機構設計人員對PCB 的基本認識

* 3C機構設計爸版權所有 @**

前面的文章中，分享過了 FFC 和 FPC 的基本認識和注意事項，但 FFC 和 FPC 都是屬於軟板，有基本的撓曲性，但是今天要分享給各位朋友的是硬板，我們通常稱之為PC板 (PCB)，英文全名是 Printed Circuit Bpard。很多機構設計人員在做機構設計時，3D圖中會建立一個 PCBA (PCB Assembly)的組合圖檔，也就是在PCBA 組裝零件的工廠生產上所會用到的零件都會放置到這個PCBA的組件3D圖檔之內(下階)，但是今天的重點不是在3D圖，今天分享的主要內容是、一個機構設計者，針對PCB，我們到底需要了解那些基本知識，在設計上和溝通上才能夠更游刃有餘。

機設計構爸列出了以下PCB的項目，讓各位朋友能夠有個入門基礎

1. Layer (PCB的層):

-- 機構設計圖在起稿之前，務必要知道 E/E 電子工程師E的設計是使用幾層的PC板。例如 尿素板、4層板、6層板、8層板、10層板、12層板.....等等。雖然可能在公司的資料庫中已經有了現成的圖檔，但是各位千萬要記住，務必請E/E 電子工程師提出PC板的厚度規格及公差，做確認除了可避免設計上的錯誤，也可以避免在公差分析上路經設置的錯誤。這裡附上E/E電工程師可能會做的厚度計算路徑給大家參考。-- 另外，E/E 和 Layout 工程師對於尺寸單位的溝通，通常是以mil(唸密歐)為單位， 1 mm 等於 39.37 mil。如果需要這個簡易計算器的朋友，請來郵件索取。

2. OSP (Organic Solderability Preservative) 製程 and 浸銀式製程的 Prepreg PCB:-- 機構設計在起稿之前，務必要跟E/E 電子工程師確認，該專案的PC板在PC板廠商的生產是使用哪一種製程 ? 要特別留意OSP PCB。對於PC板廠商使用OSP製程的時候，PCB 的3D圖面必須在 mounting hole (固定鎖孔)的周邊，再畫上一個0.15 ~ 0.2 mm 的厚度。因為只要PCB是以OSP製程製作，PCB表面沒有綠漆的銅箔部位都會氧化，所以，PCBA組裝零件的工廠就必須印上錫膏、再經過reflow 製成去固化錫膏，那，這個錫膏會凸出PC板表面 0.15 ~ 0.2 mm。也就是說，使用OSP製程的PC板，就必須在組裝的對手件上，去掉0.15 ~ 0.2 mm，否則整個PC板就因為這個錫膏厚度而造成PC板的位移或干涉。

3. PCB 的顏色:-- PC板的顏色並不會影響電器功能和機構功能，有綠色、紅色、黑色、藍色...等等、取決於客戶或專案團隊的決定、通常是使用綠色、黑色比例較高，但是某些客戶為了要區分PCB的專屬功能或生產階段，也有可能以多種不同顏色的PC板來生產。如果訂單量少，又要使用不同顏色的PC板，當然PC板廠商就會提出MOQ的需求，也可能影響PC板的價錢。

4. Fudicial mark (光學點):-- Fiducial mark 是所有SMT零件被放到PCB上時的基準點，而不是利用PCB的板邊來當作SMT零件位置的參考基準。一片PCB板上，只要有SMT零件，就一定需要fiudcial mark來當作基準點，而且fiducial mark的數量一定是多數。

5. PTH and NPTH (Plating Through Hole and Non-Plating Through Hole):

5-1.要辨認兩種孔的差異很簡單，只要看一下孔的內側壁，有閃亮的金屬鍍層，那就是 PTH。如果沒有電鍍亮面，則為 NPTH。

5-2.PTH貫通孔可作為允許訊號在這些銅層之間傳輸的路徑，主要功能除了結構鎖螺絲固定用之外，其他的功能是為了EMC的接地 grounding 或特殊電器功能而設計5-3.NPTH 也可能用於在製程中將 PCB 固定到位，當定位孔，對於較薄的電路板，可能仍需要 NPTH 來防止組裝過程中變形。當然依照各公司的需要，PTH、NPTH還有很多不同的應用。

6. via 孔 :

6-1.via 孔的設計掌控是E/E 電子工程師掌控的，用於在 PCB 上的不同銅層之間連接和傳輸電訊號。via 孔是PTH 的一種，由於PCB 是由多層銅製成，並由絕緣層隔開，via孔也可作為允許訊號在這些銅層之間傳輸的路徑，當然這是E/E電子工程師的工作，對於機溝設計工程師，必須特別注意以下2點:

6-2a. via孔既然是PTH，而且有電氣的功能導通，所以機構件不可以接觸機構件。如果機構件必須貼平PCB而且會碰到via孔，請務必在機構件和PCB之間加一片麥拉來隔離短路的可能。

6-2b. via孔在PCB過了錫爐之後，via孔會沾錫、甚至可能錫會拉絲、尖銳的情況，機構件要避開via孔上的錫. 一般來說，錫拉絲屬於生產不良，是工廠必須改善的，但無論如何，機構設計必須做好風險管理，讓機構件避開或隔離 via孔。

7. SMT (SMD)、DIP、and assembly-part: 在一片PC板上的零件主要分為3種，SMT (SMD)零件、dip零件、and 組裝件，生產的流程順序是SMT製程 --> DIP零件的插件製程 --> 組裝件的製程。

7-1. SMT (SMD)零件: 這種零件是黏著在PC板表面的零件，零件位置範圍的PC板表面必須有pad，以便在製程中印錫膏。SMT(SMD)零件黏著在PC板上的(軟)錫之後，是經過回焊(Reflow)的製程來達到(軟)錫固化的目的。

7-2, DIP零件: DIP零件是一種雙列直插封裝 也稱為DIP封裝或DIP包裝，簡稱為DIP (或DIL)，是一種積體電路的封裝方式，因為此種零件有pin腳，所以使用DIP零件時，在PCB板上必須有PTH孔。DIP零件是經由波焊(wave soldering) 製程來達到固定的目的。

7-3, assemble part: 在PCB板上的組裝件會是在PCBA生產工廠的後段步驟，完成了組裝件的流程後，通常就會到最後的包裝、出貨製程。組裝件包括組裝散熱片、組裝扣件、貼標籤、貼導電海綿、組裝M.2卡、組裝Memory、.....等等。

8. Panel design (連板設計):

8-1. Panel design 通常稱之為連板設計，通常連板設計的可能原因有PCB太小、PCB形狀不規則、或是同一專案所使用的PCB都放在同一個Panel、亦或是其他特殊目的(例如:PCB板邊必須放滿零件...)。 值得一提的是，SMT的reflow製程和DIP零件的wave-soldering製程都是靠輸送帶傳輸整片PCBA，PCB被輸送帶之稱的部位則不可以有零件，否則就會互相干涉。如果零件需要佈滿整片PCB、那麼在PC板外可以再多做一點PCB，這部份的PCB叫做coupon，等製程都結束後再把這部份的PCB(coupon)折掉即可。

8-2. 連板之間或coupon與PCB的連結，通常會加上V-cut 或 郵票孔，利於最後製程的分板動作，對於郵票孔要特別注意，位置如果是在機構設計的重要位置，要建議E/E墊子工程師去告訴公司內部的PCBA工廠，必須採用routing的方式來分板取代手折、以及取代刀模。

9. PCB warpage impact to mechanical:--PC板的板彎是一個頭痛的問題，尤其衝擊到機構設計的公差分析結果。很多公司的PCBA工廠都提不出一個板彎的限度規格，往往就造成了爭議，尤其在PCB的銅箔 trace 線路在X-ray檢查下有crack的情況時，專案團隊往往會把問題推到機構設計，誤認為是機構設計在PCB上形成的stress，而造成PCB的線路crack。 所以，板彎及PCB變形的規格，最好叫E/E電子工程師或專案團隊先提出來。在討論的時候可以提示專案團隊查一下IPC標準規格。

10. EMN/EMP:-- 這是在機構設計的3D圖面中，和PCB Layout部門溝通設計的橋樑，對於3D圖中的轉檔動作中，要特別注意單位和數值的設定，以及 datum 座標系統的基準位置。

11. 限高區及鎖固孔位:-- 必須follow Industry Standards和零件的規格。這部分是一堂課程。

報名線上一對一線上課程在臉書主頁，也可以私訊報名報名線上一對一線上課程https://calendly.com/tomdaddydesign/course-linkIG：https://instagram.com/tomdaddydesign/Facebook：https://www.facebook.com/tomdaddydesignThreads: @tomdaddydesign方格子：https://vocus.cc/user/@tomdaddydesign