.jpg "从制造角度看PCB设计挑战")
PCB制造商对接受到的PCB设计，很可能想提出一些反馈意见，其中关于设计一定有令人困惑且老生常谈的故事。
因此，本次采访邀请几位PCB制造专家，分享他们对PCB设计师需要更彻底了解的挑战之见解。对于这些挑战，你同意哪一方的观点？
问：对于PCB设计师，你最关心的是什么?
Dana Korf：阻抗和信号损耗易变性。近年来，射频设计师非常关注的信号完整性现已成为标准数字和模拟设计的要求。仿真工具用于表征设计的标称特性，以及主要技术规范公差的上下限，以便快速制造样品并进行测试。可以反复几次构建和组装样品，直到获得适当的结果。
信号性能可能会受到钻孔、激光孔内径、电镀后的直径、材料介质厚度和电气性能、阻焊膜、Dk和厚度、走线宽度公差的影响，但走线厚度对信号性能的影响程度较小。然而，制造商很少被要求向设计师提供这些信息。因此，设计师不知道PCB是在公差范围的上限、下限还是中间构建的。设计师经常抱怨新版或构建的PCB不如上一版。当然，也有可能不会。最有可能是由于制造公差导致的。
当设计有严格的阻抗或损耗要求时，设计人员应该要求获取更多关于接收到的PCB关键参数的信息，以便更好地将实际性能与预期性能相关联。
问：PCB设计师应该着重关注哪些主要事项?
Korf：过度规范。过度规范要求会导致成本明显上升。其中最常见的原因之一是，从一个设计复制要求到另一个设计中，而设计师并未充分了解其他设计的要求是否适用于自己的设计。另一个原因是PCB硬件工程师和设计师在职业生涯早期没有充分学习成本影响。试问，社区学院和四年制大学教授了多少PCB制造课程?
我每天都在使用20年前的苹果iPod。这是一种消费类产品，可能并没有被设计或期望使用这么长时间。我想知道，对于只需要使用5年左右的PCB来说，额外规范造成的成本有多少？
过度规范的常见例子之一是未使用IPC规定的 1级产品要求。这样做的目的是为在较短的使用寿命内运行的系统提供足够的余量。但大多数非3级产品设计师默认将PCB指定为2级产品。将产品级别从2级降低到1级有可能提高生产良率，降低加工成本、材料成本，从而可降低产品总成本。
问：PCB设计师应该着重关注哪些问题?
Korf：文件包的质量。设计师使用基于Gerber的文件包将数据发送给制造商和组装商，要求制造商人工解译图纸和规范，并人工将需求关联并输入其CAM系统。例如，需要单独的网表，因为假设数据可能是错误的。走线厚度也是人工输入的。
PCB行业拥有智能数据格式25年了。格式为西门子ODB++和IPC-2581。研究表明，只有不到25%的所有数据包是基于这些格式的。
这些是将智能数据从CAD系统传输到CAM系统的智能数据格式，这样它们就可以自动加载大量数据，而无需人工干预。这些智能格式也不需要那么多的电子文档，如制造图纸、物料清单电子表格、叠层图等。提供的文档和发送的重复信息之间经常存在差异。因此延长了生产或样品周期，并会引入错误。
设计师应立即与供应商合作，并改用IPC-2581或ODB++，以缩短设计周期并提高数据传输质量。
问：对于PCB设计师，你最关心的是什么?
Qandeel Sheikh：了解PCB的目的和应用。设计PCB涉及的不仅仅是创建布局。必须考虑PCB的目的和应用。其中包括它的接口、技术、外形因素和电子电路设计。当设计具有非常细间距元器件(如0.4毫米BGA)的高密度应用时，设计师必须清楚地了解逃逸元器件I/O 并在PCB上布线这类元器件所采用的扇出技术，如叠层微孔、激光通孔、跳孔、HDI，以及VIPPO(vertical interconnect process with plated over，镀覆垂直互连工艺)。
PCB设计师应充分了解电子电路设计和原理图，以确保PCB布局符合其预期目的。例如，为通信系统设计的PCB与为电源系统设计的PCB具有不同的要求。
对于复杂的PCB技术，设计师应考虑影响PCB生产成本的各种因素，包括材料选择、铜重、PCB尺寸、层数、涂层选项(ENIG、HASL等)以及最小走线宽度和线距要求。
问：PCB设计师应该着重关注哪些主要事项?
Sheikh：热量管理和信号、电源完整性是PCB设计过程中需要着重关注的主要问题。EMI合规性、高电压和低电压的功率处理以及确保信号完整性都是PCB设计的主要方面。例如，有时在微型设备中隔离数字和模拟信号变得很有挑战性。对于高电压和低电压电源轨也可以观察到相同的问题。
传输的数据可能会失真、受到干扰或衰减，从而导致不精确或不可靠的结果。PCB设计师必须按照信号完整性、适当接地、屏蔽和布线技术的最佳实践来设计PCB，以防止信号反射、串扰和电磁干扰(EMI)等问题。
具有高密度和高速信号的大功率PCB也存在与热量相关的问题，需要仔细管控。当增加铜的尺寸、厚度时，设计师需要确保在散热和功率相关问题之间达到适当的平衡。PCB设计师需要仔细考虑发热元器件(如处理器、电源芯片或大功率LED)的放置位置，并设计适当的散热管理解决方案(如散热器、热通孔和铺铜），以有效散热并保持最佳工作温度。
问：PCB设计师应该更多了解哪些技术或工艺?
Sheikh：制造和组装过程。PCB设计者需要在设计时考虑到制造和组装过程，尤其是在为组装和测试(DFx)进行设计时。可以通过确保物理布局不违反工艺能力来实现，考虑物理布局将如何与组装过程相互作用，并为测试板做出设计考虑。此外，设计师必须确保组装后的PCB不会干扰配接PCB和其他机械部件。例如，设计师必须了解如何设计具有足够公差和间隙的PCB，以便正确安装散热器和外壳。
简而言之，设计PCB需要综合考虑电路板的目的和应用、散热管理、信号和电源完整性以及制造和组装过程。设计师应该清楚地了解驱动这些关注点的基本原则和价值，以确保他们的设计不仅在技术上而且在功能上都是稳定的。这将提高其设计的精确性、可靠性、可持续性、效率和简洁性。
问：对于PCB设计师，你最关心的是什么?
Dave Hoover：今天的PCB设计师需要更好地了解实际制造公差和生产能力。他们需要与制造商的应用工程师合作，以充分了解PCB工厂的生产能力。
问：PCB设计师应该着重关注哪些主要事项?
Hoover：选择材料时，设计师应注意材料供应商提供的支持和服务。切记：重点并不完全是价格。
问：PCB设计师应该着重关注哪些问题?
Hoover：设计师需要了解短期NPI(QTA)与批量生产数量之间的区别。两者之间可能存在巨大的差异；对QTA批量规模保持更严格的公差很容易。
问：对于PCB设计师，你最关心的是什么?
Gerry Partida：更多的设计者必须关注内部埋层、盲层的最小导体厚度。
问：PCB设计师应该着重关注哪些问题?
Partida：计算焊盘尺寸，使其达到2级或3级产品要求。
问：PCB设计师应该着重关注哪些问题?
Partida：非功能性焊盘和钻孔到铜的距离；不存在多余的布线空间。
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更多内容可点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》23年7月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。
