工程變更訂單(ECO)經(jīng)常使得PCB設(shè)計成本增加，造成產(chǎn)品開發(fā)延遲，從而導(dǎo)致昂貴的產(chǎn)品上市時程延緩。然而，透過仔細關(guān)注經(jīng)常發(fā)生問題的七個關(guān)鍵領(lǐng)域，可以避免大多數(shù)的ECO。這七大領(lǐng)域是元件選擇、記憶體、濕度敏感等級(MSL)、可測試設(shè)計(DFT)、冷卻技術(shù)、散熱片以及熱膨脹系數(shù)(CTE)。

 

元件選擇

為了避免ECO，全面通讀元件規(guī)格表至關(guān)重要。PCB設(shè)計者一般都會例行檢查元件的電氣和工程數(shù)據(jù)以及產(chǎn)品壽命和可用性。但當元件在市場推廣的早期階段，資料表上可能還無法包括全部的關(guān)鍵指標。如果元件上市才幾個月，或者只能提供小量樣品，那么目前可取得的可靠性數(shù)據(jù)并不具有普遍性或不夠詳細，最后可能無法提供充份可靠的數(shù)據(jù)或現(xiàn)場故障率的品質(zhì)保證數(shù)據(jù)。

 

更重要的是不要輕信規(guī)格表中所寫的表面數(shù)據(jù)，而是要積極聯(lián)系元件供應(yīng)商，盡可能多方了解元件的特性以及如何將這些特性應(yīng)用于設(shè)計中。

 

元件所需處理的最大期望電流或電壓就是一個很好的例子。如果所選的元件不足以足夠的電流或電壓，那么元件很可能燒壞。圖1顯示的是一個燒壞了的電容器。

 

元件選擇不當導(dǎo)致大量電流或電壓流經(jīng)電路，將會發(fā)生像這個燒融電容器的損壞情形。

 

讓我們看另外一個例子──閘格陣列(LGA)封裝的元件。除了電氣和機械限制以外，你可能還需要考慮建議使用的助焊劑類型、是否允許回流焊溫度以及所容許的焊點空洞程度。

 

目前還沒有專門的IPC標淮適用于與LGA元件有關(guān)的空洞淮則。在一些情況下，空洞等級最高為30%的LGA元件被認為是可靠的。然而，一般來說，最大為25%的較低空洞級更好，20%更好。圖2顯示空洞級為20.41%的焊球，這是IPC Class II標淮所能接受的淮則。

 

IPC Class II可接受空洞等級為20.41%的焊球。

 

在缺少空洞數(shù)據(jù)時，設(shè)計工程師必須依靠他們的經(jīng)驗、技巧與常識，利用不會很快停產(chǎn)以及擁有多種來源管道而能輕易地在市場上找到的元件來展開設(shè)計。

 

在元件選擇過程中進行更多的分析和計算同樣非常重要，例如計算峰值性能時的電流或電壓。一款元件可能被指定用于某種峰值溫度和電流值。然而，針對特定的設(shè)計，PCB設(shè)計者必須采取行動以確保親自進行這些重要的計算過程。

 

工程師不僅要負責計算單個元件，而且要考慮在特定設(shè)計中使用該元件與其它元件之間的關(guān)系。舉例來說，這種計算對于散熱較高的類比元件來說尤其重要。例如有許多類比元件就彼此相鄰地放置在電路板的同一側(cè)。這些元件會產(chǎn)生相當大的功率，從而釋放較電路板另一側(cè)(自然是數(shù)位元件)更高的熱量。在這種情況下，插滿了類比元件的那一面電路板可能產(chǎn)生阻焊層剝離的現(xiàn)象。

 

元件電路的類比部份會產(chǎn)生大量的熱。過熱可能導(dǎo)致阻焊層剝離，在最壞情況下，可能燒壞元件。圖3顯示電路板的阻焊層剝離現(xiàn)象。

 

散熱差可能導(dǎo)致PCB阻焊層的剝離。

 

設(shè)計與布局工程師在布局設(shè)計階段必須合作展開元件布局，避免將元件放置得太靠近電路板邊緣，或太靠近另一個元件而未留出足夠的間距。在電腦上很容易設(shè)計元件布局，但如果在布局時未能精確地制作元件封裝，那么貼片機可能無法完美地將這些元件緊鄰放置。例如，圖4顯示元件稍微突出電路板的情況。

 

連接器邊緣稍突出于電路板的邊緣。

 

記憶體的選擇

同樣的原則也適用于記憶體的選擇。由于不斷有新一代更先進的DRAM和快閃記憶體上市，對于PCB設(shè)計者而言，如何始終走在技術(shù)前端、隨時淮確判斷不斷變化中的記憶體規(guī)格如何影響更新的設(shè)計，可說是一項極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

 

例如DDR2世代DRAM有別于今天的DDR3元件，而DDR3元件也將迥異于未來的DDR4 DRAM。JEDEC已經(jīng)在去年宣布發(fā)行DDR4標淮JESD79-4了。據(jù)市場調(diào)查公司iSuppli透露，DDR3 DRAM在目前DRAM市場中所占比例為85%至90%。不過該公司也預(yù)測，新推出的DDR4在2014年將占有12%的比例，2015年時可望迅速成長到56%。

 

PCB設(shè)計者必須隨時關(guān)注DDR4的崛起，并與PCBA OEM客戶保持密切合作，因為他們在推出下一代嵌入式系統(tǒng)時很可能就內(nèi)建DDR4 DRAM。他們必須有效掌握新的特性和功能動態(tài)，以避免設(shè)計時的自滿而導(dǎo)致工程變更訂單。另一件需要注意的事是記憶體價格會產(chǎn)生波動。

 

濕度敏感等級

濕度敏感等級(MSL)很容易被忽略。如果PCBA OEM在設(shè)計時未顧及MSL，未能正確處理關(guān)鍵的MSL規(guī)格，那么用戶很可能也不會考慮MSL資訊，導(dǎo)致電路在現(xiàn)場使用時可能無法正常作業(yè)。當實際MSL等級是3、4或5時，這種可能性更高。在這種情況下，烘烤作業(yè)可能無法確實進行，濕氣可能趁虛而入，最終導(dǎo)致工程變更訂單。甚至在涉及LGA時，PCB組裝公司將不得不替換掉PCB上的這些封裝。圖5是元件的一個MSL標簽，上面標明敏感等級為5，并注明了密封日期和烘烤指南。

 

元件的MSL標簽注明了敏感等級5、密封日期和烘烤指南。

 

可測試設(shè)計

可測試設(shè)計(DFT)對于生產(chǎn)過程中展開PCB測試和除錯來說非常重要。在將元件布局到電路板時，重要的是密切留意DFT探測點的布局位置，以及探棒接觸過孔、焊墊以及其它測試點的角度。

 

在最初設(shè)計的早期階段，還未能進行DFT時，測試成為一項重大問題，而ECO也可能因此產(chǎn)生。在一些極端情況下，如果無法解決ECO的話，就必須重新進行設(shè)計。

 

冷卻、散熱片和熱膨脹系數(shù)

冷卻方法在設(shè)計中很容易被忽視，但如能在設(shè)計早期仔細評估冷卻要求經(jīng)常能避免ECO。

 

一些冷卻類型是水冷法。舉例來說，含有大量BGA和微處理器、用于數(shù)據(jù)密集應(yīng)用(如動畫、圖像或視訊處理)的大型專用電腦電路板大部份都要求采取水冷措施。

 

在使用散熱片時，PCB或發(fā)熱元件通常被連接到機箱上，以便于向周遭環(huán)境散熱。很多時候像圖6所示的散熱片也常用于幫助散熱。如果沒有指定正確的散熱片，就可能產(chǎn)生工程變更訂單。這種工程變更訂單必須加以開發(fā)以及導(dǎo)入，才能使散熱片成功地散熱。

 

像這樣的散熱片十分有助于為元件產(chǎn)生的過多熱量散熱。

 

PCB設(shè)計者還必須確保元件在熱性能方面匹配熱膨脹系數(shù)(CTE)，并進行所有相關(guān)的計算。他必須百分之百地確保不僅在元件與其封裝尺寸之間相互匹配，而且也要搭配合用的PCB材料，如FR4、陶瓷板(Rogers)或特氟龍(Teflon)，以避免產(chǎn)生大量的熱，或產(chǎn)生元件與電路板之間熱膨脹系數(shù)差異。此外，這也能確保防止出現(xiàn)夾層剝離，以及避免夾層剝離導(dǎo)致元件缺陷，或持續(xù)高電氣溫度，最終導(dǎo)致元件或PCB燒壞。