前市面上也有很多BOM物料查询的网站,如下图,会提供物料,以及缺货等提示。

图片来源于findIC

十七、物件封装不正确

BOM 指定组装电路板所需的所有组件。如果 BOM 中指定的组件尺寸与CAD封装数据不匹配,则将很难完成电路。这将对自动化装配线造成重大困难。

纠正这种情况将很费时,也会增加成本。因此,请在设计阶段仔细检查组件尺寸。

十八、元件间距不足

在元件放置过程中,间距不足会导致零件重叠、形成焊桥等。在零件之间提供足够的间隙也有利于手动焊接和返工。特别注意 QFP/QFN、POP 或 BGA 等敏感元件的间距。

有时,元素会紧密放置以实现更小的外形尺寸。最好遵循间距指南,以确保零件间距零误差。

下图显示了 PCB 上的首选组件布局。

PCB 上的首选组件布局

十九、组件到边缘的间距不足

完成组装过程后,面板将经过分板过程。在此过程中,电路板末端的部件将不得不承受可能损坏它们的高应力。因此,在组件和边缘之间提供足够的间距。此外,间距选项因不同的装配工艺而异。

与自动组装相比,在手动组装中,你可以将单元放置得更靠近边缘。

标准组件到边缘间距

二十、焊盘尺寸和间距不正确

选择较小的焊盘尺寸会在 SMT 元件中产生较差的焊点,甚至在应用于通孔部件时可能会断裂。

使焊盘尺寸尽可能大可能不是解决方案。较大宽度的焊盘会占用更多空间,并且会使 SMT 元件在焊接时从其位置移动。

与焊盘尺寸类似,焊盘间距不能太近或太远,因为它们在放置元件时会造成问题。

二十一、丝印错误

丝印层包含许多重要信息。一些示例是元件方向标记、引脚 1 标记、极性标记、阴极标记等。

如果这些细节缺失或不清楚,那么装配厂将浪费时间来确认正确的数据。

在最坏的情况下,如果丝网印错了极化等数据,组装人员相应地安装了元件,那么电路板可能会出现故障。你需要在组装开始前确保丝印的可读性良好。

PCB丝印规范

二十二、高温误差

制造商在焊接过程中需要适当小心,因为它会产生过多的热量,从而损坏电路板。控制此过程中产生的热量至关重要。提供足够的导热垫以有效散热。

DFM和DFA 指南可以帮你规避掉一些PCB设计问题,可以将设计错误的影响降至最低。

目前市面上还是有一些DFM设计工具的,我自己也有试用到一些还不错的工具。大家可以自己去选择。

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