博客作者：Zachariah Peterson 設(shè)計專業(yè)人士經(jīng)常談?wù)撁嫦蛑圃斓脑O(shè)計指南，但這些指南到底是什么以及它們?nèi)绾卧谀?PCB 設(shè)計軟件中實施？在 PCB 開發(fā)中，面向制造的設(shè)計具有非常簡單的含義：僅在確保可制造最大產(chǎn)量時，您才可以實施該設(shè)計選擇。這個看似簡單的解釋遺漏了很多關(guān)鍵點，并且很自然地假設(shè)制造商可以制造您在設(shè)計軟件中放入 PCB 布局的任何內(nèi)容。 事實上，不同的制造廠具有不同的能力、材料選擇和標準的非接觸式服務(wù)選項。有一些很常見的錯誤或疏忽會導致電路板無法制造，并可能需要進行大量的重新設(shè)計。在本文中，我將回顧新手和經(jīng)驗豐富的設(shè)計師可能犯的一些最常見的錯誤。我自己也犯過這些錯誤，但我可以告訴您，您隨時都能從這些錯誤中恢復過來，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)計提示 下面我將概述的要點幾乎完全涉及兩個重要領(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，讓我們開始了解確保設(shè)計成功所需的一些基本 PCB 設(shè)計制造指南。

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

PCB 制造廠可以向您發(fā)送一個疊層表，以幫助確保您的設(shè)計是可制造的 對于大多數(shù)設(shè)計，即使是用于業(yè)余愛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)計數(shù)字總線走線或任何阻抗控制走線之前，請通過電子郵件向制造廠發(fā)送一份標準層堆疊。如果您不這樣做，制造廠可能會使用無法創(chuàng)造您預(yù)期功能的層堆疊來生產(chǎn)您的電路板。另一個風險是您創(chuàng)建其無法制造的層堆疊，這通常是因為沒有符合您的疊層規(guī)格的材料庫存。

將銅重量與電流密度和層壓板相匹配

當您選擇材料或獲得批準的堆疊時，如果制造商駁回您的銅重量，請不要感到驚訝。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確保指定所需的重量。

強制執(zhí)行銅與銅間隙

當您開始新的 PCB 布局時，ECAD 軟件將應(yīng)用一組默認間隙規(guī)則，這些規(guī)則對于幾乎所有 PCB 都是保守值。這些值通常過于保守，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行編程。更糟糕的是，您可能會輸入太小的值，這將使您將元素放置得太近，以至于無法制造電路板。

請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記了沿走線長度的間隙錯誤。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靠得太近，否則在制造過程中這些元素之間可能會出現(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)計規(guī)則編程到您的 PCB 項目中。如果您想確保您未命中最常見的間隙違規(guī)問題，請重點關(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

最后兩點將適用于 SMD 焊盤和用于通孔（過孔或元件引線）的著陸焊盤。請注意，由于需要蝕刻補償，對于較重的銅，這些值會更大。

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。如果鉆孔距離太近，它們可能會由于 CNC 鉆孔中的偏移而相互重疊。每次鉆孔命中都會稍微偏離其理想的命中位置，在放置過孔和通孔引線時需要考慮到這一點。 在穿過平面的鉆探結(jié)果之間可能會出現(xiàn)類似的問題，例如下圖所示的熱釋放和 GND 平面間隙。兩個綠色區(qū)域顯示了過孔壁和這些網(wǎng)絡(luò)的平面之間的間隙；這里的剩余碎片非常小，并且無法制造。下面顯示的具體示例是此類制造故障不會導致設(shè)備無法運行的一個實例，但通常情況可能并非如此。如果這樣的缺陷出現(xiàn)在兩個通孔之間的表面層上，則將在焊接過程中產(chǎn)生橋接的風險，因為窄銅特征可能在制造過程中被蝕刻掉。

這兩個通孔之間的緊密間距在平面層上留下了非常微小的銅片，這將被過度蝕刻并且不會出現(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

當您開始將元件和走線封裝到一塊電路板上時，很容易開始使走線、鉆孔和焊盤過小。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)計要求是最小特征尺寸。您需要解決的兩個最常見的點是最小孔尺寸和走線寬度。這一點就像查找制造商特征尺寸并將其編程到您的設(shè)計規(guī)則中一樣簡單。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。對于許多不需要阻抗控制的簡單電路板，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

這是裝配過程中經(jīng)常被忽視的一個方面，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附近元件之間流動的屏障作用。即使焊盤間隔適當，NSMD 焊盤上過大的阻焊層開口也會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法制造，因為它太薄了。然而，焊盤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。當阻焊層碎片低于制造商的限制時，它可能會在固化后折斷，并在兩個焊盤可以用焊料橋接的地方形成一個通道。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有重疊的參考標號。如果有，您可以在 PCB 布局中移動它們，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，但負責任的制造商仍會在設(shè)計審查期間將其標記為問題。 一個更重要的問題是絲印層與要應(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 來檢查這一點。 上面的指南列表應(yīng)該解決可能影響幾乎所有設(shè)計的最常見 DFM 問題。當您在項目中實施上述準則時，它將成為正常設(shè)計過程的一部分。一旦將這些要點編入您的設(shè)計規(guī)則中，作為設(shè)計審查的一部分，您可以在將電路板投入生產(chǎn)之前隨時檢查。

審核編輯：黃飛

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