一個優秀的PCB設計工程師，必須綜合生產工藝和測試工藝進行考慮，才能順利地設計出好產品。這也涉及PCB設計中的可制造性和可測試性。在實際設計中，這兩點往往容易被忽略。

 

筆者曾經在做Bonding、SMT、THT工藝焊接的OEM時，經常遇到由于設計者不了解生產、測試工藝，導致設計的PCB產品無法順利加工，而遭到各OEM廠商的拒絕，最后要么造成批量報廢，要么以極高的加工費向OEM廠商求饒，甚至需要請客送禮；這也是部分客戶為降低損失、達成合同交貨期而不得不實施的行為。

 

記得在99年時，曾接到中山客戶的一個做手持對講機項目，是10,000多片對講機板的SMT加工，此板安裝密集且為雙面表貼，板上應用了大量的片狀電感、小容量電容和片狀可調電容。在加工打樣后，發現以下問題：

1、 PCB為不規則圖形，四周器件均靠近PCB外沿且無副邊（工藝邊），無法在貼片機上傳輸；

2、 PCB上沒有設置Fiducial Mark（機器視覺識別標志），只好利用PCB上的器件焊盤做為Mark點，但由于焊盤離阻焊層太近，阻焊層的反光使得機器識別率低，機器經常停機報警；

3、 個別過孔（Via）離焊盤太近，回流時造成焊錫流失，焊盤上錫少；

4、 可調電容的焊盤設置的太寬，由于可調電容面積大、重量輕，當錫熔融時的浮力和表面的張力使得所有可調電容均出現漂移。

 

由于PCB存在以上問題，我們向客戶表明無法承接此訂單，但客戶百般懇求，因為他們所接為國外訂單，簽有嚴格的合同及違約責任，且之前已經找過兩個加工單位均被拒絕，生產時間非常緊迫。最后，我做了一個PCB的托模（將PCB嵌入式固定），才艱難的將此訂單做完，為此客戶也付出了近十倍的加工費。

以下所寫文字，多來自于筆者多年的經驗與工作中的案例，也是在產品設計中的一點思考，希望能對PCB設計工程師有所幫助。

 

1.0  了解焊接工藝和設備

很多的設計工程師并不了解組裝工藝和設備，即認為產品的生產與自己無關；這樣設計出的產品在組裝時往往容易出現這樣那樣的問題，甚至直接影響到生產效率和成品率。這種問題在大批量生產時會尤為突出。所以對工藝和設備的了解是必要的。

例如：由于手工浸焊質量差、效率低、不能適應大生產和自動化作業的要求，取而代之的大都是波峰焊。但是，包括波峰焊、切腳機、貼片機、自動印刷機在內的幾乎所有自動化設備均采用軌道式傳輸方式，而軌道式傳輸一般要求PCB要有至少兩個平行的對邊，且靠邊的3～5mm不能有器件（要被壓在軌道里）。所以在PCB設計時，若安裝密集元件，當需要將器件放到靠近側邊時，就要考慮給PCB增加工藝邊（即常說的“副邊”）；若元件安裝不是很密集，就應在設計時避免將器件放得太靠邊。否則，PCB對于自動化設備的適用性就會受到限制。

 

1.1 當前主要的PCB裝聯工藝有：

? SMT（Surface Mount Technology）表面安裝工藝：適用于表貼元器件的焊接。

? THT（Through Hole Technology）通孔工藝：主要以波峰焊接工藝為主，應用于通孔元件的焊接（少量場合，也有將其應用于表貼元器件）。

? Bonding（邦定）工藝：主要應用于裸片（Bare Die）與PCB的裝聯。

 

1.2 本公司現有設備對PCB外形尺寸的要求：

設備名稱	設備型號	PCB SIZE（min）	PCB SIZE（max）	用途
貼片機	CP40LV+	50×30×0.38	460×400×4.2	用于表貼元器件的安裝
邦定機	BONDA101		170×170	用于裸片的焊接
回流焊	MA-300R		460×280	用于表貼元器件的回流/再流焊接
切腳機	BT-6A		380×230	用于通孔元器件的切腳
洗板機	PTO/3006		260×160	用于PCA的清洗
小錫爐			270×220	用于通孔元器件的手工浸焊
大錫爐			460×315	用于通孔元器件的手工浸焊

 

2.0 再流焊接工藝要求元件的最小間距

再流焊接工藝有可能造成元件或引線之間的短路。究其原因，可能是因為以下幾種情況：

? 鋼網印刷的焊膏印象圖形與焊盤圖形未能完全吻合；

? 焊膏粘度偏低或觸變性差，導致焊膏坍塌，形成焊膏連條，載流焊后形成小錫珠或橋接。

? 泳動效應。焊膏熔化時，元件受本身重力、焊錫潤滑力、熔融焊膏表面張力的作用，可能偏離焊盤，與鄰近焊盤搭接。

因此，放置的各元件之間必須有一定間距，以避免形成短路與橋接。一般情況下，相鄰元件的安全間距應≥26mil。

 

3.0 波峰焊接工藝要求元件的最小間距

波峰焊接時，由于熔融焊錫張力、金屬表面潤滑等諸多因素，在間距過小的焊盤或通孔之間可能產生焊錫橋接。為了減少這種焊接缺陷，設計時應預保留元件間的合理間距。一般情況下，相鄰元件（通孔元件）的安全間距應≥50mil。

 

4.0  Bonding（邦定）工藝對PCB的要求

4.1 邦定板的外形尺寸

邦定電路板的外形尺寸不宜設置得太大，一般情況下，建議小于100 mm×100mm。因為太大的PCB會對Bonding（邦定）工藝提出很高的要求，例如Bonder、邦定精度、鋁盒等，且會使烘箱的使用效率降低。如果是外協加工的話，還可能導致加工費用增高。除非您具有相當于“ASM AB559A”的加工能力。如果需要應用于較大面積的PCB，建議先設計成模塊化的小板，然后再進行組裝，這樣會具有更好的靈活性。

4.2 Bonding工藝對PCB鍍層的要求

PCB的表面處理主要有裸銅（不鍍）、鍍鎳、鍍金、鍍錫等幾種，其中裸銅（不鍍）和鍍錫的PCB不能應用于Bonding工藝。所以，在設計Bonding板時，應避免采用裸銅（不鍍）和鍍錫工藝。

4.3 邦定位的布線寬度

邦定位的布線寬度允許在4mil～10mil之間變化，通常設計取5mil～6mil。

4.4 邦定位的阻焊設置

由于電路板的生產誤差，可能導致金手指上附著部分油墨，導致邦定工藝打線不良。為避免這一問題，在阻焊層的邦定位置，應根據邦定位尺寸放置一個尺寸為ø200mil～ø500mil的實心圓。同時，這樣也可以提高邦定膠與基板的附著力。

4.5 載片島(襯底)的設計

載片島的尺寸一般稍大于裸片的管芯尺寸或等于管芯尺寸。注意：載片島上一般不可設置通孔，通孔會使粘片膠流失，從而造成固晶不良。

4.6 載片島周圍的距離

在載片島與金手指之間，必須設置合理的間距，以適應邦定的生產工藝，便于邦定線弧的形成。

目前，國內邦定行業中，幾乎均采用手工固晶，比較容易產生偏差或管芯偏移。因此，載片島與金手指的間距設置十分重要。若此間距過小，可能會導致金手指與管芯襯底短路，或者形成一個固定阻值，導致芯片工作異常；若此距離過大，就會使邦定的線弧變長，膠點變大，可靠性降低。

一般的設置標準是，對于對于127×129mil  48線的管芯，此間距應≥32mil，在32mil～48mil之間。