淺談PCB組裝設計技巧

萬變不離其宗，作為NPI工程師，DFM 可制造性分析涉及的范圍非常廣，今天算是和 DFM 息息相關，主要是關于PCB 組裝設計技巧。

今天主要是分享PCB組裝設計（DFA）、PCB組裝設計技巧。

一、什么是 PCB 組裝設計（ DFA ）？

PCB 組裝是將電路板與其他電子元件（例如連接器、外殼、散熱器等）組合在一起以嵌入最終產品的過程。

PCB組裝設計：就是在早期設計階段過程中考慮 PCB 組裝，從而得到最佳的產品。

有一個經常出現的問題，可能那些 PCB設計大佬會犯的比較少，但對新手來說還是常犯的，就是在最初的電路板設計沒有完全考慮到組裝。相反，更多的注意力放在 PCB本身，沒有廣泛地了解在制造過程中的問題。

忽略掉 PCB組裝會導致一系列并發癥狀。

1、單獨來看，PCB 設計似乎可以完全接受，但可在后面的組裝會出現巨大的問題，例如：元器件之間可能靠得太近，后續產品無法工作或者性能出現問題。

2、元器件可用性問題，如果元器件不可以用，整個生產制造過程都會被延期。

那一般 PCB Layout 大佬如何避免犯這些錯誤？如果考慮 PCB 組裝設計，這里有15條 PCB 組裝設計技巧。

二、PCB 組裝設計技巧

1、注意元器件之間的間隙

PCB Layout 大佬提出的最常見的問題之一：元器件到元器件的間距。

兩個元器件之間挨得太近會產生各種問題，可能需要重新設計和重新制造，從而導致時間和金錢的損失。

PCB Layout 大佬一般會這樣設計：元器件邊界之間留有足夠的差距，這樣減輕了元器件靠太近引起的潛在問題。

將元器件放在絲印和裝配線周圍

元器件間距圖

PCB Layout 工程師必須仔細擺放元器件，防止元器件形狀相互重疊，在上圖中，你可以看到元器件之間保持 50 mli 的間距。

通常來說，一般都會布線和布局規則要求，例如：電容和電阻等分立元件之間的最小間距至少為 10 mil，其中 30 mil 是首選間距。還有一些其他的間距規則，看下圖。

以上的這件間距值僅供參考，視具體情況而定。

元器件間距值

2、在設計階段就選擇好元器件

有經驗的 PCB Layout工程師在設計初期就會選擇好元器件，這樣可以保證設計和實際組裝起來不會出現太大的沖突。

在一開始就考慮好元器件尺寸、空間，在 PCB組裝過程就不會有那么多問題出現。

通常來說較小的元器件在 PCB 上的占用空間更小，這時候需要考慮是不是可以減小元器件的尺寸。

3、 將有鉛元件與無鉛元件分開

一定不要將無鉛元器件和用有鉛的元器件混合在一起，如果任何組件需要無鉛組裝，并且沒有可用的傳統含鉛焊料替代品，則整個 PCB 必須無鉛組裝，并且所有組件都必須符合無鉛組裝的要求。

有時，特定器件唯一可用的封裝是無鉛 BGA。但是通常來說都會有一些特定的要求。

布線后留在 PCB 之間的分離片干擾了組裝延伸到該邊緣的連接器，當電路板制造和組裝沒有緊密協調時，就會出現下面的問題。

PCB 之間的分離片

4、均勻放置大型組件

在布局過程中盡可能均勻地將大型元件分布在 PCB 板上，以在回流焊期間實現最佳的熱分布。確保 PCB 廠商為回流焊量制定回流焊曲線。

5、貼片元器件不要離 PCB 板邊太近

SMD 元件最好距離邊緣 150 密耳（3.8 毫米），尤其是在使用 V 型槽的情況下。

6、不要使用非常小的鉆頭

像 6 密耳鉆孔幾乎是最小的機械鉆孔，除非別無選擇，否則不推薦。由于 BGA 密度，建議使用 18.5/8（18.5mil 焊盤/8mil 鉆孔），理想情況下，22/10 會很好，但 BGA 不允許。（數據僅供參考，視具體情況而定）

15/6 mil via 設計

7、SMD 離 THT 至少 150 密耳

這樣方便選擇性波峰焊或波峰托盤組裝。

底部貼片元件離TH孔太近

8、安裝孔的正確定義

通常安裝孔是在鉆孔圖中以適當的中心點和鉆孔直徑定義的工具孔。定義它有一個切口，但不會將安裝件放在鉆孔臺上，而是在不太精確的布線階段完成。

安裝孔未正確定義

9、安裝孔的間隙

如果有其他的組件，安裝孔周圍必須要保持足夠的間隙。

與連接器的安裝孔間隙不足

10、避免混合的制造工藝

盡可能避免混合制造工藝。例如，如果你使用插件，那就盡量將所有的插件放在電路板的同一面，可以減少 PCB 制造和組裝的成本和時間。

11、選擇合適的封裝尺寸

應該在布局的早期階段就仔細檢查設計中使用的元器件，如果 PCB 板上有足夠的空間并且當前的設計也不需要使用小封裝的元器件，那就需要更大的元器件，這更利用 PCB 組裝。

例如：盡可能使用 0402的電阻，而不是 0201 的電阻。如果選擇 0805的電阻就可以滿足的所有的要求，那就不會選擇 1206 的電阻，這樣可以減少 PCB 的尺寸大小。

12、尋找周期合適的元器件

就像之前所說的，元器件的可用性會導致嚴重的延遲，所以必須在設計階段就檢查元器件的庫存、交期、是否停產等。這個可以去各類電子元器件網站查找。

元器件交期、庫存（來源于采芯網）

13、在設計時保持 BOM 最新

物料清單 (BOM)是設計和裝配的關鍵方面。

如果你的 BOM 中有任何問題，PCB 廠就會暫停該項目，直到與工程師一起解決問題。

確保 BOM 更新的一種方法是在設計發生更改時隨時查看 BOM。

當你在布局過程中向原理圖添加新組件時，請確保你還使用正確的零件編號、描述和組件值更新了 BOM。

在設計過程中，工程師可能會因提前期、尺寸或可用性較長而更改組件，而忘記使用新零件編號更新 BOM。這可能會導致各種裝配問題并導致延誤。

根據以下示例格式化每個物料清單，以準確識別每個板上要組裝的所有組件。格式正確的 BOM 具有指示以下內容的列：

完整的制造商部件號

制造商名稱

項目編號

每板數量

參考指示符，用逗號分隔

完整的零件描述

還可能包括：

經銷商名稱

經銷商零件號

BOM表

14、檢查組件占位面積

組件占位面積是布局設計的另一個主要方面。

正確使用數據表中的編號鍵來識別正確的部件及其焊盤圖案非常重要。錯誤地閱讀數據表會導致不正確的占位面積，這可能需要對 PCB 進行完全重新設計和重新制造。

下圖顯示了編號鍵和各種類型封裝的示例。

編號鍵和各種類型封裝

請注意每個的型號和相關引腳。

編號鍵和各種類型封裝

15、確保所有組件的指標都存在

裝配中的主要顯示停止器在絲網上缺少引腳 1 指示器或組件極性/方向指示器。我的工廠收到的近 75% 的組裝訂單未能識別每個 IC 的引腳 1 的位置，或者他們歪曲或忽略指示某些電容、二極管或 LED 的極性。

避免裝配問題的最佳方法：在設計開始之前與 PCB 廠協商。

遵守標記二極管極性的約定，包括 LED ：在陰極端的絲印層上放一個K?；蛘?，使用正確方向的二極管電氣符號來指導組裝。

切勿根據陽極焊盤指示二極管極性。使用 K 指定陰極或將二極管符號排列在正確位置。請勿替換任何其他標記，否則 PCB 廠不能理解你的意思。

要確定鉭電容的方向，請在絲印上用加號標記正極。請記住，如果以交換極性安裝鉭電容器，則可能會點燃。除非對原理圖進行逆向工程，否則 PCB 廠無法確定零件的極性，除非它被清楚地顯示出來。

絲網印刷不得干擾焊盤，符號不得印在任何組件的主體下方。

16、每個組件的每個連接都必須有自己獨立的焊盤

每個焊盤的尺寸必須與其元器件相對應。如果兩個組件共享一個焊盤，比如說，一個電阻和一個電容，在組裝過程中都不能正確對齊。

如果一個焊盤比它的一個元件的焊盤大得多，元件立碑可能是由于焊料沉積的不平衡造成的。

每個組件都有獨立的焊盤（來源于百芯 EMA）

如果傾倒或平面將成為接觸點，則必須有適當尺寸的掩模定義焊盤。如果設備涉及用于連接的非阻焊層定義的焊盤以及阻焊層定義的焊盤，一個松散間距上的 BGA 矩陣，例如，其中一些相鄰的外部球與接地傾倒共用——在設計說明中規定電路板 PCB廠 不得為這些阻焊層定義的焊盤編輯阻焊層孔徑。

17、物料采購問題

現在很多 PCB 廠都是一站式的，PCB 板設計、物料采購、鋼網治具、PCB組裝都是一起的。

但如果你的組件不是全部由 PCB 廠提供，你必須在與 BOM 匹配的精心組織的套件中提供零件。所有 SMT 組件必須以卷筒形式提供，或以至少 6 英寸長的連續膠帶形式提供，或者以管狀或托盤形式提供。

BOM 上列出的每個零件編號都需要額外的組件，以涵蓋組裝過程中的備損。例如，裝配車間可能需要比 BOM 上要求的 0201 1k 歐姆電阻至少多 10% 或 20%。BOM 上每個行項目的零件必須放在一個清楚標記的袋子中，與其他零件分開。

PCB 一站式廠商備損圖 （來源于AiPCBA）

所有 IC 都必須裝在原始的、未開封的包含干燥劑的保護性包裝中運輸。

最后，避免物料問題的最佳方法：在設計開始之前與 PCB 廠 協商，一站式 PCBA 也很香。

18、DFM檢查

確保你的 PCB 無錯誤且無縫工作的一種重要方法是：運行制造設計 (DFM) 測試。該測試在早期階段識別設計中的任何錯誤，避免在后期階段不得不應對代價高昂的錯誤和延遲?？梢约皶r很好地識別組件之間的間距、組件極性、封裝印證等問題。

DFM（來源于百芯 EMA）

DFM （來源于百芯 EMA）

DFM （來源于百芯 EMA）

此外，DFM 測試有助于：

減少開支

加快交付并節省返工所需的時間

提高產品質量

目前市面上 DFM 可制造性分析的軟件有很多，之前有提過，這里就不再具體提了。

審核編輯：湯梓紅