DFA 指南，实现高效的 PCB 设计

每个想要成为真实设备的PCB都需要高产量地组装。一些战略规划是必需的，以确保电路板可以在第一次尝试中正确组装。理解一些基本的DFA指南可以帮助确保您的设计在制造组装过程中以最小的缺陷和无需返工通过。

在本文中，我们将覆盖以下几点：

• 为什么DFA在PCB设计中很重要？
• DFA的目标
  • 标准化
  • 组件验证
  • 减少装配错误
• DFA标准
  • 带极性标记的组件方向
  • 间距要求
  • IPC装配标准
• 常见装配缺陷
  • 墓碑现象
  • 焊桥
  • 焊珠
  • 焊隙
• 检查方法
  • 自动光学检查（AOI）
  • X射线检查

DFA是一个包含三个阶段的过程。在第一阶段，考虑电路板布局的设计。在此阶段，考虑组件之间的间隙、焊接方向和装配成本的降低。在随后的阶段，对Gerbers或ODB++文件进行验证，以确认组件、足迹和各种清洁方法的间隙和方向。在最后阶段，确定波峰焊、回流焊和手工焊接的要求。

DFA的目标

标准化

每位电路板设计师在处理新的PCB设计时，都很难预测可能会遇到的挑战。标准化的主要目的是通过使用之前有效的部件和技术，来最小化不确定性的程度。以下是确保设计最大程度标准化的几种方法：

• 仔细验证每个组件的来源，以确保组件的真实性。未经授权的来源增加了延迟、错误信息和假冒部件的风险。
• 尽量减少独特组件封装的数量，以简化组装设计过程并最小化潜在错误。例如，如果存在焊盘到焊盘图案的不一致，由于设计中独特的焊盘图案较少，必要的布局调整将更快完成。

组件验证

设计用于组装（DFA）的主要目标之一是验证板上的组件。遵循下面提到的指南，帮助您的制造商高效组装您的电路板：

减少装配错误

DFA 主要关注于消除可能发生的潜在装配错误。除了上述讨论的要点之外，下面的几点使制造商能够以期望的功能制造电路板。

• 坚持尺寸、间距和钻孔公差在您的制造商能力范围内。这也确保了您的PCB设计的可制造性。
• 遵循您的CM能力范围内的清晰度和公差。
• 遵循板边缘清晰规则。
• 确保电路板形状允许最佳的面板化。
• 在必要时加入热释放。

DFA 标准

如前几节所讨论的，了解DFA标准有助于您以高效和成本效益的方式设计电路板。在本节中，我们将带您了解一些关键的DFA规范。

带极性标记的组件方向

元件的方向是在预装配阶段需要考虑的最重要因素之一。为了无忧的装配，遵循清晰明确的方向技术是必要的。举个例子，考虑到二极管会有一定的极性。确保原理图符号和丝印都有适当的极性标记，在放置后仍然可见。这将使检查过程更加容易，并且使测试或调试更加简单。

对于穿孔部件，符号可以放置在两个引脚之间，但对于表面贴装部件，应将其放置在器件旁边。由于这些符号可能会占用大量空间，对于HDI板，一个在阴极垫上方的条或简单的A（阳极）或K（阴极）的指示就足够了。

始终将相似的组件分组，并尽可能以相同的方向放置它们。这有助于快速的装配过程。例如，所有的QFP都可以排成一行，每个IC的1号脚位于同一个角落。

间距要求

元件之间的间距会影响PCBA过程的时间框架要求。在本节中，我们将查看推荐的间距标准，以确保装配过程的质量。

元件到边缘的间距

元件到边缘的间距是指板上给定元件到其边缘的距离。这个因素在去板过程中扮演着重要角色。在此过程中，靠近板边缘的元件将会受到可能影响焊点的应力。我们推荐在电路板顶面放置的SMD与板边缘之间保持125 mil的间隙，但您的制造商可能会在他们的过程中提供不同的容许值。

有时，制造商会在板的下侧进一步增加元件到板边缘的间距。这减少了在施加焊膏过程中SMT元件损坏的可能性。

铜线也可以布线得更靠近电路板边缘。这样可以留出焊膏间隙并防止焊盘侵占。线路、铜皮和手动插入的部件至少需要与电路板边缘保持10 mils的间距。带孔的铸造是一种需要在电路板边缘进行铜镀层的设计。为了实现所需的铜镀层，这样的设计将需要额外的费用和更长的交货时间。

部件至孔间距

对于通孔和通孔组件，都应考虑部件至孔的间距。它决定了组件焊盘/本体与孔之间的最小间距。这种间距包括两个必须满足的具体因素，以实现高质量的组装。

• 部件至孔壁：这是从实际孔边缘到焊盘边缘的距离。这也被称为钻孔至铜距离。所需的最小间距大约是8 mils。
• 部件至环形焊盘：这是从孔的环形焊盘边缘到焊盘边缘的距离。所需的最小间距大约是7 mils。

IPC组装标准

以下是您的CM在组装板时会遵循的其他一些IPC装配标准。

• IPC-A-600: IPC-A-600，通常被称为IPC-600，指定了每个产品类别的接受标准级别。它定义了板材的理想、允许和不可谈判的要求。
• IPC/WHMA-A-620C: 它描述了电缆和线束组件的材料、程序、测试和可接受性标准。
• IPC-A-630: 它定义了电子外壳的标准。当您的CM组装并执行检查过程时，会使用这个标准。

常见的组装缺陷

本节详细介绍了在PCBA过程中最常见的缺陷和问题。制造商采用许多质量控制方法来避免这些缺陷，下面的小节中提到了一些这样的方法。

墓碑现象

墓碑现象，也称为曼哈顿效应，指的是SMD组件部分或完全从其着陆垫上剥离的情况。这在小型SMD无源元件（0603或更小封装）中最为常见，它是由于回流焊接过程中力的不平衡导致的。

预防墓碑现象的方法：

• 确保高元件精度和高预热温度。
• 避免暴露于高温和高湿度环境。
• 延长浸泡区以在焊膏达到熔融状态前平衡两个焊盘上的润湿力。

焊桥

焊桥发生在焊料被施加在两个不应电气连接的导体之间。这些不希望的连接被称为短路。

预防焊桥的方法：

• 确保焊膏中的金属含量至少为90%。
• 准确对齐模板孔并将其大小减小10%。
• 确保合适的回流焊曲线。

焊珠

焊珠是表面贴装组装过程中最常见的缺陷。它是指从形成接头的主体分离出的微小球形焊料颗粒。对于无清洗工艺来说，这是一个问题，因为许多焊珠可以在两个相邻引脚之间形成桥接。这会导致板子的功能问题。

预防焊珠形成的方法：

• 根据数据手册设计焊盘大小和间距。
• 在打印焊膏前，对板子进行烘烤。
• 确保孔镀层的厚度大于25μm，这可以防止水分困扱。

焊接空洞

焊接接头内的空间或孔洞被称为焊接空洞。当没有足够的焊料用于建立连接时，就会产生焊接空洞。焊接空洞通常由空气组成。

防止焊接空洞的方法：

• 增加出气通道，允许气体从板材中逸出。
• 尝试使用无铅焊膏。

检查方法

一旦电路板组装完成，制造商可能会执行多种检查和质量控制程序。

自动光学检查（AOI）

自动光学检查（AOI）是一种高效且准确的方法，用于在电路板离开生产设施前检测PCB组装错误。这种方法使用高分辨率相机和先进的图像处理软件来识别组装错误，如缺失或错位的组件、焊桥、焊球或墓碑。

X射线检查

AXI（自动X射线检查）是检测IC和BGA中隐藏缺陷的流行方法。该系统中的扫描源是X射线。它可以用来识别大型空洞和裂缝。这种方法允许非破坏性地访问内部几何形状和结构组成。AXI以与AOI相同的方式捕捉图像。唯一的区别是AOI使用光源扫描，而AXI使用X射线扫描。

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