PCB制板加工文件拆解

制造說明、鉆孔文件、尺寸文件、疊層圖紙和拼板文件都是PCB加工要求的組成部分。但是，什么是加工要求？為什么需要加工要求？這篇技術(shù)博客拆解關(guān)于這個(gè)課題的所有要點(diǎn)，并提供最佳實(shí)踐案例。

與焊接到PCB上的元器件不同，PCB是定制品，需要花費(fèi)時(shí)間和精力根據(jù)特定的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造。PCB越復(fù)雜，需要的加工要求也就越多。無論P(yáng)CB的復(fù)雜程度如何，這些文件都能為PCB供應(yīng)商進(jìn)行解惑，從而加快制造過程。供應(yīng)商會(huì)將加工要求與實(shí)際的PCB生產(chǎn)數(shù)據(jù)結(jié)合使用，來驗(yàn)證生產(chǎn)的準(zhǔn)確性。

鉆孔檢查

加工要求 – 目的

加工要求的目的很簡單：它定義了一款PCB。PCB沒有所謂的“標(biāo)準(zhǔn)品“解決方案，因?yàn)槠涫歉鶕?jù)所需服務(wù)的產(chǎn)品而進(jìn)行設(shè)計(jì)的。每款PCB都有其獨(dú)特的制造和質(zhì)量要求，這些要求是由使用方來制定的。此外，加工要求還被用于驗(yàn)證，因?yàn)镃AD系統(tǒng)有時(shí)會(huì)生成錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，而這些錯(cuò)誤在工廠進(jìn)行制造設(shè)計(jì)分析之前，是不容易被發(fā)現(xiàn)的。同時(shí)，加工要求還被用于后續(xù)的質(zhì)檢，質(zhì)檢人員需要在最終檢驗(yàn)時(shí)確保PCB符合所有的IPC規(guī)范。

加工說明

加工說明是PCB設(shè)計(jì)工程師定義成品的規(guī)格、外型和功能的文件，還可以作為PCB設(shè)計(jì)人員與制造商質(zhì)檢的溝通工具。工程師可以利用加工說明來管控PCB的品質(zhì)。PCB加工說明應(yīng)準(zhǔn)確定義成品PCB的規(guī)格。為了最大限度發(fā)揮加工說明的作用，PCB設(shè)計(jì)工程師應(yīng)熟悉IPC規(guī)范。IPC-6012中的《剛性PCB板質(zhì)量和性能規(guī)范》為設(shè)計(jì)工程師提供了許多可用于定義成品PCB的選項(xiàng)。

明確PCB的質(zhì)量等級(jí)

例如，在指定表面處理工藝時(shí)，工程師還可以指定表面處理的耐用性。這樣，可以確保PCB能夠經(jīng)受長期存放，以及足夠支持組裝所需的熱循環(huán)。這個(gè)例子還說明了IPC規(guī)范的全面性，因?yàn)镮PC-6012參考了J-STD-003。另一種控制品質(zhì)和成本的方法是指定PCB的品質(zhì)等級(jí)。例如，高可靠性PCB可能需要參考IPC-6012 III級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)镮PC I級(jí)和II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)質(zhì)量的管控點(diǎn)較少。此外I級(jí)和II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的總體制造成本較低。在PCB行業(yè)中，常規(guī)情況下PCB需要滿足IPC II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但某些工藝有需要滿足III級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，比如電鍍。

指定板材的一個(gè)好方法，是查看IPC-4101和IPC-4202，其使用了“/編號(hào)“來明確基于材料等級(jí)的PCB材料分類。

編寫加工說明時(shí)，盡量簡潔明了，含糊其辭容易產(chǎn)生歧義或錯(cuò)誤，從而造成不必要的成本和時(shí)間損失。

制板加工文件還被用于質(zhì)檢，質(zhì)檢人員通過該文件確保PCB符合所有IPC規(guī)范。

鉆孔表

鉆孔表，是用于設(shè)計(jì)驗(yàn)證的加工要求之一。它列出了與鉆孔圖紙匹配的所有鉆孔，包括孔的尺寸、數(shù)量、公差以及標(biāo)識(shí)符。這些標(biāo)注，標(biāo)明了PCB上每個(gè)孔的位置，設(shè)計(jì)人員還可以添加額外的信息，例如盲孔和埋孔信息，盡量減少誤解。有時(shí)，CAD系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一些未知錯(cuò)誤，因此在這方面需要多花些時(shí)間來確保其準(zhǔn)確性。

比例圖

加工要求的一部分，是按比例繪制的PCB外型圖。該圖紙應(yīng)提供準(zhǔn)確的PCB外型要求。簡單的按比例繪制的PCB外型圖，適用于許多設(shè)計(jì)領(lǐng)域，但要繪制出最準(zhǔn)確的制造圖紙，還需要更多的細(xì)節(jié)。除了外型之外，還應(yīng)該添加按比例繪制的尺寸線，一張好的制造圖紙還應(yīng)包括一個(gè)原點(diǎn)，供制造商參考。

在工廠工作期間，我意識(shí)到了先檢查比例尺的重要性。通常，客戶的CAD系統(tǒng)配置輸出的Gerber文件不正確，導(dǎo)致物理層的縮放比例與鉆孔文件不同。如果包含PCB尺寸，我很快就能找出問題所在。雖然這只是一個(gè)很小的參考點(diǎn)，但卻非常有用。

需要注意的是，添加過多的尺寸線，會(huì)擾亂視線，無法閱讀圖紙。我曾見過一張圓形PCB的圖紙，上面添加了太多的尺寸和角度，以至于我們的工程師都看不懂。所以，最好只包含整體尺寸和關(guān)鍵尺寸。

疊層文件

疊層文件（或簡稱“疊層”）是PCB的詳細(xì)橫截面圖像。并非每個(gè)PCB都需要疊層文件，但有些設(shè)計(jì)需要特定的信息。對(duì)于雙層PCB，設(shè)計(jì)人員可以在制造說明中列出成品板厚度和公差，但有些設(shè)計(jì)需要包含具體細(xì)節(jié)的疊層圖。

PCB設(shè)計(jì)工程師可以指定疊層結(jié)構(gòu)，但根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際操作中還是會(huì)受到限制。

PCB設(shè)計(jì)工程師可以指定每層的成品銅厚，只要數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，這將是很好的加工說明。然而，我曾見過指定內(nèi)層銅厚的疊層，其厚度要求與標(biāo)準(zhǔn)制造厚度不符。如果客戶與供應(yīng)商達(dá)成共識(shí)，這種情況是可以接受的。在沒有說明理由的情況下，要求非常規(guī)的疊層結(jié)構(gòu)，可能會(huì)引起問題，并且造成EQ時(shí)間的延長，因?yàn)榉浅Ｒ?guī)制造會(huì)增加PCB的交期和成本。

包含材料類型的疊層圖紙

有盲孔、埋孔和/或背鉆孔的PCB設(shè)計(jì)可能具有復(fù)雜的鉆孔順序。標(biāo)明所有鉆孔順序的圖紙，可以讓PCB供應(yīng)商明確了解壓合和鉆孔循環(huán)次數(shù)。雖然供應(yīng)商可以基于PCB圖紙確定，但還是會(huì)存在有誤解的風(fēng)險(xiǎn)。

疊層圖紙還應(yīng)包括PCB材料的材料類型和成品介電厚度。通常只有需要進(jìn)行阻抗控制的PCB才需要這些信息。材料類型和介電厚度有助于阻抗控制。通過精心的布局，工程師可以通過參考平面最大限度減少電磁干擾（EMI）和串?dāng)_。

疊層結(jié)構(gòu)圖紙，是記錄阻抗控制規(guī)范的好方式。正確的阻抗線被標(biāo)注出來，來確定每一層上的阻抗走線。表格中還應(yīng)包括走線寬度、位置、目標(biāo)阻抗值以及每條阻抗線的參考層。

有些PCB有熱管理規(guī)范，如絕緣金屬基板（IMS）或埋銅塊技術(shù)。銅塊和金屬基板有各種形狀和尺寸。疊層圖紙是顯示銅塊厚度、形狀以及IMS技術(shù)細(xì)節(jié)（如熱介質(zhì)和金屬基板厚度）的好方式。

什么是阻抗控制？

NCAB的詳細(xì)疊層圖紙規(guī)定了層排列順序、銅厚度和鉆孔順序，確保PCB符合阻抗控制要求。了解有關(guān)阻抗控制的更多信息，并下載我們的PCB疊層&阻抗設(shè)計(jì)指南，確保您的設(shè)計(jì)準(zhǔn)確無誤。

拼板文件

拼板文件是按比例繪制的圖紙，說明每個(gè)工作板中的PCB數(shù)量。拼板文件應(yīng)標(biāo)明尺寸，每塊PCB之間應(yīng)有準(zhǔn)確的間距。拼板板邊應(yīng)至少有3個(gè)可用的夾具孔，以便確保組裝過程中的精準(zhǔn)對(duì)位。如果需要對(duì)整板進(jìn)行更均勻的電鍍，板邊是添加電鍍銅的好地方，且不會(huì)影響電路板。

拼板，有助于控制成本和質(zhì)量，在確保整個(gè)批次一致性的同時(shí)，還更具有單元成本效益。優(yōu)化拼板方式，可以提高材料利用率、減少廢料降低成本，但仍需謹(jǐn)慎對(duì)待，因?yàn)閱蝹€(gè)工作板上的PCB過多或過少，都會(huì)使整個(gè)工作板不穩(wěn)定，容易在組裝前散開。優(yōu)化拼板方式可以實(shí)現(xiàn)高效組裝的同時(shí)，降低成本減少浪費(fèi)。如果您并不精于此，也不必?fù)?dān)心，NCAB可以為您提供有效的建議。

用于不同應(yīng)用的電路板也有其版本更新的需求，更新加工要求可以減少前端EQ時(shí)間。許多工程師和采購人員都反映，PCB在前期EQ時(shí)間太長。除了更新加工要求，在指定不同圖紙時(shí)的冗余信息時(shí)也要謹(jǐn)慎。冗余信息過多會(huì)增加更新資料時(shí)，遺漏信息的風(fēng)險(xiǎn)，從而導(dǎo)致更多的問題和更長的交期。

當(dāng)完成PCB加工要求制作時(shí)，感覺非常棒。文件圖紙應(yīng)簡潔明了，同時(shí)包含所有相關(guān)信息。如果有對(duì)加工說明或者圖紙產(chǎn)生干擾的細(xì)節(jié)，最好對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步澄清。PCB是定制品，PCB供應(yīng)商知道如何生產(chǎn)PCB，但他們可能沒有生產(chǎn)過你的PCB。因此，為了確保生產(chǎn)的準(zhǔn)確性，他們會(huì)就你的文件提出各種問題，PCB加工要求的目的就是盡量減少這些問題。優(yōu)化設(shè)計(jì)的這一部分非常耗時(shí)，但為了獲得更好的質(zhì)量、成本和交期，這樣的花費(fèi)都是值得的。

審核編輯 黃宇