PCB生產制造前需要注意的DFM可制造性問題

今天主要講一下PCB生產制造前需要注意的DFM可制造性問題。

每個 PCB 的設計都應該使總成本和潛在 DFM 問題的可能性最小化（大部分是老板要求的，但工程師做不做就因人而異），通常來說都是采用優化PCB 設計的方式來進行DFM檢查來完成的。

DFM 是安排 PCB 布局的過程，以解決在 PCB 組裝和 PCB 制造過程中可能出現的 DFM 問題。

主要是以下幾個方面：

PCB 中的可制造性或 DFM 設計是什么？

面向生產制造的 PCB 設計 (DFM)

PCB 生產制造過程中常見 9 個的 DFM 錯誤以及預防措施

一、PCB 中的可制造性或 DFM 設計是什么？

簡單來說 PCB 的 DFM 就是一套確保電子產品可制造性的設計指南，也就是說在生產制造的時候不會出現什么問題。

你可以想一下在最后的制造和組裝過程中發現問題，你將“享受”來自領導和其他工程師的 “雙重關愛?！?/p>

當然也不乏存在一些制造商，有時候要求的改變很離譜，設計及其性能或者電氣要求都不在同一個面上。

1、PCB中的DFM分析

DFM 分析可以識別可能在組裝和制造過程中出現的制造問題，大部分是 PCB布局問日。

DFM 問題與 PCB 幾何形狀有關，而且大多數情況下，在 DFM 檢查期間無法檢測到。

2、設計可制造性的因素是什么？

如果 PCB 性能良好并且工程師自己也十分滿意，那為什么要進行 DFM 可制造性分析呢？是因為工程師技術不好嗎？不值得信任嗎？（沒有貶低工程師的意思），這里有很多種可能：最終 PCB 的成本、設計布局以及設計失敗的可能性

1、從理論上講，在成本方面，未經 DFM 檢查提交的 PCB 設計比帶有 DFM 檢查的設計要便宜，最好多付一點錢，以便制造商可以確定設計是否可制造

2、為了維持存在 DFM 問題的 PCB 布局，工程師編輯數據以滿足電路設計的要求，這是引入信號完整性問題和 EMI/EMC 問題的主要原因之一。

3、高效組裝和測試的 PCB 仍然失敗，主要原因是設計數據仍然包含在原型中解決但在生產過程中未實施的 DFM 錯誤。

二、面向生產制造的 PCB 設計 (DFM)

DFM 可制造性分析就是在問題出現之前解決問題。

DFM 可制造性分析允許制造商從各個方面審查電路板的設計，以最有效地修改其材料、尺寸和性能，可以立即檢測到設計問題，并在生產前及時糾正這些錯誤。

可制造性分析的逐步設計方法包括以下屬性：

1、識別將影響 PCB生產制造的違規設計

2、根據 PCB的幾何形狀和材料要求確定精確的制造工藝

3、檢查 PCB 設計并確定規格是否與成品一致

4、根據板的尺寸選擇材料（根據特性、物理強度和質地）

5、確保設計遵循一些規則的規定，以達到質量標準和可靠性。

三、PCB 生產制造過程中常見的 9 個 DFM 錯誤以及預防措施

條子的預防

元件選擇

測試點

通孔和鉆銅

鉆頭數量應與鉆頭圖相匹配

間隙

缺少阻焊層

酸陷阱

絲印檢查

1、銅條的預防

薄片是干膜抗蝕劑的小楔形物，可暴露銅并產生短路。條子可以是導電的（銅）或非導電的（阻焊劑）。

（1）銅條形成的原因

有兩個原因導致條子的形成：

1）是銅或阻焊層的長而薄的特征被蝕刻掉，在制造過程中，分離的長銅條會導致短路。

2）通過將電路板設計的一部分切割得太近或太深而形成銅條，電路板的功能可能會因此受到不利影響。

（2）銅條的解決方案

實施最小光刻膠寬度以避免此缺陷，應用相同的凈間距（小于 3 密耳）或可移除或填充的氣隙。有必要進行適當的 DFM 分析，以確定可能形成裂片的區域并解決問題（如果有）。

1）PCB板上的銅條

PCB板上的銅條

2）阻焊條的 CAM 快照

阻焊條的 CAM 快照

3）銅條

銅條

2、PCB 電子元器件的選擇

元器件的選擇應基于其可用性、交貨時間考慮和對過時或者停產部件的監控來完成，這確保了在開始制造之前就可以使用組件。

1）通過正確研究 BOM 來確定組件和封裝的尺寸，如果有足夠的空間，你可以為電阻和電容選擇更大的組件。例如，使用 0603 或 0805 尺寸的電容/電阻代替 0402/0201。

2）選擇受電壓、電流和頻率的影響小的元器件。

3）如果可能，選擇較小的包裝，過度使用小型元件封裝會使電路板組裝復雜化，從而使清潔和返工更加困難。

PCB上的小組件

3、測試點

DFM 可制造性分析包括所有重要信號的測試點，以在構建電路板后檢查電氣連接。如果排除，將很難檢查最終產品。以下是一些避免可能的制造問題的提示：

為了便于測試，請將所有測試點放在電路板的同一側。

保持測試點之間的最小距離為 0.100 英寸，以提高測試效率。

更高的組件指定安裝區域。

均勻地循環所有測試點，以便使用多個探頭輕松訪問。

設計布局時牢記制造公差。

4、通孔和鉆銅

（1）鉆孔和鉆孔直徑

鉆孔到銅是從鉆孔邊緣到最近的銅特征的距離。但 PCB Layout 工程師會考慮從成品孔尺寸 (FHS) 到最近的銅特征的鉆孔到銅。

PCB Layout 工程師應始終考慮鉆孔直徑（FHS + 鉆孔公差）以確定正確的距離。鉆孔直徑可由下式確定：

成品孔尺寸+公差=鉆頭直徑

通常，距離應為 5-8 密耳，但取決于層數。

電路板布局工具沒有任何特定的設計規則檢查 (DRC)用于鉆銅。但是，如果你在設計中使用足夠的間距，則可以有 8 密耳的間隙，這是進行 DFM 分析時要考慮的最重要的屬性。

鉆孔和鉆孔直徑

（2）鉆到銅間隙

在圓環中，當鉆頭未能到達所需位置并沿同一軸線偏移時，可能會發生切線或斷裂。這會導致邊緣互連并影響可靠性。

鉆到銅間隙

（3）環形分線器

以下是避免鉆井過程中出現 DFM可制造性問題的一些技巧：

通過調整更大的焊盤尺寸，在你的設計中加入寬環形環區域，可以確保了良好的導電性和易于在焊盤中間鉆孔。

驗證電鍍鉆頭是否在所有銅層上都有銅焊盤。

建議至少 8 密耳的鉆孔到銅。

保持最小縱橫比以防止鉆頭對準錯誤。

定義鉆孔類型 (PTH/NPTH) 和鉆孔計數/尺寸。

確保銅功能和鉆孔適合電路板的輪廓。

設計一個大于或等于供應商/制造商可以制造的最小圓環尺寸（4 mil）的圓環。

添加淚珠以防止在復雜設計和較小的環形圈中出現環形圈破裂。

5、鉆頭數量應與鉆頭圖相匹配

將演練次數與演練圖表相匹配至關重要。

晶圓廠圖紙中包含鉆孔圖，有時鉆探圖表與實際鉆探計數不匹配，在這種情況下，你將需要修改或重新生成鉆取圖。

示例鉆孔圖 PCB

作為一個簡單的設計點，盡量減少 PCB 布局中使用的不同鉆孔尺寸的數量。最好選擇一兩個通孔尺寸來處理信號的大部分層轉換，并可能選擇其他一些用于安裝孔或非電鍍孔的通孔尺寸。

6、間隙

在 PCB DFM可制造性生產中需要觀察三種間隙。

（1）邊緣間隙：

有一些 PCB Layout 工程師忘記在銅和 PCB 邊緣之間提供足夠的間隙。如果電流施加到相鄰層，銅與邊緣的接近會在相鄰層之間產生短路，這是電路板周邊暴露銅的結果。

可以通過在設計中增加間隙來解決邊緣間隙。檢查以下近似值：

外層：0.010”

內層：0.015”

（2）線間距：

線間距是兩個導體之間的最小距離，取決于材料、銅的重量、溫度變化和施加的電壓，這也取決于制造商的能力。

線間距

（3）阻焊層間隙：

保持阻焊層間隙大于焊盤，但阻焊層定義的焊盤除外。

防止焊橋的最佳方法是將掩膜開口延伸到銅焊盤上或提供桶形浮雕（阻焊層間隙 = 鉆孔尺寸 + 3 mil）。

阻焊層間隙

7、缺少阻焊層

有時，焊盤之間可能部分或完全不存在阻焊層，這會使多余的銅暴露出來，從而導致影響電路板性能的焊橋和短路。

當阻焊層未定義或較大電路板的設置應用于較小電路板時會發生這種情況，從而導致較大的焊盤孔。

阻焊層設計

建議遵循以下阻焊層設計技巧：

阻焊層的相對尺寸應比特征尺寸大 4 mil。

保持阻焊層寬度/橋接至少為 4 mil。

將銅特征邊緣和焊料邊緣之間的間距保持為 2 mil。

8、酸阱

另一個需要注意的 DFM 錯誤是酸阱，包含銳角的設計會將酸濃度吸引到該區域，這可能導致過度蝕刻的跡線和開路。

酸阱

避免以銳角鋪設到焊盤的走線，將走線放置在相對于焊盤 45° 或 90° 的位置，驗證走線后沒有任何走線角度產生酸陷阱。

9、絲印檢查

絲印檢查涉及將影響 DFM可制造性并防止可能出現的錯誤的不同屬性，以下是一些建議：

（1）方向

絲印可能位于焊盤上，這應該通過運行 DRC 來檢查。

絲網印刷也可以與通孔重疊，盡管如果通孔是帳篷的，這是可以接受的，這可能在旋轉文本和調整組件參考指示符標記時發生。

修剪跨越焊盤和過孔的參考指示標記以防止重疊。

確保你的絲印方向一致

（2）線寬和文本高度

通常建議最小線寬為 4 mil，文本高度為 25 mil，以便于閱讀。

始終使用標準顏色和較大的形狀以獲得良好的表現。通常，大小應為 35 mil（文本高度）和 5 mil（線寬）。

如果板子不密集并且有足夠的空間放置大文本，建議參考以下尺寸：

線寬和文本高度表

如果上述規格不適用于中密度板，建議參考下面尺寸：

線寬和文本高度表

當上述尺寸不起作用時， 對于中密度板，建議參考下面尺寸：

線寬和文本高度表

（3）絲網印刷方法

具體方法會影響許多設計參數，如尺寸、間隙等，以及焊盤、通孔和走線等元素。

根據手動絲網印刷、液體照片成像和直接圖例印刷指定絲網印刷方法。

標記優先級：根據分類對絲印標記進行優先級排序：法規要求、制造商標識、裝配輔助和測試輔助。

以上就是關于 PCB 生產制造過程中常見 9 個的 DFM 錯誤以及預防措施簡單的介紹，希望能夠對大家有用，歡迎大家多多指教。（參考來源：阿米特.巴爾）

審核編輯：湯梓紅