為什么要重視DFM規(guī)則檢查？

多層PCB廣泛用于服務(wù)器、交換機(jī)、通信基站、汽車控制器等復(fù)雜設(shè)備中。這些系統(tǒng)對(duì)布線密度、信號(hào)質(zhì)量和可靠性要求很高。為滿足這些要求，工程師需要盡量壓縮布線空間，提高集成度。但同時(shí)，這也帶來可制造性方面的挑戰(zhàn)。

設(shè)計(jì)中，如果線寬過細(xì)、間距太小、孔徑設(shè)計(jì)不合理，就會(huì)超出PCB廠商的實(shí)際能力。這可能導(dǎo)致制造失敗、良率下降或成本大幅上升。有時(shí)，設(shè)計(jì)圖已經(jīng)完成，PCB卻無法下單。這類返工浪費(fèi)大量時(shí)間和資源。

為了避免這種情況，必須在設(shè)計(jì)早期就進(jìn)行DFM（Design for Manufacturability，可制造性設(shè)計(jì)）檢查。這種檢查是設(shè)計(jì)與制造之間的橋梁，它確保圖紙可以實(shí)際被加工出來，而且質(zhì)量有保障。

二、多層板中的關(guān)鍵尺寸參數(shù)

多層板設(shè)計(jì)中，有三個(gè)核心尺寸參數(shù)決定了制造難度。分別是：最小線寬、最小線間距和最小孔徑。它們彼此關(guān)聯(lián)，也與制造能力直接掛鉤。

1. 最小線寬（Trace Width）

線寬是指銅線在平面方向的寬度。在信號(hào)完整性、電流承載能力、阻抗控制等方面，它起著關(guān)鍵作用。

• 線寬越小，布線密度越高，但制造難度也越大。

• 對(duì)于大電流線，如電源線、地線，需要較大線寬。

• 高頻信號(hào)線也要求線寬穩(wěn)定，不能有突變。

目前大多數(shù)量產(chǎn)PCB廠商的最小線寬能力為：

• 普通HDI板：75μm

• 高端HDI板：50μm

• 特種激光直成板：35μm

如果設(shè)計(jì)中線寬低于廠家能力，就必須增加成本或換工藝，甚至無法生產(chǎn)。

2. 最小線間距（Trace Spacing）

間距是指兩根相鄰線之間的最小距離。它影響短路風(fēng)險(xiǎn)、電氣隔離能力和串?dāng)_水平。

• 間距越小，容易發(fā)生橋連、短路或絕緣失效。

• 差分對(duì)線的間距也影響阻抗控制。

當(dāng)前主流PCB廠商支持的間距如下：

• 普通量產(chǎn)：≥75μm

• 高密度HDI：≥50μm

• 極限情況：40μm（需特殊工藝）

在設(shè)計(jì)中，如果間距太小，可能需要使用LPI阻焊替代油墨，或者用更高密度的工藝，增加制造難度和費(fèi)用。

3. 最小孔徑（Via Diameter）

孔徑指的是鉆孔的直徑，分為機(jī)械孔和激光孔。孔用于層間連接或插裝元件。

• 機(jī)械孔常用于通孔，適用于連接頂層和底層。

• 激光孔用于盲孔、埋孔，在高密度布線中很常見。

常見的工藝能力如下：

如果孔徑設(shè)計(jì)不當(dāng)，不但會(huì)影響可靠性，還會(huì)增加孔銅填充、電鍍等工序的難度。

三、DFM檢查的核心內(nèi)容

1. 檢查線寬線距是否滿足最小值

在完成布線后，要用EDA軟件（如Altium Designer、Cadence Allegro、Mentor Xpedition）進(jìn)行一次全局的DRC（Design Rule Check）。重點(diǎn)核查：

• 所有信號(hào)線是否都符合最小線寬？

• 差分對(duì)是否維持恒定間距？

• 高電壓或高頻線是否滿足最小間距規(guī)范？

有些信號(hào)線要求嚴(yán)格的線寬線距（如90Ω差分、50Ω單端），這類線必須與工藝能力同時(shí)滿足。

2. 檢查孔徑與PCB層數(shù)的匹配

孔徑設(shè)計(jì)不僅看孔大小，還要看它所在的層之間的關(guān)系。要檢查：

• 盲孔是否存在跨2階以上的層結(jié)構(gòu)？

• 埋孔是否在加工中會(huì)引起疊壓困難？

• 孔銅厚度是否超出電鍍極限？

比如，如果設(shè)計(jì)為“L1-L4的盲孔”，但PCB為8層板，這類盲孔很難加工。建議改為L(zhǎng)1-L2/L7-L8分別打孔，再疊壓。

3. 檢查走線密度與層壓結(jié)構(gòu)是否一致

有些設(shè)計(jì)為了節(jié)省層數(shù)，強(qiáng)行將所有信號(hào)擠在兩層中。這會(huì)導(dǎo)致線寬間距都過小，無法滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。應(yīng)檢查：

• 每層的布線密度是否均衡？

• 地平面是否完整？

• 是否存在“飛線”繞遠(yuǎn)？

如果發(fā)現(xiàn)某層線寬低于制造極限，應(yīng)考慮增加層數(shù)，或重新分配走線。

4. 檢查阻焊、絲印與焊盤之間的關(guān)系

當(dāng)線間距過小，容易導(dǎo)致阻焊橋斷開。也可能出現(xiàn)絲印壓在焊盤上，造成工藝問題。要檢查：

• 是否所有焊盤都留出阻焊開窗？

• 絲印有沒有覆蓋走線或測(cè)試點(diǎn)？

• BGA器件下面是否有走線阻焊開窗錯(cuò)誤？

這類問題往往被忽視，但會(huì)在后期貼裝和測(cè)試中引發(fā)嚴(yán)重故障。

四、設(shè)計(jì)與廠商能力的協(xié)同方式

1. 在設(shè)計(jì)前明確PCB廠商能力

每家PCB廠的制造能力不同，尤其在最小線寬、間距、孔徑、電鍍厚度、堆疊方式等方面有差異。

• 在設(shè)計(jì)初期，工程師應(yīng)向廠商索要DFM規(guī)范文檔；

• 對(duì)高頻、高速、HDI板，應(yīng)與廠商提前確認(rèn)；

• 廠商通?？商峁┒询B模板、阻抗表和DFM建議。

建議在項(xiàng)目初期就定好主力PCB合作廠商，并按其能力設(shè)定設(shè)計(jì)參數(shù)。

2. 用DFM分析工具提前驗(yàn)證

使用如Mentor Valor、Zuken CR-8000 DFM Center、Siemens PCBflow等工具進(jìn)行DFM分析，可以在下單前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷。

重點(diǎn)分析點(diǎn)包括：

• 最小線寬是否超過能力？

• 所有過孔是否符合孔環(huán)要求？

• 電源和地層是否完整？

• 是否存在孤島銅、飛線、未連接焊盤等問題？

很多DFM軟件還可導(dǎo)出錯(cuò)誤報(bào)告，供設(shè)計(jì)人員修改設(shè)計(jì)。

3. 審核制造文檔和Gerber文件

設(shè)計(jì)完成后，必須導(dǎo)出Gerber文件，并連同BOM、鉆孔表、阻抗表、堆疊圖、DFM要求一起交給PCB廠。廠商會(huì)做第二輪DFM復(fù)核。

如果發(fā)現(xiàn)有問題，會(huì)發(fā)出“工程疑問表（EQ）”。設(shè)計(jì)方要根據(jù)EQ及時(shí)調(diào)整圖紙，避免生產(chǎn)延誤。

良好設(shè)計(jì)來自對(duì)制造限制的充分理解

多層板的DFM檢查，是連接設(shè)計(jì)與制造的橋梁。只靠電氣指標(biāo)畫布線，不顧工藝能力，會(huì)導(dǎo)致圖紙“畫得出來卻做不出來”。

設(shè)計(jì)人員必須：

• 明確目標(biāo)廠商的最小線寬/間距/孔徑能力；

• 在EDA軟件中設(shè)置正確的DRC參數(shù)；

• 用DFM工具全流程檢查圖紙；

• 輸出清晰完整的制造資料；

• 保持與PCB廠密切溝通。

只有這樣，才能在保證電性能的同時(shí)，提高產(chǎn)品的一致性、良率和交期穩(wěn)定性。這不僅降低了制造成本，也提升了產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)了客戶信任。