PCB可制造性设计与仿真范文

《信息化研究杂志》2014年第二期

1可制造性设计的实施步骤

PCB可制造性设计的实施步骤如下：（1）通过规则管理器建立应用所需的不同规则，以模板的方式保存在系统中［5］。应当遵循以下一般规范：IPC－SM－782表面贴装设计与焊盘结构标准、IPC－A－610C电子组装件验收条件、IPC－7525模板设计指南、IPC－TM－650试验方法手册、印制电路板制造规范、4－12mil相关规范。（2）获取元器件清单，建立应用所需的所有元器件三维模型库，可通过供应商协助获取、缺省封装库对应以及通过库编辑器自行编辑这三种方式实现。（3）获取设计软件的PCB电子文档及BOM表，通过软件EDA接口读入Trilogy5000系统，将BOM表与企业物料表对应，链接相应元器件库。（4）板图浏览，可人工分层观察PCB上每个部分。（5）板图三维视图浏览，预知高度分配，调整布局，避免干涉，如图1所示。（6）装配分析、网络分析、光板分析。（7）分析报告输出，审查员挑选检查出来的问题，汇总成相关报告，系统自动生成HTML格式的审查报告。（8）设计图交由设计人员更改，再审查；通过的设计转交生产加工。

2应用实例分析

图2所示为某电路的PCB图，利用可制造性软件对其进行可制造性分析。图3和图4分别为PCB正反面三维图。观察虚拟装配完毕的电路板三维视图，可以快速且真实地评估装配组件布局是否满足设计要求，在装配的前期更早地发现设计不合理部分，配合DFM工具实现生产前的快速准确的工程决策［6］。通过可制造性软件进行分析，共发现69个不规范之处，将其归结成19类不合规则的问题，而涉及PCB在三维方向的问题如下：（1）裸露铜到绿油下的铜之间的边沿间距太小，易短路。（2）隔热盘的开口宽度太小，接地性能差。（3）隔热盘的开口被阻住部分所占百分比太大，接地性能差。（4）丝印到阻焊的间距太小。（5）丝印到焊盘的间距太小。（6）丝印到过孔的边沿间距太小。（7）器件到器件的间距太近。（8）器件与丝印太近。（9）器件到裸露过孔的间距太小，易桥连。（10）引脚与焊盘的宽度差异（大焊盘—小引脚）太小。（11）引脚与焊盘或过孔的直径差异（大焊盘或过孔—小引脚）太小。（12）引脚接触到绿油。按照分析报告的内容，对不符合可制造性设计的地方进行了相应修改，修改前后的对比图如图5至图8所示。图5中，修改前导线过宽容易与周围的焊盘形成短路风险，修改后导线与焊盘之间的间距适当。图6中，修改前导线与焊盘之间的距离太近，修改后导线与焊盘之间的间距适当。图7中，修改前器件XP1到器件C44的间距太近，修改后器件之间的间距适当。图8中，修改前的器件到过孔的导线易断裂、易桥连，修改后的器件到过孔的导线适当。另外，对于个别不规范的地方，由于电路板面积的局限，暂时无法作大规模的修改，在适当放宽条件的情况下，这是允许的，不会对PCB可制造性造成较大的影响。修改后的PCB图如图9所示。观察修改后的电路板三维图如图10和图11所示。通过可制造性分析并修改后的电路板，元器件布局合理，高度适当，能够满足设计要求。

3工作可行性分析

PCB可制造性技术研究基于现有的EDA软件系统的PCB数据，结合后续生产（PCB制造、光板质量检测、元器件装配、实装板测试）的工艺要求以及生产、装配、检测设备的加工参数，在设计阶段融入制造规则，对设计数据按工艺规则进行定性和定量分析检查。为了便于开展PCB可制造性分析工作，应当开展如下管理措施：（1）规范设计部门EDA软件，确认种类，版本。（2）收集外协单位，如PCB制造厂、电装车间、测试部门的所有设备参数，确定加工能力，提取定量信息。结合IPC规范模板，建立符合自身特点的工艺审查规范并录入系统。（3）从设计及物资部门收集PCB设计制造所用的元器件信息并录入系统，在适当的条件下，元器件的三维模型信息可以录入系统中［7］。（4）在EDA部门指定专人作为PCB可制造性设计分析员，在电装线指定工艺质量审查员，进行可制造性设计培训。（5）对通过审查的PCB数据，通过PDM流程转入工艺部门，结合各类设备进行加工装配和测试。

4结束语

可制造性设计从产品设计开始，考虑其可制造性，使设计和制造之间紧密联系，采用DFM软件进行PCB可制造性设计，取得了良好的效果。采用三维图形方式能够评估产品的装配特性和生产线及工位的布局，运用3DView功能可以操控（缩放、旋转等）三维视图。三维图形所显示的是直接从反映最近信息的设计数据库中获取的，从而验证设计和制造方案的可行性，尽早发现并解决潜在的问题。通过相关的软件分析可以让PCB设计人员在布局、布线的各个阶段并行进行PCB的可制造性评审，减少人工评审的局限，做到真正的并行设计，以达到“零错误，一次性成功”的目的，从而减少研发投板后的改板次数，提高研发效率，降低设计和制造成本，提高单板质量。在未来的电气布局设计、虚拟电缆设计、热设计、结构分析、可制造性分析、虚拟装配设计方面，一种集成式的虚拟制造平台将会通过PCB三维显示方式发挥越来越显著的作用。

作者：董建树罗延明王惠严宗瑞单位：北京自动化控制设备研究所 北京振兴计量测试研究所海军指挥学院