【正文】 中 南 大 學(xué)本科生畢業(yè)論文(設(shè)計)題 目：PCB板設(shè)計與制作的可靠性研究 學(xué) 院： 物 理 科 學(xué) 與 技 術(shù) 專業(yè)班級： 電子信息科學(xué)與技術(shù)0701 內(nèi)容摘要摘要：隨著社會和科技的不斷發(fā)展，PCB的布線布局也更趨向于精密化，這就對生產(chǎn)有了更高的要求，換句話來說，對生產(chǎn)的可靠性有了更大的要求，生產(chǎn)過程中的可靠性高了，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品才會有更高的可靠性。本文通過對生產(chǎn)中一些問題的分析，來闡述設(shè)計對制造生產(chǎn)過程中的可靠性的影響，或者說，設(shè)計時要怎么考慮才能使得生產(chǎn)中有更高的可靠性。關(guān)鍵詞：PCB?？煽啃浴ＴO(shè)計。生產(chǎn)Abstract: With the continuous development of society and technology, PCB wiring layout is also more inclined to precision, which have higher requirements on the production, in other words, the reliability of production have a greater Requirements, high reliability of the production process, and the products produced will have a higher reliability. Based on the analysis of the production of a number of issues to illustrate the design process on the reliability of manufacturing effects, or that the design should consider how to make the production of higher reliability.Key word: PCB。reliability。design。production緒論 PCB（printed circuit board），即印制電路板是在絕緣基材上，按預(yù)定設(shè)計，制成印制線路，印制元件或有兩者組合而成的導(dǎo)電圖形后制成的板。它作為元器件的支撐，并且提供系統(tǒng)電路工作所需要的電氣連接，是實現(xiàn)電子產(chǎn)品小型化、輕量化、裝配機械化和自動化的重要基礎(chǔ)部件，在電子工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。它在整個電子產(chǎn)品中，扮演了整合連結(jié)總其成所有功能的角色。圖1是電子構(gòu)裝層級區(qū)分示意。圖1 電子構(gòu)裝層級區(qū)分而近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品日趨輕薄短小，使得PCB的制造面臨了幾個挑戰(zhàn)：（1）薄板（2）高密度（3）高性能（4）高速 (5) 產(chǎn)品周期縮短（6）降低成本等。以往以燈桌、筆刀、貼圖及照相機作為制前工具，現(xiàn)在已經(jīng)被計算機、工作軟件及激光繪圖機所取代。過去，以手工排版，或者還需要MicroModifier來修正尺寸等費時耗工的作業(yè)，今天只要在CAM(Computer Aided Manufacturing)工作人員取得客戶的設(shè)計資料，可能幾小時內(nèi)，就可以依設(shè)計規(guī)則或DFM(Design For Manufacturing)自動排版并變化不同的生產(chǎn)條件。同時可以輸出如鉆孔、成型、測試冶具等資料。而為了提高PCB生產(chǎn)的效率，提升生產(chǎn)中的成品率，降低生產(chǎn)的成本，在生產(chǎn)設(shè)備允許的條件下，規(guī)范的、符合生產(chǎn)設(shè)備要求的PCB設(shè)計在其中占了很大比重。因此，在本文中將具體探究基于日常生產(chǎn)參數(shù)之上的PCB的設(shè)計規(guī)范問題。2. “可靠性”的來源第二次世界大戰(zhàn)中，美國自己認為其軍工技術(shù)是高超的，但事實上卻相反，在許多地方都暴露了它的缺陷。例如，根據(jù)已公開的統(tǒng)計，在美軍運到遠東的武器中，60%的飛機不能使用，電子設(shè)備有50%在庫存中就發(fā)生了故障，轟炸機的電子設(shè)備壽命僅有20h，海軍用的電子設(shè)備70%是有故障的。而大部分故障都是發(fā)生在軍用機器的心臟部分———電子設(shè)備。據(jù)說這些事實使美國政府感到震驚，因而軍方和民用企業(yè)共同努力，開展了可靠性的研究。這就是可靠性問題真正受到重視的開始。開始時，可靠性問題是專門針對電子管的，并且是以軍方的研究為主，并成立了一系列研究機構(gòu)和組織。經(jīng)過它們的研究，結(jié)果確定了高可靠度的規(guī)格，除電氣特性之外，還提出了振動、沖擊等環(huán)境因素。與此同時，振動和沖擊的試驗、測量等技術(shù)也進一步發(fā)展起來了。20世紀50年代，可靠性研究的范圍從電子管擴大到整套電子設(shè)備，走上了軌道。1950年，美國國防部成立了電子設(shè)備研究小組，陸海空三軍中也分別開展了電子設(shè)備和元器件的可靠性研究工作。1952年8月，美國國防部設(shè)立了著名的電子設(shè)備可靠性咨詢小組（AGREE,Advisory,Group, on Reliability of Electronic Equipment）。電子設(shè)備可靠性咨詢小組于1957年7 月提出了報告。報告以生產(chǎn)、試制時的可靠性測量方法為主提出了許多建議，成為以后軍用品生產(chǎn)的規(guī)格和相繼而來的許多研究工作的基礎(chǔ)。依據(jù)這份報告可以認為，到這個時期為止，可靠性問題的方向已具體地確立了。3. 可靠性的定義 可靠性一詞有狹義和廣義兩種解釋。從廣義上來說，可靠性是指消費者對產(chǎn)品滿意的程度，或?qū)ζ髽I(yè)信賴的程度。但是這些都是由主觀上來判定的，如要對可靠性作出具體的定量判定，就有必要為可靠性作出更為客觀的解釋。這不是本書中要談到的可靠性。狹義上的可靠性是有客觀的科學(xué)定義的，現(xiàn)在工業(yè)界廣泛地使用如下的定義： 所謂可靠性，就是在給定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，元器件、設(shè)備或者系統(tǒng)完成規(guī)定功能的概率。可靠性定義是一個科學(xué)的概念，對這一定義有必要加以說明。 可靠性具有定量性 所謂可靠性，并不是平常所說的那種可靠或不可靠，它不用“非?？煽俊被颉跋喈?dāng)可靠”之類的方式來表達，而是要求用概率（Probability）來作定量的、客觀的表示。 問題的對象 “零件、器件、設(shè)備或系統(tǒng)”是可靠性問題的主要對象。 完成規(guī)定的功能 “完成規(guī)定的功能”是制造設(shè)備或者系統(tǒng)的目的。 規(guī)定的時間 “規(guī)定的時間”是通過合同來決定的，長短不一，短的如導(dǎo)彈那樣只有幾分鐘，長的也有如光纜之類達幾十年之久的。 規(guī)定的條件“規(guī)定的條件”就是使用條件、環(huán)境條件等，它包括所有物理、化學(xué)及人一機工程學(xué)的因素。第1章 PCB板設(shè)計的工藝規(guī)范及參數(shù)、總則PCB設(shè)計在整個硬設(shè)計中起著關(guān)鍵的連接作用，它不僅要考慮考慮電原理功能上的實現(xiàn)，也要考慮后續(xù)生產(chǎn)、測試、使用、維修、歸檔繼承等方面的因素。、基本工藝要求 組裝形式PCB 的設(shè)計首先應(yīng)該確定SMD（貼裝）與THC（插裝）在PCB 正反兩面上的布局。不同的組裝形式有不同的工藝流程，對生產(chǎn)線也有不同的要求。表1大致列出的幾種組裝形式是比較常見的。表1 PCB的組裝形式組裝形式示意圖PCB設(shè)計特征單面全SMD單面裝有SMD雙面全SMD雙面裝有SMD單面混裝單面既有SMD又有THC A面混裝 B面僅貼簡單SMD一面混裝，另一面僅裝簡單SMD A面插件 B面僅貼簡單SMD一面裝THC，另一面僅裝簡單SMD注1：簡單SMD是指管腳間距或引線中心距大于1mm的SMD。注2：在波峰焊的板面上（5組裝形式）避免出現(xiàn)僅幾個SMD的現(xiàn)象，它增加了組裝流程。 PCB尺寸在設(shè)計時，考慮到裝焊以及生產(chǎn)的可行性，其最小的單板尺寸應(yīng)不小于“寬120mm X長 120mm”,一般最理想的尺寸范圍是“寬（200mm 250mm） X長 （250mm 350mm）”。而表2 列出其厚度與表面銅箔的厚度。表2 PCB厚度及銅箔厚度PCB厚度 （單位:mm）銅箔厚度18（） 35（1oz/Ft2） 70（2oz/Ft2） 105（3oz/Ft2）（單位） PCB外形 對波峰焊，PCB 的外形必須是矩形的（四角為R=1～2mm 圓角更好，但不做嚴格要求）。偏離這種形狀會引起PCB 傳送不穩(wěn)、插件時翻板和波峰焊時熔融焊料汲起等問題。對純 SMT 板，允許有缺口，但缺口尺寸須小于所在邊長度的1/3，應(yīng)該確保PCB 在鏈條上傳送平穩(wěn)，見圖2所示。圖2 PCB外形對于特殊情況，需要將PCB 設(shè)計成非矩形，必須通過拼版方式將整體外形設(shè)計成矩形，有利于裝焊，裝焊后將附加的拼版部分掰去。 傳送邊、擋條邊、定位孔PCB應(yīng)該留出兩條5mm寬度的傳送邊，一邊在流水線上傳送。如果元件較多，安裝面積不夠，可以將元件安裝到邊，但必須加上工藝傳送邊（通過拼板方式）。另外，距邊1mm 范圍內(nèi)不得有導(dǎo)體，否則在PCB 制作時將進行刮銅處理，可能造成缺陷。每一塊PCB 必須在其角部位置設(shè)計三個定位孔，以便在線測試和PCB 本身加工時進行定位。定位孔、非接地安裝孔均應(yīng)設(shè)計成非金屬化孔， 寬的非銅箔區(qū)（即留出封孔圈），以便PCB 制作時能封住孔使之不金屬化。 光學(xué)定位標(biāo)志對采用光學(xué)定位的貼裝設(shè)備應(yīng)該設(shè)計出光學(xué)定位標(biāo)志。光學(xué)定位標(biāo)志用于貼片機整體自動定位，要求統(tǒng)一使用圓形定位標(biāo)志。光學(xué)定位標(biāo)志應(yīng)該在貼片機的光源照射下有高的對比度。 PCB拼板設(shè)計拼板設(shè)計首先要考慮的就是小板如何擺放，拼成較大的板。建議以拼板后最終尺寸接近理想的尺寸為拼板設(shè)計的依據(jù)。拼板的連接方式主要有雙面對刻V 形槽、長槽孔加圓孔和長槽孔三種，視PCB 的外形而定。具體見表3所示。表3 拼板連接方式拼板方式試用范圍特點雙面對刻V形槽方形PCB分離后邊緣整齊、加工成本低長槽孔加圓孔各種外形的子板（小PCB，相對于拼后大的板而言）之間的拼板分離后邊緣不整齊，不適用導(dǎo)槽固定的PCB同時為了分離方便以及滿足插裝時的剛度需要需設(shè)計連接橋，連接橋位置和數(shù)量的設(shè)置應(yīng)該根據(jù)此板的組裝工藝具體考慮。 孔位圖和非金屬化孔的表示