面向電子裝聯(lián)的PCB 可制造性設(shè)計(jì)
當(dāng)前電子產(chǎn)品日新月異，要求電路板高密度組裝，安裝方式由表面安裝（SMT）
取代通孔插裝（THT）已是歷史的必然，因此，印制板技術(shù)正向高密度、多層化方向飛速
發(fā)展。而印制板的合理設(shè)計(jì)是SMT 技術(shù)中的關(guān)鍵，也是SMT 工藝質(zhì)量的保證，并有助于
提高生產(chǎn)效率。本文就表面安裝PCB 設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的一些制造工藝性問題進(jìn)行了闡述，給
PCB 設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)參考。
關(guān)鍵詞: 印制板；可制造性設(shè)計(jì)；電子裝聯(lián)
1 前言
隨著通信﹑電子類產(chǎn)品的市場競爭不斷加劇，產(chǎn)品的生命周期在不斷縮短，企業(yè)原有
產(chǎn)品的升級(jí)及新產(chǎn)品的投放速度對(duì)該企業(yè)的生存和發(fā)展起到越來越關(guān)鍵的作用。而在制造
環(huán)節(jié)，如何在生產(chǎn)中用更短的導(dǎo)入時(shí)間獲得更高可制造性和制造質(zhì)量的新產(chǎn)品越來越成為
有識(shí)之士所追求的核心競爭力。
在電子產(chǎn)品的制造中，隨著產(chǎn)品的微型化﹑復(fù)雜化，電路板的組裝密度越來越高，相
應(yīng)產(chǎn)生并獲得廣泛使用的新一代SMT 裝聯(lián)工藝，要求設(shè)計(jì)者在一開始就必須考慮到可制
造性。一旦在設(shè)計(jì)時(shí)考慮不周導(dǎo)致可制造性差，勢必要修改設(shè)計(jì)，必然會(huì)延長產(chǎn)品的導(dǎo)入
時(shí)間和增加導(dǎo)入成本，即使對(duì)PCB 布局進(jìn)行微小的改動(dòng)，重新制做印制板和SMT 焊膏印
刷網(wǎng)板的費(fèi)用高達(dá)數(shù)千甚至上萬元以上，對(duì)模擬電路甚至要重新進(jìn)行調(diào)試。而延誤了導(dǎo)入
時(shí)間可能使企業(yè)在市場上錯(cuò)失良機(jī)，在戰(zhàn)略上處于非常不利的位置。但如果不進(jìn)行修改而
勉強(qiáng)生產(chǎn)，必然使產(chǎn)品存在制造缺陷，或使制造成本猛增，所付出的代價(jià)將更大。所以，
在企業(yè)進(jìn)行新產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，越早考慮設(shè)計(jì)的可制造性問題，越有利于新產(chǎn)品的有效導(dǎo)入。
2 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)考慮的內(nèi)容
PCB 設(shè)計(jì)的可制造性分為兩類，一是指生產(chǎn)印制電路板的加工工藝性；二是指電路及
結(jié)構(gòu)上的元器件和印制電路板的裝聯(lián)工藝性。對(duì)生產(chǎn)印制電路板的加工工藝性，一般的
PCB 制作廠家，由于受其制造能力的影響，會(huì)非常詳細(xì)的給設(shè)計(jì)人員提供相關(guān)的要求，在
實(shí)際中相對(duì)應(yīng)用情況較好，而根據(jù)筆者的了解，真正在實(shí)際中沒有受到足夠重視的，是第
二類，即面向電子裝聯(lián)的可制造性設(shè)計(jì)。本文的重點(diǎn)也在于描述在PCB 設(shè)計(jì)的階段，設(shè)計(jì)
者必需考慮的可制造性問題。
面向電子裝聯(lián)的可制造性設(shè)計(jì)要求PCB 設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)PCB 的初期就考慮以下內(nèi)容：
2.1 恰當(dāng)?shù)倪x擇組裝方式及元件布局
組裝方式的選擇及元件布局是PCB 可制造性一個(gè)非常重要的方面，對(duì)裝聯(lián)效率及成本
﹑產(chǎn)品質(zhì)量影響極大，而實(shí)際上筆者接觸過相當(dāng)多的PCB，在一些很基本的原則方面考慮
也尚有欠缺。
(1)選擇合適的組裝方式
通常針對(duì)PCB 不同的裝聯(lián)密度，推薦的組裝方式有以下幾種：
樣就可以避免犯一些原則性的錯(cuò)誤。在選擇組裝方式時(shí)，除考慮PCB 的組裝密度，布線的
難易外，必須還要根據(jù)此組裝方式的典型工藝流程，考慮到企業(yè)本身的工藝設(shè)備水平。倘
若本企業(yè)沒有較好的波峰焊接工藝，那么選擇上表中的第五種組裝方式可能會(huì)給自己帶來
很大的麻煩。另外值得注意的一點(diǎn)是，若計(jì)劃對(duì)焊接面實(shí)施波峰焊接工藝，應(yīng)避免焊接面
上布置有少數(shù)幾個(gè)SMD 而造成工藝復(fù)雜化。
(2)元器件布局
PCB 上元器件的布局對(duì)生產(chǎn)效率和成本有相當(dāng)重要的影響，是衡量PCB 設(shè)計(jì)的可裝聯(lián)
性的重要指標(biāo)。一般來講，元器件盡可能均勻地、有規(guī)則地、整齊排列，并按相同方向、
極性分布排列。有規(guī)則的排列方便檢查，有利于提高貼片/插件速度，均勻分布利于散熱和
焊接工藝的優(yōu)化。另一方面，為簡化工藝流程，PCB 設(shè)計(jì)者始終都要清楚，在PCB 的任
一面，只能采用回流焊接和波峰焊接中的一種群焊工藝。這點(diǎn)在組裝密度較大、PCB 的焊
接面必須分布較多貼片元器件時(shí)，尤其值得注意。設(shè)計(jì)者要考慮對(duì)焊接面上的貼裝元件使
用何種群焊工藝，最為優(yōu)選的是使用貼片固化后的波峰焊工藝，可以同時(shí)對(duì)元件面上的穿
孔器件的引腳進(jìn)行焊接；但波峰焊接貼片元件有相對(duì)嚴(yán)格的約束，只能焊接0603（長0.06
英寸、寬0.03 英寸）及以上尺寸的片式阻容﹑SOT﹑SOIC（引腳間距≥1mm 且高度小于
2.0mm）。分布在焊接面的元器件，引腳的方向宜垂直于波峰焊接時(shí)PCB 的傳送方向，以
保證元器件兩邊的焊端或引線同時(shí)被浸焊，相鄰元件間的排列次序和間距也應(yīng)滿足波峰焊
接的要求以避免“遮蔽效應(yīng)”，如圖1。當(dāng)采用波峰焊接SOIC 等多腳元件時(shí)，應(yīng)于錫流方
向最后兩個(gè)（每邊各1）焊腳處設(shè)置竊錫焊盤，防止連焊。
類型相似的元件應(yīng)該以相同的方向排列在板上，使得元件的貼裝、檢查和焊接更容易。
例如使所有徑向電容的負(fù)極朝向板件的右面，使所有雙列直插封裝(DIP)的缺口標(biāo)記面向同
一方向等等，這樣可以加快插裝的速度并更易于發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。如圖2 所示，由于A 板采用了
這種方法，所以能很容易地找到反向電容器，而B 板查找則需要用較多時(shí)間。實(shí)際上一個(gè)
公司可以對(duì)其制造的所有線路板元件方向進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，某些板子的布局可能不一定允
許這樣做，但這應(yīng)該是一個(gè)努力的方向。
還有，相似的元件類型應(yīng)該盡可能接地在一起，所有元件的第一腳在同一個(gè)方向，如
圖3 所示。
但筆者確實(shí)遇見過相當(dāng)多的PCB，組裝密度過大，在PCB 的焊接面也必須分布鉭電
容﹑貼片電感等較高元件和細(xì)間距的SOIC﹑TSOP 等器件，在此種情況下，只能采用雙面
印刷焊膏貼片后回流焊接，而插件元件，應(yīng)該在元件分布上盡可能集中，以適應(yīng)手工焊接，
另一種可能就是元件面的穿孔元件應(yīng)盡可能分布在幾條主要的直線上，以適應(yīng)最新的選擇
性波峰焊接工藝，可以避免手工焊接而提高效率，并保證焊接質(zhì)量。離散的焊點(diǎn)分布是選
擇性波峰焊接的大忌，會(huì)成倍增加加工時(shí)間。
在印制板文件中對(duì)元器件的位置進(jìn)行調(diào)整時(shí)，一定要注意元件和絲印符號(hào)一一對(duì)應(yīng)，
若移動(dòng)了元件而沒有相應(yīng)的移動(dòng)該元件旁的絲印符號(hào)，將成為制造中的重大質(zhì)量隱患，因
為在實(shí)際生產(chǎn)中，絲印符號(hào)是具有指導(dǎo)生產(chǎn)作用的行業(yè)語言。
2.2 PCB 上必須布置有用于自動(dòng)化生產(chǎn)做必需的夾持邊﹑定位標(biāo)記﹑工藝定位孔。
目前電子裝聯(lián)是自動(dòng)化程度最高的行業(yè)之一，生產(chǎn)所使用的自動(dòng)化設(shè)備均要求自動(dòng)傳
送PCB，這樣便要求在PCB 的傳送方向（一般為長邊方向）上，上下各有一條不小于3~5mm
寬的夾持邊，以利于自動(dòng)傳送，避免靠近板子邊緣的元器件由于夾持無法自動(dòng)裝聯(lián)。
定位標(biāo)記的作用在于對(duì)于目前廣泛使用光學(xué)定位的裝聯(lián)設(shè)備，需要PCB 提供至少兩到
三個(gè)定位標(biāo)記，以供光學(xué)識(shí)別系統(tǒng)對(duì)PCB 進(jìn)行準(zhǔn)確定位并校正PCB 的加工誤差。通常所
使用的定位標(biāo)記中，有兩個(gè)標(biāo)記必須分布在PCB 的對(duì)角線上。定位標(biāo)記的選擇一般使用實(shí)
心圓焊盤等標(biāo)準(zhǔn)圖形，為便于識(shí)別，在標(biāo)記周圍應(yīng)該有一塊沒有其它電路特征或標(biāo)記的空
曠區(qū)，建議該空曠區(qū)尺寸為標(biāo)記半徑的3 倍（如圖4），標(biāo)記距離板子邊緣應(yīng)在5mm 以上。
在PCB 自身的制造中，以及在裝聯(lián)中的半自動(dòng)插件﹑ICT 測試等工序，需要PCB 在
邊角部位提供兩到三個(gè)定位孔。
2.3 合理使用拼板以提高生產(chǎn)效率和柔性。
在對(duì)外形尺寸較小或外形不規(guī)則的PCB 進(jìn)行裝聯(lián)時(shí)，會(huì)受到很多限制，所以一般采用
拼板的方式來使幾個(gè)小的PCB 拼接成合適尺寸的PCB 進(jìn)行裝聯(lián)，如圖5。一般單邊尺寸
小于150mm 的PCB，都可以考慮采用拼板方式，通過兩拼﹑三拼﹑四拼等，將PCB 的尺
寸拼至合適的加工范圍，通常寬150mm~250mm，長250mm~350mm 的PCB 是自動(dòng)化裝聯(lián)
中比較合適的尺寸。
另外一種拼板方式是將雙面都布置有SMD 的PCB 一正一反的拼成一個(gè)大板，這樣的
拼板俗稱陰陽拼，一般是出于節(jié)約網(wǎng)板費(fèi)用的考慮，即通過這樣的拼板，原來需要兩面網(wǎng)
板，現(xiàn)在只需要開一面網(wǎng)板即可。另外技術(shù)人員在編制貼片機(jī)運(yùn)行程序時(shí)，采用陰陽拼的
PCB 編程效率也更高。
拼板時(shí)子板之間的連接可以采用雙面對(duì)刻V 型槽﹑長槽孔加圓孔等方式，但設(shè)計(jì)時(shí)一
定要考慮盡可能使分離線在一條直線上，以利于最后的分板，同時(shí)還要考慮分離邊不可離
PCB 走線過近，而使分板時(shí)容易損傷PCB。
還有一種非常經(jīng)濟(jì)的拼板，并不是指的PCB 進(jìn)行拼板，而是對(duì)網(wǎng)板的網(wǎng)孔圖形進(jìn)行拼
板。隨著全自動(dòng)焊膏印刷機(jī)的應(yīng)用，目前較為先進(jìn)的印刷機(jī)（比如DEK265）已經(jīng)允許在
尺寸為790×790mm 的鋼網(wǎng)上，開設(shè)多面PCB 的網(wǎng)孔圖形，可以做到一片鋼網(wǎng)用于多個(gè)產(chǎn)品
的印刷，這是一種非常節(jié)約成本的做法，尤其適合于產(chǎn)品特點(diǎn)為小批量多品種的廠家。
2.4 可測性設(shè)計(jì)的考慮
SMT 的可測性設(shè)計(jì)主要是針對(duì)目前ICT 裝備情況。將后期產(chǎn)品制造的測試問題在電路
和表面安裝印制板（SMB）設(shè)計(jì)時(shí)就考慮進(jìn)去。提高可測性設(shè)計(jì)要考慮工藝設(shè)計(jì)和電氣設(shè)
計(jì)兩個(gè)方面的要求。
2.4.1 工藝設(shè)計(jì)的要求
定位的精度、基板制造程序、基板的大小、探針的類型都是影響探測可靠性的因素。
(1)精確的定位孔。在基板上設(shè)定精確的定位孔，定位孔誤差應(yīng)在±0.05mm 以內(nèi)，至
少設(shè)置兩個(gè)定位孔，且距離愈遠(yuǎn)愈好。應(yīng)采用非金屬化的定位孔，以減少焊錫鍍層的增厚
而不能達(dá)到公差要求。如基板是整片制造后再分開測試，則定位孔就必須設(shè)在主板及各單
獨(dú)的基板上。
(2)測試點(diǎn)的直徑不小于0.4mm，相鄰測試點(diǎn)的間距最好在2.54mm 以上，不要小于
1.27mm。
(3)在測試面不能放置高度超過6.4mm 的元器件，過高的元器件將引起在線測試夾具
探針對(duì)測試點(diǎn)的接觸不良。
(4)最好將測試點(diǎn)放置在元器件周圍1.0mm 以外，避免探針和元器件撞擊損傷。定位
孔環(huán)狀周圍3.2mm 以內(nèi)，不可有元器件或測試點(diǎn)。
(5)測試點(diǎn)不可設(shè)置在距PCB 邊緣5mm 的范圍內(nèi)，這5mm 的空間用以保證夾具夾持。
通常在輸送帶式的生產(chǎn)設(shè)備與SMT 設(shè)備中也要求有同樣的工藝邊。
(6)所有探測點(diǎn)最好鍍錫或選用質(zhì)地較軟、易貫穿、不易氧化的金屬傳導(dǎo)物，以保證可
靠接觸，延長探針的使用壽命。
(7)測試點(diǎn)不可被阻焊劑或文字油墨覆蓋，否則將會(huì)縮小測試點(diǎn)的接觸面積，降低測試
的可靠性。
2.4.2 電氣設(shè)計(jì)的要求
(1)要求盡量將元件面的SMC/SMD 的測試點(diǎn)通過過孔引到焊接面，過孔直徑應(yīng)大于
1mm。這樣可使在線測試采用單面針床來進(jìn)行測試，從而降低了在線測試成本。
(2) 每個(gè)電氣節(jié)點(diǎn)都必須有一個(gè)測試點(diǎn)，每個(gè)IC 必須有POWER 及GROUND 的測試
點(diǎn)，且盡可能接近此元器件，最好在距離IC 2.54mm 范圍內(nèi)。
(3)在電路的走線上設(shè)置測試點(diǎn)時(shí)，可將其寬度放大到40mil （1mil=25.4μm）寬。
(4)將測試點(diǎn)均衡地分布在印制板上。如果探針集中在某一區(qū)域時(shí)，較高的壓力會(huì)使待
測板或針床變形，進(jìn)一步造成部分探針不能接觸到測試點(diǎn)。
(5)電路板上的供電線路應(yīng)分區(qū)域設(shè)置測試斷點(diǎn)，以便于電源去耦電容或電路板上的其
它元器件出現(xiàn)對(duì)電源短路時(shí)，查找故障點(diǎn)更為快捷準(zhǔn)確。設(shè)計(jì)斷點(diǎn)時(shí)，應(yīng)考慮恢復(fù)測試斷
點(diǎn)后的功率承載能力。
圖6 所示為測試點(diǎn)設(shè)計(jì)的一個(gè)示例。通過延伸線在元器件引線附近設(shè)置測試焊盤或利
用過孔焊盤測試節(jié)點(diǎn)，測試節(jié)點(diǎn)嚴(yán)禁選在元器件的焊點(diǎn)上，這種測試可能使虛焊節(jié)點(diǎn)在探
針壓力作用下擠壓到理想位置，從而使虛焊故障被掩蓋，發(fā)生所謂的“故障遮蔽效應(yīng)”。由
于探針因定位誤差引起的偏晃，可能使探針直接作用于元器件的端點(diǎn)或引腳上而造成元器
件損壞。
3 結(jié)束語
以上是一些PCB 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的主要原則，在面向電子裝聯(lián)的PCB 可制造性設(shè)計(jì)中，
還有相當(dāng)多的細(xì)節(jié)要求，比如合理的安排與結(jié)構(gòu)件的配合空間﹑合理的分布絲印的圖形和
文字﹑恰當(dāng)分布較重或發(fā)熱較大的器件的位置，在合適的位置設(shè)置測試點(diǎn)和測試空間﹑考
慮在使用拉鉚﹑壓鉚工藝安裝聯(lián)接器等器件時(shí)，工模具與附近所分布元件的干涉等等，都
是在PCB 的設(shè)計(jì)階段所應(yīng)該考慮的問題。一個(gè)優(yōu)秀的PCB 設(shè)計(jì)者，不但要考慮如何獲得
良好的電性能和美觀布局，還有同樣重要的一點(diǎn)那就是PCB 設(shè)計(jì)中的可制造性，以求高質(zhì)
量、高效率、低成本。
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