物理PCB背后的布线图和制造厂图纸是两回事。制造厂图纸描述了“Gerber数据文件”电路图中的物理属性和电气属性。这两个文件是相辅相成的。
备忘录需要定义可选项和例外情况
虽然有一些规范推动PCB设计过程,在这些规范中,可选项近乎是无限的。每件事都有规则,但是几乎所有规则也都有例外情况。定义这些可选项和规则例外情况是备忘录的一项工作。
说明性备忘录:除非另有规定
“除非另有规定”是允许规则实现层级级联的模糊性用语。法律文件和合同文件是PCB制造过程的最高仲裁者,其次是支持性的采购订单,然后是金字塔结构的特定设计说明,这里的设计笔记包括制造图纸和装配图纸,本文不再赘述。
IPC-6012定义了刚性板制造的一般注意事项,IPC-6013则是针对柔性电路板,而IPC-600是一个涉及所有工艺的综合性文件。通过互相引用,PCB制造适用的标准多达几十个-除非另有规定。因此,我们创建说明性备忘录的目的是增加可制造性设计(DFM),同时不违反地方法律、合同和采购订单。
制造图纸中的每个注释都应该定义该特定电路板的独特之处,首先应该定义的是PCB等级。
下面先说明一下“等级”的含义。
等级一词依赖于预期使用场景,并且基于失效-惩罚模式。比如,如果一个玩具直升机的电池连接器脱落了,飞机就无法起飞了,小家伙可能会大哭大闹,小孩子哭毕竟无伤大雅,可以化归为等级1,我们这些大人可以容忍这种失效。
下面看一下等级2.如果一个房地产经纪人正在用无人机航拍一个新的度假村,结果悲催了,无人机撞向了地面草坪,这些客户们看到的只能是缺少重要片段的一段视频,这时哭的可就是大人了,这种失效等级可以归到等级2。在这种使用场景下,我们应该实施等级2,而不是等级1,即使它可以节省无人机成本。对于大部分应用,我们都应该定义等级2。
然后,还有等级3
现在想象一下,如果海军陆战队一号正在载着一位大人物(这里就不要讨论是谁了),如果它突然失控,在一个玫瑰花园上面打转转,花园主人肯定会很不高兴的。我们应该将对PCB的要求推进到等级3上,实际上我刚了解到航空电子设备的安全等级是3A,这种等级也适用于我目前正在研究的自动驾驶汽车上。
基本上,当涉及到人身安全时,我们都不能马虎。
安全等级3增加了很多测试项,供应商可以执行一整套不同的测试。对缺陷的容忍度越来越低,可靠性就会越来越高,当然价格也会水涨船高,不过,我们希望生活在这样的世界。
这些等级的一个关键差别体现在电镀孔如何绑定到定位焊盘上。直接遵循相关的IPC规范得到这张图。等级1是性能最差的实现,有一半过孔分布在焊盘上。等级2则是“破出式”,等级3的焊盘没有遭到任何破坏。实际上,在等级3中,钻孔上要留出一些金属。许多设计都遵循等级2,但都指定了采用切线方式而不允许“破出”,这个额外要求将被记录在一条备忘录中。
我们可以看到,规范使得我们走在正确的方向上。大方向定了,我们还需要解决诸如阻焊膜、油印颜色、电介质、电镀成分、包装和运输等细节问题,以及其他任何超出规范要求或不包括在规范内的要求。规范几乎定义了所有东西,但是业界的进展速度有时会领先于标准组织。比如,目前有两个工作组正在制定有机表面保护(OSP)的规范,但是目前还没有相关文件详细定义这个过程。作为客户,您需要和您的制造商就这些没有包括在规范内的因素进行讨论,进而帮助您理清这些细节问题。
让我们先来谈谈为什么需要关注这些规范和例外,因为您正在确定能够保证精确性和可制造性设计的全面说明性注释。
从金钱的角度审视一下可制造性设计,您将会认识到,每一条说明都会增加成本或者节约成本,具体增减幅度取决于实际应用需求和最终的应用场景。不必要的备忘录会使得制造厂承受过重的负担,而遗漏掉一些则可能会导致召回。
有人认为,我们需要遵循奥卡姆剃刀原则,注释和规范越少,效果就约好。另一个阵营的观点则认为,我们需要考虑到每一种可能性,并且为所有可能出现故障的事情定义一条注释,以防止它再次发生。高通制造厂图纸的第一页中没有别的东西,全都是注释。
我记录下了这份标准备忘录清单,然后删除了不适用于当前电路板的一些注释。在这里,我并非大声疾呼大家都按照高通的要求来做-架构师才需要考虑得那么全面。具体内容如下:
注释:除非另有规定
1、遵循标准:
- A.按照IPC-6012 等级2的当前修订版本制作PCB。
- B.根据ASME Y14.5M的现行修订解释尺寸和公差。
- C.不要放大绘图。
2、材料:
- A. FR4 Tg 180 C或等效材料。
- B.同等材料应符合RoHS标准,无卤素,而且经过贵公司认可。
- C.单个铜箔片的厚度应位于堆叠定义的区间内。查看详情A。
3、平坦度:
- A.组装子板或单片板的弓和翘曲不得超过0.025 mm / mm。
- B.根据IPC-TM-650现行版本的2.4.22一节进行测试。
4.蚀刻几何:
- A.从金属化的基础上测量宽度。
- B.最小线宽:外层0.nn mm,内层0.nn mm。
- C.最终线宽和终端面积不会偏离1比1的主图案图像+/- 0.025 mm或20%,比较基准取上述两者的最小值。
5.表面处理:(选择适当的表面处理(ES))
- A.根据IPC4556的现行修订版本进行化学镍钯金电镀。暴露金属可选择118-236微英寸化学镍,2-6微英寸化学钯,和1.2微英寸黄金。
- B. 根据IPC-4552的现行修订版本进行化学沉金电镀。暴露金属可选择118-236微米英寸化学镍和2-5微英寸黄金。
6.破坏性测试:
- A. 应该向贵公司的设计工程部门提供一部分样品和报告。
- B. 每次装运需要包括无铅焊接工艺中使用的焊料样品。
- C. X-OUT面板可用于焊接样品。
7.过孔:
- A.孔中的电镀材料应该是连续的电解铜,最小厚度为0.025毫米。
- B.最小孔尺寸:0.nn毫米。
- C.电镀后测量孔尺寸。
- D.查看钻孔图表,确定孔尺寸和公差。
- E.所有孔的位置应该在CAD数据提供的真实位置0.08 mm范围内。
8. 阻焊层:
- A. 根据IPC-SM-840现行版本的TYPE B规定的材料,在主要面和次要面的裸铜上实现阻焊层(SMOBC)。
- B.颜色:哑绿色
- C.液体光致(LPI)阻焊剂厚度在0.001毫米至0.002毫米之间,无卤素
- D.暴露的SMD焊盘上不允许漏电。
- E.没有暴露的导线。
9. 丝印层:
- A. 主要面和次要面的丝印层采用白色环氧树脂,不导电的非营养油墨。
- B.任何未指定的丝印宽度应为0.13毫米
- C.保证丝印层不接触任何暴露的金属。
- D.供应商日期代码、LOGO、无序列表以及任何额外的标记位于次要面。
10、去掉任何半径大于0.003mm的毛刺和尖边。
11.非破坏性评估:
- 答:所有印刷线路板(PWBS)都必须百分之百通过IPC-356 NETLIST定义的电气测试,以符合IPC-9252修订版本中的等级2要求。
- B.合格证书应与每件货物一起提供。
12. 报废板:
- A.不符合所有规格的报废板在PCB两侧使用永久标记进行标识。
- B.没有任何报废板的产品将被包装在一起。
- C.具有n个或较少报废板的产品应该和不含报废板的产品分开包装。
- D.超过n个报废板的产品不应该包装。
13.包装要求:
- A.PWBS应包装在真空密封的内部容器中。
- B.外部容器应足以防止运输和搬运过程中的损坏。
14.阻抗(所有阻抗的公差在正负百分之十之内)
- A.外层上所有0.nn毫米线宽的导线阻抗都应该为50欧姆。
- B.外层上所有0.nn毫米宽/0.nn毫米间距的导线对的差分阻抗都应该为90欧姆。
- C.内层上所有0.nn毫米宽/0.nn毫米间距的导线对的差分阻抗都应该为90欧姆。
- D.供应商可以调整高达+/- 20%的设计几何来实现目标阻抗。线宽、间距或电介质厚度调整超过20%需要经过贵公司工程部门的批准。