PCB生產(chǎn)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(chǎn)制造前需要注意的DFM可制造性問題。

每個(gè) PCB 的設(shè)計(jì)都應(yīng)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(yōu)化PCB 設(shè)計(jì)的方式來進(jìn)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(xiàn)的 DFM 問題。

主要是以下幾個(gè)方面：

PCB 中的可制造性或 DFM 設(shè)計(jì)是什么？

面向生產(chǎn)制造的 PCB 設(shè)計(jì) (DFM)

PCB 生產(chǎn)制造過程中常見 9 個(gè)的 DFM 錯(cuò)誤以及預(yù)防措施

一、PCB 中的可制造性或 DFM 設(shè)計(jì)是什么？

簡(jiǎn)單來說 PCB 的 DFM 就是一套確保電子產(chǎn)品可制造性的設(shè)計(jì)指南，也就是說在生產(chǎn)制造的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)什么問題。

你可以想一下在最后的制造和組裝過程中發(fā)現(xiàn)問題，你將“享受”來自領(lǐng)導(dǎo)和其他工程師的 “雙重關(guān)愛?！?/p>

當(dāng)然也不乏存在一些制造商，有時(shí)候要求的改變很離譜，設(shè)計(jì)及其性能或者電氣要求都不在同一個(gè)面上。

1、PCB中的DFM分析

DFM 分析可以識(shí)別可能在組裝和制造過程中出現(xiàn)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(guān)，而且大多數(shù)情況下，在 DFM 檢查期間無法檢測(cè)到。

2、設(shè)計(jì)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(jìn)行 DFM 可制造性分析呢？是因?yàn)楣こ處熂夹g(shù)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(shè)計(jì)布局以及設(shè)計(jì)失敗的可能性

1、從理論上講，在成本方面，未經(jīng) DFM 檢查提交的 PCB 設(shè)計(jì)比帶有 DFM 檢查的設(shè)計(jì)要便宜，最好多付一點(diǎn)錢，以便制造商可以確定設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)以滿足電路設(shè)計(jì)的要求，這是引入信號(hào)完整性問題和 EMI/EMC 問題的主要原因之一。

3、高效組裝和測(cè)試的 PCB 仍然失敗，主要原因是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)仍然包含在原型中解決但在生產(chǎn)過程中未實(shí)施的 DFM 錯(cuò)誤。

二、面向生產(chǎn)制造的 PCB 設(shè)計(jì) (DFM)

DFM 可制造性分析就是在問題出現(xiàn)之前解決問題。

DFM 可制造性分析允許制造商從各個(gè)方面審查電路板的設(shè)計(jì)，以最有效地修改其材料、尺寸和性能，可以立即檢測(cè)到設(shè)計(jì)問題，并在生產(chǎn)前及時(shí)糾正這些錯(cuò)誤。

可制造性分析的逐步設(shè)計(jì)方法包括以下屬性：

1、識(shí)別將影響 PCB生產(chǎn)制造的違規(guī)設(shè)計(jì)

2、根據(jù) 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(shè)計(jì)并確定規(guī)格是否與成品一致

4、根據(jù)板的尺寸選擇材料（根據(jù)特性、物理強(qiáng)度和質(zhì)地）

5、確保設(shè)計(jì)遵循一些規(guī)則的規(guī)定，以達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和可靠性。

三、PCB 生產(chǎn)制造過程中常見的 9 個(gè) DFM 錯(cuò)誤以及預(yù)防措施

條子的預(yù)防

元件選擇

測(cè)試點(diǎn)

通孔和鉆銅

鉆頭數(shù)量應(yīng)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(yù)防

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

（1）銅條形成的原因

有兩個(gè)原因?qū)е聴l子的形成：

1）是銅或阻焊層的長(zhǎng)而薄的特征被蝕刻掉，在制造過程中，分離的長(zhǎng)銅條會(huì)導(dǎo)致短路。

2）通過將電路板設(shè)計(jì)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(huì)因此受到不利影響。

（2）銅條的解決方案

實(shí)施最小光刻膠寬度以避免此缺陷，應(yīng)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(jìn)行適當(dāng)?shù)?DFM 分析，以確定可能形成裂片的區(qū)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(yīng)基于其可用性、交貨時(shí)間考慮和對(duì)過時(shí)或者停產(chǎn)部件的監(jiān)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(huì)使電路板組裝復(fù)雜化，從而使清潔和返工更加困難。

PCB上的小組件

3、測(cè)試點(diǎn)

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

為了便于測(cè)試，請(qǐng)將所有測(cè)試點(diǎn)放在電路板的同一側(cè)。

保持測(cè)試點(diǎn)之間的最小距離為 0.100 英寸，以提高測(cè)試效率。

更高的組件指定安裝區(qū)域。

均勻地循環(huán)所有測(cè)試點(diǎn)，以便使用多個(gè)探頭輕松訪問。

設(shè)計(jì)布局時(shí)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(huì)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(yīng)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(yīng)為 5-8 密耳，但取決于層數(shù)。

電路板布局工具沒有任何特定的設(shè)計(jì)規(guī)則檢查 (DRC)用于鉆銅。但是，如果你在設(shè)計(jì)中使用足夠的間距，則可以有 8 密耳的間隙，這是進(jìn)行 DFM 分析時(shí)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(huán)中，當(dāng)鉆頭未能到達(dá)所需位置并沿同一軸線偏移時(shí)，可能會(huì)發(fā)生切線或斷裂。這會(huì)導(dǎo)致邊緣互連并影響可靠性。

鉆到銅間隙

（3）環(huán)形分線器

以下是避免鉆井過程中出現(xiàn) DFM可制造性問題的一些技巧：

通過調(diào)整更大的焊盤尺寸，在你的設(shè)計(jì)中加入寬環(huán)形環(huán)區(qū)域，可以確保了良好的導(dǎo)電性和易于在焊盤中間鉆孔。

驗(yàn)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(duì)準(zhǔn)錯(cuò)誤。

定義鉆孔類型 (PTH/NPTH) 和鉆孔計(jì)數(shù)/尺寸。

確保銅功能和鉆孔適合電路板的輪廓。

設(shè)計(jì)一個(gè)大于或等于供應(yīng)商/制造商可以制造的最小圓環(huán)尺寸（4 mil）的圓環(huán)。

添加淚珠以防止在復(fù)雜設(shè)計(jì)和較小的環(huán)形圈中出現(xiàn)環(huán)形圈破裂。

5、鉆頭數(shù)量應(yīng)與鉆頭圖相匹配

將演練次數(shù)與演練圖表相匹配至關(guān)重要。

晶圓廠圖紙中包含鉆孔圖，有時(shí)鉆探圖表與實(shí)際鉆探計(jì)數(shù)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(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)點(diǎn)，盡量減少 PCB 布局中使用的不同鉆孔尺寸的數(shù)量。最好選擇一兩個(gè)通孔尺寸來處理信號(hào)的大部分層轉(zhuǎn)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(chǎn)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(huì)在相鄰層之間產(chǎn)生短路，這是電路板周邊暴露銅的結(jié)果。

可以通過在設(shè)計(jì)中增加間隙來解決邊緣間隙。檢查以下近似值：

外層：0.010”

內(nèi)層：0.015”

（2）線間距：

線間距是兩個(gè)導(dǎo)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(shí)，焊盤之間可能部分或完全不存在阻焊層，這會(huì)使多余的銅暴露出來，從而導(dǎo)致影響電路板性能的焊橋和短路。

當(dāng)阻焊層未定義或較大電路板的設(shè)置應(yīng)用于較小電路板時(shí)會(huì)發(fā)生這種情況，從而導(dǎo)致較大的焊盤孔。

阻焊層設(shè)計(jì)

建議遵循以下阻焊層設(shè)計(jì)技巧：

阻焊層的相對(duì)尺寸應(yīng)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(gè)需要注意的 DFM 錯(cuò)誤是酸阱，包含銳角的設(shè)計(jì)會(huì)將酸濃度吸引到該區(qū)域，這可能導(dǎo)致過度蝕刻的跡線和開路。

酸阱

避免以銳角鋪設(shè)到焊盤的走線，將走線放置在相對(duì)于焊盤 45° 或 90° 的位置，驗(yàn)證走線后沒有任何走線角度產(chǎn)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(xiàn)的錯(cuò)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(yīng)該通過運(yùn)行 DRC 來檢查。

絲網(wǎng)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(zhuǎn)文本和調(diào)整組件參考指示符標(biāo)記時(shí)發(fā)生。

修剪跨越焊盤和過孔的參考指示標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)顏色和較大的形狀以獲得良好的表現(xiàn)。通常，大小應(yīng)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(guī)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(dāng)上述尺寸不起作用時(shí)， 對(duì)于中密度板，建議參考下面尺寸：

線寬和文本高度表

（3）絲網(wǎng)印刷方法

具體方法會(huì)影響許多設(shè)計(jì)參數(shù)，如尺寸、間隙等，以及焊盤、通孔和走線等元素。

根據(jù)手動(dòng)絲網(wǎng)印刷、液體照片成像和直接圖例印刷指定絲網(wǎng)印刷方法。

標(biāo)記優(yōu)先級(jí)：根據(jù)分類對(duì)絲印標(biāo)記進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序：法規(guī)要求、制造商標(biāo)識(shí)、裝配輔助和測(cè)試輔助。

以上就是關(guān)于 PCB 生產(chǎn)制造過程中常見 9 個(gè)的 DFM 錯(cuò)誤以及預(yù)防措施簡(jiǎn)單的介紹，希望能夠?qū)Υ蠹矣杏茫瑲g迎大家多多指教。（參考來源：阿米特.巴爾）

審核編輯：湯梓紅