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5.0 PCB的拼板

拼板就是有意識(shí)的將若干個(gè)單元印制板進(jìn)行規(guī)則的排列組合，把它們拼成長(zhǎng)方形或正方形。拼板的數(shù)量一般為2、4、6、8、9、15、16拼，拼板之間一般采用V型槽，待加工工序結(jié)束后再將其分離。

5.1 何時(shí)需要拼板

1) 為了充分利用貼片機(jī)的貼裝速度，提高效率，或?yàn)檫m應(yīng)大批量、自動(dòng)化生產(chǎn)；尤其是對(duì)較小尺寸的PCB，拼板與單片板的生產(chǎn)貼裝效率相差很大，它將直接影響到組裝效率。在大批量生產(chǎn)時(shí)，拼板的意義將得到充分的體現(xiàn)。

2) 當(dāng)PCB外形尺寸小于50×30mm時(shí)，必須進(jìn)行拼板，否則將無(wú)法采用機(jī)器貼裝元件。

5.2 拼板的注意事項(xiàng)

1) 注意拼板后的長(zhǎng)寬比不要失調(diào)，過(guò)長(zhǎng)或過(guò)寬都將容易讓PCB折斷。

2) 若采用手工印刷，拼板后的尺寸建議不要大于250×180mm（手工印刷的鋼網(wǎng)一般為470×370mm，拼板后的圖形區(qū)域以小于250×180mm最為合適）。

3) 當(dāng)PCB圖形為不規(guī)則圖形時(shí)（無(wú)可用的平行邊），必須進(jìn)行拼板，以及增加工藝邊。

 

6.0 定位孔、工藝邊、Fiducial Mark（機(jī)器視覺識(shí)別標(biāo)志）的設(shè)置

定位孔、工藝邊、圖形識(shí)別標(biāo)志是保證印制板適用于自動(dòng)化生產(chǎn)不可或缺的標(biāo)志。

6.1 定位孔的設(shè)置

有些貼片機(jī)、自動(dòng)印刷機(jī)等設(shè)備是采用孔定位方式，這時(shí)，需要在工藝邊上四角設(shè)置定位孔，孔徑一般為ø3.2mm。（本公司暫無(wú)此要求）。

6.2 工藝邊的設(shè)置

目前，包括波峰焊、切腳機(jī)、貼片機(jī)、自動(dòng)印刷機(jī)在內(nèi)的幾乎所有自動(dòng)化設(shè)備均采用軌道式傳輸，而軌道式傳輸一般要求PCB要有至少兩個(gè)平行的對(duì)邊，且靠邊的3～5mm內(nèi)不能有器件（要被壓在軌道里）。若PCB兩邊3～5mm內(nèi)不安裝器件（包括通孔器件），可以不設(shè)專用工藝邊，即可借用PCB的兩邊來(lái)滿足正常生產(chǎn)需要。

6.2.1 何時(shí)需設(shè)工藝邊

1) 當(dāng)用到孔定位設(shè)備時(shí)。

2) 當(dāng)器件布置的太靠邊時(shí)（無(wú)可用的平行邊），必須增加工藝邊，否則，PCB上靠近軌道3～5mm距離內(nèi)的表貼元器件將無(wú)法采用設(shè)備安裝；若在此區(qū)域內(nèi)有通孔元件，則可能導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行軌道傳輸（如波峰焊、切腳機(jī)等）。

3) 當(dāng)PCB圖形為不規(guī)則圖形時(shí)（無(wú)可用的平行邊），則必須考濾增加工藝邊和拼板。

6.2.2 工藝邊設(shè)置的注意事項(xiàng)

1) 工藝邊的設(shè)置一般為5～8mm寬，待加工工序結(jié)束后再去掉工藝邊。

2) 若設(shè)有工藝邊，則應(yīng)在工藝邊上設(shè)置定位孔和圖形識(shí)別標(biāo)志。

6.3 Fiducial Mark（機(jī)器視覺識(shí)別標(biāo)志）的設(shè)置

為提高器件的貼裝精度，在PCB上必須設(shè)置圖形識(shí)別標(biāo)志，以便于機(jī)器視覺識(shí)別（在PCB上無(wú)圖形識(shí)別標(biāo)志時(shí)，也可選用焊盤或過(guò)孔等作為圖形識(shí)別標(biāo)志，但這樣會(huì)導(dǎo)致識(shí)別精度和識(shí)別率降低）。

圖形識(shí)別標(biāo)志又可分為印制板圖形識(shí)別標(biāo)志、器件圖形識(shí)別標(biāo)志。印制板圖形識(shí)別標(biāo)志最為常見，一般設(shè)在PCB的對(duì)角。當(dāng)PCB有工藝邊時(shí)，在工藝邊上也應(yīng)設(shè)有印制板圖形識(shí)別標(biāo)志；器件圖形識(shí)別標(biāo)志一般用于QFP、BGA等一些高密度器件，為進(jìn)一步消除印制板的制造、貼片和安裝時(shí)的綜合誤差。器件圖形識(shí)別標(biāo)志一般放置在相關(guān)元器件的對(duì)角。

圖形識(shí)別標(biāo)志可設(shè)為圓形、等腰三角形、方形、十字形、菱形等，但最通用的為圓形、等腰三角形和正方形。一般Fiducial Mark圖形的大小為：直徑或邊長(zhǎng)為1mm，但在2mm大的圖形范圍以內(nèi)不允許有阻焊涂料，否則可能導(dǎo)致識(shí)別精度和識(shí)別率降低。

 

7.0 焊盤圖形設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

在SMT（Surface Mount Technology）工藝高速發(fā)展的今天，表面組裝標(biāo)準(zhǔn)落后于表面組裝設(shè)計(jì)的發(fā)展，組裝工藝標(biāo)準(zhǔn)更加落后于其它標(biāo)準(zhǔn)，特別是缺乏統(tǒng)一的焊盤圖形設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下，應(yīng)遵循以下原則：

1) 焊盤圖形設(shè)計(jì)首先要掌握和考慮國(guó)際上有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)的SMT焊盤圖形設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，根據(jù)選擇使用元器件的封裝形式和制造廠商，參考其產(chǎn)品手冊(cè)，確定焊盤圖形設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù)。

2) 焊盤圖形設(shè)計(jì)與組裝工藝特別是焊接工藝有密切關(guān)系，所以在進(jìn)行焊盤圖形設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮不同焊接工藝對(duì)焊盤圖形的要求，尤其是在BGA、CSP、µBGA等高密度器件大行其道的今天。

3) 對(duì)一些新型的焊盤圖形設(shè)計(jì)，還應(yīng)該進(jìn)行生產(chǎn)性和可靠性驗(yàn)證。

 

8.0 測(cè)試點(diǎn)與通孔

測(cè)試點(diǎn)，主要用于調(diào)試或生產(chǎn)中的功能測(cè)試。

測(cè)試點(diǎn)的放置也非常重要。比如：一個(gè)在生產(chǎn)中必須進(jìn)行測(cè)試的信號(hào)線，其一端連接著TSSOP封裝元件的一個(gè)引腳，另一端連接著一個(gè)邦定引腳，當(dāng)這條信號(hào)線上沒有其他的通孔或焊盤時(shí)，必須放置相應(yīng)的測(cè)試焊盤；否則，一旦投入生產(chǎn)，該信號(hào)的測(cè)試工作將會(huì)令人十分苦惱。

一般情況下，測(cè)試焊盤的最小直徑應(yīng)≥35mil，且盡量設(shè)置在2.54mm網(wǎng)格上，在組裝密度高時(shí)也可設(shè)在1.27mm的網(wǎng)格上。這樣做的好處是：

1． 鉆孔的精度可以得到保證；

2． 若進(jìn)ICT測(cè)試的話將很有必要。

在很多場(chǎng)合下，通孔也會(huì)用作為探針測(cè)試點(diǎn)。因此，建議將探針測(cè)試的通孔規(guī)格設(shè)置如下：外徑為35mil、內(nèi)徑為18mil?？紤]通孔的鍍層為2mil,那么通孔的實(shí)際直徑將為14mil。

通孔不宜設(shè)置得過(guò)大，否則，焊劑和熔融焊錫可能會(huì)經(jīng)通孔沖至電路板元件面；通孔不宜設(shè)置得過(guò)小，否則，電路板加工難度將增大，導(dǎo)通率也將降低。

 

9.0 阻焊層的應(yīng)用

在電路板的阻焊層上涂覆阻焊膜，可以防止因焊錫遷移而造成的各類焊接缺陷。另外，阻焊膜可以涂覆通孔，防止在波峰焊接時(shí)焊劑和熔融焊錫經(jīng)由通孔沖至電路板元件面上；而且，便于形成真空，以方便進(jìn)行印刷貼片膠和焊膏、針床測(cè)試等操作工序。

 

10.0 PCB設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的一些問題

10.1 關(guān)于銅柱的放置

在需要使用銅柱做為元器件或PCB的固定支撐或當(dāng)作為腳釘時(shí)，必須注意：由于設(shè)計(jì)習(xí)慣，在PCB的Bottom Layer放置屏蔽層（Polygon Plane）并使其接地，所以在Top Layer銅柱的最大旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)不可布線，否則在安裝銅柱后，Top Layer銅柱旁的布線就會(huì)透過(guò)銅柱與GND短路；盡管Top Layer有阻焊層覆蓋，在銅柱旋轉(zhuǎn)時(shí)阻焊層一般將被破壞。銅柱的旋轉(zhuǎn)時(shí)的最大直徑范圍為ø6mm，建議在ø8mm的范圍內(nèi)不可布線，最少在ø7mm范圍內(nèi)是不允許布線的。

10.2 關(guān)于屏蔽層的接地

為提高PCB的EMC特性，在電路設(shè)計(jì)時(shí)，習(xí)慣上都會(huì)在PCB的空曠地方放置屏蔽層（Polygon Plane），通常我們都會(huì)采用5～10mil的安全間距。而當(dāng)PCB上有大熱容量的焊盤，而這些焊盤又處于同一網(wǎng)絡(luò)時(shí)（例如串口座的兩固定腳一般都連接到GND），此時(shí)我們應(yīng)該適當(dāng)?shù)姆糯蟀踩g距（例如20mil），來(lái)滿足熱管理的需要；否則在焊接或拆卸時(shí)，會(huì)由于熱散失快而導(dǎo)致此焊點(diǎn)很難達(dá)到所需的液相（表貼焊盤亦是如此），使得焊接和拆卸會(huì)比較困難（給焊盤加熱時(shí)，由于連接的導(dǎo)線過(guò)粗或離Polygon Plane太近而使溫度散失）。且連接這些網(wǎng)絡(luò)的焊盤宜采用十字交叉連接，十字交叉線不宜過(guò)粗，一般為8～10 mil。

注：以上主要涉及到PCB熱管理的問題，同樣適用于SMT工藝，若設(shè)計(jì)不良有時(shí)會(huì)造成焊接缺陷。

10.3 放置串口座的放置

串口座都有兩個(gè)固定腳，且這兩個(gè)固定腳習(xí)慣上都會(huì)連接到GND，在串口座上還有一個(gè)金屬的外框，它通過(guò)兩只鏍絲與固定腳相連（并口座亦是如此），也就是說(shuō)串口座的金屬外框也將連接到GND。此時(shí)在頂層布線時(shí)，就應(yīng)避開此金屬外框的下截面，否則可能引起金屬外框下的布線與GND短路（因?yàn)樵诎惭b串口座后，金屬外框的下截面與底下的布線只是隔了一層阻焊膜）。

10.4 定位孔的設(shè)置

在做一些小PCB板的設(shè)計(jì)時(shí)，有時(shí)在安裝上沒有安裝孔的要求，這時(shí)應(yīng)考慮在PCB上放置定位孔；否則，投入生產(chǎn)時(shí)，測(cè)試治具只能依靠外形定位，會(huì)由于PCB的生產(chǎn)誤差、測(cè)試治具的制作誤差使得測(cè)試精度降低，給測(cè)試和測(cè)試治具的制作帶來(lái)很多不便。例如：有些客戶訂制的LCM模塊，由于客戶采用塑料外殼卡口式安裝，沒有安裝孔的要求，這時(shí)就應(yīng)考慮增加定位孔以便于測(cè)試。定位孔的直徑一般設(shè)在ø1.8～3.2mm；當(dāng)PCB太小時(shí)，也可考慮設(shè)為ø1.4～1.8mm，但太小時(shí)定位會(huì)有困難。

10.5 關(guān)于一些常用器件的安裝孔徑

在PCB的組裝時(shí)，有一些器件對(duì)安裝孔徑要求會(huì)比較敏感，稍大或稍小都會(huì)給安裝帶來(lái)不便，要么裝不進(jìn)去；要么太松。例如：Protel標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)里的串口座固定孔的孔徑為110mil，市場(chǎng)上部分串口座可適用，而本公司采用的是“康科達(dá)”串口座，它要求孔徑為130mil安裝時(shí)才最合適。若采用110mil的孔徑，安裝時(shí)將需要鉗子等工具才能將串口座安裝上去。

下面給出筆者認(rèn)為比較合理的一些孔徑供大家參考：

器件名稱	孔位	孔徑ø（mm）	孔徑ø（mil）
DB-9串口座	固定腳孔徑	3.3	130
Ø3mm鏍絲或銅柱	安裝孔	3.2	126
Ø3.8×9.5mm尼龍腳釘	安裝孔	3.8	150

10.6 關(guān)于可調(diào)電容器的放置

微調(diào)電位器和微調(diào)電容器的引腳有向內(nèi)和向外兩種型號(hào)，在設(shè)計(jì)PCB時(shí)應(yīng)使其焊盤具有兼容性。因?yàn)樵诠┴洉r(shí)，有時(shí)是引腳向內(nèi)的品種，有時(shí)是引腳向外的品種；若設(shè)計(jì)焊盤尺寸時(shí)考慮兼容性，就不會(huì)因無(wú)貨而暫停生產(chǎn)。

 

11.0 結(jié)束語(yǔ)

在PCB的設(shè)計(jì)的制作過(guò)程中，有時(shí)會(huì)因一些小的設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致改版，這樣即浪費(fèi)時(shí)間也浪費(fèi)Money。筆者謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給正在進(jìn)行或正在學(xué)習(xí)PCB設(shè)計(jì)的人們，希望他們能夠順利的設(shè)計(jì)出成功的產(chǎn)品。本文若有不對(duì)之處，請(qǐng)予以指正。

由于生產(chǎn)工藝、測(cè)試工藝的改進(jìn)，本文提及的一些內(nèi)容也將陸續(xù)更新，以適應(yīng)新技術(shù)的需要。這一點(diǎn)，希望各位同仁能夠群策群力，時(shí)刻注意細(xì)微之處，共同提高PCB的設(shè)計(jì)水平。