电路板失效的原因多种多样。由于我深耕PCB行业多年，绝大多数失效原因我都曾见识过。经验也告诉我，虽然有些问题突如其来、难以预料，但大多数电路板的失效都是由设计中的常见问题导致的。

　　作为我致力于帮助设计师“面向制造现实设计”这项长期使命的一部分，以下是导致电路板失效的五个常见原因及其规避方法：

　　确保原理图清晰完整

　　设计师不会读心术，他们看的是原理图。只有当工程师让文件具备尽可能强的功能性时，设计和制造流程才能顺畅进行。这听起来似乎很简单：放置所需的元器件，并将导线/线路连接到元器件上的相应位置即可。

　　然而，在原理图神奇地转化为PCB设计之前，还需要考虑物理和环境设计约束、信号间的电气相互作用、散热以及导线/线路上的信号损耗等其他因素。

　　这就是为什么设计师需要工程师提供尽可能多的帮助。如果PCB设计师必须去解读原理图，那么后续就可能会出现隐患。为了确保从原理图到设计的转化过程中没有任何遗漏，请遵循以下最佳实践：

　　• 从模块级框图开始 

• 使用易于理解的网名称标注所有连接，避免使用自动生成的名称 

• 以能够清晰表达位置的方式来绘制原理图 

• 对原理图进行清晰标注，使接手后续工作的人能够轻松理解原理图 

• 保持沟通渠道畅通，如果设计师对如何进行下一步不确定，应及时向工程师确认。快速的沟通和理解上的反复确认，可以避免电路板失效。 

• 使用设计规则检查（Design Rule Check，DRC）工具，绝不能允许存在原理图错误或警告的设计进入生产阶段。

　　为钻孔效率与精度而设计

　　为了提高制造过程中的钻孔效率，并减少可能导致电路板损坏或无法使用的错误，设计师可以采取以下措施：

　　• 将相同孔径的元器件分组排列。这能减少钻头移动距离，从而加快钻孔过程。 

• 通过仔细关注公差，减少PCB设计中通孔尺寸的种类。这将有助于减少制造过程中所需的换刀次数。这样不仅能降低电路板成本、加快生产速度，还能减少出错的机会。 

• 在设计时选择尽可能小的孔径有利也有弊。较小的孔径可以减少需要从板上钻除的材料量。然而，大多数小直径钻头在转速（RPM）、进给速率、负载和回退速率方面的参数都很相似，因此钻孔效率的提升通常微乎其微。此外，小钻头更容易受层压板材料中玻璃纤维的影响而发生偏移；当板厚与孔径比过高时，可能导致镀铜时的厚径比问题，并可能影响整体的孔质量。 

• 确保孔之间有足够的间距，以保证电路板的结构完整性，并避免制造过程中钻头发生偏移。 

• 注意各种通孔要求的公差。如果多个公差范围重叠，请选择一个能满足尽可能多公差要求的通孔尺寸。

　　管控焊料以减少散热器故障

　　散热器失效很常见，而且往往难以检测，尤其是在失效率较低的情况下。然而，即便失效数量不多，由此产生的成本也会迅速攀升至数千美元。常见问题包括：

　　• 焊料不可控、不可预测

　　• 焊料通过过孔发生芯吸

　　• 焊料在大焊盘下流动

　　为避免这些问题，首先要防止焊料通过过孔发生芯吸并最终到达PCB的错误层级；其次，要防止焊料超出其应用区域。具体实现方法如下：

　　 • 在焊盘上施加阻焊层，并开设圆形的“岛”状区域用于锡膏印刷。如果焊料在大面积上难以控制，就将该区域划分为较小的阵列区域。

　　由于阻焊层能将锡膏限制在其应用区域内，这减少了连接芯片与电路板的焊料量，从而提高了连接的一致性。圆形的锡膏开孔比带尖角的开孔能更可靠地释放焊料，这有助于防止焊料球松动。

　　 • 用小通孔（~12 mil或更小）包围“岛”，用阻焊膜掩蔽覆盖这些通孔。从待焊接的直接区域移除通孔并将其掩蔽，可以防止任何杂散焊料向下芯吸到板的另一面，同时仍能为下面的焊盘提供良好的热传递。

　　将这些通孔添加到尽可能靠近岛的位置。由于制造公差，阻焊膜掩蔽可阻挡任何芯吸到暴露通孔上的焊料。

　　建议设计师将其作为封装定义的组成部分，将其统一应用于设计中的所有类似部件。

　　重视电源

　　为PCB上的每个元器件提供所需的电力至关重要，但这同时也带来了复杂的设计挑战。如果未能妥善处理电源问题，可能会导致过热、短路、信号失真、元器件故障，甚至整块电路板失效。

　　设计师必须管控将交流电转换为直流电，同时为每个元件提供正确的电压和电流。只有设计师认真对待电源设计，密切关注电源传输对周围元器件（例如通过发热或信号干扰）产生的影响，才能打造出高质量的PCB。

　　设计时需保持电源的质量和完整性，确保电力能按预期从电源有效地传输到每一个元器件、电路和设备。设计方案需要确保所有元器件都获得适当的供电级别，以实现整个电路的预期性能。

　　如果电路板有三层或更多层，请将电源层和接地层放置在其中一层内部。这不仅能增加电路板的结构强度，还能让其他层方便地连接电源和地，同时保持PCB设计的整洁。

　　将接地层和电源层分开，以在分配电源的同时减少电磁干扰。这不仅有助于减少异常的信号模式，还能防止出现意外的电压降。

　　不要让部件问题影响可制造性

　　零件在板上的装配适配问题是导致工期延误和成本超支最常见的原因之一。零件适配不当的PCB会出现性能和耐用性问题，从而降低电路板的整体质量。以下是一些避免零件适配问题的方法：

　　注意元器件引脚的孔尺寸。检查元器件的物理尺寸，考虑尺寸公差因素，并考虑可能影响装配的变化。引脚的尺寸或间距可能出现错误，元器件的尺寸可能大于其封装面积或焊盘图形所指示的尺寸。注意部件尺寸，注意原始部件的最小、标称和最大材料条件。

　　注意封装中的孔是否与引脚尺寸不同。如果孔尺寸太紧，引脚可能无法穿过孔，或者如果它们确实能进入孔中，但可能无法很好地焊接。在设计焊盘图形时，可以在产品数据表中找到元器件的引脚尺寸和公差范围。利用这些信息来计划适当的孔尺寸。

　　数据表可能与CAD软件不一致。当数据表和库部件不匹配时，需在提交设计之前解决差异。首次使用之前，需对照数据表检查库中的每个部件。

　　使用替代供应商部件时，需注意引脚。即使引脚尺寸和通孔尺寸已确认匹配，焊点看起来完好，部件仍然可能无法按预期工作。具有相同封装的类似部件可能看起来应该行为相同，但它们并不一定具有相同的引脚。每个晶体管都有栅极、漏极和源极，但对于具体的功能，制造商可能会用不同的引脚。在为设计选择部件时，要了解清楚。

　　注意机械配合。这不仅仅关乎封装占位和通孔，元器件的实际物理尺寸也可能导致其无法安装到指定空间中。应以 MMC（最大实体条件） 的本体尺寸作为准则，因此必须重视公差范围。

　　作者：Matt Stevenson任ASC Sunstone Circuits公司副总裁兼总经理。

　　【本文转自公众号电子首席情报官ECIO，转载仅供学习交流。】