PCB優(yōu)化設(shè)計(jì)

上世紀(jì)90年代中期由美國(guó)提出的，國(guó)外一般稱(chēng)為DFx。DFx是基于并行設(shè)計(jì)的思想，在產(chǎn)品首次設(shè)計(jì)時(shí)就考慮制造和測(cè)試過(guò)程中的工藝要求，并在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行解決，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)到制造一次性成功的目標(biāo)。優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，而非最終出圖前。優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括可制造性設(shè)計(jì) (；可測(cè)試/可分析設(shè)計(jì)；可組裝設(shè)計(jì)(Design for Assembly, DFA)；可環(huán)保設(shè)計(jì); 為PCB可制造性設(shè)計(jì)；可周轉(zhuǎn)性設(shè)計(jì); 可靠性設(shè)計(jì); 為成本而設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)一般都統(tǒng)稱(chēng)為可制造性設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)概念及設(shè)計(jì)方法可縮短產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間、降低制造成本、提高產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量。

PCB設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)不良現(xiàn)象

• • 導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法貼裝的原因：PCB缺少工藝邊或工藝邊設(shè)計(jì)不合理。
• PCB缺少定位孔，定位孔位置不正確，設(shè)備不能準(zhǔn)確、牢固的定位。
• 缺少M(fèi)ark點(diǎn)，Mark點(diǎn)設(shè)計(jì)不規(guī)范，造成機(jī)器識(shí)別困難。
• 螺絲孔金屬化，焊盤(pán)設(shè)計(jì)不合理。
• PCB焊盤(pán)尺寸設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。
• 焊盤(pán)上有過(guò)孔或焊盤(pán)與過(guò)孔距離太近。
• 測(cè)試點(diǎn)過(guò)小，測(cè)試點(diǎn)放在元件下面或距離元件太近。
• 絲印或阻焊在焊盤(pán)、測(cè)試點(diǎn)上，位號(hào)或極性標(biāo)志缺失，位號(hào)顛倒，字符過(guò)大或過(guò)小等。
• 元件之間的距離放置不規(guī)范，可維修性差。
• IC焊盤(pán)設(shè)計(jì)不規(guī)范。
• PCB拼板設(shè)計(jì)不合理。
• 采用波峰焊接工藝的IC及Connector缺少導(dǎo)錫焊盤(pán)，導(dǎo)致焊接后短路。
• 元件的排布不符合相應(yīng)的工藝要求。
  

造成PCB設(shè)計(jì)不良的原因主要有以下幾點(diǎn)：

1. 由于設(shè)計(jì)人員對(duì)SMT工藝、設(shè)備及可制造性設(shè)計(jì)不熟悉；
2. 企業(yè)缺乏相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范；
3. 在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有工藝人員參與，缺乏DFM評(píng)審；
4. 管理和制度方面的問(wèn)題。

為了有效的解決這個(gè)問(wèn)題，進(jìn)行PCB優(yōu)化設(shè)計(jì)是非常必要的。

元器件布局設(shè)計(jì)

元器件的布局是按照原理圖的要求和元器件的封裝，將元器件整齊、美觀的排列在PCB上，滿(mǎn)足工藝性、檢測(cè)、維修等方面的要求，并符合電路功能和性能要求。進(jìn)行元器件布局設(shè)計(jì)時(shí)要做到工藝流程最少，工藝性最佳。元器件布局設(shè)計(jì)的基本原則如下：

• 元器件的排布均勻，盡可能做到同類(lèi)元器件按相同的方向排列，相同功能的模塊集中在一起布置；相同結(jié)構(gòu)電路部分應(yīng)盡可能采取對(duì)稱(chēng)布局。
• 元器件布局遵照“先難后易，先大后小”的布置原則，即重要的單元電路、核心元器件應(yīng)當(dāng)優(yōu)先布局，其他元器件圍繞它來(lái)進(jìn)行布局。
• 有相互連線(xiàn)的元器件應(yīng)靠近排列，以保證走線(xiàn)距離最短，有利于提高布線(xiàn)密度。
• 縮短高頻元器件之間的連線(xiàn)，減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件應(yīng)隔離或屏蔽。
• 對(duì)于熱敏感元器件(除溫度檢測(cè)元件)，布線(xiàn)時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱量大的元器件。發(fā)熱元件一般應(yīng)均勻分布，排布在通風(fēng)、散熱良好的位置，以利于單板和整機(jī)的散熱。
• 強(qiáng)信號(hào)和弱信號(hào)、高電壓信號(hào)和弱電壓信號(hào)要完全分開(kāi)；模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)分開(kāi)；高頻信號(hào)與低頻信號(hào)分開(kāi)；高頻元器件的間隔要充分。
• 熱容量大的元器件排布不宜過(guò)于集中，以免局部溫度低造成焊接不良。
• 對(duì)于電位器、可調(diào)電感等可調(diào)元器件的布局應(yīng)考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求。若在機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)放在PCB上方便于調(diào)節(jié)的地方；若在機(jī)外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機(jī)箱面板上的位置相適應(yīng)。
• 元器件的排列要便于調(diào)試和維修，QFP、BGA、PLCC等器件周?chē)粲幸欢ǖ木S修空間。
• 高大、貴重元器件不要放在PCB邊緣或靠近插件、貼裝孔、槽、V-CUT等高應(yīng)力集中區(qū)，減少開(kāi)裂或裂紋。
• 要考慮插座、接頭等元器件之間是否干涉，與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否矛盾。
• 同類(lèi)型的插裝元器件在X或Y方向上應(yīng)朝一個(gè)方向放置。同類(lèi)型的有極性插裝元器件盡量在X或Y方向上保持一致，便于生產(chǎn)和檢驗(yàn)，同一塊板最多允許2個(gè)方向。

PCB布線(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)

布線(xiàn)是按照原理圖和導(dǎo)線(xiàn)表布設(shè)PCB導(dǎo)線(xiàn)，布線(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般原則如下：

1. 密度優(yōu)先原則：從PCB上連接關(guān)系最復(fù)雜的器件著手布線(xiàn)，從PCB上連線(xiàn)最密集的區(qū)域開(kāi)始布線(xiàn)。
2. 核心優(yōu)先原則：例如 DDR、RAM等核心部分應(yīng)優(yōu)先布線(xiàn)，類(lèi)似信號(hào)傳輸線(xiàn)應(yīng)提供專(zhuān)層、電源、地回路。其他次要信號(hào)要顧全整體，不可以和關(guān)鍵信號(hào)想抵觸。
3. 關(guān)鍵信號(hào)線(xiàn)優(yōu)先原則：電源、模擬小信號(hào)、高速信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)和同步信號(hào)等關(guān)鍵信號(hào)優(yōu)先布線(xiàn)。
4. 布線(xiàn)層數(shù)選擇原則：在滿(mǎn)足使用要求的前提下，選擇布線(xiàn)的順序優(yōu)先為單層布線(xiàn)，其次為雙層布線(xiàn)，最后是多層布線(xiàn)。