PCB与PCBA工艺复杂度的量化评估与应用初探

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PCB与PCBA工艺复杂度的量化评估与应用初探

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问题背景和目标
随着电子信息产品的精度和复杂 度越来越高，对和A的设计、 制作，以及A组装都会带来新的 挑战和难度。而在我们的工作当中， 因为缺乏对和A量化的评估， 不知道如何区分普通和复杂的和 A的设计，并采用什么样的方式来处理。
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7 T! ?2 T" e$ Q( e- z; M9 |基于上述考虑， 我们参考了业 界已有的作法， 设计了一个P C B 和 A的工艺复杂度计算公式以解决这 方面的问题。另一个方面，在工程能 力方面，做了一些针对性的工作，来 达到高质量和低成本的这样一个目标。

高复杂的特点
2 a3 }8 v, O# s" H8 j, Z; e$ z" u从我们的具体情况看，高复杂度 有以下特点：大尺寸、高层数（ 18层以上）、1+10+1甚至1+16+1的 H D I设计、线宽线距密（例如3 / 3、 3/4、4/4）、高孔厚径比（例如10： 1以上，最多达到13.5：1），以及采 用了一些新的表面处理方式（如化学 锡、化学银）。这样的板子我们定义 为高复杂度的。
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复杂度的量化
那么，我们现在给出的高复杂度 定义有四个条件：1、层数＞18的 （背板层数＞20）；2、有HDI、机械 埋盲孔、平面埋容、背钻等特殊工艺 的；3、厚径比＞10：1的；4、外形 尺寸接近极限的（最小线宽线间距＜ 4mil；孔到线的距离，包括内层孔到线 的距离＜10mil）。
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+ }* i$ P+ s" v' X0 P9 o* q- L, F高复杂A的特点
从我们目前的情况看， 高复杂 A的有以下几个特点：1、器件总 数多，最多达到7,000-8,000个；2、 结构件安装复杂；3、面阵列器件多， 甚至一块板子有60多个面阵列器件， 包括CSP和BGA；4、双面布局；5、 阻容匹配器件多， 而且基本上都是 0402或者0805的阻/容排；6、SMT和 THT混合。

A复杂度量化公式
' _7 ~- V, i& C% ?+ {我们开始采用A复杂性指数的 计算公式就是考虑这几个因素：1、元 件和焊点的数量；2、单面还是双面布 局；3、是否有很多混合组装；4、焊 点密度。

1 i0 Z+ [8 U8 l: f7 sA复杂性指数 Ci＝[(元件数量 +焊点数量)/100]×S×M×D 其中： S = P C B 的面数（ 对于 双面P C B ， S = 1 ； 对于单面P C B ， S = 1 / 2）；M=工艺混合程度（混合 程度高时，M = 1；混合程度低时， M=1/2）；D=焊点密度，焊点数/每平 方英寸/100。

在这几个因素之外，我们还考虑 了另外三个方面的问题，1、是否采用 了以前未用过的组装工艺？2、是否用 了新的板材或辅料？3、有无特殊的装 配和装联的要求？从这三个方面按照 不同的权重进行加分。
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复杂度小于50的，就是非常简单 的板；复杂度为50～125，属于中等复 杂板；复杂度大于125的，就属于高复 杂度板了。这个定义大家可以根据自 己的情况进行调整。例如，我们最早 的时候对于复杂度大于80的板子就认 为很复杂了，但是现在随着能力的提 升，大于125才算是比较复杂的板子。
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如何做好高复杂与A
2 G9 S1 {, q9 q+ {6 U" h* }我们通过量化和A的复杂 度，也就确定了需要重点关注的和 A，接下来需要从两个方面进行努 力：一是从工程设计时做好这些和 A的DFM；二是针对这些和 A需要选择工程能力特别强的供应 商。
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' |, Q1 h; E/ J5 V高复杂的DFM
我们在做高复杂度的P C B 的 DFM时，需要在供应商、材料、设计 等方面特别注意，比如说在设计 时，层数越多，层对位精度就会下降， 因此，在考虑孔径和孔到线的距离时要 特别小心。同样，过孔的孔宽尺寸也要 加大，因为对位不精确，钻孔的时候就 有可能会破盘。因此，我们在设计层数 较多的板子时，要适当加大内层的孔盘 直径。此外，我们在考虑孔壁到走线的 距离时，要特别注意高Tg板在热冲击条 件下的缩孔问题。

9 p( \, S7 i# g, m高复杂度设计时，还要小心表 面处理的问题。从我们目前使用的情况 来看，热风整平对高层数、大尺寸高复 杂度板是不太适合的。对于ENIG，由 于在高复杂度板上的一些细间距、密间 距的器件，焊盘的尺寸非常小，这样会 对黑盘的敏感性大大增加，所以我们现 在高复杂度的板子上，已经基本上禁止 使用ENIG表面处理。对于OSP，需要 考虑它对ICT测试的适应性问题。
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' {% N$ w5 f1 `% a高复杂A的DFM
. H1 O" C- [$ U对A的DFM方面，优先选择回 流焊接的工艺路线，少量插件，如同 轴连接器、电缆连接器等考虑使用通 孔回流焊接。在插件数量较多时，应 考虑集中布局，采用回流焊接加局部 波峰焊或选择性波峰焊的工艺路线， 避免手工补焊。

此外，在图形定位精度、器件种 类的多样性对组装过程和钢网设计的 影响、设备的组装能力和保养等各个 方面都要有相应的要求。

  d9 r% m' H) B2 ?" \# T# d( lEMS厂家的高复杂A组 装工程能力
* h/ {. T1 r2 f' X- d对EMS厂家来说，我们遇到的最 大问题是EMS厂是不分级的，从人员 素质、设备能力、现场工艺控制能力 看是否适合做高复杂度板，没有一个 明确的定位。我们曾经也考虑过对不 同的供应商采用不同的办法，例如采 用定线的办法来解决。但是，能不能 对整个EMS厂能力的提高，以及人员 能力的提升是否有一个明确的要求？ 而且，你定的那条线，能力是否可以 量化也存在问题。比如一个复杂度在 200以上的板子，对应的人员的技术能 力、设备能力到底是什么样的一个对 应关系，现在也说不太清楚。
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) x/ ?) |# Y' @' `高复杂A组装要求
5 h; W, L. _# K$ h3 g& }无论是提供组装服务的E M S 厂 家，还是我们自己做加工，对于高复 杂度A的控制来说，都可以量化为五个方面——人、机、料、法、环。
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人：指定专门的生产线加工高复 杂度板，对其设备保养和操作人员制 定严格的规定和要求，包括培训、考 试、上岗标准等等。
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  U. q3 f$ V3 X8 ?) H* L, E/ x机：对每条高复杂度产品生产线 的每台设备都有严格的控制要求，包 括严格的操作指引、检查要求等都有 详细的规定。
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料： 控制和减少管式物料； 0402、0201微型器件的尺寸稳定性、 焊端一致性要好；注意检查是否 有明显变形；各种类型的器件镀层、 焊端对焊接温度的要求要基本一致； 大尺寸连接器与模块封装回流焊接变 形的尺寸要在允许的范围内等等。

法：对于工艺规程的控制，我们 现在是对高复杂度A的组装有一个 30多页的控制规程，每个步骤，包括上 板之前，到印锡、锡浆的更换和添加， 到钢网的上机前的检查，还有擦网纸、 洗板水等等都有严格的控制要求。
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环：在物料存储的环境条件、防 静电管理、潮湿敏感器件管理、IC类 器件的存储和周转分发等各个方面都 要进行严格的控制。

与A复杂度量化方法的应用价值
( x/ c& D$ o# \$ y8 V+ ^# R" B4 eE M S 厂家对于不同的复杂度 A，在人员组成、设备配置、过程 控制上采用不同策略，形成分层的加 工能力，满足不同客户需求；可以根 据不同的A复杂度，要求不同的加 工费用。

* u6 O+ j* p3 u/ ?2 d通过高复杂与A的运作， ODM厂家制作成品率与A组 装质量提升明显，减少了返工的成本 与可靠性隐患，取得了很好的经济效 益，还可用于评估人员投入、工艺设 计策略、管理模式优化。

目前，与A的量化标准有 少数公司在应用，但还没有得到业界 的广泛认可与应用；而且量化标准所 涉及的项目还不够完善，有待于进一 步优化，需要业界同行一起参与，形 成统一的与A的量化标准并在 行业中推行。
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limopcb

看看楼主有啥高见。