博客作者：Zachariah Peterson 設(shè)計(jì)專業(yè)人士經(jīng)常談?wù)撁嫦蛑圃斓脑O(shè)計(jì)指南，但這些指南到底是什么以及它們?nèi)绾卧谀?PCB 設(shè)計(jì)軟件中實(shí)施？在 PCB 開發(fā)中，面向制造的設(shè)計(jì)具有非常簡(jiǎn)單的含義：僅在確保可制造最大產(chǎn)量時(shí)，您才可以實(shí)施該設(shè)計(jì)選擇。這個(gè)看似簡(jiǎn)單的解釋遺漏了很多關(guān)鍵點(diǎn)，并且很自然地假設(shè)制造商可以制造您在設(shè)計(jì)軟件中放入 PCB 布局的任何內(nèi)容。 事實(shí)上，不同的制造廠具有不同的能力、材料選擇和標(biāo)準(zhǔn)的非接觸式服務(wù)選項(xiàng)。有一些很常見的錯(cuò)誤或疏忽會(huì)導(dǎo)致電路板無(wú)法制造，并可能需要進(jìn)行大量的重新設(shè)計(jì)。在本文中，我將回顧新手和經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)師可能犯的一些最常見的錯(cuò)誤。我自己也犯過(guò)這些錯(cuò)誤，但我可以告訴您，您隨時(shí)都能從這些錯(cuò)誤中恢復(fù)過(guò)來(lái)，并確保您的電路板是可制造的。 一些面向制造的基本 PCB 設(shè)計(jì)提示 下面我將概述的要點(diǎn)幾乎完全涉及兩個(gè)重要領(lǐng)域：

材料考慮因素，特別是內(nèi)芯/層壓材料和銅重量

制造限制，特別是 PCB 布局中的尺寸和間距

考慮到這一點(diǎn)，讓我們開始了解確保設(shè)計(jì)成功所需的一些基本 PCB 設(shè)計(jì)制造指南。

首先獲取層堆疊 您會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)，直接進(jìn)入您的新設(shè)計(jì)并開始在電路板周圍放置元件是多么容易。對(duì)于不需要阻抗控制、特定總線電容或密集數(shù)字布線的更簡(jiǎn)單的電路板，可以僅在具有標(biāo)準(zhǔn)層厚度的偶數(shù)層電路板上開始布局。根據(jù)設(shè)計(jì)的不同，制造的 PCB 可能無(wú)法創(chuàng)建您所期望的功能。

PCB 制造廠可以向您發(fā)送一個(gè)疊層表，以幫助確保您的設(shè)計(jì)是可制造的 對(duì)于大多數(shù)設(shè)計(jì)，即使是用于業(yè)余愛(ài)好的微控制器電路板，您也至少需要了解層的排列和材料特性。在您開始設(shè)計(jì)數(shù)字總線走線或任何阻抗控制走線之前，請(qǐng)通過(guò)電子郵件向制造廠發(fā)送一份標(biāo)準(zhǔn)層堆疊。如果您不這樣做，制造廠可能會(huì)使用無(wú)法創(chuàng)造您預(yù)期功能的層堆疊來(lái)生產(chǎn)您的電路板。另一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)是您創(chuàng)建其無(wú)法制造的層堆疊，這通常是因?yàn)闆](méi)有符合您的疊層規(guī)格的材料庫(kù)存。

將銅重量與電流密度和層壓板相匹配

當(dāng)您選擇材料或獲得批準(zhǔn)的堆疊時(shí)，如果制造商駁回您的銅重量，請(qǐng)不要感到驚訝。您需要使用制造商材料集上可用的銅重量，而不能僅指定您想要的任何銅重量。如果您抽出時(shí)間估算特定電流密度（例如在電源軌上）所需的銅重量和走線寬度，則應(yīng)在與制造商確定疊層時(shí)確保指定所需的重量。

強(qiáng)制執(zhí)行銅與銅間隙

當(dāng)您開始新的 PCB 布局時(shí)，ECAD 軟件將應(yīng)用一組默認(rèn)間隙規(guī)則，這些規(guī)則對(duì)于幾乎所有 PCB 都是保守值。這些值通常過(guò)于保守，因此通常在開始布局之前忽略它們而不使用正確的間隙值進(jìn)行編程。更糟糕的是，您可能會(huì)輸入太小的值，這將使您將元素放置得太近，以至于無(wú)法制造電路板。

請(qǐng)注意放置在該走線附近的多邊形鋪銅：DRC 引擎已在該窗口中標(biāo)記了沿走線長(zhǎng)度的間隙錯(cuò)誤。應(yīng)設(shè)置走線到多邊形間隙規(guī)則以確保這些元素不會(huì)靠得太近，否則在制造過(guò)程中這些元素之間可能會(huì)出現(xiàn)意外短路。 解決方案：在開始放置之前獲取制造商的限制，并將這些值作為設(shè)計(jì)規(guī)則編程到您的 PCB 項(xiàng)目中。如果您想確保您未命中最常見的間隙違規(guī)問(wèn)題，請(qǐng)重點(diǎn)關(guān)注以下間隙：

走線到走線

走線/焊盤到多邊形鋪銅

走線到焊盤

焊盤到焊盤

最后兩點(diǎn)將適用于 SMD 焊盤和用于通孔（過(guò)孔或元件引線）的著陸焊盤。請(qǐng)注意，由于需要蝕刻補(bǔ)償，對(duì)于較重的銅，這些值會(huì)更大。

重疊鉆孔

如果您遵循之前的間隙指南并設(shè)置最小焊盤間距值，那么您可能已經(jīng)解決面向制造指南的設(shè)計(jì)。如果鉆孔距離太近，它們可能會(huì)由于 CNC 鉆孔中的偏移而相互重疊。每次鉆孔命中都會(huì)稍微偏離其理想的命中位置，在放置過(guò)孔和通孔引線時(shí)需要考慮到這一點(diǎn)。 在穿過(guò)平面的鉆探結(jié)果之間可能會(huì)出現(xiàn)類似的問(wèn)題，例如下圖所示的熱釋放和 GND 平面間隙。兩個(gè)綠色區(qū)域顯示了過(guò)孔壁和這些網(wǎng)絡(luò)的平面之間的間隙；這里的剩余碎片非常小，并且無(wú)法制造。下面顯示的具體示例是此類制造故障不會(huì)導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法運(yùn)行的一個(gè)實(shí)例，但通常情況可能并非如此。如果這樣的缺陷出現(xiàn)在兩個(gè)通孔之間的表面層上，則將在焊接過(guò)程中產(chǎn)生橋接的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)檎~特征可能在制造過(guò)程中被蝕刻掉。

這兩個(gè)通孔之間的緊密間距在平面層上留下了非常微小的銅片，這將被過(guò)度蝕刻并且不會(huì)出現(xiàn)在制造板上。 這里的自然解決方案是僅使用更大的焊盤，這正是滿足基本 IPC 等級(jí)要求所要做的；使用最小焊盤尺寸（鉆頭直徑）+ 8密耳，以確保幾乎始終滿足鉆孔到鉆孔間隙限制。

小特征尺寸

當(dāng)您開始將元件和走線封裝到一塊電路板上時(shí)，很容易開始使走線、鉆孔和焊盤過(guò)小。間隙規(guī)則已經(jīng)限制了您可以將所有元件封裝的距離，但同樣重要的設(shè)計(jì)要求是最小特征尺寸。您需要解決的兩個(gè)最常見的點(diǎn)是最小孔尺寸和走線寬度。這一點(diǎn)就像查找制造商特征尺寸并將其編程到您的設(shè)計(jì)規(guī)則中一樣簡(jiǎn)單。適用于大多數(shù)電路板的典型制造限制為4密耳走線寬度和6密耳鉆孔寬度。對(duì)于許多不需要阻抗控制的簡(jiǎn)單電路板，最好使用8至10密耳的走線寬度和10密耳的鉆孔直徑。

阻焊層碎片

這是裝配過(guò)程中經(jīng)常被忽視的一個(gè)方面，旨在確保阻焊層開口能夠可靠地起到防止熔融焊料在兩個(gè)附近元件之間流動(dòng)的屏障作用。即使焊盤間隔適當(dāng)，NSMD 焊盤上過(guò)大的阻焊層開口也會(huì)在焊盤之間留下非常薄的阻焊層通道。

Q9和Q10之間殘留的阻焊層碎片將無(wú)法制造，因?yàn)樗×恕Ｈ欢副P到焊盤的間隙仍然令人滿意。這里的解決方案是將這些焊盤上的阻焊層開口減少到0密耳。您可能還需要將這些元件之間的間距增加幾密耳。 此處典型的最低阻焊層碎片要求為5密耳。當(dāng)阻焊層碎片低于制造商的限制時(shí)，它可能會(huì)在固化后折斷，并在兩個(gè)焊盤可以用焊料橋接的地方形成一個(gè)通道。這里的解決方案是應(yīng)用額外的間距，或減少受影響焊盤上的阻焊層開口，以便保留足夠大的碎片。

重疊絲印層

布局和布線完成后，應(yīng)檢查絲印層以確保沒(méi)有重疊的參考標(biāo)號(hào)。如果有，您可以在 PCB 布局中移動(dòng)它們，直到一切都清晰為止。雖然從技術(shù)上講，這不是成功制造或裝配的必要條件，但負(fù)責(zé)任的制造商仍會(huì)在設(shè)計(jì)審查期間將其標(biāo)記為問(wèn)題。 一個(gè)更重要的問(wèn)題是絲印層與要應(yīng)用焊料的焊盤/孔重疊。確保使用 3D 模型查看器或直接查看 Gerber 來(lái)檢查這一點(diǎn)。 上面的指南列表應(yīng)該解決可能影響幾乎所有設(shè)計(jì)的最常見 DFM 問(wèn)題。當(dāng)您在項(xiàng)目中實(shí)施上述準(zhǔn)則時(shí)，它將成為正常設(shè)計(jì)過(guò)程的一部分。一旦將這些要點(diǎn)編入您的設(shè)計(jì)規(guī)則中，作為設(shè)計(jì)審查的一部分，您可以在將電路板投入生產(chǎn)之前隨時(shí)檢查。

審核編輯：黃飛

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