如何準(zhǔn)備一個(gè)正確的PCB設(shè)計(jì)文檔

PCB設(shè)計(jì)人員與PCB制造商之間的合作至關(guān)重要。一階交付階段準(zhǔn)備得越好，收到符合客戶規(guī)格的PCB的時(shí)間就越短。模糊或不清楚的生產(chǎn)文檔將延長(zhǎng)生產(chǎn)啟動(dòng)時(shí)間。要解決所有疑慮，就需要制造商與設(shè)計(jì)師之間進(jìn)行更多的交流。

本文介紹了向PCB制造商交付生產(chǎn)文檔的標(biāo)準(zhǔn)，良好設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的規(guī)則，并介紹了在生產(chǎn)文檔中發(fā)現(xiàn)的最常見(jiàn)的錯(cuò)誤。該信息基于華秋DFM對(duì)PCB設(shè)計(jì)文件的分析經(jīng)驗(yàn)。它肯定會(huì)在PCB質(zhì)量和DFM（可制造性）方面幫助設(shè)計(jì)工程師，也可能降低PCB生產(chǎn)成本。

檔案格式

Gerber是PCB生產(chǎn)文檔的通用標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)允許保存設(shè)計(jì)層的矢量圖像：馬賽克，蒙版，文本等。當(dāng)前存在兩個(gè)版本：較舊的Standard Gerber RS-274D和較新的Extended Gerber RS-274X。

RS-274D已過(guò)時(shí)，現(xiàn)在很少使用。該格式的文件僅包含圖層圖像分量的坐標(biāo)，而沒(méi)有定義所應(yīng)用的光圈。PCB制造商需要一個(gè)清單，列出適當(dāng)?shù)目讖揭哉_處理RS-274D設(shè)計(jì)。RS-274X是最新，最受歡迎的版本，沒(méi)有RS-274D的缺點(diǎn)。這種格式的圖層文件包含處理PCB設(shè)計(jì)所需的完整數(shù)據(jù)，即帶有孔徑定義的坐標(biāo)。

加工參數(shù)（即鉆孔和銑削/銑削）通常以Excelon格式版本2保存。完整的CNC鉆孔和銑削/銑削程序應(yīng)在割臺(tái)中定義所應(yīng)用的刀具直徑。它還可以保留有關(guān)坐標(biāo)和度量單位的符號(hào)格式的信息。這可以加快PCB制造商的設(shè)計(jì)過(guò)程。

最受歡迎的PCB CAD軟件產(chǎn)品（例如Altium Designer，Eagle和Protel）支持以上述格式導(dǎo)出設(shè)計(jì)文檔。大多數(shù)PCB制造商都喜歡Gerber RS-274X和Excellon2，但可以接受其他數(shù)據(jù)集格式：RS-274D，動(dòng)態(tài)過(guò)程格式* .dpf，GraphiCode GWK，ODB ++和BRD（Eagle）。

好的設(shè)計(jì)文檔的功能

從PCB制造商的角度來(lái)看，完善的設(shè)計(jì)包含明確的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)毫無(wú)疑問(wèn)且滿足處理能力。以下列出了針對(duì)PCB設(shè)計(jì)人員的一組建議，分為五個(gè)總體主題。

DCR

圖1.不符合DRC參數(shù)的區(qū)域。

超過(guò)DRC（設(shè)計(jì)規(guī)則檢查）參數(shù)會(huì)導(dǎo)致偶爾出現(xiàn)的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，可能會(huì)妨礙或阻止PCB的生產(chǎn)。DRC參數(shù)確定PCB制造商的處理能力，即鑲嵌組件（即路徑和文字）的最小允許寬度，其間距和孔環(huán)尺寸。大多數(shù)流行的PCB CAD程序都具有可配置的DRC，以控制設(shè)計(jì)是否符合制造商的預(yù)定義容量。

PCB馬賽克的設(shè)計(jì)必須考慮到馬賽克表面上的所有窄切口都是極其危險(xiǎn)的（見(jiàn)圖1）。這些區(qū)域必須填充，因?yàn)樽钚≡试S間隙規(guī)則也適用于同一互連網(wǎng)絡(luò)中的鑲嵌零件。DRC參數(shù)適用于沉積在銅層上的文本。太小的字符可能會(huì)被蝕刻消化而變得難以辨認(rèn)。

輪廓

PCB輪廓必須位于單獨(dú)的層上，并形成為相對(duì)于其他層沒(méi)有偏移的封閉外殼。輪廓還必須包含所有需要處理的切口和槽的形式和位置。輪廓層可以標(biāo)記PCB尺寸，包括公差規(guī)格（如果與特定PCB制造商應(yīng)用的默認(rèn)值不同）。

輪廓和切口通常位于文本，阻焊層或馬賽克層上。這樣一來(lái)，CAM工程師就有可能忽略切割，并且其生產(chǎn)將失敗。當(dāng)PCB形式顯示在多層上并且彼此矛盾時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

圖2.鑲嵌層的視圖：（a）組件側(cè)面；（b）焊接面。

PCB輪廓必須位于單獨(dú)的層上，并形成為相對(duì)于其他層沒(méi)有偏移的封閉外殼。輪廓還必須包含所有需要處理的切口和槽的形式和位置。輪廓層可以標(biāo)記PCB尺寸，包括公差規(guī)格（如果與特定PCB制造商應(yīng)用的默認(rèn)值不同）。

輪廓和切口通常位于文本，阻焊層或馬賽克層上。這樣一來(lái)，CAM工程師就有可能忽略切割，并且其生產(chǎn)將失敗。當(dāng)PCB形式顯示在多層上并且彼此矛盾時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

文字層

圖3.文本行粗細(xì)與文本質(zhì)量的關(guān)系：（a）0.25毫米行文本；（b）0.1密耳的文字行；（c）由SMD墊切割的文本。

一個(gè)常見(jiàn)的錯(cuò)誤是文本層的錯(cuò)誤開(kāi)發(fā)，導(dǎo)致標(biāo)記難以辨認(rèn)和不完整。文本清晰易讀，需要適當(dāng)?shù)淖址叨群臀谋揪€粗。最佳字符高度為1毫米以上。文字行的最小厚度為0.1毫米。如果相對(duì)于字符高度而言，文本行非常粗，則可以通過(guò)減小文本行的粗度來(lái)提高文本的可讀性和清晰度（請(qǐng)參見(jiàn)圖3a和3b）。該解決方案提高了PCB的美學(xué)價(jià)值并促進(jìn)了組件的組裝。設(shè)計(jì)工程師切勿在PCB設(shè)計(jì)的焊接點(diǎn)或孔上找到任何標(biāo)記。PCB制造商默認(rèn)情況下，請(qǐng)從焊盤(pán)和其他未掩蓋的電路區(qū)域中去除文本（請(qǐng)參見(jiàn)圖3c），因?yàn)楹附咏M件上的墨水會(huì)妨礙正確組裝。可以通過(guò)與焊料掩膜和孔中暴露的焊盤(pán)之間的最小間距為0.1 mm來(lái)減少因修剪而造成的文字損失。

加工

圖4.在PCB中切割的準(zhǔn)備：（a）標(biāo)準(zhǔn)直徑2 mm。磨坊;（二）切徑減小。

正確準(zhǔn)備和標(biāo)記PCB板上的孔和插槽至關(guān)重要。一種CNC鉆孔程序可以采用PTH（鍍通孔）和NPTH（非鍍通孔）開(kāi)口和槽的鏜孔。標(biāo)記孔的類型也很重要。這可以通過(guò)在單個(gè)鉆探程序或其他信息文件中添加注釋來(lái)完成。PTH可以與NPTH分離為兩個(gè)單獨(dú)的鉆孔程序，并具有適當(dāng)?shù)拿Q。通常的做法是在單獨(dú)的設(shè)計(jì)層上交付鉆孔圖。如果未指定其他信息，則PCB制造商將跟蹤該層以正確定義PTH或NPTH是什么孔。所有單面孔均視為NPTH。

除非訂單中另有規(guī)定，否則始終將指定的直徑理解為目標(biāo)。這意味著成品PCB中的PTH和NPTH直徑將等于鉆孔程序標(biāo)題中指定的直徑值。

盲孔和埋孔的鉆孔程序必須放在單獨(dú)的文件中，即不要放在通孔中，并針對(duì)每個(gè)加工深度單獨(dú)進(jìn)行。還必須通過(guò)鉆孔深度標(biāo)記盲孔，例如通過(guò)指定要連接的層。

銑削/銑削形式必須考慮到有限的切割精度，并且該參數(shù)取決于銑削直徑。這導(dǎo)致了圖4中所示的問(wèn)題，即銑削后的角上的倒圓角?？梢酝ㄟ^(guò)在那些角上設(shè)置小直徑的加工孔來(lái)消除這種情況。這些孔可能會(huì)稍微干擾PCB表面，但也會(huì)大大減?。ɑ蛲耆┿娤鞯赖牡箞A半徑（圖4b）。

設(shè)計(jì)工程師應(yīng)在鑲嵌圖與PCB邊緣和切口之間保持適當(dāng)?shù)拈g距，因?yàn)?/span>PCB的加工具有確定的公差。銑削，布線和刻痕（v切割）可能會(huì)損壞鑲嵌細(xì)節(jié)，而鑲嵌細(xì)節(jié)太靠近PCB邊緣。所產(chǎn)生的撕裂的銅零件不僅會(huì)降低PCB的美學(xué)價(jià)值，而且還可能由于意外接觸金屬外殼而導(dǎo)致組裝設(shè)備短路。

圖5.插槽：（a）在PCB輪廓層上標(biāo)記不正確，（b）標(biāo)記正確。

z布線的PCB的盲孔必須在單獨(dú)的圖上，PCB輪廓層或完全單獨(dú)的層上清楚地說(shuō)明。還需要指定PCB的側(cè)面和Z布線的深度。類似地，還必須顯示鍍覆邊緣的存在。在設(shè)計(jì)中顯示鍍覆邊緣的一種非常常見(jiàn)且正確的方法是定位銅區(qū)域，該區(qū)域超出鑲嵌層上的PCB輪廓。

在設(shè)計(jì)文檔開(kāi)發(fā)過(guò)程中，顯示為兩個(gè)相鄰孔的PTH插槽（參見(jiàn)圖5）也可能令人懷疑。每個(gè)設(shè)計(jì)人員都應(yīng)該意識(shí)到，準(zhǔn)備將設(shè)計(jì)投入生產(chǎn)的CAM工程師通常不知道在特定PCB上組裝了哪些組件。不能期望將圖5a中所示的2個(gè)相鄰的孔解釋為PTH槽。在這種情況下，必須在PCB輪廓層上正確標(biāo)記插槽（請(qǐng)參見(jiàn)圖5b）。

圖層文件開(kāi)發(fā)和名稱

各個(gè)圖層的圖像必須以相同的比例生成且沒(méi)有偏移?？讓涌梢韵鄬?duì)于其他層偏移，但是請(qǐng)注意，并非總是可以使該層與其他層正確對(duì)齊。常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)是從PCB頂視圖的角度排列這些層。這意味著當(dāng)將設(shè)計(jì)加載到PCB CAM軟件中時(shí)，層組件側(cè)的所有文本都清晰可見(jiàn)（請(qǐng)參見(jiàn)圖2a），而馬賽克，阻焊層或焊接側(cè)的文本將被鏡像顯示（請(qǐng)參見(jiàn)圖2a）。圖2b）。

最好使用易于理解的圖層文件名和/或擴(kuò)展名。文件命名法通常在PCB CAD軟件中定義。除了生成Gerber和Excellon文件之外，大多數(shù)此類應(yīng)用程序還可以輸出導(dǎo)出的輸出文件列表以及所應(yīng)用的坐標(biāo)和單位表示法的規(guī)范以及其他文本文件（即報(bào)告語(yǔ)句）。

多層PCB要求提供有關(guān)內(nèi)層順序的規(guī)范?？梢酝ㄟ^(guò)直接對(duì)層編號(hào)或適當(dāng)?shù)奈募ǎɡ?/span>* .L1，*。L2，*。L3，*。L4等）來(lái)指定序列。該信息也可以在PCB處理表中提供。

將多個(gè)處理組件放在單個(gè)層上會(huì)使文檔解釋變得非常困難。這里最常見(jiàn)的錯(cuò)誤是在阻焊劑上設(shè)置可剝離的掩膜。每個(gè)掩模存放在不同的生產(chǎn)階段，因此每個(gè)掩模都需要單獨(dú)的生產(chǎn)文檔。

總結(jié)

設(shè)計(jì)師對(duì)細(xì)節(jié)的關(guān)注，對(duì)正確文檔開(kāi)發(fā)原則的了解以及對(duì)特定PCB制造商的處理限制的了解直接影響設(shè)計(jì)交付的質(zhì)量和工作量。可靠的PCB文件可以滿足設(shè)計(jì)人員的期望，而且交貨周期短。