布局的PCB元件放置缺陷检测

2021-05-12

布局的PCB元件放置缺陷检测

常见的元件放置错误会在PCB组装期间造成问题

您可(kě)以使用(yòng)不同的PCB元件放置缺陷检测方法

充分(fēn)利用(yòng)您的PCB设计工具来检测布局错误

如果我们布置的每个印刷電(diàn)路板都具有(yǒu)足够的空间来分(fēn)散组件，并為(wèi)布線(xiàn)，导通孔和文(wén)本留出足够的空间，那不是很(hěn)好吗？恐怕要敢于梦想。事实是，我们设计的大多(duō)数電(diàn)路板都将尝试包含尽可(kě)能(néng)多(duō)的電(diàn)路和功能(néng)。我们的工作是找到一种方法，使其在遵守所有(yǒu)适用(yòng)设计规则和约束的同时都适合于電(diàn)路板。

由于PCB空间非常宝贵，因此在元件放置期间会漏掉一些细微的细节，这可(kě)能(néng)会导致制造过程中的问题，这并非闻所未闻。有(yǒu)时，这些困难将源自我们甚至在开始放置组件之前就使用(yòng)的组件占用(yòng)空间。让我们仔细研究所有(yǒu)这些问题，首先是由于脚位数据不正确或電(diàn)路板上的组件放置不正确而导致的一些更常见的问题。然后，我们将研究一些方法，这些方法可(kě)以帮助增强電(diàn)路板布局期间PCB组件放置缺陷的检测能(néng)力。

PCB组件尺寸图：不仅仅是CAD表示法

组件缺陷检测从使用(yòng)正确的CAD占位模型开始

许多(duō)使電(diàn)路板制造缓慢甚至停止的问题是由于PCB设计CAD系统中设计不正确的组件占位模型而引起的。许多(duō)年前，由于零件的尺寸较大且设计规则不太严格，设计人员可(kě)以摆脱占位空间很(hěn)大的问题。然而，今天，同样缺乏对细节的关注最终会导致很(hěn)多(duō)问题。以下是未正确构建组件封装时可(kě)能(néng)出现的一些问题：

间隙不足：如果组件轮廓和焊盘图案创建不当，可(kě)能(néng)会无意间导致与板上相邻组件的间隙问题。轮廓線(xiàn)太小(xiǎo)可(kě)能(néng)会导致没有(yǒu)足够的空间放置相邻的零件。

焊点不良：表面贴装焊盘的位置和尺寸不正确会导致焊接问题。如果焊盘上没有(yǒu)足够的空间放置引線(xiàn)，则可(kě)能(néng)无法正确形成焊脚，或者如果空间过多(duō)，则部件可(kě)能(néng)“浮起”。通孔销可(kě)能(néng)很(hěn)难插入太小(xiǎo)的孔中，或者如果孔太大则难以固定在焊点上。

功能(néng)性问题：如果未正确编号焊接到板上的焊盘图形，则组装到板上的组件将无法工作。在某些情况下，这甚至可(kě)能(néng)导致灾难性故障，例如起火。

测试，调试和返工问题：组件或焊盘图形之间没有(yǒu)足够的空间，测试和返工電(diàn)路板的技术人员将没有(yǒu)足够的空间来完成工作。

必须在布局开始之前在CAD系统中正确构建这些封装模型。许多(duō)PCB设计CAD工具都内置有(yǒu)自动工具，以帮助创建占位面积，设计人员应尽可(kě)能(néng)多(duō)地使用(yòng)它们。

一旦确认组件的脚印正确无误，就可(kě)以开始在板上放置零件了。但是，如果部件放置不正确，则可(kě)能(néng)会产生制造问题。

不正确的组件放置所导致的问题

尽管仍有(yǒu)一些设计可(kě)以在放置过程中散布元件，但大多(duō)数时候您会试图找到足够的空间将所有(yǒu)零件放到板上。同时，您还必须遵守電(diàn)路的電(diàn)气性能(néng)和DFM规则约束，以确保電(diàn)路板的可(kě)制造性。如果不遵循这些规则，则您的制造商(shāng)可(kě)能(néng)会在PCB组装过程中遇到以下问题：

违反间隙的规定：将零件放置得太近可(kě)能(néng)会给在板上安装组件的自动拾取和放置机器带来困难。间隙不足还会损害電(diàn)路板通过自动测试的能(néng)力，并且可(kě)能(néng)给必须调试和重新(xīn)处理(lǐ)電(diàn)路板的技术人员带来问题。

位置错误：将组件放置在错误的位置和旋转中会造成波峰焊接设备问题。较高的组件会在较短的组件中进入波峰，可(kě)能(néng)使较小(xiǎo)的组件蒙上阴影，并阻止它们完全焊接。组件还必须正确对齐，以使其焊盘图案均匀焊接。電(diàn)路板底部的较高部件也可(kě)能(néng)很(hěn)难通过波浪，因此需要特殊的固定装置或稍后进行手动组装。

构造问题：如果连接两个焊盘的金属不平衡，则穿过焊料回流炉的较小(xiǎo)的两针组件可(kě)能(néng)会受到“墓碑效应”的影响。金属含量更高的焊盘会散发热量，导致另一个焊盘上的焊料熔化得更快。这种不平衡的熔化有(yǒu)时会把零件从未熔化的垫子上拉下来，像墓碑一样直立起来。 

错误放置的组件可(kě)能(néng)会引起许多(duō)其他(tā)问题。这些范围从人类无法进入到与其他(tā)系统对象（例如支架和系统机箱）的冲突。您可(kě)以使用(yòng)一些工具来帮助您在電(diàn)路板仍处于布局状态时检测到这些问题，接下来我们将进行检查。

小(xiǎo)心放置这些零件对于使设计可(kě)制造很(hěn)重要

PCB元件放置缺陷检测方法

為(wèi)了避免违反DFM规则的组件出现问题，设计人员需要在制造電(diàn)路板之前检测出布局中的这些问题。防止这些错误的第一道防線(xiàn)是使用(yòng)PCB设计CAD工具中内置的设计规则检查系统。这些检查使用(yòng)您可(kě)以在工具中设置的设计规则和约束，并且可(kě)以通过设置尽可(kě)能(néng)多(duō)的规则来帮助自己。

在现代PCB设计CAD工具中，您将能(néng)够為(wèi)以下情况设置规则和约束：

元件间距

组件类到类的间距

特定领域的规则

丝网印刷，阻焊膜和焊膏限制

有(yǒu)了这些规则和约束，您将能(néng)够在自动管理(lǐ)可(kě)制造性的最小(xiǎo)间距要求的情况下，将您的元件封装放置在板上。此外，大多(duō)数工具现在都具有(yǒu)以3D形式查看和检查设计的功能(néng)。通过导入板的机械特性以及其他(tā)系统板和机箱，您可(kě)以彻底检查设计是否存在错误。这包括检查与开关或连接器之类的其他(tā)系统功能(néng)过于接近的部件，或者确认没有(yǒu)一个较高的電(diàn)解電(diàn)容器无意间穿过系统外壳。

这些PCB组件放置缺陷检测方法成功的关键在于确保充分(fēn)利用(yòng)它们。

充分(fēn)利用(yòng)您的PCB设计工具

Cadence的Allegro PCB编辑器中的“统一零件搜索”菜单

PCB组件放置缺陷检测的上半部分(fēn)是為(wèi)了确保正确构建设计中使用(yòng)的封装。首先要确保您使用(yòng)的是最新(xīn)的信息，并根据其规格勤奋地构建零件。另一个好用(yòng)的工具是Allegro中的封装符号向导，它将根据焊盘，尺寸和您输入的其他(tā)信息為(wèi)您创建组件封装。但是，最好使用(yòng)的工具是Allegro您可(kě)以在上图中看到。该工具将在線(xiàn)找到您需要的零件，并下载制造商(shāng)建议的封装，符号，图像以及其他(tā)零件特定的信息。

防止组件放置缺陷的下一步是使用(yòng)准确放置DRC所需的所有(yǒu)信息来设置设计规则和约束。

使用(yòng)PCB设计CAD工具的规则和约束可(kě)以帮助避免部件放置问题

在上图中，您可(kě)以看到Allegro的约束管理(lǐ)器配置有(yǒu)组件间距值。这些可(kě)以针对单个零件或零件类别进行设置，以管理(lǐ)设计制造所需的放置间隙，从而帮助您检测PCB组件的放置缺陷。这些值可(kě)以手动输入，也可(kě)以从一组已保存的规则和约束中导入。Allegro还使您能(néng)够从PCB制造商(shāng)处导入此数据，这将确保其准确性并為(wèi)您节省数据库设置的时间。