制造说明、钻孔文件、尺寸文件、叠层图纸和拼板文件都是PCB加工要求的组成部分。但是,什么是加工要求?为什么需要加工要求?这篇技术博客拆解关于这个课题的所有要点,并提供最佳实践案例。
与焊接到PCB上的元器件不同,PCB是定制品,需要花费时间和精力根据特定的产品进行设计和制造。PCB越复杂,需要的加工要求也就越多。无论PCB的复杂程度如何,这些文件都能为PCB供应商进行解惑,从而加快制造过程。供应商会将加工要求与实际的PCB生产数据结合使用,来验证生产的准确性。
加工要求 – 目的
加工要求的目的很简单:它定义了一款PCB。PCB没有所谓的“标准品“解决方案,因为其是根据所需服务的产品而进行设计的。每款PCB都有其独特的制造和质量要求,这些要求是由使用方来制定的。此外,加工要求还被用于验证,因为CAD系统有时会生成错误的数据,而这些错误在工厂进行制造设计分析之前,是不容易被发现的。同时,加工要求还被用于后续的质检,质检人员需要在最终检验时确保PCB符合所有的IPC规范。
加工说明
加工说明是PCB设计工程师定义成品的规格、外型和功能的文件,还可以作为PCB设计人员与制造商质检的沟通工具。工程师可以利用加工说明来管控PCB的品质。PCB加工说明应准确定义成品PCB的规格。为了最大限度发挥加工说明的作用,PCB设计工程师应熟悉IPC规范。IPC-6012中的《刚性PCB板质量和性能规范》为设计工程师提供了许多可用于定义成品PCB的选项。
明确PCB的质量等级
例如,在指定表面处理工艺时,工程师还可以指定表面处理的耐用性。这样,可以确保PCB能够经受长期存放,以及足够支持组装所需的热循环。这个例子还说明了IPC规范的全面性,因为IPC-6012参考了J-STD-003。另一种控制品质和成本的方法是指定PCB的品质等级。例如,高可靠性PCB可能需要参考IPC-6012 III级标准,因为IPC I级和II级标准中有关质量的管控点较少。此外I级和II级标准的总体制造成本较低。在PCB行业中,常规情况下PCB需要满足IPC II级标准,但某些工艺有需要满足III级标准,比如电镀。
指定板材的一个好方法,是查看IPC-4101和IPC-4202,其使用了“/编号“来明确基于材料等级的PCB材料分类。
编写加工说明时,尽量简洁明了,含糊其辞容易产生歧义或错误,从而造成不必要的成本和时间损失。
钻孔表
钻孔表,是用于设计验证的加工要求之一。它列出了与钻孔图纸匹配的所有钻孔,包括孔的尺寸、数量、公差以及标识符。这些标注,标明了PCB上每个孔的位置,设计人员还可以添加额外的信息,例如盲孔和埋孔信息,尽量减少误解。有时,CAD系统会产生一些未知错误,因此在这方面需要多花些时间来确保其准确性。
比例图
加工要求的一部分,是按比例绘制的PCB外型图。该图纸应提供准确的PCB外型要求。简单的按比例绘制的PCB外型图,适用于许多设计领域,但要绘制出最准确的制造图纸,还需要更多的细节。除了外型之外,还应该添加按比例绘制的尺寸线,一张好的制造图纸还应包括一个原点,供制造商参考。
在工厂工作期间,我意识到了先检查比例尺的重要性。通常,客户的CAD系统配置输出的Gerber文件不正确,导致物理层的缩放比例与钻孔文件不同。如果包含PCB尺寸,我很快就能找出问题所在。虽然这只是一个很小的参考点,但却非常有用。
需要注意的是,添加过多的尺寸线,会扰乱视线,无法阅读图纸。我曾见过一张圆形PCB的图纸,上面添加了太多的尺寸和角度,以至于我们的工程师都看不懂。所以,最好只包含整体尺寸和关键尺寸。
叠层文件
叠层文件(或简称“叠层”)是PCB的详细横截面图像。并非每个PCB都需要叠层文件,但有些设计需要特定的信息。对于双层PCB,设计人员可以在制造说明中列出成品板厚度和公差,但有些设计需要包含具体细节的叠层图。
PCB设计工程师可以指定叠层结构,但根据我的经验,在实际操作中还是会受到限制。
PCB设计工程师可以指定每层的成品铜厚,只要数据准确,这将是很好的加工说明。然而,我曾见过指定内层铜厚的叠层,其厚度要求与标准制造厚度不符。如果客户与供应商达成共识,这种情况是可以接受的。在没有说明理由的情况下,要求非常规的叠层结构,可能会引起问题,并且造成EQ时间的延长,因为非常规制造会增加PCB的交期和成本。
包含材料类型的叠层图纸
有盲孔、埋孔和/或背钻孔的PCB设计可能具有复杂的钻孔顺序。标明所有钻孔顺序的图纸,可以让PCB供应商明确了解压合和钻孔循环次数。虽然供应商可以基于PCB图纸确定,但还是会存在有误解的风险。
叠层图纸还应包括PCB材料的材料类型和成品介电厚度。通常只有需要进行阻抗控制的PCB才需要这些信息。材料类型和介电厚度有助于阻抗控制。通过精心的布局,工程师可以通过参考平面最大限度减少电磁干扰(EMI)和串扰。
叠层结构图纸,是记录阻抗控制规范的好方式。正确的阻抗线被标注出来,来确定每一层上的阻抗走线。表格中还应包括走线宽度、位置、目标阻抗值以及每条阻抗线的参考层。
有些PCB有热管理规范,如绝缘金属基板(IMS)或埋铜块技术。铜块和金属基板有各种形状和尺寸。叠层图纸是显示铜块厚度、形状以及IMS技术细节(如热介质和金属基板厚度)的好方式。
什么是阻抗控制?
NCAB的详细叠层图纸规定了层排列顺序、铜厚度和钻孔顺序,确保PCB符合阻抗控制要求。了解有关阻抗控制的更多信息,并下载我们的PCB叠层&阻抗设计指南,确保您的设计准确无误。
叠层&阻抗设计指南
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拼板文件
拼板文件是按比例绘制的图纸,说明每个工作板中的PCB数量。拼板文件应标明尺寸,每块PCB之间应有准确的间距。拼板板边应至少有3个可用的夹具孔,以便确保组装过程中的精准对位。如果需要对整板进行更均匀的电镀,板边是添加电镀铜的好地方,且不会影响电路板。
拼板,有助于控制成本和质量,在确保整个批次一致性的同时,还更具有单元成本效益。优化拼板方式,可以提高材料利用率、减少废料降低成本,但仍需谨慎对待,因为单个工作板上的PCB过多或过少,都会使整个工作板不稳定,容易在组装前散开。优化拼板方式可以实现高效组装的同时,降低成本减少浪费。如果您并不精于此,也不必担心,NCAB可以为您提供有效的建议。
是什么构成了PCB的成本?
说到成本效益和构成,NCAB强调在不降低品质的前提下,以最具成本效益的方式设计PCB。例如,通过设计降低PCB的复杂性,我们可以缩短交期、减少人工和材料成本。
用于不同应用的电路板也有其版本更新的需求,更新加工要求可以减少前端EQ时间。许多工程师和采购人员都反映,PCB在前期EQ时间太长。除了更新加工要求,在指定不同图纸时的冗余信息时也要谨慎。冗余信息过多会增加更新资料时,遗漏信息的风险,从而导致更多的问题和更长的交期。
当完成PCB加工要求制作时,感觉非常棒。文件图纸应简洁明了,同时包含所有相关信息。如果有对加工说明或者图纸产生干扰的细节,最好对其进行进一步澄清。PCB是定制品,PCB供应商知道如何生产PCB,但他们可能没有生产过你的PCB。因此,为了确保生产的准确性,他们会就你的文件提出各种问题,PCB加工要求的目的就是尽量减少这些问题。优化设计的这一部分非常耗时,但为了获得更好的质量、成本和交期,这样的花费都是值得的。