提高PCB可制造性设计的几个因素
低成本、高产出一直是所有公司永恒的追求目标。通过印制板的可制造性设计，可有效地把设计部门和生产部门（包括生产加工和装焊）有机的联系起来，协调设计开发与生产、使之统一标准，易实现生产自动化，提高生产效率。本文从元器件的选择及组装方式、元器件的布局等方面分析提高印制板的可制造性设计的几个因素。
【关键词】印制板 可制造性设计 元器件的选择 布局
随着电子行业的不断发展，对印制板提出了更高的要求，特别是目前广泛使用的贴片元器件及装焊工艺，这就要求设计者在整个设计过程中必须考虑印制板的可制造性。因此，PCB设计人员在进行新产品开发时必须结合实际，在整个PCB设计阶段的各个环节进行可制造性设计，不容小视。本文将结合笔者所在企业的印制板生产加工及装焊调试情况对影响印制板可制造性设计的几个因素进行详细阐述。
1 元器件的选择及组装方式
器件选择主要是指选择采购、加工、维修等方面综合起来比较有利的器件。器件的DFM选择，应针对自身单位内部的实际情况、并与采购工程师、硬件工程师、工艺工程师等协商决定。
组装方式的选择及元件布局是PCB可制造性一个非常重要的方面，对装联效率及成本、产品质量影响极大。适用于生产的、较好的组装方式可以提供自动化生产的生产效率，节约更多的人力及资金。
2 PCB布局
PCB布局在整个PCB设计中起到关键性的作用。因布局欠佳所引起的产品质量问题在生产中是很难克服的，为了整个布局的正确设计以使焊接缺陷、生产损失降到最低，设计人员在进行布局时需着重考虑以下几个要素：①印制板上的字符和图形标记应清晰无遮挡，为后期生产提供有效的指导作用。②易损器件的四周要留一定的维修空隙；贵重的元器件不要布放在印制板的高应力区，容易造成焊点和元器件的开裂或裂纹。③元器件按照相同方向和极性布局排列，这样可加快插装的速度，并且易于发现错误，提高生产效率。无源元件长轴方向与印制板行进方向垂直，双列封装元件有缺口标识的轴向与印制板行进方向平行，防止元件一端受热而另一端产生移位或浮高。④功率器件应均匀地放置在PCB边缘或机箱内的通风位置上。⑤尽量不在印制板的两面布放元器件，这样会增加装配的人工和时间；对于表面贴装，当在印制板的两面均有元件时，尽可能将大的器件放在一面，并均匀分布，而小元件放在另一面，这样在进行第二面的回流焊时，由于器件小、重量轻、脱离机率要比大器件低的多。⑥可调元件应考虑整机的结构要求，元器件布局要满足生产工艺的要求。⑦对元器件的位置进行调整时，一定要注意元件和丝印符号一一对应。
3 其他因素
3.1 PCB外形尺寸
以笔者所在的焊机企业为例，满足自动化焊接的PCB的外形尺寸：波峰焊所允许的印制板最大宽度为250mm，回流焊要求的印制板的尺寸最大值为330mm×250mm；以黄金分割点0.618来设计印制板物理外形尺寸比例为最佳；另外还应综合考虑印制板在整机装配时的外围空间要求、安装孔的位置及特殊元器件位置的限制。为防止印制板四角伤人及方便机械化生产，板框四周作倒圆角处理，倒角半径3mm-5mm。
3.2 定位孔
为便于固定印制板，一般会在板子上提前设计安装定位孔。印制板的定位孔为非孔化孔（没有经过金属化处理的孔，不导电），根据印制板安装的外围环境设计安装孔的孔径和位置，应注意在安装孔及其四周1mm范围内不得放置元器件及走线，避免与金属安装螺钉短路。
3.3 夹持边
生产所使用的自动化设备均要求自动传送PCB，这样便要求在PCB的传送方向上，上下各有一条3-5mm宽的夹持边，以利于自动传送，避免靠近板子边缘的元器件由于夹持无法自动装联。
3.4 定位标记
通常所使用的定位标记中，两个标记必须分布在PCB的对角线上，且在标记周围应该有一块没有其他电路特征或标记的空旷区，尺寸最好不小于标记的直径，标记不要位于印制板的夹持边上、距离板子边缘应在5mm以上。另外，印制板上PLCC元器件的对角线上也应有相应的定位标记，尺寸及其他要求与印制板上的定位标记相同。
3.5 PCB厚度
PCB的厚度从0.5mm到4mm不等，经常使用的PCB的厚度是1.6mm和2mm这两个档。一般的PCB的厚度为1.6mm；当板子尺寸较大或者一边较长时，为防止加工、装焊过程中受力变形甚至断裂，建议采用2mm板厚。
3.6 PCB板的翘曲度
在自动化插装线上，印制板若不平整，会引起定位不准、元器件无法准确插装到板子的元器件安装孔和表面贴装焊盘上，甚至会撞坏自动插件装机。已经装上元器件的板子不平整的，直插元器件的安装腿很难做到整齐剪平，甚至板子无法安装到机箱内。所以，印制板存在翘曲，将会给生产造成很大的麻烦，尤其表面贴装的印制板，翘曲度一律要求小于0.0075mm/mm。
3.7 拼板
拼板分为将几种板或数个同种板拼板、阴阳拼板、对网板的网孔图形进行拼板等多种形式。拼板时子板之间的连接可以采用双面对刻V型槽﹑长槽孔加圆孔等方式。为便于最后的分板，设计时一定要考虑尽可能使分离线在一条直线上，同时还要考虑分离边不可离PCB走线过近，而使分板时容易损伤PCB内部电路。
拼板后整板效果必须考虑夹持边，有贴片元器件的子板必须有定位标记。
3.8 PCB走线
PCB中信号线不能设置太细，防止腐蚀过度导致信号线断开。
4 总结
一个优秀的PCB设计者，不但要考虑如何获得良好的电性能和美观布局，还要考虑PCB设计中的可制造性，以求高质量、高效率、低成本。随着表面贴装技术势不可挡的发展趋势，电子元器件产品的体积越来越小、功能越来越多样化，使可制造性设计越来越多、越来越早的融入到PCB的设计当中。如果PCB设计人员在PCB设计初期就将可制造性思想加以灵活应用，必将使产品达到高质量、高效率、低成本、综合性能最佳的要求。
参考文献
[1]鲜飞.面向电子装联的PCB可制造性设计[J].电子测试，2008.
[2]姜培安.印制电路板的可靠性和可制造性设计（内部培训教材）[Z].航天科技集团九院，2011.
[3]李春灵.印制板的可制造性设计[J].中国高新技术企业，2008.
作者简介
刘国华（1983-），女，山东省莱芜市人。大学本科学历。现为山东奥太电气有限公司助理工程师，从事电路板设计工作。
作者单位
山东奥太电气有限公司 山东省济南市 250101
