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PCB可制造性設(shè)計及案例分析之線路篇

華秋DFM ? 來源:華秋DFM ? 作者:華秋DFM ? 2022-11-03 13:29 ? 次閱讀

在我們的日常生活中,我們所接觸到的每一種電子設(shè)備當(dāng)中幾乎都會出現(xiàn)印刷電路板,如果在某樣設(shè)備中有電子零件,那么它們也都是鑲在大小各異的PCB上。 要使電子電路獲得最佳性能,元器件的布局及導(dǎo)線的布設(shè)至關(guān)重要,而布線作為PCB設(shè)計過程的重中之重,這將直接影響PCB板的性能好壞。雖然現(xiàn)在很多高級的EDA工具提供了自動布線功能,而且也相當(dāng)智能化,但是自動布線并不能保證百分百的布通率。 需要注意的是,布線前,布局這步極為關(guān)鍵,它往往決定了后期布線的難易。哪些元器件該擺正面,哪些元件該擺背面,都要有所考量。但是這些都是一個仁者見仁,智者見智的問題。 從不同角度考慮擺放位置都可以不一樣。其實自己畫了原理圖,明白所有元件功能,自然對元件擺放有清楚的認識。如果讓一個不是畫原理圖的人來擺放元件,其結(jié)果往往會讓你大吃一驚。 對于初入門來說,注意模擬元件,數(shù)字元件的隔離,以及機械位置的擺放,同時注意電源的拓撲就可以了。

接下來就是布線。這與布局往往是互動的。有經(jīng)驗的人往往在開始就能看出哪些地方能布線成功。如果有些地方難以布線,還需要改動布局。對于fpga設(shè)計來說往往還要改動原理圖來使布線更加順暢。 布線和布局問題涉及的因素很多,對于高速數(shù)字部分,因為牽扯到信號完整性問題而變得復(fù)雜,但往往這些問題又是難以定量或即使定量也難以計算的。所以,在信號頻率不是很高的情況下,應(yīng)以布通為第一原則。 除此之外,在實際與客戶對接的過程中,我們還總結(jié)出了一些PCB設(shè)計布線注意要點。作為一家高可靠多層板制造商,華秋電子專注于 PCB 研發(fā)、制造,為客戶提供高可靠、短交期的打板體驗。 “為電子產(chǎn)業(yè)降本增效”是我們的使命,我們深知:在主生產(chǎn)鏈條中,產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)及設(shè)計工程成本雖然占比不高,但對總成本卻會產(chǎn)生很大的影響。 鑒于產(chǎn)品設(shè)計階段對最終產(chǎn)品質(zhì)量和成本重要作用,下文就結(jié)合10個線路的實際案例,針對設(shè)計中的一些問題,分享專家的解決方法,以助力全流程降本增效。

01

銅皮填充線避免與走線

或阻抗線為同一D碼

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問題:①線路層用填充線的方式鋪銅皮,后端生產(chǎn)優(yōu)化時,為了杜絕軟件分析時誤報及減少數(shù)據(jù)量,要操作把填充線轉(zhuǎn)成一個整體的銅皮(surface);但是如果前端設(shè)計時填充線線寬大小跟其他正常線路線寬大小一樣,就無法雙擊選擇,就需要手動一條一條的選擇線路,效率低下。 專家建議:①不建議用填充線方式設(shè)計鋪銅; ②如果一定要用填充線設(shè)計,線寬不要與正常線路設(shè)計線寬大小一樣;尤其是如下圖十字架線寬;否則很容易在后端操作轉(zhuǎn)銅皮時轉(zhuǎn)成一個整體,在優(yōu)化間距時被掏斷,導(dǎo)致開路。

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優(yōu)化方式:①非特殊情況,采用完整銅皮方式鋪銅。

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②填充的線寬不能與信號線大小一致,需單獨大?。ㄈ?.11mil)。

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02

密疏布線不推薦or預(yù)先加大疏位置線

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問題:布線疏密程度差別大,在實際線路蝕刻時,密集線路那里藥水交換速率慢,需要更長時間才能保證線路蝕刻出來;但是其他位置線路同樣時間蝕刻,因藥水交換速度相對快,就會導(dǎo)致線幼; 專家建議:①有足夠空間滿足3倍線寬條件且避免干擾的情況,在稀疏去添加鋪銅或平衡銅; ②稀疏區(qū)線寬大加2mil以上(主要平衡過渡避免信號突變);

03

PADS文件痛點

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問題:①用PADS軟件布線及層管理,相比AD要復(fù)雜些,在PCB文件轉(zhuǎn)gerber過程中,非標準的放置元素及2D線違規(guī)使用,將導(dǎo)致的一系列不容易發(fā)現(xiàn)的問題; 專家建議:①規(guī)范設(shè)計文件,特殊設(shè)計的文件需說明(如logo放置在layer 119 需要添加到silkscreen top); ②輸出gerber文件,用“華秋DFM”軟件進行文件正確性查看。

04

鋪銅瘦銅絲布線盡量規(guī)避

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問題:鋪銅瘦銅絲時,要注意有沒有這種小細絲;因為整個surface布是一體的,后端軟件無法識別準確定位,肉眼看可能會遺漏沒發(fā)現(xiàn);生產(chǎn)因為物理摩板的過程,銅條比較細,附著力比較小,可能脫落粘附到旁邊的線路,導(dǎo)致短路; 專家建議:①鋪銅時正常產(chǎn)品殘銅最新寬度應(yīng)該要大于6mil,高密度的產(chǎn)品殘銅寬度不應(yīng)小于最新信號線的寬度;

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05

關(guān)注焊盤設(shè)計有效區(qū)域

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問題:從設(shè)計角度,三角形焊盤相對反常規(guī),后端軟件識別時,會誤認為是個矩形,不會認為焊盤小,因此不會報錯;實際焊接的有效面積只有中間圓那么大,比實際相差一倍多,三角形的尖角實際會蝕刻掉,導(dǎo)致三角形焊盤更?。?專家建議:①跟上面這個梯形斜角綜合來看,從焊盤焊接有效性的角度,邊角實際是有效焊接區(qū)域;建議設(shè)計時,考慮到上下間距比較大,可以考慮把上方的斜角刪掉,補充到下方的三角位置,擴大下方焊盤的有效面積;做到上下都是矩形焊盤。

06

板邊鋪銅線路網(wǎng)絡(luò)避開銑刀位置

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問題:①客戶提供原文件,如上圖有紅色板邊鋪銅,但實際生產(chǎn)板子最終是要通過成形工序把它切下來,紅色線路在銑刀路徑上,就會被切削掉; ②從整個板子設(shè)計來看,銅皮左右有很多導(dǎo)通孔僅僅依靠上圖箭頭位置實現(xiàn)導(dǎo)通,但又因為箭頭位置設(shè)計了個器件靠近邊緣;為了保證間距防止此處短路,因此無空間增加線路導(dǎo)通,設(shè)計完全失敗需要重新layout。 專家建議:①從前端設(shè)計的角度考慮,板子生產(chǎn)成型過程中考慮后端有一個銑刀的過程,要保證一個適當(dāng)?shù)拈g距,這個間距大概要8Mil左右。 ②在各個銅箔區(qū)布上過孔,保證電氣的導(dǎo)通性(下圖藍色箭頭)。 優(yōu)化方式:

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07

殘銅率相差太大的板子

不要組合在一起制作

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問題:①如上圖,客戶提供一套板,希望拼板交貨;但從板子設(shè)計上看有些單板有鋪銅皮,箭頭所指單板卻完全沒有;如同時加工制作,電鍍過程中,因殘銅率相差很大,相同電流密度下,左下角的線路獲得的電流會非常大,而導(dǎo)致銅鍍的非常厚,可能導(dǎo)致后期蝕刻無法實現(xiàn)。 ②如果是內(nèi)層線路,內(nèi)層空白太多,壓合時,中間PP膠可能因為局部填膠不足,導(dǎo)致分層。 專家建議:從這個線路板來看,可從兩個維度做優(yōu)化,第一,在規(guī)避所有線路后,設(shè)計時在空曠位置正常鋪銅皮,這樣就能解決電鍍均勻性的問題。第二,殘銅率相差太大的單板,建議不要放在一起投板,區(qū)分下單制作即可。

08

這種器件管腳太近,設(shè)計時盡量避免

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問題:器件管腳孔中心間距太小,對應(yīng)管腳位置可靠性不好; 專家建議:需要加綠油橋,一般綠油橋3.5mil左右;對應(yīng)孔位公差一般+/-2mil左右,蝕刻側(cè)蝕量1mil左右。為了防止器件破孔,因此至少需要工作稿削后焊環(huán)3mil左右;以此可以推算出,選用器件孔壁間距10mil最好。

09

要想BGA等大美觀

優(yōu)先考慮設(shè)計阻焊限定pad

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問題:BGA想要美觀,成品大小一致,不會因為阻焊偏位等問題導(dǎo)致不呈圓形,可以按阻焊限定PAD設(shè)計。 專家建議:優(yōu)先考慮阻焊限定pad(左圖)

10

設(shè)計板邊裸銅帶,不能每層都設(shè)計

容易讓生產(chǎn)加工端與銑板程序弄混淆

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問題:客戶實際需求是希望外層邊緣有銅條帶,外觀看起來就像有條金邊,比較好看;但實際設(shè)計時,每層都有類似左圖類似外形銑板程序設(shè)計,且也沒有散熱過孔設(shè)計在銅條帶上,容易誤導(dǎo)后端以為是外形銑板程序設(shè)計。 專家建議:①如果想設(shè)計“金邊”,建議只在外層線路層設(shè)計,做類似右上角的銅條,對應(yīng)的開窗也是這樣(注意阻焊層對應(yīng)開窗與銑刀路徑開窗中間不要留綠油絲); ②建議在銅帶上做散熱過孔設(shè)計,這樣結(jié)合鉆孔也絕對不會搞錯。 優(yōu)化方式:

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以上就是10個PCB線路設(shè)計優(yōu)化案例。作為一家致力于以信息化技術(shù)改善傳統(tǒng)電子產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)模式的產(chǎn)業(yè)數(shù)字化服務(wù)平臺,華秋電子在接單過程中對上述10個實際案例進行了優(yōu)化。高可靠性產(chǎn)品+可視化交付體驗+值得信賴的服務(wù),是我們對全球客戶的承諾。真正以行動踐行“為電子產(chǎn)業(yè)降本增效”的初心與使命! 華秋電子致力于為廣大客戶提供高可靠多層板制造服務(wù),專注于 PCB 研發(fā)、制造,自有環(huán)保資質(zhì),為客戶提供高可靠性、短交期的打板體驗。2018 年,華秋斥資數(shù)億元投資建設(shè)九江 205 畝 PCB 產(chǎn)業(yè)園,形成深圳快板廠、九江量產(chǎn)廠的分工協(xié)作格局,全面實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略布局。其中,深圳 PCB 快板廠產(chǎn)能達 2 萬平方米/月,九江量產(chǎn)廠一期產(chǎn)能 10 萬平方米/月,是全球 30 萬+客戶首選的 PCB 智造平臺。

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審核編輯 黃昊宇

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