布局的PCB元件放置缺陷檢測

2021-05-12

布局的PCB元件放置缺陷檢測

常見(jiàn)的元件放置錯誤會(huì )在PCB組裝期間造成問(wèn)題

您可以使用不同的PCB元件放置缺陷檢測方法

充分利用您的PCB設計工具來(lái)檢測布局錯誤

如果我們布置的每個(gè)印刷電路板都具有足夠的空間來(lái)分散組件，并為布線(xiàn)，導通孔和文本留出足夠的空間，那不是很好嗎？恐怕要敢于夢(mèng)想。事實(shí)是，我們設計的大多數電路板都將嘗試包含盡可能多的電路和功能。我們的工作是找到一種方法，使其在遵守所有適用設計規則和約束的同時(shí)都適合于電路板。

由于PCB空間非常寶貴，因此在元件放置期間會(huì )漏掉一些細微的細節，這可能會(huì )導致制造過(guò)程中的問(wèn)題，這并非聞所未聞。有時(shí)，這些困難將源自我們甚至在開(kāi)始放置組件之前就使用的組件占用空間。讓我們仔細研究所有這些問(wèn)題，首先是由于腳位數據不正確或電路板上的組件放置不正確而導致的一些更常見(jiàn)的問(wèn)題。然后，我們將研究一些方法，這些方法可以幫助增強電路板布局期間PCB組件放置缺陷的檢測能力。

PCB組件尺寸圖：不僅僅是CAD表示法

組件缺陷檢測從使用正確的CAD占位模型開(kāi)始

許多使電路板制造緩慢甚至停止的問(wèn)題是由于PCB設計CAD系統中設計不正確的組件占位模型而引起的。許多年前，由于零件的尺寸較大且設計規則不太嚴格，設計人員可以擺脫占位空間很大的問(wèn)題。然而，今天，同樣缺乏對細節的關(guān)注最終會(huì )導致很多問(wèn)題。以下是未正確構建組件封裝時(shí)可能出現的一些問(wèn)題：

間隙不足：如果組件輪廓和焊盤(pán)圖案創(chuàng )建不當，可能會(huì )無(wú)意間導致與板上相鄰組件的間隙問(wèn)題。輪廓線(xiàn)太小可能會(huì )導致沒(méi)有足夠的空間放置相鄰的零件。

焊點(diǎn)不良：表面貼裝焊盤(pán)的位置和尺寸不正確會(huì )導致焊接問(wèn)題。如果焊盤(pán)上沒(méi)有足夠的空間放置引線(xiàn)，則可能無(wú)法正確形成焊腳，或者如果空間過(guò)多，則部件可能“浮起”。通孔銷(xiāo)可能很難插入太小的孔中，或者如果孔太大則難以固定在焊點(diǎn)上。

功能性問(wèn)題：如果未正確編號焊接到板上的焊盤(pán)圖形，則組裝到板上的組件將無(wú)法工作。在某些情況下，這甚至可能導致災難性故障，例如起火。

測試，調試和返工問(wèn)題：組件或焊盤(pán)圖形之間沒(méi)有足夠的空間，測試和返工電路板的技術(shù)人員將沒(méi)有足夠的空間來(lái)完成工作。

必須在布局開(kāi)始之前在CAD系統中正確構建這些封裝模型。許多PCB設計CAD工具都內置有自動(dòng)工具，以幫助創(chuàng )建占位面積，設計人員應盡可能多地使用它們。

一旦確認組件的腳印正確無(wú)誤，就可以開(kāi)始在板上放置零件了。但是，如果部件放置不正確，則可能會(huì )產(chǎn)生制造問(wèn)題。

不正確的組件放置所導致的問(wèn)題

盡管仍有一些設計可以在放置過(guò)程中散布元件，但大多數時(shí)候您會(huì )試圖找到足夠的空間將所有零件放到板上。同時(shí)，您還必須遵守電路的電氣性能和DFM規則約束，以確保電路板的可制造性。如果不遵循這些規則，則您的制造商可能會(huì )在PCB組裝過(guò)程中遇到以下問(wèn)題：

違反間隙的規定：將零件放置得太近可能會(huì )給在板上安裝組件的自動(dòng)拾取和放置機器帶來(lái)困難。間隙不足還會(huì )損害電路板通過(guò)自動(dòng)測試的能力，并且可能給必須調試和重新處理電路板的技術(shù)人員帶來(lái)問(wèn)題。

位置錯誤：將組件放置在錯誤的位置和旋轉中會(huì )造成波峰焊接設備問(wèn)題。較高的組件會(huì )在較短的組件中進(jìn)入波峰，可能使較小的組件蒙上陰影，并阻止它們完全焊接。組件還必須正確對齊，以使其焊盤(pán)圖案均勻焊接。電路板底部的較高部件也可能很難通過(guò)波浪，因此需要特殊的固定裝置或稍后進(jìn)行手動(dòng)組裝。

構造問(wèn)題：如果連接兩個(gè)焊盤(pán)的金屬不平衡，則穿過(guò)焊料回流爐的較小的兩針組件可能會(huì )受到“墓碑效應”的影響。金屬含量更高的焊盤(pán)會(huì )散發(fā)熱量，導致另一個(gè)焊盤(pán)上的焊料熔化得更快。這種不平衡的熔化有時(shí)會(huì )把零件從未熔化的墊子上拉下來(lái)，像墓碑一樣直立起來(lái)。 

錯誤放置的組件可能會(huì )引起許多其他問(wèn)題。這些范圍從人類(lèi)無(wú)法進(jìn)入到與其他系統對象（例如支架和系統機箱）的沖突。您可以使用一些工具來(lái)幫助您在電路板仍處于布局狀態(tài)時(shí)檢測到這些問(wèn)題，接下來(lái)我們將進(jìn)行檢查。

小心放置這些零件對于使設計可制造很重要

PCB元件放置缺陷檢測方法

為了避免違反DFM規則的組件出現問(wèn)題，設計人員需要在制造電路板之前檢測出布局中的這些問(wèn)題。防止這些錯誤的第一道防線(xiàn)是使用PCB設計CAD工具中內置的設計規則檢查系統。這些檢查使用您可以在工具中設置的設計規則和約束，并且可以通過(guò)設置盡可能多的規則來(lái)幫助自己。

在現代PCB設計CAD工具中，您將能夠為以下情況設置規則和約束：

元件間距

組件類(lèi)到類(lèi)的間距

特定領(lǐng)域的規則

絲網(wǎng)印刷，阻焊膜和焊膏限制

有了這些規則和約束，您將能夠在自動(dòng)管理可制造性的最小間距要求的情況下，將您的元件封裝放置在板上。此外，大多數工具現在都具有以3D形式查看和檢查設計的功能。通過(guò)導入板的機械特性以及其他系統板和機箱，您可以徹底檢查設計是否存在錯誤。這包括檢查與開(kāi)關(guān)或連接器之類(lèi)的其他系統功能過(guò)于接近的部件，或者確認沒(méi)有一個(gè)較高的電解電容器無(wú)意間穿過(guò)系統外殼。

這些PCB組件放置缺陷檢測方法成功的關(guān)鍵在于確保充分利用它們。

充分利用您的PCB設計工具

Cadence的Allegro PCB編輯器中的“統一零件搜索”菜單

PCB組件放置缺陷檢測的上半部分是為了確保正確構建設計中使用的封裝。首先要確保您使用的是最新的信息，并根據其規格勤奮地構建零件。另一個(gè)好用的工具是Allegro中的封裝符號向導，它將根據焊盤(pán)，尺寸和您輸入的其他信息為您創(chuàng )建組件封裝。但是，最好使用的工具是Allegro您可以在上圖中看到。該工具將在線(xiàn)找到您需要的零件，并下載制造商建議的封裝，符號，圖像以及其他零件特定的信息。

防止組件放置缺陷的下一步是使用準確放置DRC所需的所有信息來(lái)設置設計規則和約束。

使用PCB設計CAD工具的規則和約束可以幫助避免部件放置問(wèn)題

在上圖中，您可以看到Allegro的約束管理器配置有組件間距值。這些可以針對單個(gè)零件或零件類(lèi)別進(jìn)行設置，以管理設計制造所需的放置間隙，從而幫助您檢測PCB組件的放置缺陷。這些值可以手動(dòng)輸入，也可以從一組已保存的規則和約束中導入。Allegro還使您能夠從PCB制造商處導入此數據，這將確保其準確性并為您節省數據庫設置的時(shí)間。