如何準備一個正確的PCB設計文檔

PCB設計人員與PCB製造商之間的合作至關重要。一階交付階段準備得越好，收到符合客戶規格的PCB的時間就越短。模糊或不清楚的生產文檔將延長生產啟動時間。要解決所有疑慮，就需要製造商與設計師之間進行更多的交流。

本文介紹了向PCB製造商交付生產文檔的標準，良好設計開發的規則，並介紹了在生產文檔中發現的最常見的錯誤。該信息基於華秋DFM對PCB設計文件的分析經驗。它肯定會在PCB質量和DFM（可製造性）方面幫助設計工程師，也可能降低PCB生產成本。

 

檔案格式

Gerber是PCB生產文檔的通用標準。該標準允許保存設計層的矢量圖像：馬賽克，蒙版，文本等。當前存在兩個版本：較舊的Standard Gerber RS-274D和較新的Extended Gerber RS-274X。

RS-274D已過時，現在很少使用。該格式的文件僅包含圖層圖像分量的坐標，而沒有定義所應用的光圈。PCB製造商需要一個清單，列出適當的孔徑以正確處理RS-274D設計。RS-274X是最新，最受歡迎的版本，沒有RS-274D的缺點。這種格式的圖層文件包含處理PCB設計所需的完整數據，即帶有孔徑定義的坐標。

加工參數（即鑽孔和銑削/銑削）通常以Excelon格式版本2保存。完整的CNC鑽孔和銑削/銑削程序應在割臺中定義所應用的刀具直徑。它還可以保留有關坐標和度量單位的符號格式的信息。這可以加快PCB製造商的設計過程。

最受歡迎的PCB CAD軟體產品（例如Altium Designer，Eagle和Protel）支持以上述格式導出設計文檔。大多數PCB製造商都喜歡Gerber RS-274X和Excellon2，但可以接受其他數據集格式：RS-274D，動態過程格式* .dpf，GraphiCode GWK，ODB ++和BRD（Eagle）。

 

好的設計文檔的功能

從PCB製造商的角度來看，完善的設計包含明確的數據，這些數據毫無疑問且滿足處理能力。以下列出了針對PCB設計人員的一組建議，分為五個總體主題。

 

DCR

 

圖1.不符合DRC參數的區域。

超過DRC（設計規則檢查）參數會導致偶爾出現的設計錯誤，可能會妨礙或阻止PCB的生產。DRC參數確定PCB製造商的處理能力，即鑲嵌組件（即路徑和文字）的最小允許寬度，其間距和孔環尺寸。大多數流行的PCB CAD程序都具有可配置的DRC，以控制設計是否符合製造商的預定義容量。

PCB馬賽克的設計必須考慮到馬賽克表面上的所有窄切口都是極其危險的（見圖1）。這些區域必須填充，因為最小允許間隙規則也適用於同一互連網絡中的鑲嵌零件。DRC參數適用於沉積在銅層上的文本。太小的字符可能會被蝕刻消化而變得難以辨認。

 

輪廓

PCB輪廓必須位於單獨的層上，並形成為相對於其他層沒有偏移的封閉外殼。輪廓還必須包含所有需要處理的切口和槽的形式和位置。輪廓層可以標記PCB尺寸，包括公差規格（如果與特定PCB製造商應用的默認值不同）。

輪廓和切口通常位於文本，阻焊層或馬賽克層上。這樣一來，CAM工程師就有可能忽略切割，並且其生產將失敗。當PCB形式顯示在多層上並且彼此矛盾時，也會出現問題。

 

圖2.鑲嵌層的視圖：（a）組件側面；（b）焊接面。

PCB輪廓必須位於單獨的層上，並形成為相對於其他層沒有偏移的封閉外殼。輪廓還必須包含所有需要處理的切口和槽的形式和位置。輪廓層可以標記PCB尺寸，包括公差規格（如果與特定PCB製造商應用的默認值不同）。

輪廓和切口通常位於文本，阻焊層或馬賽克層上。這樣一來，CAM工程師就有可能忽略切割，並且其生產將失敗。當PCB形式顯示在多層上並且彼此矛盾時，也會出現問題。

 

文字層

 

圖3.文本行粗細與文本質量的關係：（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。

一個常見的錯誤是文本層的錯誤開發，導致標記難以辨認和不完整。文本清晰易讀，需要適當的字符高度和文本線粗。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。如果相對於字符高度而言，文本行非常粗，則可以通過減小文本行的粗度來提高文本的可讀性和清晰度（請參見圖3a和3b）。該解決方案提高了PCB的美學價值並促進了組件的組裝。設計工程師切勿在PCB設計的焊接點或孔上找到任何標記。PCB製造商默認情況下，請從焊盤和其他未掩蓋的電路區域中去除文本（請參見圖3c），因為焊接組件上的墨水會妨礙正確組裝。可以通過與焊料掩膜和孔中暴露的焊盤之間的最小間距為0.1 mm來減少因修剪而造成的文字損失。

 

加工

 

圖4.在PCB中切割的準備：（a）標準直徑2 mm。磨坊; （二）切徑減小。

正確準備和標記PCB板上的孔和插槽至關重要。一種CNC鑽孔程序可以採用PTH（鍍通孔）和NPTH（非鍍通孔）開口和槽的鏜孔。標記孔的類型也很重要。這可以通過在單個鑽探程序或其他信息文件中添加注釋來完成。PTH可以與NPTH分離為兩個單獨的鑽孔程序，並具有適當的名稱。通常的做法是在單獨的設計層上交付鑽孔圖。如果未指定其他信息，則PCB製造商將跟蹤該層以正確定義PTH或NPTH是什麼孔。所有單面孔均視為NPTH。

除非訂單中另有規定，否則始終將指定的直徑理解為目標。這意味著成品PCB中的PTH和NPTH直徑將等於鑽孔程序標題中指定的直徑值。

盲孔和埋孔的鑽孔程序必須放在單獨的文件中，即不要放在通孔中，並針對每個加工深度單獨進行。還必須通過鑽孔深度標記盲孔，例如通過指定要連接的層。

銑削/銑削形式必須考慮到有限的切割精度，並且該參數取決於銑削直徑。這導致了圖4中所示的問題，即銑削後的角上的倒圓角。可以通過在那些角上設置小直徑的加工孔來消除這種情況。這些孔可能會稍微幹擾PCB表面，但也會大大減小（或完全消除）銑削道的倒圓半徑（圖4b）。

設計工程師應在鑲嵌圖與PCB邊緣和切口之間保持適當的間距，因為PCB的加工具有確定的公差。銑削，布線和刻痕（v切割）可能會損壞鑲嵌細節，而鑲嵌細節太靠近PCB邊緣。所產生的撕裂的銅零件不僅會降低PCB的美學價值，而且還可能由於意外接觸金屬外殼而導致組裝設備短路。

 

圖5.插槽：（a）在PCB輪廓層上標記不正確，（b）標記正確。

z布線的PCB的盲孔必須在單獨的圖上，PCB輪廓層或完全單獨的層上清楚地說明。還需要指定PCB的側面和Z布線的深度。類似地，還必須顯示鍍覆邊緣的存在。在設計中顯示鍍覆邊緣的一種非常常見且正確的方法是定位銅區域，該區域超出鑲嵌層上的PCB輪廓。

在設計文檔開發過程中，顯示為兩個相鄰孔的PTH插槽（參見圖5）也可能令人懷疑。每個設計人員都應該意識到，準備將設計投入生產的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輪廓層上正確標記插槽（請參見圖5b）。

 

圖層文件開發和名稱

各個圖層的圖像必須以相同的比例生成且沒有偏移。孔層可以相對於其他層偏移，但是請注意，並非總是可以使該層與其他層正確對齊。常見的標準是從PCB頂視圖的角度排列這些層。這意味著當將設計加載到PCB CAM軟體中時，層組件側的所有文本都清晰可見（請參見圖2a），而馬賽克，阻焊層或焊接側的文本將被鏡像顯示（請參見圖2a）。圖2b）。

最好使用易於理解的圖層文件名和/或擴展名。文件命名法通常在PCB CAD軟體中定義。除了生成Gerber和Excellon文件之外，大多數此類應用程式還可以輸出導出的輸出文件列表以及所應用的坐標和單位表示法的規範以及其他文本文件（即報告語句）。

多層PCB要求提供有關內層順序的規範。可以通過直接對層編號或適當的文件命名法（例如* .L1，*。L2，*。L3，*。L4等）來指定序列。該信息也可以在PCB處理表中提供。

將多個處理組件放在單個層上會使文檔解釋變得非常困難。這裡最常見的錯誤是在阻焊劑上設置可剝離的掩膜。每個掩模存放在不同的生產階段，因此每個掩模都需要單獨的生產文檔。

 

總結

設計師對細節的關注，對正確文檔開發原則的了解以及對特定PCB製造商的處理限制的了解直接影響設計交付的質量和工作量。可靠的PCB文件可以滿足設計人員的期望，而且交貨周期短。

 

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