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關于PCB郵票孔的DFM案例

時間:2020-07-03 來源:sznbone 瀏覽次數:199

行百里者半九十,道理很深刻。歷史上有很多大事都是在最后一刻,功虧一簣,死于黎明之前,說PCB的成型方式也同樣如此,比如說郵票孔。

隨著電子技術的不斷發展,電子產品日益普及,各種電子產品進入千家萬戶,PCB板的生產也被帶動起來。然而,在PCB板大批量生產過程中, 現有的PCB拼裝板,直線分板和其他形狀的PCB分板通常獨立出貨,因形狀不同難以排版, 使得客戶使用很不方便,因此改進PCB拼裝板結構,方便客戶使用是一個急需解決的問題。

 郵票孔的分板方式應運而生, 郵票孔PCB線路板拼板即是選用很小的孔把板與板之間銜接起來,看起來像郵票上面的鋸齒形狀,用郵票孔銜接能夠很好的控制板與板之間的分切毛刺,因而對于要求較高的PCB板來說,選用郵票孔連接方式是比較好的方案。一時之間在PCB設計行業內,普遍認為郵票孔拼板方便快捷高效,無所不能。

 我司有一個合作多年的老客戶,對郵票孔成型的拼板方式情有獨鐘。前段時間客戶設計了一個10層板子,尺寸在235MM*180MM。其中板內有器件到板邊距離小于4MM。為了方便焊接,節約成本,不開治具,于是客戶在PCB板子的長方向上下添加了工藝邊,并且拼板方式用了郵票孔,客戶制板后,在我司PCBA工廠貼裝。

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PCB貼裝完成后,我司和客戶建議:我們公司有板機可以幫你分板??蛻粽f不用,我自己也有分板機,比貴司的效率高很多,并且功耗小,污染少,簡單粗暴,直接明了,等我回去板子測試完成后我自己用它分板。當時我們還納悶,客戶究竟是什么樣的分板機,有這么牛掰呢。見證奇跡的時刻終于到了,客戶測試OK后,拿出了他珍藏已久的分板神器。那是什么寶貝呢,我們拭目以待……..

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不錯你沒有看錯,這就是傳說中的分板神奇。人見人愛,花見花敗的老虎鉗子。最是那一低頭的溫柔,像是水蓮花不勝涼風的嬌羞,只見它輕啟鐵唇,一下子緊緊吻住了PCB板,在旖旎的春光里,我們瞪大了眼睛,只聽嘎嘣一聲脆響,線路板的工藝邊應聲而斷。啊,板子和工藝邊成功分離,成功了。但是有一句話叫什么的來著,成功和失敗不知道是哪一個先到,人生中充滿太多的意外,那么猝不及防……這次對不起,悲劇先到了……


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在PCB的板邊處有多處芯片,芯片下方設計有郵票孔,其中兩處郵票孔分板后,因應力問題導致PCB出現分層,此板是10層板,第四層信號層靠近板邊的地方,有走線分布。分層了,走線裸露了,板子GAME OVER了……

分板后,板邊分層如下圖

 關于PCB郵票孔的DFM案例(圖4)

10層板的疊層分布,L4層為信號層。

 

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人生不能彩排,打倒不能重來,無時無刻都在現場直播。通過上面的案例,我們知道郵票孔添加位置和到板內的物體間距是有要求的。那么這個間距是多少呢,通過多次驗證,我們得出的經驗值是0.5MM。

下圖是一博關于郵票孔的封裝。從下圖中我們看出郵票孔的封裝兩邊做了0.5MM的禁布區域,一旦器件和走線到郵票孔的間距違規,DRC的提示就是最好的警示,紅線不可越……此種封裝的設計經驗值得大家學習借鑒和推廣……

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任何事情摔跤以后,不要多想,先爬起來再說,總結經驗,重新向前。牛,就是要做介于牛A和牛C之間,僅此而已……



大家在討論郵票孔的設計注意事項時,各抒己見,愛恨交織。郵票孔,想說愛你,并不是很容易的事。特別是在文檔結尾的留言中,一個名字叫鄒俊的朋友提出的一個問題。如下:

 關于PCB郵票孔的DFM案例(圖7)

原諒我,可能是我在文章中沒有解釋清楚,實際我想表達的意思是當PCB板內有器件到板邊距離小于4mm時,為了避免在PCBA貼裝時開托盤治具,節省成本,通常會在PCB設計時添加工藝邊。如果工藝邊是用郵票孔分板,那么為了防止郵票孔距離器件太近,后期分板時出現分層爆板,通常郵票孔添加的位置要距離板內器件和走線0.5mm及以上。比如下圖中的這種情況,器件與板邊相切,我們是一定要添加工藝邊的。否則,我們的眼前無數的money飄過......

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在分板方式上有的工程師選擇V切,有的工程師選擇郵票孔,正所謂是蘿卜白菜,各有所愛,這是個性使然。我們不去討論關于性格的問題,但是郵票孔的添加位置一定要注意,否則有可能是一個悲哀。如下面的一個案例,因PCB板子的成品尺寸太小,客戶要求自己的加工廠拼板,結果工廠自行拼板,也沒有找客戶確認,直接把郵票孔加在了板邊SMD的器件上。

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我們知道郵票孔的屬性為非金屬化孔,通常工廠有兩種工藝制作,去滿足非金屬化孔的需求。

第一種方法是在工程制作時,為了防止郵票孔內鍍上銅,方便在加工時干膜封孔,通常會向孔周圍套銅單邊8-10mil的間距。因為焊盤的左右兩側都有非金屬化孔,結果CAM制作后,SMD變成了如下的模樣。

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期盼太久得來的東西,卻已經不是當初想要的樣子了…….

 關于PCB郵票孔的DFM案例(圖11)

第二種方法是采用二鉆加工的方式,就是在PCB蝕刻前,把和SMD PAD相交的郵票孔用二次鉆孔的方式把它鉆出來。這個時候工程制作就不用過多削SMD焊盤,減小SMD PAD套銅,增加SMD PAD的焊接面積。

 生產流程:
   l. 堿性蝕刻流程:板件→一次鉆孔→PTH→外層圖形轉移→圖形電鍍→退膜→堿性蝕刻→二次鉆孔→退錫→感光阻焊→表面處理→字符印刷→鑼外形

   2. 酸性蝕刻流程:板件→一次鉆孔→PTH直接加厚孔銅→外層圖形轉移→酸性蝕刻→二次鉆孔→感光阻焊→表面處理

通過上面的流程,如果從制作成本的角度來看,增加的二次鉆孔流程延長了生產的制作周期,鉆孔成本也成倍增加。同時二次鉆孔對后面工序的影響也不可忽視,有可能導致SMD焊盤產生毛剌和鈹鋒。二鉆孔因加工的精度問題,可能導致郵票孔孔徑公差及孔位公差變化較大,通??讖焦钍?/-5mil。容易出現板邊毛剌及焊盤變形。
下圖為二鉆的工程套銅方式

 關于PCB郵票孔的DFM案例(圖12)

但是這還不是我們相要的樣子。

  關于PCB郵票孔的DFM案例(圖13)

焊盤雖然套掉的部分少了點,但還是不夠完美,我們要考慮器件焊接完成后分板的應力導致的器件開裂失效。所以最好的建議是后續添加郵票孔時,更改郵票孔添加的位置,避開器件。如果因板邊的間距問題,實在滿足不了此點要求,可把此連接位的郵票孔取消(就是鵬哥右邊的樣子),直接實連接,用分板機分板,前提是工廠得有分板機。如果實在不行,可以聯系一博。

還有郵票孔的添加方式,有很多工程師喜歡用雙排,如果是添加在兩個單元的中間部分,必須如此。但是如果加在工藝邊,還是建議用單排郵票孔的方式。這是為什么呢。眼前又有無數的money飄過......

工藝邊,也有很多廠家叫廢板邊,就是說當它完成在PCB中一定使命后是要扔掉的,不會對最終裝機的電子產品功能產生影響。工廠的鉆孔加工,在前面的文檔中和大家說過是靠機器加工來完成。那么在加工的過程中是要產生鉆頭磨損的,孔越小,磨損越嚴重。通常工廠的鉆孔成本是按一個板子上總孔數來核算的。如果是僅僅做幾塊樣板就無所謂了。但如果是一個大批量,那么這個成本就不得不考慮了。所以PCB郵票孔拼板,在靠近郵票孔的一端,就不需要添加孔了......

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還有郵票孔添加的位置到板邊的距離也是有要求的。如果我們設計郵票孔的連接位到板邊的間距大于15mm,當板子在貼邊機的軌道上運行時,就像一個小彈片,在貼片機內頑皮的跳躍,上下起伏,左右晃動,最終導致器件偏移失效......

                                                                  1-200F3020246404.png




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