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pcb优化 PCB电路板优化设计 PCB设计指南可参考捷多邦网站

  pcb优化

  优化设计概念

  优化设计指的是从多种预备方案中选出最佳方案。优化设计以数学手段为基础,借助计算机,根据性能最大化的目标,建立函数,在满足给定的各种约束条件下,寻求最优的设计方案。

  优化设计理念

  优化设计,由美国在90年代提出,简称DFX。DFX包括可制造性设计、可测试设计、可组装设计、可环保设计(Design for Environment, DFE); 为PCB可制造性设计(Design for Fabrication of the PCB, DFF);可周转性设计(Design for Sourcing, DFS); 可靠性设计(Design for Reliability, DFR); 为成本而设计(Design for Cost, DFC),国内一般都统称为可制造性设计(DFM)。这种设计概念及设计方法可缩短产品投放市场的时间、降低制造成本、提高产量和产品质量。优化设计应贯穿于整个设计过程,而非最终出图前。

  PCB优化设计基本原则

  1.SMT工艺流程的确定。

  在产品设计的概念启动阶段(Concept Start,CS)就应根据产品规划的要求,确定产品生产的工艺流程。PCB的表面组装方式有以下六种(见下页表3-1):

六种组装方式六种组装方式

  几种典型的组装工艺流程如下:

  (1) 单面混装(SMD和THC都在A面)

  A面印刷焊膏→元器件贴装→回流焊→A面插装THC→B面过波峰焊→检测

  (2) 双面混装(THC在A面,A、B两面都有SMD)

  A面印刷焊膏→元器件贴装→回流焊→翻板→B面印胶或点胶→元器件贴装→胶固化→A面插装THC→B面过波峰焊→检测

  或采用下面的流程:

  B面印刷焊膏→元器件贴装→回流焊→翻板→A面印刷焊膏→元器件贴装→回流焊→A面插装THC→B面过波峰焊→检测

  (3) 双面表面组装

  A面印刷焊膏→元器件贴装→回流焊→翻板→B面印刷焊膏→元器件贴装→回流焊→检测

  选择表面组装工艺流程应考虑的主要因素:

  (1) PCB板的组装密度;

  (2) SMT设备条件;

  (3) 成本、效率。

  一般原则:在回流焊接设备和波峰焊接设备都具备的条件下,优先选择回流焊接;选择产品组装方式时一般优选单面混装和单面全表面组装;尽量避免PCB两面都有大比重IC等器件。

  2.PCB基材的选择

  用于PCB板的基材品种很多,主要分为两大类:有机类基板材料和无机类基板材料。有机类基板又称为覆铜箔层压板(Copper Clad Laminates, CCL)是制造PCB的主要材料。而无机类基板主要是陶瓷板和瓷釉包覆钢基板。例如我们大量使用的双面板FR-4就是玻璃布基CCL。

  选择基材应考虑以下因素:选择基材应根据PCB的使用条件以及机械、电性能要求;根据PCB结构确定基材的覆铜箔层数(单面、双面或多层板);根据 PCB尺寸和元器件重量确定基材的厚度;基材参数Tg、CTE及平整度等符合要求;价格因素等。用于SMT工艺的PCB基材有以下要求:

  (1) 玻璃化转变温度(Tg)较高。玻璃化转变温度(glass transition temperature, Tg)是聚合物特有的性能,是决定材料性能的临界温度,是选择基板的一个关键参数。环氧树脂的Tg在125~140℃左右,再流焊温度在245℃左右,远远高于PCB基板的Tg,高温容易造成PCB的热变形,严重时会损坏元件。因此,在选择基材时选择Tg较高的基材,建议Tg在140℃以上。

  (2) 热膨胀系数(CTE)低。对于多层板结构的PCB来说,由于X、Y方向(即长、宽方向)和Z方向(即厚度方向)的热膨胀系数不一致,容易造成PCB变形,严重时会造成金属化孔断裂和损坏元件。如图3.2所示。

  (3) 耐热性高。通常PCB要经过两次回流,为保证二次贴片的可靠性,必须要求PCB的一次高温后变形要小。T260的推荐值为30分钟以上,T288的推荐值是大于五分钟。

  (4) 平整度好。一般PCB所允许的翘曲率在0.75%,对于PCB厚度为1.6mm的基板,上翘曲≤0.5mm,下翘曲≤1.2mm。

  (5) 良好的电气性能。由于通信技术向高频化的发展,PCB的高频特性要求也随之提高。频率的增高会引起PCB基材的介电常数(ε)增大,导致电路信号的传输速度下降。其他电气性能指标还有介质损耗角正切、抗电强度、绝缘强度、抗电弧强度等。