作为全球拥有近30座制造工厂TTM Technologies美维科技的现场应用工程师，Julie Ellis需要和各种各样的客户设计要求打交道。在接受I-Connect007编辑团队采访的过程中，Julie阐述了PCB设计师一职对整个产业发展的作用。她分享了设计师可在早期设计阶段运用的各项技巧，以便将一些小问题防微杜渐，有利于优化后期的制造和组装。

Andy Shaughnessy: Julie，我知道你对设计和制造非常缜密。能先介绍一下你如何看待日常设计工作，有哪些独到的想法吗？

Julie Ellis: 我是TTM Technologies公司的一名现场应用工程师。我每天的工作包括规范电路板设计以及为4层厚铜板到32层板进行叠层设计，还为0.4 mm或更小间距BGA的高阶HDI，以及0.5mm或更小间距BGA的标准HDI进行技术对接。

另外我要确保整个生产转移过程顺利，我正在尝试设计能够很容易被转移到亚洲生产的产品，这样就可以在没有任何特殊要求的情况下进行大规模量产。我要确保它们是按照大批量生产工厂的工艺能力、材料和可用技术进行设计的。

在亚洲生产，其材料价格大约占整个制造成本的40%，而在美国，材料大约占成本的一半。当我们进入大批量生产时，如果我们能优化产能，降低成本，那么在PCB制造层面可为客户节省几个百分点的成本。

Shaughnessy: 有时，我觉得设计师们并没有意识到其所做的设计对最终产品会有多大的影响。你希望告诉设计师们哪些建议以避免常见的错误？ 

Ellis: 我希望客户能在产品初始甚至在开始电路布线之前就来找我。如果已经完成了18层非常密集的布线，事情就变得既复杂又困难了；如果违反了标准的制造设计准则，就很难再返回去更改。

此外，如果有BGA的话，我非常关注BGA的最小间距是多少，因为这决定了工厂的技术能力水平。例如，对于0.4 mm间距的BGA，如果客户试图在内层的焊盘之间布一条走线，需要穿透多层的激光微导通孔，那必须使用HDI技术。如果他们需要在内层的BGA焊盘之间布一条走线，由于焊盘之间的间距很小，这些走线的线宽和线距只能为2.36 mil，许多制造厂商不具备这种蚀刻能力。

很多人没有意识到，机械钻通孔的焊盘直径与激光微导通孔的焊盘直径存在很大差异。例如，在亚洲，大多数供应商希望机械钻的最小钻孔尺寸为8 mil，但是在北美，6mil的钻头尺寸很常见。人们希望将10 mil焊盘、6 mil的机械钻孔设计转移到海外生产，但如果你把同样的设计带到亚洲，可能会要求至少8 mil的钻孔，焊盘最小为8mil+8mil，达到16mil的焊盘。

Shaughnessy: 设计师们极有可能辩护说“我们不知道它将会在哪里生产”，他们是否应该尝试了解具体生产地点，了解是否将量产，然后再与那些制造商联系？

Ellis: 当然。在过去的一年里，我不得不调整了10种原本应该很简单的通孔设计。与北美的供应商合作时可以在0.62”厚度板的10 mil焊盘上机械钻5 mil的孔，厚径比大于10：1，使用的是5 mil的钻头。客户认为可以将其转移到中国生产，但其实这在中国量产工厂中并不常见。我相信这不仅仅是TTM特有的情况，而是一个放之四海皆准的电路板规则，因为这些设计可能最开始也不是我们客户设计的。

Shaughnessy: 你会给设计师们提供哪些指导？

Ellis: 我们有BGA和DFM设计指南。如果是一个复杂的堆叠，我知道工程师在间距和几何结构上空间有限，我会向他们提出最小钻孔要求，让他们可用于所有的钻孔结构，无论是导通孔，还是内层和外层上的微导通孔。我会向他们提出可以使用的焊盘直径、线宽和线距，以及他们根据不同层的要求需要使用的阻抗可控走线和线距。如果他们使用VIPPO工艺（via-in-pad plated over）或非导电环氧填充导通孔后电镀，用于组装焊盘中的过孔，我会给出稍大的线宽线距和最小的外部空间镀层，以便电镀过程中需要进行额外的处理。我们考虑了总叠层并给出叠层中所有不同结构的线宽、线距、焊盘直径和孔直径等设计要素要求。

Shaughnessy: 准备工作之后，这些设计就可以在海外生产了。

Nolan Johnson：您的意思是，您从鉴定过程入手，搞清楚设计团队对电路板设计的意图。您发现他们完全不清楚的概率会有多大？

Ellis: 我大约80%的工作是与有良好关系的老客户打交道，所以通常他们会第一时间打电话给我，因为他们非常依赖我来帮助他们做拼板工作，以实现材料优化。我们支持许多新的开发型客户，因此如果一家公司恰好从事电动汽车领域的开发，你就可以假设大多数PCB组件的量产最终将在离岸的某个地区进行，如果是的话，我会问“你是否想让我们按离岸生产要求进行设计？”有时候他们并不着急量产，那他们会回答，“按样品设计指南，这样我就可以先完成我的设计，检查它的功能。”

Johnson：对于另外20%初次接触的新客户来说，他们往往也会准备得不错吗？

Ellis: 不，他们不会主动考虑这些，我必须和他们沟通。去年我做了一项采用高阶HDI的项目。我查看了客户的要求，首先考虑的是将其转到我们成本最低的制造工厂生产，但如果其需求超过了该工厂的批量生产能力，那只能换到另一个符合产能的工厂。另外，我需要确定该项目使用了何种技术。我们有一系列具备不同技术能力的工厂，这样我就知道该以哪个工厂为基准来进行设计。我会尽可能使设计简单化，因为TTM在世界各地近30座不同的制造工厂。

一旦我知道了该采用什么技术，就有了思路，然后我就可以尽量符合客户的要求——什么标准、多少层、某层对铜厚度的要求、总厚度要求、最小的BGA、是否有细间距的元器件……以及有没有任何我们需要注意防止焊料流入的焊盘内导通孔。在TTM需要拥有这种能力，但是必须根据所需的产品类型进行鉴定。 

Dan Feinberg: 客户可以来找您讨论整个产品包，并从您这里获得关于初始设计的帮助、想法或建议。

Ellis: 没错。如果我们内部无法完成，我们还有合作的全球设计网络，我们在中国进行全面的“交钥匙”工程模式，并以这种方式支持我们的客户。我们既有从概念到完整机箱构建和全系统集成的内部资源，也可以只做我们擅长的部分，并推荐我们的合作方来做我们不那么擅长的部分。

Feinberg: 说到扩大设计师与他人的合作，设计师与供应商合作的情况如何？我知道以前这种合作不多见，但在过去的几年里，这种模式越来越多了。比如一家干膜供应商想出了一种方法，可使0.5毫米的线宽和线距实现垂直侧壁，那么你会不会与光致抗蚀剂供应商合作，来判断他们是否能开发出与你的设计相一致的材料？

Ellis: 不会，我会找一个能够实现这种设计的工厂。TTM拥有30000多名员工，其中有数千名工程师致力于新技术在全球的推广和应用。新技术的使用不是我的领域，相比起设计师，我有更好的信息来源和人脉。我的主要优势是能很好地解决问题，但这并不一定意味着我要自己解决问题。我的座右铭之一就是明智地选择合适的专家。我也许被认为是某类问题的专家，但我知道我并不是所有问题都能面面俱到。

Happy Holden:  OEM会不会来找你说“我们需要开发这项技术”，或者你是不是通常会向那些优质客户展示未来几年的发展路线图？

Ellis: 客户要求我们开发新产品，这使得我们总是不断增强工厂的技术能力。汽车领域正开始关注高压应用，受此驱动，客户常常带着新技术来找我们，如果跟不上技术的步伐，我们就有可能会倒闭。

Barry Matties: 这并不奇怪，因为汽车越来越像装了轮子的电脑。

Ellis: 对，我们的车辆正在成为娱乐和通讯指挥中心。

Matties: 你和这么多不同的设计师一起工作，在你看来设计老将和设计新人在设计方法上有区别吗？

Ellis: 这取决于不同的性格。有些人天生个性比较强，想要按自己的方式并急于求成，但工程师通常都是学习的高手。从我的角度来看，95%与我共事的人都愿意寻找优化电路的最佳方法。在大多数情况下，年轻的工程师们很乐于接受我们提供的建议。

Matties: 他们的技能与有着40年经验的老设计师不同吗？我好奇他们在寻求获取知识经验时方法是否有所不同。

Ellis: 这是一个很好的问题，我和我的同事经手的项目中，50%的电路原理图都已经设计好了；当我们开始时已进入布局阶段，设计电路板布局的人员通常与设计电路原理图的人员是两组人。如果我和我的前端能够在设计早期就展开合作，提前给他们一些基本的设计指南那会让整个制造过程变得简单。鉴于已知产品将被离岸生产，我会建议事先确定尺寸，然后优化它的材料。说到组装，电路板越大越好，组装也越容易。同样的制造过程中越宽的铜走线，越容易被蚀刻，铜在电路板中的作用非常关键。

Matties: 随着数字化智能工厂的发展，TTM现在发展到了什么阶段？我知道这会对设计师需要提供的数据包发生很大的改变。

Ellis: 我们遇到一些客户要求使用IPC-2581标准，文件包中囊括了所有内容，可做无纸化生产，但此方式还未普及。如果有人给我发送一个PDF图纸，而不是我必须下载到系统中，再通过另一个程序进行设置来查看的Gerber文件，对我来说会更方便。

Matties: 你提到说80%的客户都是回头客，所以在我看来，可以提前考虑简化流程，因为他们可以从以往的订单项目中获得参数，是这样吗？

Ellis: 我们很少有客户能在拼板设计时足够重视设计规则。但如果客户们都能更多地意识到这一点，那就太好了。其中一条是，每块板的四条边都有禁止布线区域。在电镀过程中，我们需要钻一些孔来进行定位，并且留有空间可以用来夹板。

不同的地区乃至不同的工厂都有不同的要求。如果有人说：“不论最终去哪里生产，我想在北美和中国都能使用相同的拼板排列。”那么我会为他们采用保守的设计准则。对于标准的2类设计，用18”x 24”的尺寸生产，每条边留出一英寸作为禁止布线区域。然后，你会得到一个16”x 22”的有效板面。”

你可以设置禁止布线区域，保持部件之间的距离，然后继续检查数据。告诉它尺寸，它将显示优化的最佳方法。你甚至可能会看到，如果板边四周仍有很多空间，可能需要稍微减小板的尺寸，尝试不同的拼板排列。

Matties: 是的，因为提前考虑这些可以帮助降低后期成本。

Ellis: 是的。事实上，我在一个大客户身上遇到过最糟糕的情况。我们设计了一款双拼板，考虑到垂直边缘都在顶部和底部，大多数组件短边沿着传送带运行，因此长边与传送带平行。所以我们可以运行两边都有工艺边的双拼板。这是从尺寸角度考虑的。

最后把拼板旋转了90度。尺寸变了，基于这种排列，就不能通过在同一侧的工艺边加工相同排列的拼板，所以最终损失了一些板面利用率，成本略微增加了。如果我们当时选择了最常见的8”x24”尺寸，我们就能最合理进行材料采购。在这个案例中，使用了不同的切割片，材料利用率不高，所以成本确实有点增加。

Matties: 如果数量达到50万个，那增加的成本就很可观了。您提到通常希望合作从早期就开始，除此之外，为了保证设计和制造的完美结合，您还会给设计师哪些建议？

Ellis: 与你的制造商和组装厂进行沟通时遵循“KISS”原则。我一直认为“KISS”的意思是“懒人原则（keep it simple, stupid）”。有人告诉我真正的含义应该是“超级简单（keep it super simple）”。即使从用户的角度来看，一旦有问题，他们也必须解决或修复，太复杂的设计很难进行修复或返工。要考虑整个系统的外部和内部，从内部开始构建，再逐层往外。