文章来源：表面贴装与微组装工艺技术

左彩红，龚弦，周瑞浦，迮晓青

重庆金美通信有限责任公司

摘要：为保证电子产品实现有效的电子装联，应从设计源头进行分析策划，在PCB设计阶段充分考虑后期的电气组装。本文主要从PCB焊盘的可制造性设计、元器件布局、工艺性设计和PCB三维设计等方面进行分析，提出一些前期设计应遵循的设计规范要求，从而减少后期加工带来的返工。

关键词：焊盘可制造性设计  元器件布局  工艺性设计  PCB三维设计

Key words: Pad Manufacturability Design  Component Layout    Process Design   PCB 3D Design

1 概述

在以往PCB设计中，为了满足用户交期，过分强调设计速度，往往忽视了生产工艺，导致样机在科研试制阶段中出现各类问题，需反复修改且不方便修改，不仅没有缩减生产周期，反而提高了生产成本。因此，PCB设计时应充分考虑后期的可制造性，本文主要从焊盘的可制造性设计、元器件布局、工艺性设计和PCB三维设计等方面进行分析，提出一些前期设计应遵循的设计规范要求，避免产品“带病”投产的隐患，同时减少一些由于后期样机试制带来的返工浪费，充分保证后期的可制造性，从而提升产品的生产效率和产品的可靠性。

2 概念简介

电子装联技术是工艺工作的重要组成部分，也是电子产品设计和工艺的主要薄弱环节，包括从产品设计的可制造性、可组装性、可测试性、可维修性、可靠性和环境适应性等各方面的过程管控和优化，是各加工制造和管理技术的总和。

PCB可制造性包括PCB印制板（光板）和PCBA（印制板组件级）的可制造性，其中光板设计时应考虑印制板厂家的加工工艺，包括板材材料、叠层设计、孔环设计、表面处理、最小孔径、最小线宽、阻焊开窗等方面，保证将加工文件发给厂家后可顺利制板。

PCBA印制板组件的可制造性从制造角度出发，设计的PCB应满足后续电装的可制造性要求。设计的内容应包括元器件封装选型、焊盘设计、布局布线设计、钢网设计、辅助工艺边和载具设计等，保证无论贴片器件还是通孔类器件能够有效快速的实现组装、降低生产成本、提高制造效率。

本文主要对印制板组件（PCBA）的可制造性设计进行分析，其设计是否满足要求直接影响后续的电子产品的装联，设计时应充分考虑。

3 可制造性设计方法

3.1 焊盘的可制造性设计

元器件焊盘的设计是否合理直接影响后续的电装，设计时应参考《IPC-7351 PCB行业的封装标准》并结合元器件引脚实际尺寸进行设计。由于目前印制板上器件越来越密，器件也越来越小型化，设计时应充分考虑元器件的布局和布线要求，且保证能够满足电装条件和返修条件。近几年随着元器件国产化的推进，部分国产器件封装与标准仍有区别，在焊盘设计时应重点查看器件引脚实际尺寸进行设计，特别是一些SOP和SOIC等类型的封装应根据实际情况进行进一步优化。以下为一些特殊器件封装设计要求：

1)需要卧焊并采取加固措施的元器件，若通过捆扎方式加固，在封装设计时应考虑捆扎方式并设计对应机械孔；

2)对细密间距（pitch为1.27 mm）双排的通孔类连接器设计时既要保证孔径比引脚大0.1～0.2 mm，又要保证焊环宽度既能满足走线要求又要满足电装要求，可采用异形焊盘的设计方式进行解决，如图1所示；

3)对于压接连接器，不同于常规的焊接类通孔器件，焊盘设计应按照压接后引脚能够与孔壁完全接触的标准进行封装设计，并在印制板加工时严格控制孔径加工精度，精度要求为±2Mil。

4)陶瓷封装BGA（CBGA）由于引脚为高铅焊球（成分为Sn10Pb90），其焊点要求不同于普通塑封BGA焊点，焊盘设计时应保证焊盘尺寸应为焊球尺寸的0.9～1倍以满足后续焊接要求。

3.2 元器件布局可制造性设计

PCB设计中元器件布局是否合理直接影响后续的元器件装配，不应有抵触等情况发生，设计时不仅要从性能角度出发考虑信号走线，还应考虑元器件安装以及返修是否有影响。布局应均匀布设、整齐、紧凑，整个板面元器件排列有序，表贴元件布局时应注意焊盘方向尽量取一致，并与通孔类元器件焊点保持一定距离，方便手工焊接以及返修。以下为一些常见的PCB元器件布局要求：

1)印制板若有工艺边或拼板情况下，靠近连接处的器件应平行于印制板边框，而不是垂直于板边，以免分板时损伤元件。如图2所示：

2)应力敏感元器件（如BGA、陶瓷器件、晶振）等器件由于容易因机械或热应力导致焊点开裂失效，应尽可能地放在远离PCB装配时易发生弯曲的“禁布区”，温度敏感器件（如LED灯、继电器、光耦器件）等器件应布局在同一面且需减少回流焊次数，布局在最后一次回流焊的一面；

3)PCB板贴片器件较少时，应尽量将贴片器件集中布局在同一面。两面都有元件的PCB，较大较密的IC：如QFP、BGA、大电感、贴片电解电容等封装的元件布局在板子的同一面，BGA或者重量、封装较大的贴片器件不布局在PCB板的几何中心；

4)BGA封装周边应留有至少3毫米禁止布器件区域，方便后续返修器件，同时周边不应布局不耐高温的元器件；

5)通孔类器件焊点位置应与贴片器件距离至少3 mm，方便手工焊接以及返修；

6)压接连接器背面保留至少3 mm禁止布器件区域，正面至少5 mm范围内贴片器件高度不应超过压接连接器高度，保证压接模具的支撑及操作空间。

3.3 PCB工艺性可制造性设计

PCB设计完成后应进行工艺性审查，主要包括光学定位点（MARK点）放置是否正确、有无辅助工艺边、是否拼板、是否设计工装载具等，若考虑不充分，同样会导致印制板在SMT过程中无法顺利生产。

由于不同工厂的工艺能力不同，故在设计时应根据实际加工工厂的工艺能力进行工艺性设计。以下为一些通用的工艺要求：

1)光学定位点一般应分布在印制板角落处，至少2～3颗，且距离板边3～5毫米范围内。考虑到材料颜色与环境的反差，应留出比光学定位基准符号大2 倍的无阻焊区，不允许有焊盘也不允许有任何字符，如图3所示：

2)PCB设计时应尽量考虑不添加辅助工艺边，若条件不允许，辅助工艺边应设计成至少3～5毫米宽度，可采用邮票孔或者V型槽的方式进行连接，同时应考虑太靠边器件位置处应进行镂空设计，防止去除工艺边时损伤器件；

3)对于软硬结合板以及柔性印制板，为实现自动化贴装，应考虑必要的载具或者添加辅助工艺边；

4)对于尺寸较小的印制板应根据加工数量进行合适的拼板设计，可通过邮票孔或者V型槽进行连接。

3.4 PCB三维设计

PCB三维设计即在元器件建封装过程中对器件赋予三维模型并共享在服务器上，PCB设计过程中直接对在线模型进行调用，即可实时生成PCBA的三维模型。在线设计方案针对不同PCB设计软件略有不同，本文以选用Candence软件进行PCB设计为例，对PCB进行三维设计，可直观的进行判断设计是否满足可制造性，如图4所示：

单元板实现三维设计后可进一步实现整机级三维设计，通过对细节的调整（如器件摆放方向、位置移动），可更进一步解决线缆抵触、装配困难等问题，同时可及时发现线缆或者器件损伤等隐患，在设计初级阶段进行改进。

4 结论

本文从几个典型角度分析了PCB可制造性设计应满足的规范要求，在整个制造过程中还有很多细节应进行考虑，如不同设备散热及装配要求等限制、丝印标识、可测试性设计等方面都应进行考虑，应根据各单位实际情况拟制元器件封装设计规范和PCB可制造性设计规范，在设计阶段依据规范进行设计。从而减少后续反复修改，节约大量成本，提升产品生产效率，保证产品质量。

参考文献：

[1]莫剑冬，可制造性分析技术在PCB设计中的应用,电子质量，2015年10期

[2]鲜飞，面向电子装联的PCB可制造性设计,电子与封装, 第34卷第6期

[3]邵疆，提高电路板设计品质的检查方法, 集成电路应用 第 37 卷 第 7 期

[4]樊融融，现代电子装联工艺过程控制，电子工业出版社 ，2010年7月