进阶#DFM#可制造性#回流焊#钢网#工艺能力#良率
DFM 与焊接工艺 Design for Manufacturing
板子画得再好，如果做不出来、焊不上、良率低，就是失败设计。DFM（Design for Manufacturing，可制造性设计）就是让板子"既好做又好焊"。这一章讲板厂工艺边界和焊接工艺。
1. 设计动机
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新手常犯：线画到 3 mil、焊盘随便画、封装 0201，板子打回来不是做不出就是焊不上、良率低。DFM 的核心是——设计前先看板厂工艺能力表，在它能稳定做到的范围内设计，而不是想当然。
2. 图示：回流焊温度曲线
3. 机理与定量：回流焊曲线
无铅焊锡（SAC305，锡银铜）关键参数：
- 液相线（Liquidus）：217℃，焊锡熔化温度。
- 峰值温度：240~250℃（比液相线高 ~25℃）。
- TAL（Time Above Liquidus）：液相线以上停留 30~90 秒。
- 升温斜率：≤ 3℃/s（防热冲击、防立碑）。
板子和所有元件都要扛过这个热历程——塑料连接器、晶振都有耐温上限。
4. 设计准则
- 线宽/间距 ≥ 板厂工艺下限（常规 5mil/0.127mm）。
- 焊环（Annular Ring）≥ 0.15mm，防孔偏破盘。
- 丝印不上焊盘，否则影响上锡。
- 元件布局考虑可焊性：大元件别挡小元件焊盘。
- 发热元件分布均匀，别挤一堆局部过热。
5. 完整设计示例
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- 线宽：信号 0.2mm、电源 0.5mm，都在常规工艺内 ✓。
- 过孔：0.3/0.6mm，常规可做 ✓。
- 间距：0.2mm，>5mil ✓。
- 封装：选 0805 电阻电容（好焊），没用 0201 ✓。
- 丝印：位号都避开了焊盘 ✓。
- 布局：极性元件方向一致，方便贴片和检查 ✓。
6. 检查与仿真
- DFM 检查工具：板厂在线 DFM（如嘉立创 DFM 检查），上传 Gerber 自动查错。
- 首件核对（FAI）：第一批板子核对位号、极性、焊接。
- IPC-A-610：焊接质量验收标准（焊点外观）。
扩展与变种电路
扩展1：板厂工艺能力边界
设计不能超出板厂能稳定做的范围。
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- 最小线宽/间距：常规 0.127mm（5mil），新手用 0.2mm 更稳。
- 最小过孔：钻 0.3mm / 盘 0.6mm；HDI 微孔另算钱。
- 焊环：孔位有公差，焊环太小会偏破盘。
- 阻焊桥：相邻焊盘间阻焊要够宽，防桥连。
- 打样用常规工艺最省钱；高密度才加钱做 HDI。
准则对比：
| 工艺 | 线宽 | 成本 |
|---|---|---|
| 常规 | 5mil | 低 |
| HDI | 3mil 以下 | 高 |
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- 现象：下单被退回或加价做特殊工艺。
- 原因：设计没看板厂能力表。
- 解决：设计前看板厂工艺表，常规板用 5mil 规则。
扩展2：钢网与锡膏印刷
SMT 贴片第一步是印锡膏，靠钢网。
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- 钢网厚度：0.1~0.15mm 不锈钢片，开窗对应焊盘。
- 面积比（Area Ratio）：开口面积/侧壁面积 >0.66，锡膏才能顺利脱模（不堵孔）。
- 细间距元件开口略小于焊盘，减少锡量防桥连。
- 封装选得太小（0201），钢网印刷良率骤降——设计阶段就要考虑。
准则对比：
| 封装 | 印刷良率 |
|---|---|
| 0805 | 高 |
| 0402 | 中 |
| 0201 | 低（需精细钢网） |
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- 现象：QFP 脚间锡桥连短路。
- 原因：钢网开口太大、锡量过多。
- 解决：细间距开口减小/内凹，或用阶梯钢网。
7. 常见坑与故障现象
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- 丝印印在焊盘上：阻焊/丝印挡了上锡，虚焊。
- 极性元件方向乱：贴片时贴反，极性电容/二极管烧。方向统一。
- 焊盘尺寸不对：元件焊不上或立碑（见封装库）。
- 热布局与热历程冲突：大铜箔散热导致局部温度跟不上曲线，冷焊。
8. 自测题
无铅回流焊的峰值温度和液相线大约是多少？
液相线（SAC305）约 217℃，峰值温度 240~250℃，液相线以上停留（TAL）30~90 秒。板子和所有元件都要扛过这个热历程。
新手打样，线宽和间距建议用多少？为什么不画更细？
建议 0.2mm（约 8mil），比常规下限 5mil 更宽裕。画太细不仅加价做 HDI，良率还低。打样阶段用常规工艺，省钱又稳，等真的高密度需求再上细线路。
钢网的"面积比"为什么要 >0.66？
面积比 = 开口面积/侧壁面积。>0.66 锡膏才能从开窗顺利脱模到焊盘上；太小锡膏堵在钢网里，印刷缺失、虚焊。这是 SMT 钢网设计的经验判据。
9. 参考资料
- IPC-A-610 Acceptability of Electronic Assemblies
- IPC-7351 Land Pattern Standard
- awesome-electronics（制造资源）：https://github.com/kitspace/awesome-electronics