印刷电路板组装设计:如何DFA

我有提过我在流水线上工作过吗?是啊，那时候我们用铅做焊料用氟利昂来清除电路板上的焊剂。这对环境和装配工人都是危险的。环境有所改善，但我不确定我能对工人说什么。通孔组件的安装和返工非常简单。我们在缩小产品方面已经取得了长足的进步，这也带来了缩小组件的成本。

图片来源:作者- fpga驱动电路密度灵活的架构。

自从我从装配线搬到CAD洞穴以来，花更少的钱做更多的事一直是一个中心主题。表面安装电阻器和电容器刚刚成为一种东西。DIP封装正在慢慢被SOIC等效器件所取代。在此之前，我们以一英寸的分数来测量大头针到大头针的间距。

DFA曾经很容易。那些日子一去不复返

一个电阻器足够大，可以有四到五个颜色带，这样我们一眼就可以确定值和公差。导线的形状是这样的，这样它们就可以插入间隔半英寸的孔中。流行的14针和20针DIP(双直插式封装)在两侧的针之间使用十分之一英寸，在封装上使用十分之三英寸。这是巨大的!

计量上，我们说的是2.54毫米和7.62毫米。第一个SMD元件我们的螺距只有当时的一半，但当我们将1.27毫米的螺距与最近0.5毫米的螺距进行比较时，它似乎非常粗糙。不仅如此，大头针也不再局限于两边了。它们以四平装的方式绕了一圈。

亲爱的，我把组件缩小了!

这还不够，所以我们用小焊点填充了整个组件的底部，而不是真正的引线。我们称之为球网格阵列(BGA)。这些设备的间距从1.27毫米下降到1毫米，然后是0.8毫米，然后是0.65毫米，0.5毫米，0.4毫米，现在是0.35毫米，在某些情况下甚至是0.3毫米。原本0.1英寸的电子元件组装现在减少到0.016英寸或更少。日本村田公司具有01005尺寸以下的新一类电容器。准备在008004 (.25x.125mm)封装中使用高达0.1 μ F, 6.3vdc的电容工作。

图片来源:作者-有时，放置需要一点创造力。尽量不要太有创意．

这一切都发生在我们不得不放弃SN63焊料的时候。这是共晶焊料的神奇配方，63%锡和37%铅。共晶焊料的美妙之处在于它的熔点很低，在很窄的温度范围内凝固。普通无铅焊料熔点较高，在工艺窗口中不那么宽容。

我说的所有这些都是为了指出PCB组装比以前更难。的印刷电路板材料必须承受可能导致各种问题的灼热。任何不平衡的铜在板的结构将有更大的倾向，导致翘曲和扭曲，因为板出来的红外烤箱。表面涂层的缺陷会导致起泡、隆起、焊盘脱落或任何数量的焊料缺陷。

绿色世界中的金属迁移

符合RoHS标准的焊料的冶金工艺通常以大量的锡和微量的银、锑和其他金属杂质为特征。纯锡有一个容易扩散并导致短路的坏习惯。不仅在“锡须”常见的焊点上，而且在痕迹本身上。树突状生长可以在相邻的迹线之间形成并导致短路。

在一定的温度、湿度和较高的电压条件下，会导致导电阳极丝(CAF)的生长。这是介电材料分解的地方，导电盐可以从导体之间的微裂缝中爬行。同样，这一切都与我们被迫使用更环保的板材料有关，以拯救我们的星球免受有毒污染。

我们能给制造商的最重要的事情是导体之间的一点额外空间。同时，我们能给市场团队的最重要的东西是一个超小的PCB。我们设计师必须在可销售性、质量和可靠性的交叉点上走钢丝。在这三个方面都取得胜利绝非易事。

DFA组件放置技巧

将无源元件放置在离边缘太近的地方会导致一个焊盘的焊料在另一个焊盘之前固化。其结果实际上会使陶瓷电容器开裂，或将电感或线绕电阻的导线从端子上拉离。金属部件仍然可以接触，但不会相互束缚。如果你必须挤在板的边缘或板内的一个槽，尽量将零件水平放置在边缘，而不是让一个针靠近边缘。

如果你不能让所有的部分都面向同一个方向，偏爱一个方向会有帮助。

如果您正在使用BGA组件，请注意，不能用烙铁直接接触所有引脚。为了拆卸和更换BGA，一个定制尺寸的喷嘴安装在组件本体上，热空气通过返工头吹入，使所有球达到回流温度，这样就可以拆卸组件。那个返工工具需要一定的空间来操作。如果该区域被组件占据，那么必须首先移除这些组件。

在减少空间的同时提高可靠性

在高可靠性、粗糙使用的应用中，通常需要对BGA组件进行欠填充。BGA本身是硅的载体，它可以类似于一个较小版本的BGA，带有引脚网格，但在较小的间距上。这些“倒装芯片”可以直接焊接到电路板上，并且总是需要一个底面填充。

线粘接风格的芯片也可以安装在板本身，但你会想要选择软金或ENEPIG完成，以适应线粘接。无论哪种方式，整个芯片都被封装起来以保护它，就像封装一样。在所有这些情况下，零件周围需要额外的空间来应用底填料和/或密封剂材料。

与往常一样，在制造方面与供应商协商是值得的。同时，也就是说，在设计阶段的早期，与装配厂就他们在组件间距方面的能力进行对话是很重要的。至少，每个组件衬垫周围都应该有一个100微米或更多的阻焊罩。这种几何形状可以指导最小部件的放置，而较大的，特别是较高的部件将需要更多的空间。

要丝绸还是不要丝绸——这是一个问题

当然，您知道我们需要在PCB上进行良好的标记，以确保正确的组件以正确的方向放置。考虑到房地产的萎缩，丝网印刷元素有一个层次。当你不能匹配所有东西时，首先要删除的是引用指示符。如果有一些空闲空间来抵消高密度地区的参考指标，就像他们在公寓综合体的纸质地图上所做的那样，所有的街道都有很长的名称，只有两到三个实际的建筑。

下一个需要删除的项目是组件概要。一些制作委员会为了节省几分钱而不做这些。如果你没有其他的东西，针痕就是你要争取的东西。如果你正在做一个超密集的布局，试着把销钉周围的小空间作为必需的标记区域。在必要时，可以在焊膜上甚至金属层上进行。

供应商有一些他们自己的要求，比如日期代码，我们想要一些东西来识别零件号和修订，这样我们就知道我们在处理什么。它有助于在放置阶段考虑这种最小的标记。当你这样做的时候，确保你有基准标记和工具孔。如果不可能安装在板上，可以使用抓轨或其他断开材料安装在组装子面板上。有很多因素会消耗你的金钱和时间。尽早开始DFA最终会有回报。