印制电路板可制造性设计是指在现有设备和工艺制造能力范围内设计印制电路板。其目的是保证终端产品的质量、性能及可靠性的同时节约制造时间和成本。很多情形下这些要求在印制电路板设计中互相制约。
设计规则检查(DRC)是CAM软件中用以检查整体设计是否符合制造能力的有用工具。但这时的检查在设计过程中未免为时已晚。大多数涉及制造成本的因素在排版和生成GERBER文件前就已经被决定了。
文将解析可制造性设计的各个方面以及它们对印制电路板制造的影响。在设计过程中运用可制造性设计的益处包括:提高良晶率、缩短交货期、降低成本、提高质量、可靠性和环保。本文提到的制造能力从技术要求较高的系统板水准生产商的角度出发。
印制电路板光板主要成本构成含:材料、良晶率和工艺制程。本文就一般可制造性设计从这几方面展开,随之列举制造能力各方面的特征,以先进技术简介作结。
材料成本
材料是印制电路板成本构成中最大的部分。运用可制造性设计可最大限度在材料选择方面获益。
材料选择是通电性能、机械要求、可靠性、价格和环保的综合平衡。设计者应主要考虑价格和市场供应能力。支配通电性的损耗因数也应被纳入材料选择评估,损耗因数越低,能耗越小,信号传导也就越有效。当然损耗因数越低的材料价格越高。(参图表1:高TG FR4材料的大略价格比照)
其他需要考量的材料因素还有机械、可靠性和环保。设计过程中必须考虑到:该材料是否能够接受无铅组装?该材料在产品使用期内是否可靠?材料层数是否符合板厚要求?材料是否能够抵制各层间电压偏差?等等。最终选择能够符合各项性能指标,而价格最低廉,供应最有保障的材料。
假设良品率高的前提下,材料使用在选定材料后对成本的影响最大。因此降低制造成本最好的方法之一是有效使用原材料。材料使用通常指确定成板的尺寸来有效使用未切割原材料和原材切割料板。原材料(主要是玻璃纤维和铜箔)通常被加工成特定宽度的卷状。原材料和预浸材料(带局部硬树脂的玻璃纤维布)的生产设备有特定的宽度,由预浸材料和铜箔压合生产出的核心材料(层压板)也有尺寸限制,所以经济的原材料切割板是未切割原材料平均分割后去掉少量外缘废料的尺寸。北美最通用的原材料切割板尺寸为18×24英寸(457.2 × 609.6mm),也有厂商使用许多不同的尺寸。周边供定位和辅助生产用的标准边宽通常为0.75英寸(19.05 mm)。取决于设计的复杂程度,有时各边宽可减少至0.65英寸(16.51? mm)以上。其余部分称作“可用面积”。可用面积中必须将测试用的附连板面积考虑在内。成品板最大限度利用可用面积时是最经济的。比如:457.2×609.6mm原材料切割板的可用面积为419.1×571.5mrn(参图表2),假设测试用附连板要求25.4mm边长,那么单片成品板最大面积为419.1×546.1mm。双片成品板最大面积为419.1×271.78mm或208.28X546.1 mm,中间留2.54mm作切割通路。如果成品板在419.1×271.781mm和419.1×546.1mm之间,那么一部分可用面积就浪费了。
上述只是为举例说明方便起见,通常测试用附连板没那么大,相应可用面积则增加。具体操作取决于厂商,所以运用可制造性设计时应与厂商的合作。

图表1 (北美)高Tg FR4 材料大略价格比照

图表2 18”×24”原材料切割板的可用面积

图表3 平衡叠板以避免板弯
原材料加工成本普遍与钻孔和设计相关。材料选定后,钻孔单价基本已定。不同的材料钻孔可能损耗钻头程度与普通FR4有所不同。有些设计的选择直接影响印制电路板的质量和工艺制程。板弯曲和扭曲是影响制造和组装成本的常见问题,它们却往往为设计师忽略。生产制程的微小差异虽然可能导致板弯曲,但有些设计选择也使板的平整度难以保持。成品板的平整度与设计的叠板平衡密切相关。如果叠板保持中心对称,那么设计的板会基本平整。平衡绝缘层厚度、铜箔厚度和铜线密度是叠板设计关键,上半部分的叠层应与下半部分对称,多层板应使用双数层帮助平衡和提高良晶率。