自动化组装的PCB可制造性设计要求

自动化组装的PCB可制造性设计要求

PCB的可制造性设计主要解决电路板设计和工艺制造之间的接口问题，本文从PCB的组装、元器件的选用、PCB板面布局、元器件相互间距、可测试性设计等方面分析，提出诸多可制造性设计要求。

标签：可制造性PCB 表面组装封装

1 前言

目前在武器装备制造领域，随着电子产品的微型化﹑复杂化的发展，电路板的组装密度越来越高，表面贴装技术（SMT）的应用越来越广。面向自动化组装的工艺，如回流焊接工艺、波峰焊接工艺、微组装工艺等已成为现代电子组装的主流组装技术。这就要求设计者在设计之初就必须考虑到可制造性。如果在设计之初考虑不周导致可制造性差，那么生产装配过程中就必须要修改设计和图样，这样以来必然会延长产品的生产交周期和增加生产成本，同时延误了产品交付周期，可能使企业在市场上错失良机，在战略上处于非常不利的位置。

因此，对武器装备生产单位来说，产品的可制造性设计是其在进行新产品设计时必须考虑的因素，越早考虑产品的可制造性设计问题，就越有利于其产品的开发和质量的控制。

2 PCB组装方式和可制造性设计的主要内容

2.1 PCB组装方式

电路板在设计前首先要考虑的问题是：要采用什么样的焊接方式完成电路板装联，电路板组装方式直接影响到其装配效率、成本和质量。常见组装方式有单面全SMD、双面全SMD、单面混合组装、T面混装B面贴简单SMD、T面插装B面贴简单SMD等方式。

2.2 PCB可制造性设计的主要内容

PCB可制造性设计的主要内容涵盖PCB制作、PCB组装及电路板测试等三个主要部分。PCB制作是指生产印制板的加工工艺性。PCB组装是指电路及结构上的元器件和PCB组装的工艺性，它还包括PCB与系统的组装。电路板测试，包含通断测试及功能测试。

3 PCB可制造性设计分析

3.1 元器件的选择

元器件的选择包括下述三个方面：元器件和封装类型的选择，元器件管脚有

铅、无铅的选择，元器件的封装尺寸和包装形式的选择。

3.2 元器件的布局

元器件是组成电路板的基本单元，任意一个元器件的选择都影响着整个电路板组装过程。PCB设计中元器件布局对生产效率和加工成本有相当大的影响，是PCB装配中的重要指标，优秀的PCB设计可以将装配缺陷降到最低。

3.2.1 电路设计对元器件布局的要求

电路设计中元器件布局主要应遵循如下原则：

a）按区域高、中、低频分开，PCB上高频部分应靠近连接器处设计。

b）按电路的流程把整个电路分为几个单元电路或模块，并以每个单元电路的核心元器件（如集成电路）为中心，其它的元器件要按一定的顺序均匀、整齐紧凑地排列在PCB板上。

c）高低压之间隔离布线，间距控制在3.5mm以上。

d）当电路板对外连接确定后，相关电路部分就近安放，避免绕弯。

3.2.2 焊接工艺对元器件布局的要求

元器件的布局既要满足电气性能和机械结构的要求，同时又要根据焊接工艺的特点进行设计。不同的焊接工艺（如回流焊和波峰焊）对元器件的布局要求也是不一样的。

a）元器件要尽可能均匀。布局均匀有利于重心平衡，焊接时不会引起因重力集中而导致PCB变形，也会使电路板的抗振性能良好。

b）同类元器件尽可能有规则地、整齐地排列，并遵循相同方向、极性规范排列。

c）所有元器件的印刷丝印要方位相同，排列要有一定的规律。

d）大型芯片的四周要留有一定的维修空间，在用设备返修时或手工焊接时均需要给工具让出位置。

e）发热元器件应尽量远离其它元器件，与PCB要保持一定的间距，最小距离2mm[1]。

3.2.3 元器件相互间距设计

元器件相互间距的设计，除保证焊盘间不易短路的安全间距外，还应考虑易损元器件的可维护、维修性。元器件间距相关的因素有很多如：元器件外形尺寸的公差，元器件释放热量需要；贴片机自身的精度和定位精度；布线设计所需器件空间；焊接工艺性和焊点的可测试性；自动插件机、测试夹具所需间隙；返修所需要的周边距离等等[2]。

3.3 可测试性设计

任何一种电子产品在单板调试、整机装调及返修前后都需要进行电性能的测试，因此，在PCB上必须设置若干的测试点，这些测试点即可以是通孔也可以是焊盘。在PCB上设置测试点的设计就是可测试性设计，其目的就是提高产品质量，降低测试成本、难度和缩短产品制造周期。可测试性设计主要考虑工艺性和电气可测试性两方面的要求。

工艺性要求：为满足自动测试要求，应考虑定位精度、基板制造程序、基板大小、探针的类型等影响因素。

电气性能要求：

a）尽量将TOP面的测试点通过过孔引到焊接面；

b）每个电气接点都必须设置有一个测试点，每个IC必须有电源、地的测试点。

c）在电路的导线上设置测试点时，可将导线宽度放大到40mil。

d）测试点不能借助元器件的焊点，可将焊盘相应延长。

e）测试盘周围的间隙由装配工艺决定，最小间隙等于相邻元器件高度的80%，最小间隙为0.6mm。

4 结束语

上述是一些PCB设计阶段应该考虑的主要问题，在面向自动化组装的PCB 可制造性设计中，还有相当多的细节要求，比如合理的印制板导线布线、合理地分布丝印的图形和文字、PCB基板材料尺寸的选择、无铅PCB材料选用及焊盘表面镀层选择、PCB电磁兼容性设计等，这些都是PCB在设计时所要考虑的问题。一个优秀的PCB设计者，不但要考虑如何获得良好的电气性能和美观的布局，还要考虑到如何能够符合自动化组装的PCB可制造性设计要求，这样才能使产品达到高效率、高质量、低成本的目标。

5 参考文献

[1]《航空用印制板元器件的安装焊接》，航空工业标准HB6167-89

[2]《电子设备装配技术》，国防工业出版社.1990