结合PCB制造原理优化设计

2019年9月6日

因果原则

可以毫不夸张地说，大多数成功的努力都建立在坚实的基础或幸运的基础上。当然，我们大多数人都会接受成功，但依赖机会就像闭上眼睛试图穿过繁忙的街道一样。可能会很痛苦。另一方面，规划一个有目的的、由定义良好的原则指导的过程将帮助你避免会导致失败的陷阱。

有一个非常著名的格言或原则，主要用于企业管理，称为帕累托原则。从本质上讲，这一原则指出，原因和结果之间存在比例关系，而不是1:1。这个比例通常是20:80。换句话说，20%的努力会影响80%的结果。具体比例不是固定的;相反，它的意思是表示一些在资源方面花费很少的投入可以对产出产生很大的影响。

今天，PCB设计和开发行业竞争激烈，仅仅能够生产电路板正在迅速变得不可接受。相反，有必要比其他开发商和原始设备制造商更有效地设计和制造高质量的电路板。要达到这种性能水平，需要优化设计过程。其中一个关键因素是PCB制造原理的结合。在讨论如何做到这一点之前，我们首先需要了解这些原理和潜在的PCB制造工艺。

PCB制造工艺

PCB制造工艺对整体设计发展的重要性怎么强调都不为过。周转时间和板质量只是两个因素，取决于您选择的合同制造商(CM)制造和组装服务。PCB制造由一个形式化的过程组成，如下所示:

电路板制作步骤

成像-最初创建板布局图像。
蚀刻(内层)-或除去所有区域的铜，除了痕迹和衬垫。
板铺-是板层的安排，对齐和粘合在一起。
钻孔——所有的孔，无论是通孔还是安装孔，都是接下来钻孔。根据板的大小或高度，这可能需要分步骤完成，特别是如果使用激光打孔。
蚀刻(外层)-接下来，外层必须蚀刻。铜抗蚀剂也必须从这些层上清洗干净。
通孔电镀-用导电材料填充通孔，通常是铜。
在电路板表面涂上阻焊膜，以防止外部污染，如氧化。这也可以防止问题的发生;如焊接桥接，发生在装配过程中。
丝网印刷-是添加参考指标，针一个指标，极性标志，标签和其他图像到板表面。
涂漆-这一步，这并不总是包括在内，是为了保护板免受外部污染，并为组装做好准备。

PCB组装步骤

应用锡膏-应用初始层锡膏，以帮助保持SMD组件在焊接的位置。
放置表面贴装设备(smd) -接下来将smd放置在其占地面积上。
焊料回流焊-这是SMD连接的地方。
返工(如有必要)-在检查后，如果任何smd没有固定或在其衬垫上正确对齐，这将得到纠正。
安装通孔组件-在这里，通孔组件通过板放置导线。
焊接通孔组件-然后安装通孔组件，通常是通过波峰焊。
最终焊接(如有必要)-如果任何连接不安全，将进行纠正。
清洗-是为了确保没有污染物留在板上。但是，并不是在所有情况下都执行此操作。
应用保形涂层-整个板表面的最后一层保护是保形涂层。这可以保护导电痕迹，并有助于防止间隙爬电。
分离-在此步骤中，使用路由或评分将板分离成单独的单元。

如图所示，PCB制造的制造和组装阶段定义了一个有序的结构化过程。然而，这些步骤中的许多都依赖于设计期间制定的规范。因此，您的设计决策对流程和结果有重大影响。这些决定在某些情况下是指令。例如，选择使用FR4作为你的板的材料。然而，为了使您的电路板制造对您的开发产生最大的影响，它应该结合PCB制造的原则。

PCB制造原理的基础是什么?

了解电路板的建造过程中涉及哪些步骤，为理解PCB制造原理提供了基础。事实上，建立这些原则依赖于你做出设计决策的能力，这将有助于你的CM和增强你的电路板制造。要做到这一点，最有效的方法是采用和利用CM流程的规则和指导方针，或者采用为制造而设计(DFM)。

对于PCB开发，DFM可以定义如下:

为制造而设计或DFM是将制造和设计结合起来的过程

电路板的装配设备能力、技术和工艺

制造商进入您的设计，以确保可制造性，并帮助促进或缓解

制造和组装。这包括设置板参数;比如清场

钻孔尺寸，在制造商指定的公差范围内。

当规范针对PCB组装或PCBA而不是制造时，它们被称为组装设计或DFA。因此，我们可以将DFA定义为:

装配设计或DFA是指做出旨在提供帮助的设计决策

便于电路板或PCBA的组装。这包括通道类型的选择，

环形环尺寸，阻焊扩展设置，元件间距良好

热分布等选项。

可用于规范的DFM和DFA或DFMA选项的总数是您将制造原则应用于设计的能力的基础，这取决于您的CM提供的数据，最重要的是，您的PCB设计软件的功能。

PCB制造的原理如何融入到你的设计中?

DFMA的利用程度是PCB制造原理应用于您的设计的主要手段。然而，这些原则本身是通过采用以制造为中心的PCB设计方法来体现的。采用这样的理念可以帮助您做出决策，不仅可以直接改善制造，而且还可以对整体开发和生产产生积极影响;比如决定什么时候设计到成本或设计到价值．

那么，PCB设计决策是如何通过它们对制造过程的影响来调节的呢?首先要了解制造pcb的艺术或指导制造活动的灵活性。在DFM和/或DFA指导方针内，通过行使这种选择制造选项的自由，您可以消除或避免PCB组装和子组装重新设计，这会延长周转时间并提高成本。您还应该考虑制造费用和产量差异，从而提高制造成本估算。最有效地利用PCB制造原理需要您利用先进的PCB设计工具;例如PCB系统的3D仿真。

让我们更详细地探讨PCB制造的这些原理。

制造pcb的艺术

艺术家绘图电路板

创造PCB设计的艺术

你可能从来没有想过设计电路板是一种艺术，但考虑一下这一点。艺术家把一个想法或要求以意象的形式赋予生命。工程师或PCB设计师从一个想法或要求开始，通常有一些特定的功能目标，并创建可以用图像表示的PCB设计。没错，你说，但艺术家可以自由选择使用的尺寸和材料或画布。

好吧，设计师可以选择材料，堆叠，组件和痕迹将如何路由。现在，有一些限制，这些限制可能是由你的客户规定的，法规和标准，或者是你的董事会的运行环境。然而，就像艺术家所做的那样，设计师可以灵活地创建一个设计，反映他们自己对PCB的愿景，当建造时，应该是什么样子。关键是要知道设计的哪些属性是可变的，以及它们必须存在的边界是什么。这些界限是由你的CM的DFM和/或DFA规则和指南设置的。

如果你想了解更多制造pcb的艺术，在这里阅读。

避免PCB组装和子组装的重新设计

PCB制造的另一个原则似乎有些明显是避免重新设计。当检测到或识别出只能通过修改设计参数或规格来纠正的错误时，需要重新设计PCB组件或子组件。这些错误可以在制造、部件放置或组装之前或过程中检测到。例如:

需要重新设计PCB组件或子组件的错误
制造阶段	常见设计错误
制造	元件之间的间距或间隙不足，痕迹和钻孔，钻孔缺失，未连接的痕迹，痕迹宽度和铜重量违规，丝印重叠焊罩。
组件的位置	组件不可用，包装和占地面积不匹配，组件对湿度或温度敏感。
组装	焊锡坝缺失，组件无铅迹，板边缘间隙违反，热释放不足，参考或引脚1指示灯不清楚。

上面的列表不包括所有可能停止生产的错误或问题，许多可以通过在制造之前让CM执行DFM检查来检测到。这不会阻止重新设计，但可能会防止一些额外的成本。然而，避免大多数这些问题和重新设计的最佳方法是遵循CM的DFMA的规则。

了解更多避免PCB组装和子组装的重新设计，在这里阅读。

在设计中考虑制造费用和产量差异

在pcb的开发和生产过程中，尽量减少或消除任何类型的重新设计的需要总是可取的。然而，对于除了最简单的电路之外的所有电路，完全消除设计更改是不现实的。例如，在原型设计过程中，通常需要执行几个设计、制造、测试周期或迭代，以消除任何错误，提高板的设计质量。

此原型阶段发生在小批量生产期间，其中构建的电路板数量可能从少量到数百个不等。另一个生产水平，高产量，发生在开发和板设计完成后。这里生产的多氯联苯数量可能在数万或数十万，甚至更高。

成排的组装板

大批量PCB生产

小批量生产和大批量生产具有不同的制造目标和成本，优化需要将这些因素纳入设计策略和流程。

关于制造费用和产量差异，在这里阅读。

准确的制造成本估算的重要性

认识到制造费用的差异，以及它如何影响电路板的周转时间和成本是一回事。实现它是另一回事。为了充分衡量生产您的电路板所需的资源，您需要进行准确的制造成本估算。制造成本很大程度上由你的CM决定，它以报价的形式呈现给你。报价的准确性实际上完全依赖于您提供给CM的设计信息的准确性和完整性。因此，您应该确保为您的CM提供一种首选格式的全面设计包。

阅读确保准确制造成本估算在这里。

PCB系统三维仿真的有效应用

最终PCB的三维仿真

设计的另一个基本要素，包括PCB制造的原则是工具的利用。整合和利用制造原则，以便将时间和成本降至最低，这要求您的设计在提交给CM之前进行分析和严格审查。这种类型的评估的最佳工具之一是PCB系统的3D模拟。在3D中查看和设计的能力为您提供了许多其他优势，例如更好的柔性板设计，深入的多板设计检查和MCAD/ECAD协作。

如果你想了解更多关于使用PCB系统的三维仿真实际上，请在这里阅读。