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

您可以使用不同的PCB元件放置缺陷检测方法

充分利用您的PCB设计工具来检测布局错误

如果我们布置的每个印刷电路板都具有足够的空间来分散组件，并为布线，导通孔和文本留出足够的空间，那不是很好吗？恐怕要敢于梦想。事实是，我们设计的大多数电路板都将尝试包含尽可能多的电路和功能。我们的工作是找到一种方法，使其在遵守所有适用设计规则和约束的同时都适合于电路板。

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，这可能会导致制造过程中的问题，这并非闻所未闻。有时，这些困难将源自我们甚至在开始放置组件之前就使用的组件占用空间。让我们仔细研究所有这些问题，首先是由于脚位数据不正确或电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，这些方法可以帮助增强电路板布局期间PCB组件放置缺陷的检测能力。

PCB组件尺寸图：不仅仅是CAD表示法

组件缺陷检测从使用正确的CAD占位模型开始

许多使电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，设计人员可以摆脱占位空间很大的问题。然而，今天，同样缺乏对细节的关注最终会导致很多问题。以下是未正确构建组件封装时可能出现的一些问题：

间隙不足：如果组件轮廓和焊盘图案创建不当，可能会无意间导致与板上相邻组件的间隙问题。轮廓线太小可能会导致没有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。如果焊盘上没有足够的空间放置引线，则可能无法正确形成焊脚，或者如果空间过多，则部件可能“浮起”。通孔销可能很难插入太小的孔中，或者如果孔太大则难以固定在焊点上。

功能性问题：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，这甚至可能导致灾难性故障，例如起火。

测试，调试和返工问题：组件或焊盘图形之间没有足够的空间，测试和返工电路板的技术人员将没有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PCB设计CAD工具都内置有自动工具，以帮助创建占位面积，设计人员应尽可能多地使用它们。

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

不正确的组件放置所导致的问题

尽管仍有一些设计可以在放置过程中散布元件，但大多数时候您会试图找到足够的空间将所有零件放到板上。同时，您还必须遵守电路的电气性能和DFM规则约束，以确保电路板的可制造性。如果不遵循这些规则，则您的制造商可能会在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能会给在板上安装组件的自动拾取和放置机器带来困难。间隙不足还会损害电路板通过自动测试的能力，并且可能给必须调试和重新处理电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，可能使较小的组件蒙上阴影，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。电路板底部的较高部件也可能很难通过波浪，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的两针组件可能会受到“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。 

错误放置的组件可能会引起许多其他问题。这些范围从人类无法进入到与其他系统对象（例如支架和系统机箱）的冲突。您可以使用一些工具来帮助您在电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。

小心放置这些零件对于使设计可制造很重要

PCB元件放置缺陷检测方法

为了避免违反DFM规则的组件出现问题，设计人员需要在制造电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线是使用PCB设计CAD工具中内置的设计规则检查系统。这些检查使用您可以在工具中设置的设计规则和约束，并且可以通过设置尽可能多的规则来帮助自己。

在现代PCB设计CAD工具中，您将能够为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

有了这些规则和约束，您将能够在自动管理可制造性的最小间距要求的情况下，将您的元件封装放置在板上。此外，大多数工具现在都具有以3D形式查看和检查设计的功能。通过导入板的机械特性以及其他系统板和机箱，您可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系统功能过于接近的部件，或者确认没有一个较高的电解电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利用它们。

充分利用您的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是为了确保正确构建设计中使用的封装。首先要确保您使用的是最新的信息，并根据其规格勤奋地构建零件。另一个好用的工具是Allegro中的封装符号向导，它将根据焊盘，尺寸和您输入的其他信息为您创建组件封装。但是，最好使用的工具是Allegro您可以在上图中看到。该工具将在线找到您需要的零件，并下载制造商建议的封装，符号，图像以及其他零件特定的信息。

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

使用PCB设计CAD工具的规则和约束可以帮助避免部件放置问题

在上图中，您可以看到Allegro的约束管理器配置有组件间距值。这些可以针对单个零件或零件类别进行设置，以管理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。这些值可以手动输入，也可以从一组已保存的规则和约束中导入。Allegro还使您能够从PCB制造商处导入此数据，这将确保其准确性并为您节省数据库设置的时间。