关于22种PCB设计错误总结

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关于22种PCB设计错误总结

2023-09-08 09:40:44 来源：头条号百芯说DFM

身为工程师应该都有过这样的经历吧，辛苦完成项目板子如释重负，送去打样，样品出来，一夜回到解放前。

板子具体的问题，有的是设计的问题，有的是生产制造的问题。当然有很多问题都可以在生产制造前给避免掉。

这里介绍在PCB生产制造前可以避免的22个PCB设计错误，帮你构建高效制造且无缺陷的PCB。

(资料图片)

这里主要分为 2 个部分：1、PCB 可制造性设计

不完整和无效的设计文件

基材材料不当

走线宽度不当

走线间距不当

酸性陷阱

迹线或者钻孔到边缘的间距不足

钻孔过程错误

环形圈的缺陷

阻焊层错误

铜和阻焊条

散热器-多余的热量

丝网印刷错误

2、面向装配的PCB设计

数据效率低下

选择错误的组件

组件可用性

足迹不正确

元件间距不足

组件到边缘的间距不足

焊盘尺寸和间距不正确

丝印错误

高温误差

PCB 可制造性设计

可制造性设计 (DFM) 是一套用于识别电路板中可能存在的错误的指南。在设计阶段纠正这些问题可以使电路板生产更有效率，并避免生产过程中的任何延误。通常，每个制造商都有一个他们自己的独特的 DFM 清单。

一、不完整和无效的设计文件

无论是 Gerber 还是 ODB++亦或者是BOM文件，输入文件都包含重要信息，例如层图像、物料清单、电路板轮廓、IPC 网表、主图纸和层顺序。

规范中的任何混淆都可能在后期阶段产生问题。因此，在提交生产之前检查所有强制性文件。下面列举了一个DFM 工具所要求的 Gerber 文件和 BOM 文件的格式。

设计文件格式

二、基材材料不当

一些电路根据其功能需要特殊材料。例如，典型的基板不能很好地处理高频信号。这里就需要制造商讨论材料要求，并在初始阶段选择合适的 PCB 基板材料。

三、走线宽度不当

铜迹线连接电路中的所有组件。迹线中的任何缺陷都可能导致短路、信号失真和散热。导体（迹线）的载流能力随其宽度的增加而增加。

如果更高的电流流过线路，则散发的热量会更多，从而导致电路板过热。因此，根据你的电路要求优化导体宽度，并确保外层走线宽度保持在 4 mil 以上。

你可以使用在线工具进行优化走线宽度、电流容量和温升。

四、走线间距不当

确保不要为了使电路布局更紧凑而牺牲导体间距，走线间距太小会导致闪络和串扰。

你应该遵循标准指南并在导体之间提供足够的间隙，与走线宽度一样，你可以使用导体间距和电压计算器计算导体之间的最佳间距。

走线间距

五、酸性陷阱

在走线布线过程中，如果任何一条线形成锐角（低于 90°），就会形成酸阱。在蚀刻过程中，残留的酸会被困在弯曲区域，这会导致走线的过度蚀刻。

如下图所示，通过在布线时防止锐角弯曲来避免酸陷阱。

酸陷阱形成

六、迹线或者钻孔到边缘的间距不足

你应该在电路布局中保持边缘和走线之间的最佳间距。如果你因为一些原因减少空间，那么在去金属化过程中，外部导体可能会被部分剃掉或者切割。

铜和电路板边缘之间的间距不足会导致铜裸露和边缘出现毛刺。

钻孔到边缘的距离

七、钻孔过程错误

在印刷电路板中，制造商会为各种目的钻孔，例如过孔、对齐、元件放置等。钻孔是一个不可逆的过程，任何不需要的钻孔都可能让你的设计功亏一篑。

其他需要考虑的因素是尺寸、间距、纵横比、板上的孔数和机器类型（激光/机械）。

影响钻孔的常见错误是孔环和钻孔到铜的距离不足。

钻孔规范

八、环形圈的缺陷

环形环将通孔连接到迹线，如果环形圈的直径不足，它将断开导体和过孔之间的信号流。

完成的钻孔可能有 ±2 密耳的公差，因此当小于 2 密耳时，环形圈可能会出现破裂。这会导致开路。

除此之外，元件孔的环形圈不足会导致组装后焊点不良。

环形环放置

九、阻焊层错误

PCB 上的阻焊层可保护表面免受污染并隔离连接。制造商在焊接过程中揭露放置元件的区域（足迹和焊盘）。

如果通孔掩模开口与相邻元件开口之间没有适当的间隙，则可能会在组装过程中形成焊桥，这会导致焊点不良且效率低下。

因此，必须在通孔开口和相邻元件开口之间保持所需的阻焊层。

焊桥的 CAM 快照

另一方面，不适当的阻焊层会导致形成焊孔，暴露的铜容易受到腐蚀。

十、铜和阻焊条

铜条是在印刷阶段形成的松散结合的薄残留铜段，在电镀过程中，这些松散连接的细长条会脱落并落入电镀液中。

这些光刻胶碎片可以共同沉积在电路板上的任何地方，从而导致短路。与此同时，去除光刻胶的区域会导致电路板上出现不需要的铜，这可能会影响电路板的功能。

铜条风险

阻焊层的成像过程中会形成阻焊条，在阻焊层处保留阻焊层以避免焊料桥接。

当水坝小于 4 密尔时，这些松散结合的水坝有可能变成条子并在开发阶段被冲走。

阻焊层条风险

十二、散热器

焊接过程会产生过多的热量，可能会损坏电路板。为避免这种情况，你必须提供足够的散热衬垫。

导热垫由称为“热量”的小铜辐条组成，以帮助导热。

如果这些热量与焊盘或平面断开连接，则它们被称为饥饿热量。这些热量不足会导致导热性差并使电路板过热。

十三、丝网印刷错误

丝网印刷是在制造过程的后期进行的。印刷时，如果丝印重叠在焊盘、PCB 表面、孔等处，可能会在组装过程中产生问题。

例如，如果丝网印刷在焊盘上，它会熔化到焊点中并产生不连续性。

面向装配的 PCB 设计

装配设计 (DFA) 过程缩小了设计师的愿景与生产过程的现实之间的差距。

你需要检查组件可用性和位置，了解DFA可以帮你简化 PCB布局以降低项目的总体成本并降低设计失败的概率

以下是 PCB 设计中一些最常见的 DFA 错误：

十四、数据效率低下

与 DFM 类似，你应该在设计进入装配过程之前验证所有基本数据表验证关键参数，如封装尺寸、XY 数据、DNI 规格、SI 数据、零件编号等。这样的话，可以避免之后的更正和确认。

验证关键参数

十五、选择错误的组件

零件的选择会影响装配过程。例如，与表面贴装技术 (SMT)相比，通孔元件需要复杂的制造工艺。因此，最好只在需要时使用它们。

始终选择标准组件而不是自定义组件，因为标准元素很容易从多个供应商处获得。由于你只能从选定的供应商处采购定制零件，因此它们通常不适合大批量生产，而且还会增加成本。

提供不同类型的组件

十六、组件可用性

在构建物料清单 (BOM) 之前，应该始终确认部件的可用性。如果供应短缺，你应该准备好使用来自不同供应商的替代组件。目前市面上也有很多BOM物料查询的网站，如下图，会提供物料，以及缺货等提示。

图片来源于findIC

十七、物件封装不正确

BOM 指定组装电路板所需的所有组件。如果 BOM 中指定的组件尺寸与CAD封装数据不匹配，则将很难完成电路。这将对自动化装配线造成重大困难。

纠正这种情况将很费时，也会增加成本。因此，请在设计阶段仔细检查组件尺寸。

十八、元件间距不足

在元件放置过程中，间距不足会导致零件重叠、形成焊桥等。在零件之间提供足够的间隙也有利于手动焊接和返工。特别注意 QFP/QFN、POP 或 BGA 等敏感元件的间距。

有时，元素会紧密放置以实现更小的外形尺寸。最好遵循间距指南，以确保零件间距零误差。

下图显示了 PCB 上的首选组件布局。

PCB 上的首选组件布局

十九、组件到边缘的间距不足

完成组装过程后，面板将经过分板过程。在此过程中，电路板末端的部件将不得不承受可能损坏它们的高应力。因此，在组件和边缘之间提供足够的间距。此外，间距选项因不同的装配工艺而异。

与自动组装相比，在手动组装中，你可以将单元放置得更靠近边缘。

标准组件到边缘间距

二十、焊盘尺寸和间距不正确

选择较小的焊盘尺寸会在 SMT 元件中产生较差的焊点，甚至在应用于通孔部件时可能会断裂。

使焊盘尺寸尽可能大可能不是解决方案。较大宽度的焊盘会占用更多空间，并且会使 SMT 元件在焊接时从其位置移动。

与焊盘尺寸类似，焊盘间距不能太近或太远，因为它们在放置元件时会造成问题。

二十一、丝印错误

丝印层包含许多重要信息。一些示例是元件方向标记、引脚 1 标记、极性标记、阴极标记等。

如果这些细节缺失或不清楚，那么装配厂将浪费时间来确认正确的数据。

在最坏的情况下，如果丝网印错了极化等数据，组装人员相应地安装了元件，那么电路板可能会出现故障。你需要在组装开始前确保丝印的可读性良好。

二十二、高温误差

制造商在焊接过程中需要适当小心，因为它会产生过多的热量，从而损坏电路板。控制此过程中产生的热量至关重要。提供足够的导热垫以有效散热。

DFM和DFA 指南可以帮你规避掉一些PCB设计问题，可以将设计错误的影响降至最低。

目前市面上还是有一些DFM设计工具的，我自己也有试用到一些还不错的工具。大家可以自己去选择。

以上就是关于 22种PCB设计错误，希望大家多多支持。

来源：头条号百芯说DFM

审核编辑：汤梓红

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