《電子產(chǎn)品可制造性設(shè)計》課件-第四章

1.電子產(chǎn)品可制造性設(shè)計認(rèn)知1.可制造性設(shè)計的定義2.主要涉及的因素3.PCB可制造性設(shè)計4.PCBA可制造性設(shè)計CONTENT目錄可制造性設(shè)計的定義PART01

電子產(chǎn)品的可制造性設(shè)計（DFM，DesignforManufacturability）是一種產(chǎn)品設(shè)計理念。它強(qiáng)調(diào)在電子產(chǎn)品設(shè)計的初期階段，就要充分考慮產(chǎn)品制造過程中的各種因素，包括生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量等諸多方面。目的是確保設(shè)計出來的電子產(chǎn)品能夠高效、高質(zhì)量、低成本地進(jìn)行制造生產(chǎn)。主要涉及的因素PART02在設(shè)計電子產(chǎn)品時，需要考慮所選用的元器件是否與現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝相匹配。對于印刷電路板（PCB）的布線，要考慮制造工藝的精度。1.生產(chǎn)工藝兼容性2.生產(chǎn)設(shè)備適用性設(shè)計必須考慮工廠現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備的特點與能力。對于電子產(chǎn)品的測試設(shè)備，設(shè)計也要考慮其兼容性?？芍圃煨栽O(shè)計要注重降低生產(chǎn)成本。在元器件選型方面，選擇通用性強(qiáng)、價格合理的元器件可以有效降低材料成本。01產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計也會影響成本。簡單合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以減少零部件數(shù)量，降低組裝成本。023.生產(chǎn)成本控制設(shè)計應(yīng)有利于提高生產(chǎn)效率。在PCB布局上，合理的布局可以方便元器件的快速貼裝和焊接。產(chǎn)品的設(shè)計還應(yīng)考慮易于組裝。采用易于插入或卡扣式的連接方式，可以減少螺絲等緊固零件的使用，加快組裝速度。4.生產(chǎn)效率提升從可制造性設(shè)計角度，要確保產(chǎn)品質(zhì)量。在設(shè)計階段就要考慮如何避免潛在的質(zhì)量問題。對于電子產(chǎn)品的外殼設(shè)計，要考慮其防護(hù)性能。合適的外殼材料和結(jié)構(gòu)可以保護(hù)內(nèi)部電子元器件免受外界環(huán)境因素（如灰塵、濕氣、機(jī)械沖擊等）的影響，從而延長產(chǎn)品的使用壽命，提高產(chǎn)品質(zhì)量。5.產(chǎn)品質(zhì)量保證PCB可制造性設(shè)計PART03

PCB（PrintedCircuitBoard）即印刷電路板，是電子元器件的支撐體和電氣連接的載體。PCB可制造性設(shè)計主要側(cè)重于印刷電路板自身的物理設(shè)計，確保電路板在制造過程中的可行性和高效性。

PCBA可制造性設(shè)計PART041.PCBA（PrintedCircuitBoardAssembly）是指印刷電路板組裝，即將電子元器件安裝在印刷電路板上并進(jìn)行焊接等組裝操作的過程。PCBA可制造性設(shè)計不僅要考慮電路板本身的設(shè)計，更要考慮元器件的選擇、布局和安裝方式，以及整個組裝工藝流程的便利性和可靠性。同時，PCBA可制造性設(shè)計還要考慮焊接工藝的要求。2.1印制電路板材板厚與板層選擇LOGOTheusercandemonstrateonaprojectororcomputer印制板基材選擇Theusercandemonstrateonaprojectororcomputer印制板厚度選擇Theusercandemonstrateonaprojectororcomputer印制板層數(shù)選擇Theusercandemonstrateonaprojectororcomputer印制電路板尺寸選擇CONTENT目錄印制板基材選擇PART01印制電路板（PCB）是在絕緣基材（覆銅箔層壓板）上，通過印刷、蝕刻等工藝，形成導(dǎo)電線路、焊盤和其他電子元件連接組件的板子。這些導(dǎo)電線路用于實現(xiàn)電子元件之間的電氣連接，讓電子信號能夠在各個電子元件之間順利傳輸。板層選用時要從電氣性能、可靠性、加工工藝要求和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面考慮。印制電路板的定義環(huán)氧樹脂層壓板廣泛用于工業(yè)產(chǎn)品聚四氟乙烯層壓板適用于超高頻電路板印制電路板的材質(zhì)類型特點使用場合敷銅酚醛紙質(zhì)層壓板成本低，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能，耐熱性、耐濕性有限成本敏感，要求不高的民用電子產(chǎn)品敷銅環(huán)氧紙質(zhì)層壓板相對于敷銅酚醛紙質(zhì)層壓板機(jī)械強(qiáng)度與電氣性能及耐潮性有所提升一般工業(yè)控制設(shè)備、中低端的消費電子產(chǎn)品敷銅環(huán)氧玻璃布層壓板

FR-4目前最為廣泛的印制板材料之一。機(jī)械強(qiáng)度、電氣性能、耐熱性、耐濕性良好計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，工業(yè)自動化控制設(shè)備、醫(yī)療電子設(shè)備敷銅環(huán)氧酚醛玻璃布層壓板綜合了環(huán)氧和酚醛的優(yōu)點，在機(jī)械性能、電氣性能、耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性等方面有較好表現(xiàn)。環(huán)境適應(yīng)性要求較高的工業(yè)場合，也可用于一些對可靠性要求較高的軍事輔助裝備等的電路板。敷銅聚四氟乙烯玻璃布層壓板具有優(yōu)異的介電性能，特別是在高頻下能保持良好的性能，且耐化學(xué)腐蝕性極強(qiáng)，耐高溫性能突出，成本較高。主要應(yīng)用于高頻、高速、高性能的電子設(shè)備多層印刷電路板用環(huán)氧玻璃布等適合制作多層電路板，能夠在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)更多的電路連接和功能集成，并且具備環(huán)氧玻璃布層壓板的相關(guān)優(yōu)良性能廣泛應(yīng)用于各類復(fù)雜的電子系統(tǒng)中，如高端智能手機(jī)等需要高度集成化電路設(shè)計以實現(xiàn)復(fù)雜功能的產(chǎn)品電路板制作。印制板厚度選擇PART02常用板厚常見電路板厚度在0.5mm~2mm之間，如0.5mm、1.0mm、1.6mm、2.0mm等，選擇時需考慮功能、成本等因素。電路板厚度常用的尺寸（1）在能滿足安全使用的前提下，優(yōu)選厚度較薄的基材以減輕產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本。（2）當(dāng)安裝的元器件質(zhì)量較大或振動負(fù)荷較強(qiáng)時，可采取縮小印制板尺寸、增加支撐點等措施避免印制板變形。（3）板面較大或無法加固、支撐時，應(yīng)適當(dāng)增加板厚，把寬厚比控制在150以下最為理想，當(dāng)超出時或者元器件質(zhì)量較大時應(yīng)考慮增加定位孔。厚度選擇原則選擇板厚的依據(jù)印制板層數(shù)選擇PART03（1）結(jié)構(gòu)主要根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式、空間大小和互連要求選擇。（2）從可靠性和可制造性角度考慮，優(yōu)先選擇單面板、雙面板設(shè)計，其次是多層板。（3）多層板設(shè)計中，優(yōu)先考慮使用四層板、六層板。（4）若采用雙面板時布線密度很大，則建議采用布線密度較小的多層板。（5）從電磁兼容性角度考慮，當(dāng)時鐘電路的頻率超過5MHz或上升時間或下降時間低于5ns時，優(yōu)先選擇多層板。需根據(jù)產(chǎn)品性能和結(jié)構(gòu)要求層數(shù)選擇原則印制電路板尺寸選擇PART04形狀與尺寸的考慮因素電路板的最佳形狀是矩形，通常為矩形，長寬比為3:2或4:3，尺寸過大應(yīng)考慮增加定位孔或增加板厚。不規(guī)則形狀應(yīng)進(jìn)行拼板將其轉(zhuǎn)換為矩形。2.2印制電路板布局準(zhǔn)備LOGO布局準(zhǔn)備PART01原理圖檢查確保電路工作原理正確，無連接錯誤，關(guān)注極性器件極性，檢查集成電路信號和電源連線。電路工作原理檢查檢查元器件的標(biāo)稱值、標(biāo)號和封裝，確保與設(shè)計要求一致。確認(rèn)元器件信息確定板邊框和坐標(biāo)原點設(shè)定印制電路板的邊界和參考點，導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表并檢查關(guān)鍵器件引腳。檢查易錯器件連線

檢查三極管等器件引腳，確保無誤導(dǎo)入，為布局做好準(zhǔn)備。創(chuàng)建印制電路板實操演示PART022.3印制電路板布局LOGO先放置有位置要求的器件：如電源插座、指示燈、開關(guān)等標(biāo)準(zhǔn)件，再放特殊件如發(fā)熱器件、變壓器，最后放置電阻、電容等常規(guī)件。器件放置順序有位置要求的器件設(shè)置為不可移動，先固定重要元器件，避免與常規(guī)件沖突，優(yōu)化空間利用。放置要求1.元器件的放置順序2.元器件與電路板邊緣的距離設(shè)計時考慮防止破損，元器件與印制線至少距邊緣等于板厚，若超出，可加輔邊并開V形槽。元器件與邊緣安全距離為適應(yīng)大批量生產(chǎn)，元器件應(yīng)放置在離板邊緣3mm以內(nèi)，或等同于板厚的距離，確保能進(jìn)行生產(chǎn)。電路板元器件布局布局時要參考電路組成框圖，按主信號流向規(guī)律安排主要元器件。連接線總長盡可能短，關(guān)鍵信號線最短。遵照“先大后小，先難后易”。按照均勻分布、重心平衡、版面美觀的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化布局。相同結(jié)構(gòu)電路部分，盡可能采用“對稱式”標(biāo)準(zhǔn)布局，可保證電氣性能的一致性。應(yīng)該預(yù)留出電路板的安裝孔和支架的安裝孔。器件放置原則信號走向原則一般集成電路布局時，柵格應(yīng)為50~100mil,小型表面安裝器件，如表面貼裝元件布局時，柵格設(shè)置一般不低于25mil。對稱性與安裝孔位柵格設(shè)置原則3.布局遵循的原則電路板元器件標(biāo)號原則元件標(biāo)號與絲印方向?qū)?yīng)，1腳附近標(biāo)注集成電路，器件同向放置，便于識別與檢驗。絲印設(shè)計規(guī)范根據(jù)元件擺放印刷標(biāo)號，器件水平或垂直時字符方向一致，X、Y軸方向統(tǒng)一，提升生產(chǎn)效率。4.元器件與絲印的方向考慮散熱與距離，溫度敏感元件遠(yuǎn)離熱源，電源電容也需適當(dāng)間隔。發(fā)熱元器件布局保持安全距離避免短路，高壓器件布置在手不易觸及處。高電位差元件處理小元件周圍不放大型元件，調(diào)試元器件周圍預(yù)留足夠操作空間。元件大小與調(diào)試空間電位器等考慮調(diào)節(jié)便利性，質(zhì)量大的器件需用支架固定，又大又重且發(fā)熱大的器件不宜安裝在電路板上?？烧{(diào)與質(zhì)量大的器件010203045.不同種類元件擺放的要求2.4PCB電路設(shè)計中的布線規(guī)則YOURCOMPANYLOGOHERELOGO布線層設(shè)置線長、線寬和線間距銅箔厚度與電流對照線間距的設(shè)置CONTENT目錄PCB加工技術(shù)限制屏蔽與接地焊盤的設(shè)置布線層設(shè)置PART01電源層與地線層應(yīng)緊密相鄰，所有布線層靠近一平面層，優(yōu)選地平面為走線隔離層。為減少干擾，相鄰布線層信號線應(yīng)取垂直方向，雙面金屬屏蔽時，底層布線為主，上層元件層空出用于大面積鋪地。電源層與地線層的相鄰關(guān)系層間信號線走向電源層與地線層的配置線長、線寬和線間距PART02銅箔線應(yīng)盡量短，拐角應(yīng)為圓角或斜角，雙面布線時避免導(dǎo)線平行以減少寄生電容。線長控制01線寬與線間距02線寬應(yīng)考慮電流承載能力，最小0.3mm，地線和電源線建議大于1mm。焊盤間走線需考慮焊盤直徑和間距。線長與線寬Theusercandemonstrateonaprojectororcomputer焊盤的設(shè)置銅箔厚度與走線寬度的關(guān)系PART03銅箔厚度與電流對照銅箔厚度影響載流量，溫度變化為10℃時，1盎司銅厚的載流量應(yīng)降額50%選擇。寬度um銅皮厚度35um銅皮厚度50um

銅皮厚度70um0.150.200.500.700.200.550.700.900.300.801.101.300.401.101.351.700.501.351.702.000.601.601.902.300.802.002.402.801.002.302.603.201.202.703.003.601.503.203.504.202.004.004.305.102.504.505.106.00線間距的設(shè)置PART04介電強(qiáng)度與安全要求線間距應(yīng)滿足電氣安全，盡可能寬，最小間距應(yīng)能承受電壓峰值。輸入150V~300V輸入300V~600V工作電壓直流值或有效值（單位：V）空氣間隙（單位：mm）爬電距離（單位:mm）一次側(cè)二次側(cè)一次側(cè)二次側(cè)501.01.2導(dǎo)線與地之間的間距（單位：mm）1251.21.54.02.06.32.51501.51.62001.62.02502.02.53002.53.24003.54.06005.86.3PCB加工技術(shù)限制PART05最小線寬與加工能力設(shè)置最小線寬需考慮PCB加工能力，了解當(dāng)前市場加工水平。國內(nèi)先進(jìn)水平國際先進(jìn)水平推薦使用最小線寬/間距6mil/6mil4mil/4mil極限最小線寬/間距4mil/6mil2mil/2mil屏蔽與接地PART06地線設(shè)計與屏蔽效果地線應(yīng)設(shè)在邊緣，保留更多銅箔做地線以增強(qiáng)屏蔽，多層板內(nèi)層做電源和地線層效果更佳。焊盤的設(shè)置PART07焊盤內(nèi)孔尺寸與外徑01焊盤內(nèi)孔尺寸考慮引線直徑、鍍錫層等因素，外徑為孔徑加1.0mm，最小為0.7mm加孔徑。02焊盤孔邊緣到電路板邊緣距離大于1mm，焊盤與銅箔線連接設(shè)計成淚滴狀以增強(qiáng)抗剝離強(qiáng)度，避免大面積銅箔。焊盤要避免大面積銅箔。焊盤孔尺寸焊盤設(shè)計注意事項2.5印制電路板的布線原則YOURCOMPANYLOGOHERELOGO科學(xué)布線的基本準(zhǔn)則地線連接的方法特殊布線策略CONTENT目錄科學(xué)布線的基本準(zhǔn)則PART01布線的優(yōu)先次序01優(yōu)先處理模擬小信號、高速信號、時鐘信號和同步信號等關(guān)鍵信號的布線。關(guān)鍵信號線優(yōu)先02從連線最復(fù)雜的器件或最密集的區(qū)域開始布線，確保關(guān)鍵信號有專門的布線層或區(qū)域。布線密度優(yōu)先原則03采取手工優(yōu)先布線，使用屏蔽和加大安全間距等方法，保證信號質(zhì)量。手工優(yōu)先與屏蔽策略單點接地與多點接地選擇公共阻抗干擾的避免地線阻抗會導(dǎo)致公共阻抗干擾，布線時不能隨意連接具有地線符號的點。根據(jù)信號頻率選擇合適的接地方式，避免在電源層和地層之間布置敏感信號。數(shù)字與模擬電路共地處理數(shù)字地和模擬地分開布線，僅在接口處進(jìn)行單點連接，避免地線混接。地線連接地線連接的方法PART02系統(tǒng)地、機(jī)殼地、數(shù)字地、模擬地等不同類型的地線需正確連接。地線的分類數(shù)字地和模擬地應(yīng)盡量分開，使用大面積地隔離，并在接口處單點連接。數(shù)字地與模擬地的隔離根據(jù)信號頻率選擇單點接地或多點接地，地線長度需考慮波長影響。單點接地與多點接地的選擇010203地線的分類與處理特殊布線策略PART03信號線布在電（地）層上在電（地）層上進(jìn)行布線，優(yōu)先考慮電源層，保持地層的完整性。加粗地線與電源線地線應(yīng)比電源線更寬，遵循地線＞電源線＞信號線的原則，確保足夠的線寬，圖中采用大面積鋪銅作為地線。大面積地線的使用使用大面積銅層作地線，或在多層板中為電源和地線各分配一層，確保地線的連續(xù)性。2.6印制電路板的布線2LOGO抗干擾設(shè)計的策略微處理器的選擇選擇時鐘頻率低的微處理器，以降低噪聲并提高系統(tǒng)抗干擾能力，時鐘頻率3倍的高頻噪聲最具危險性。01正確選擇微處理器工作頻率正確選擇微處理器的型號，優(yōu)先考慮選擇功耗較低的型號。02微處理器型號的選擇減小信號傳輸中的畸變優(yōu)化控制信號線傳輸減小信號在銅箔線上的傳輸長度和過孔數(shù)目，避免信號畸變導(dǎo)致的系統(tǒng)不可靠。一般一條印制線長度不宜超過25cm，過孔數(shù)不超過2個。將高阻抗信號線通過低阻抗線包圍，實現(xiàn)等電位屏蔽，防止干擾信號耦合到高阻抗信號線中。采用等電位屏蔽法通過增加線間距離、使用接地輪廓線或?qū)Ω蓴_源進(jìn)行包地處理，減少信號間的交叉干擾。采用隔離和包地處理減小信號間的交叉干擾應(yīng)用去耦電容在集成電路中使用去耦電容，提供儲能并旁路高頻噪聲，0.1μF電容可有效去耦10MHz以下噪