浅谈高密度PCB设计中的元件放置

当印刷电路板（PCB）取代了过去缓慢且笨重的手工接线板和系统时，它成为一种新颖的技术，使电子工程师能够相对快速，轻松且廉价地组装复杂的电子系统。结果，电子工业付出了巨大的努力来使这些板的制造尽可能容易。已投入大量资金并用于设计软件，以帮助设计，制造，组装，检查和测试印刷电路板。

这些技术使电子业务的设计工程师可以投资于改进的工艺，这些工艺可以减小零件的尺寸，可以生产表面贴装（SM）和球栅阵列（BGA）封装，可以减小PCB的线宽和尺寸。其他功能，使用X射线成像仪更好地检查卡片等。

设计软件中缓慢引入的人工智能（AI）意味着一些关键工作，例如PCB组件的放置精度仍由布局工程师手动控制。作为一名设计工程师，您将需要确保对零件放置精度的了解，以确保设计的稳定性。

整个设计生涯中元件放置的演变

我使用绕线方法设计了低密度，一次性电路板。然后是制造印刷电路板的机会。我从简单的PCB（通孔零件，合理稀疏的设计）到简单的甚至大型SMT零件开始。这意味着跟随PCB设计过程的手工焊接过程在早期也相当简单。

但是，在您的职业生涯中越走越远，您就被分配使用高密度的PCB，以便在脆弱的设计环境中使用细小的SMT，BGA和QFN零件制造，并使用细线和布局中的组件之间的小间距。这使“组装” PCB成为设计工程师必须应对的新变量。对于某些人来说，这可能是一个令人不快的惊喜，但是我相信要预先警告。

将零件放置在PCB上

可以通过许多不同方式之一来组装PCB。设计工程师在着手设计PCB之前，应先考虑一下特定的组装技术，例如机器组装，手动组装，混合组装（人工和红外烤箱）等。这些选择通常取决于成本，时间，数量，以及工程师正在考虑的设计类型。

许多注意事项驱动着将零件放置在PCB上的过程。信号长度（最小和最大），易于组装以及易于测试对于组装PCB都至关重要。下面，我们将探讨装配各个方面的独特组件。

大会类型和DFA重要指南

在整个电子行业中，几乎可以肯定，您将要处理许多不同种类的装配。重要的是要使自己了解每个过程所涉及的内容，每种组装形式的优势和典型用途，以及如何很好地优化DFA流程以与最终PCB的生产相吻合。

机器组装中的PCB元件放置

通常可以使用机器组装并将其用于大批量生产。PCB上的组件占地面积必须精确，并且必须遵守所有设计规则。机器组装不能提供任何灵活性，而这可以通过在回路中使用人员来制造PCB来获得。

机器组装的卡的精度是绝对的。它使用最昂贵的工业机器按照规则设计并完成了PCB的组装。对非重复工程时间的需求意味着该方法通常保留用于大批量焊接。

可能被全自动系统（机器装配）拒绝的违反设计规则的实例

手工组装和焊桥问题

手工组装是最慢的技术。这是耗时的并且需要人类的全职工作。它也容易出错。焊桥造成的短路毁坏了许多工程师的职业。结果，大多数机构与两名技术人员合作-组装人员和质量保证（QA）技术人员，他们检查组装人员的工作以确保PCB上的焊锡桥不会长大。

组装技术人员必须是一个非常有天赋的人。它们使您违反了机器甚至混合式装配商所不允许的设计规则。因此，如果设计（一般是小批量设计）违反设计规则以实现紧凑性，那么手工焊接是必经之路。

混合组件中的红外烤箱或波峰焊

其余市场则由混合组装方法占据，在该方法中，技术人员将组件放置在卡上，并使用IR烤箱或波峰焊机完成焊接过程。

混合组件通常使用模板和焊膏来创建涂有焊料的PCB，其中组装技术人员只需将零件放在指定的脚印上，然后将填充的卡放在烤箱中即可完成回流/焊接过程。如果在烤箱焊接过程中发生诸如垂直提升之类的错误，则混合装配器必须在零件之间留有足够的空间以手工放置它们并重新加工焊接卡。质量检查技术人员也可能是该生产线的一部分。

高密度PCB设计中的元件放置

制造高密度PCB的需求产生了新的诱惑，这些诱惑在稀疏的设计中不会出现。从事高密度设计活动时，请不要忘记即使在高密度系统中，也必须遵循旧的设计方法。

设计人员拒绝遵循的最常见的做法之一是丢弃参考代码，这会导致密度明显增加。但是，组装者仍然需要此信息来组装卡。删除这些指示符意味着工程师现在负责创建其他文档，以在组装PCB的过程中帮助和指导组装技术人员。

请记住– PCB，例如原理图或程序，在成为现实之前要经历开发过程时可能要经过很多人的努力，因此每个步骤都必须包含足够的文档，以允许其他人与您的创作进行交互。始终考虑一下在您之后与您的设计进行交互的人将如何看待您的设计选择。

我们所有人都相信，下一个可能不会为您的小工具付出高昂代价的人。设计和装配团队中的某个人可能必须将您的PCB转换为完全可操作的电子系统，才能将您的梦想变为现实。
编辑：hfy