基于PCB板级电路模块可制造性设计的分析与仿真

论文摘要

现今表面贴装技术(SMT)不断地向薄型化、微型化和高精度化方向发展,如何最大限度地发挥其生产加工能力,提高产品的合格率,提升生产效率是板级电路模块生产制造的“瓶颈”。故对印刷电路板组件的可制造性分析成为能否缩短开发时间和节省开发成本的关键。本文针对电子设计自动化(EDA)软件所设计出的印刷电路板(PCB),设计了表面贴装技术在其上应用的可制造性方案,以及加工过程在计算机上的仿真。文中构建了可适用于异构EDA软件的数据接口,在五种异构EDA设计软件中选取较复杂的OrCAD软件为例,详细介绍了EDA软件设计数据的提取和转换方法,包括OrCAD软件格式的分析,仿真文件结构的确立等;归纳了一套符合实际工程运行并适用于板级电路模块设计的可制造性设计规范,并着重描述了元器件规范和焊盘规范等内容;最后设计了一个比较实用的表面贴装仿真系统,实现了贴装工艺流程的可视化动态仿真,给出了对PCB软件的分析结果以及错误提示。在线测试表明,本系统的适应性和扩展性都达到了满意的效果,显示出本文所设计的制造数据提取、转换及仿真系统的优越性,对于缩短产前准备时间、提高多品种柔性制造能力,降低新产品开发周期的成本等方面具有一定的借鉴意义。可制造性设计分析与仿真系统目前仅对OrCAD等五种异构EDA设计软件进行设计数据的处理,如果能够进一步地对系统做出更符合实际生产运行的贴装优化,将大大增强系统的健壮性和实用性,这也将是本文今后深入研究的重点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 可制造性设计
• 1.1.1 DFM概念
• 1.1.2 DFM特点
• 1.1.3 DFM分类
• 1.2 板级电路DFM分析仿真
• 1.2.1 研究现状
• 1.2.2 存在问题
• 1.3 本文工作
• 1.4 本文内容安排
• 第二章 系统总体设计
• 2.1 可制造性设计分析仿真系统总体结构
• 2.2 各部分功能结构
• 2.2.1 EDA文件预处理模块
• 2.2.2 可制造性设计规范模块
• 2.2.3 数据库建立和维护模块
• 2.2.4 仿真输出模块
• 2.2.5 错误检测模块
• 2.3 小结
• 第三章 ORCAD 软件设计数据的分析与提取
• 3.1 异构EDA设计数据的分析方法
• 3.2 ORCAD设计文件的格式分析
• 3.2.1 文件开头
• 3.2.2 逻辑层和物理层字段
• 3.2.3 THRU字段
• 3.2.4 SYM字段
• 3.2.5 COMP字段
• 3.2.6 Obs字段
• 3.2.7 C(Net字段
• 3.3 仿真文件结构的设计
• 3.4 设计数据的提取转换
• 3.5 小结
• 第四章 可制造性设计规范
• 4.1 元器件设计规范
• 4.1.1 元器件布局设计
• 4.1.2 表面贴装元器件之间的间距设计规则
• 4.1.3 元器件区域范围内其它允许设计规则
• 4.1.4 元器件与PCB板边缘的间距规则
• 4.1.5 元器件与PCB上其它设计之间的间距规则
• 4.1.6 元器件可组装间距设计规则
• 4.1.7 元器件组装区域边界与孔之间的间距设计规则
• 4.1.8 元器件与金手指间距设计规则
• 4.1.9 元器件与孔间距设计规则
• 4.1.10 元器件选用规则
• 4.2 焊盘设计规范
• 4.2.1 表面贴装元件的焊盘设计
• 4.2.2 插装元件的焊盘设计
• 4.2.3 基于工艺考虑的非元件焊盘的设计
• 4.2.4 焊盘与焊盘间距设计规则
• 4.2.5 焊盘与布线间距设计规则
• 4.3 小结
• 第五章 板级电路DFM 仿真系统的几何建模及实现
• 5.1 建模实现基础
• 5.1.1 面向对象的几何建模方法
• 5.1.2 基于OpenGL的几何建模方法
• 5.2 数据结构的设计
• 5.2.1 器件建模实现
• 5.2.2 基板建模实现
• 5.3 贴装过程仿真
• 5.4 贴装过程错误检测
• 5.5 小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果