高可靠性电子装备PCBA设计缺陷案例分析及可制造性设计2025|PDF|Epub|mobi|kindle电子书版本百度云盘下载

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第1章 总则1

1.1概述1

1.2我国电子制造业面临的困境2

1.2.1困境之一：高端芯片的缺失2

1.2.2困境之二：DFM的严重缺失4

1.2.3困境之三：不适应先进生产力发展的旧工艺管理体制6

1.2.4困境之四：被严重低估了的工艺和制造价值7

1.2.5被扭曲了的电子装联标准8

1.3实现高可靠质量目标的因素9

1.4中国制造需要“大国工艺”10

1.4.1精湛的工匠技艺源自先进的工艺技术10

1.4.2电子装联技术的重要性11

1.5先进制造技术12

1.5.1什么是先进制造技术12

1.5.2电气互连先进制造技术12

1.5.3新型元器件与高密度组装技术12

1.5.4微组装先进制造技术13

1.5.5可制造性设计是实现先进制造技术的前提和技术支撑13

1.6可制造性设计理念的拓展14

1.7结束语15

第2章 PCB/PCBA设计缺陷案例分析16

2.1焊盘尺寸设计缺陷16

2.1.1片式元器件焊盘设计缺陷17

2.1.2片式元器件错误的“常见病、多发病”20

2.1.3焊盘两端不对称，走线不规范21

2.1.4焊盘宽度及相互间距离不均匀23

2.1.5 IC焊盘宽度间距过大23

2.1.6 QFN焊盘设计缺陷24

2.1.7安装孔金属化，焊盘设计不合理25

2.1.8公用焊盘问题导致的缺陷26

2.1.9热焊盘设计不合理26

2.1.10片式电容器焊盘长度设计不合理28

2.1.11其他焊盘设计缺陷28

2.2丝网和阻焊膜设计不良30

2.2.1丝网设计不良30

2.2.2阻焊膜设计不良33

2.3元器件布局不合理35

2.3.1布局设计不良35

2.3.2应用波峰焊工艺时，元器件布局没有采取克服“阴影效应”措施37

2.3.3元器件的排布不符合工艺要求37

2.3.4安放在PCB焊接面的QFP和SOIp没有设计成“菱形”和设计导流盘37

2.3.5双面组装PCBA焊接面元器件焊盘或本体边缘与插件零件边缘距离过小38

2.3.6元器件布放不符合自动化生产要求38

2.3.7元器件布放位置距紧固件太近的设计缺陷39

2.3.8波峰焊应用中的布局设计缺陷40

2.3.9回流焊应用中的布局设计缺陷42

2.3.10 PCB布局混乱，严重影响焊接可靠性42

2.4拼板设计不正确44

2.5 PCB材料与尺寸不合适46

2.5.1翘曲与扭曲46

2.5.2 PCB材质选用不当，制作质量低劣48

2.6 BGA的常见设计问题49

2.7通孔插装中元器件引线直径与金属化孔孔径和焊盘的不匹配51

2.8“飞线”问题54

2.9 PCB缺少工艺边或工艺边设计不合理54

2.10插装元器件安装设计不良59

2.11导通孔设计不良61

2.11.1导通孔设计在焊盘上61

2.11.2导通孔与焊盘或元器件距离过小63

2.11.3导通孔在屏蔽罩位置67

2.11.4导通孔尺寸过大67

2.11.5导通孔在元器件底部68

2.12电连接器接触偶与金属化孔间隙比69

2.13 PCB缺少定位孔，定位孔位置不正确70

2.14焊盘与导线的连接71

2.15 PCB基准识别点缺失、设计不规范72

2.16元器件装配设计不良74

2.17设计缺陷所造成的焊接缺陷95

2.17.1插装设计缺陷所造成的焊接缺陷95

2.17.2贴装97

2.18大面积接地和大面积PCB应用设计缺陷99

2.19工艺设计错误100

2.20镀金引线/焊端直接进行锡焊的缺陷案例分析101

2.21多种设计缺陷101

2.22因设计缺陷、物流控制失控和焊接温度不符合规定要求引起的焊接故障102

2.22.1虚焊与冷焊102

2.22.2金属化孔透锡率不符合要求104

2.23设计缺陷对元器件返工返修的影响105

2.24设计缺陷对检验检测的影响106

2.25设计缺陷对清洗的影响106

2.26印制电路板组件的反变形安装106

2.27潮湿敏感元器件（MSD）损坏110

2.28静电敏感元器件使用上的错误111

2.29返工返修（电装整修，二次焊接）112

2.30电子产品电路设计及制造缺陷实例113

第3章 现代电子装联核心理念及发展趋势117

3.1现代电子装联核心理念117

3.1.1电子装联技术与产品质量的关系117

3.1.2应用DFX实施军品可靠性设计117

3.1.3基本概念119

3.1.4现代电子装联核心理念122

3.2电路设计现状126

3.2.1引言126

3.2.2概述126

3.2.3电路设计功能的逐渐弱化127

3.3电子装联技术的迅速发展129

3.3.1电子装联工程的基本概念129

3.3.2电子装联元器件的高速发展132

3.3.3可制造性分析软件的应用134

3.3.4国内电子研制生产企业可制造性分析软件应用严重滞后原因分析149

3.3.5构建DFM平台152

3.3.6可制造性分析与可制造性设计153

3.4板级电路组装技术的发展趋势154

3.4.1元器件级154

3.4.2板级电路模块154

3.4.3 post-SMT155

3.4.4堆叠装配技术157

3.4.5高密度组装中的“微焊接”工艺设计159

3.4.6电子产品高密度小型化设计159

3.5微波组件基本概念及应用技术标准现状161

3.5.1微波组件基本概念161

3.5.2微波电路应用标准现状162

3.6微组装技术基本概念及标准应用现状164

3.6.1微组装技术的特征165

3.6.2微组装技术的定义及关键点165

3.6.3微组装技术应用标准现状166

3.6.4微组装结构168

3.6.5微波组件微组装技术的应用172

3.7整机级先进制造技术175

3.7.1 3D线扎设计175

3.7.2 立体建模的条件176

3.7.3存在的问题176

3.7.4 3D布线的核心177

3.7.5整机/系统级“无线缆”连接技术177

3.7.6刚-挠基板连接技术178

3.7.7背板连接技术179

3.7.8机架安装179

3.7.9整机3D CAPP集成设计技术180

3.7.10电子产品虚拟装配技术182

第4章 电路可制造性设计基础184

4.1概述184

4.1.1电子产品电装生产质量问题的主要成因184

4.1.2电路设计错误或缺乏可制造性给制造带来了什么185

4.1.3不使用DFM可能面临高成本与高风险的巨大挑战186

4.1.4可制造性设计的严重缺失是导致国内外电子产品质量差别的核心要素之一186

4.1.5实施DFM提高核心竞争力187

4.1.6在设计初期进行DFM187

4.1.7 DFM是面向产品生命周期各环节设计的关键187

4.1.8 DFM不是单纯的一项技术，它是一种思想，一个先进的理念188

4.1.9引入DFM来提高利润和产量189

4.1.10执行IPC、MIL或GJB、GB及行业标准的前提189

4.1.11缺乏DFM到处存在189

4.1.12对设计缺陷的错误认识191

4.1.13产品的质量和可靠性是设计出来的192

4.2电路可制造性设计是崭新的概念192

4.2.1电路可制造性设计的概念192

4.2.2可制造性设计应用的广泛性192

4.3电路可制造性设计基本内容193

4.3.1可制造性设计主要解决的问题193

4.3.2电路、结构和工艺三者之间的关系194

4.4电路可制造性设计基本文件194

4.4.1电子装联用基本电路设计文件194

4.4.2电子装联常用标准195

4.4.3企业技术标准（典型工艺规范）204

4.4.4电子装联常用产品工艺文件205

4.5可制造性设计的基本理念206

4.5.1可制造性设计与设计工艺性或可生产性是一致的206

4.5.2 DFM的诞生207

4.5.3 DFM的定义208

4.5.4 DFM基本工作目标208

4.5.5 DFM的职责209

4.5.6 DFM的相关活动210

4.5.7 DFM主要活动与原理210

4.5.8 DFM团队与主要职责210

4.5.9支持DFM工作的工具技能210

4.5.10 DFM系统的主要元素211

4.5.11 DFM的涵盖面及定义211

4.5.12 SMT领域的DFM211

4.5.13电路可制造性设计的基本理念及意义212

4.5.14应用先进电子装联技术的电路可制造性设计213

4.6关键在于理念的更新215

第5章 PCB/PCBA可制造性设计216

5.1概述216

5.2 PCBA设计缺陷的影响217

5.3印制电路板组件DFM的核心理念218

5.4可制造性设计的组织保证措施219

5.5可制造性设计实施方案219

5.6电路设计文件可制造性审核（工艺性审核）220

5.6.1电路设计文件工艺性审查的形式220

5.6.2电路设计文件工艺性审查（以PCBA为例）221

5.6.3电装工艺设计原则与依据227

5.6.4工艺性审查存在的问题228

5.7印制电路板组件可制造性设计基本概念228

5.7.1印制电路板可制造性设计228

5.7.2印制电路板可制造性设计目的228

5.7.3印制电路板可制造性设计范围229

5.7.4印制电路板可制造性设计重点229

5.7.5印制电路板可制造性设计内容229

5.7.6可制造性设计程序解析229

5.7.7 PCBA组装方式决定焊接工艺流程231

5.7.8印制电路板电路设计239

5.8确保PCBA可制造性设计实施的物料要素243

5.8.1总则243

5.8.2高可靠印制电路板的可接受条件244

5.8.3高可靠电子装备电子元器件选用要求248

第6章 PCB元器件布局设计及焊盘设计254

6.1表面组装技术元器件布局设计及片式元器件焊盘设计254

6.1.1表面贴装元器件的焊接可靠性254

6.1.2 SMT印制电路板电路设计一般要求255

6.1.3 SMT工艺对元器件布局设计的要求257

6.1.4采用回流焊工艺的元器件焊盘设计261

6.1.5回流焊工艺导通孔设计373

6.2波峰焊工艺元器件布局设计及焊盘图形设计374

6.2.1采用传统波峰焊工艺的元器件布局设计374

6.2.2采用传统波峰焊工艺的元器件焊盘设计380

第7章 通用设计技术385

7.1通用设计385

7.1.1焊盘形状设计385

7.1.2焊盘与印制电路板的距离386

7.1.3焊盘的开口386

7.1.4相邻焊盘设计386

7.1.5大型元器件焊盘设计386

7.1.6大导电面积设计386

7.1.7采用传统波峰焊工艺时孔的设计规则386

7.1.8焊盘设计388

7.1.9焊盘与孔的关系389

7.1.10导通孔与焊盘的连接设计390

7.1.11元器件孔距设计395

7.1.12环宽要求395

7.1.13导体层的隔热设计396

7.1.14 THT图形设计397

7.1.15焊盘和印制导线的连接398

7.1.16双列直插式（DIP）集成电路焊盘设计401

7.1.17元器件的安装间距403

7.1.18布线设计415

7.1.19模板设计428

7.2设备对设计的要求441

7.2.1印制电路板外形、尺寸设计442

7.2.2印制电路板定位孔的设计要求444

7.2.3印制电路板夹持边设计446

7.2.4光学定位基准标志（Mark）设计446

7.2.5局部基准标志449

7.2.6拼板设计450

7.2.7选择元器件封装及包装形式454

7.3阻焊、丝网的设计454

7.3.1阻焊膜设计454

7.3.2丝网图形设计457

7.4印制电路板组件导热和散热设计458

7.4.1概述458

7.4.2印制电路板导热和散热设计工艺性要求459

7.4.3元器件导热和散热设计要求459

7.4.4元器件导热和散热设计的主要填充材料和使用460

7.4.5印制电路板散热设计的内容和要求464

7.5印制电路板制图的基本要素470

7.5.1印制电路板的表面镀涂470

7.5.2印制电路板的标记471

7.5.3印制电路板图样的绘制472

第8章 通孔插装元器件焊接工艺选择483

8.1选择性波峰焊是PCBA焊接工艺流程的必然选择483

8.2选择性波峰焊对比手工焊484

8.3选择性波峰焊对比通孔回流焊487

8.3.1通孔回流焊工艺的优点488

8.3.2通孔回流焊工艺的缺点488

8.3.3通孔回流焊工艺的适用条件491

8.3.4结束语492

8.4选择性波峰焊对比传统波峰焊493

8.4.1双面混装焊工艺比较493

8.4.2避免了传统波峰焊元器件布局的局限性496

8.4.3使用带有治具的传统波峰焊工艺500

8.4.4选用选择性波峰焊的优越性503

8.4.5结束语506

8.5焊接质量要求507

8.5.1焊接润湿角507

8.5.2良好的焊点要素511

8.5.3通孔插装元器件手工焊与选择性波峰焊质量比较515

8.6选择性波峰焊导流盘的设置518

8.6.1传统双波峰焊原理518

8.6.2传统双波峰焊DIP元器件的焊盘排列走向、桥连产生的原因及导流盘的设置518

8.6.3桥连现象及其产生的原因520

8.7高密度高可靠PCBA焊接工艺流程选择521

8.8选择性波峰焊对PCB/PCBA设计的要求522

8.8.1 PCB设计一般要求522

8.8.2选择性波峰焊PCB设计特殊要求525

8.8.3防止桥连工艺528

8.9选择性波峰焊的局限性530

8.10与波峰焊相关的禁限用工艺531

第9章 PCBA元器件可组装性设计532

9.1通孔插装元器件穿孔安装532

9.1.1一般要求532

9.1.2通孔插装元器件安装详细要求535

9.2表面安装563

9.2.1有引线的表面安装563

9.2.2无引线的表面安装564

9.2.3 GJB 3243、QJ 3086、QJ 3173A和QJ 165B规定的表面贴装元器件安装要求565

9.3 THC/THD在微波基板上的安装焊接设计573

9.3.1引线搭接573

9.3.2圆形引线搭接573

9.3.3扁平引线搭接573

9.3.4通孔插装元器件引线的搭接焊接要求574

9.4非返工返修PCBA的跨接线（飞线、跳线）574

9.4.1跨接线的定义574

9.4.2跨接线一般使用原则575

9.4.3特殊情况下允许使用跨接线的原则575

9.5 PCBA返修和返工中跨接线的处理576

9.5.1增设跨接线原则576

9.5.2跨接线所选用的导线的选择577

9.5.3跨接线分类577

9.5.4跨接线的布线577

9.5.5跨接线的连接579

9.5.6 THT跨接线焊接要求580

9.5.7 SMT跨接线焊接要求582

9.5.8跨接线的黏接固定587

第10章 高可靠PCBA禁限用工艺及分析589

10.1高可靠PCB/PCBA禁用设计与禁用安装工艺589

10.1.1概述589

10.1.2什么是禁用工艺589

10.1.3什么是限用工艺590

10.1.4高可靠PCB/PCBA禁用设计与禁用安装工艺72条590

10.1.5高可靠电子设备禁用工艺与材料592

10.1.6高可靠电子设备限用工艺与设计593

10.2军品PCBA轴向引线元器件通孔插装安装方式——不允许轴向引线元器件垂直安装596

10.2.1问题提出596

10.2.2军品（3级或C级产品）PCBA轴向通孔插装元器件597

10.2.3分析598

10.3军品（3级或C级产品）PCBA通孔插装元器件要求599

10.3.1轴向引脚水平安装599

10.3.2径向引脚水平安装602

10.3.3分析603

10.3.4结束语604

10.4 3级电子产品PCBA片式元器件堆叠安装分析604

10.4.1概述604

10.4.2问题提出605

10.4.3军标对军用PCBA“片式元器件堆叠安装”的规定606

10.4.4分析606

10.4.5试验验证610

10.4.6结束语610

10.5 F型封装大功率管的安装焊接610

10.6 QJ 3117A《导线在印制电路板上搭接焊接》质疑611

10.7元器件镀金引线/焊端除金搪锡614

10.7.1问题提出615

10.7.2元器件引脚/焊端未除金搪锡导致的金脆化案例615

10.7.3金脆化分析619

10.7.4镀金引线/焊端的除金规定621

10.7.5无须纠结的镀金引线/焊端除金处理623

10.7.6元器件引线/焊端除金工艺624

10.7.7射频电连接器焊杯除金工艺627

10.7.8低频（多芯）电连接器焊杯除金工艺627

10.7.9先进除金搪锡设备及工艺介绍632

10.7.10镀金PCB焊接中产生的金脆化案例637

10.7.11镀金引线除金的争议639

10.7.12结束语642

10.8军用PCBA通孔插装元器件“禁止双面焊”643

10.8.1引言643

10.8.2什么是禁限用工艺644

10.8.3提出“禁止双面焊”的必要性644

10.8.4基于Pro/Mechanical对透锡量的验证649

10.8.5“禁止双面焊”可以做到655

10.8.6影响通孔插装元器件金属化孔透锡率的主要因素655

10.8.7如何提高印制电路板金属化孔透锡率657

10.8.8实践验证664

10.8.9结束语664

附录A 参考、引用标准665

A.1中华人民共和国国家标准（GB）665

A.2中华人民共和国国家军用标准（GJB）665

A.3中华人民共和国航天行业标准（QJ）666

A.4中华人民共和国航空行业标准（HB）668

A.5中华人民共和国电子行业标准（SJ）668

A.6美国连接电子业协会标准（IPC）669

参考文献671