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PCB設(shè)計(jì)合理標(biāo)注尺寸與公差降低產(chǎn)品PCBA成本

發(fā)布時間 :2017-12-28 15:25 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCB設(shè)計(jì)部
尺寸與公差的標(biāo)注看起來非常簡單,但在進(jìn)行標(biāo)注時如果不多花一些心思不僅會影響產(chǎn)品的可制造性,增加產(chǎn)品PCBA成本,而且還會很容易出現(xiàn)尺寸不合格的產(chǎn)品比合格產(chǎn)品更符合應(yīng)用需要的情況。
 
如果一個普通人看到圖1這樣的圖紙時肯定會問:這是什么?希臘文還是象形文?用了這么多的符號和數(shù)位,它一定是某種代碼。完全正確,這就是一種代碼,它的學(xué)名叫幾何尺寸與公差,又稱為GD&T或GDAT,它是工程、生產(chǎn)和品質(zhì)管理部門之間進(jìn)行工程圖紙交流時所使用的一種語言。GD&T并不是新名詞,早在我們認(rèn)識之前就已經(jīng)以某種形式存在。
 
GD&T是美國的國家標(biāo)淮,同時也是國際標(biāo)淮,它根據(jù)ASME Y14.5M-1994尺寸標(biāo)注與公差標(biāo)淮而制定的(ASME是美國機(jī)械工程師學(xué)會的縮寫),主要是個機(jī)械標(biāo)淮。按照ASME的描述,GD&T有助于“使美國的做法和方法與統(tǒng)一的標(biāo)淮相一致,以便在全球范圍進(jìn)行更加有效的技術(shù)交流”,應(yīng)用這種語言或工具“對經(jīng)濟(jì)和技術(shù)都有利”。
 
圖1:一張標(biāo)注有尺寸與公差的零件圖紙
圖1:一張標(biāo)注有尺寸與公差的零件圖紙
 
機(jī)械性傾向
我們要正視這個問題。印制電路板(PCB)是個機(jī)械構(gòu)件,而且是個相對簡單的機(jī)械構(gòu)件,一般來講,PCB都是平整的矩形件,沒有凹槽或開口。請不要告訴我你的電路板形狀是多么復(fù)雜,我知道例外總會有的。但事實(shí)上從機(jī)械專業(yè)的角度來講,與金屬沖壓片、圓錐傳動齒或螺旋齒輪相比,PCB相對來說要簡單得多。
 
由于GD&T吸收了很多機(jī)械工程方面的內(nèi)容,甚至包括大量對PCB設(shè)計(jì)人員沒用的東西,所以許多PCB設(shè)計(jì)人員紛紛對此標(biāo)淮唯恐避之不及,即使看過GD&T書或上過此類課程的設(shè)計(jì)人員也會被嚇跑。
 
不過電路板設(shè)計(jì)人員并不需要搞懂GD&T的方方面面,如果只選擇應(yīng)用于矩形平整件的部份,GD&T就比較好理解而且很有用。IPC-2615“印制板尺寸與公差”介紹了ASME Y14.5M-1994中適用于印刷電路板的部份內(nèi)容,而且就如學(xué)習(xí)語言一樣,越經(jīng)常使用越覺得容易。
 
公差大是好事
既然我們曾經(jīng)忽略過這些問題,現(xiàn)在就來談?wù)勗赑CB制造圖紙上運(yùn)用GD&T的真正主要原因。GD&T如果運(yùn)用得當(dāng),將可以使電路板的制造公差加大,使得產(chǎn)品更具有可制造性且成本更低,同時不會對最終成品的配合產(chǎn)生不利影響,它還能讓你告訴制造商哪些孔、槽或邊對最終產(chǎn)品特別重要。
 
也許你會說:“我不想給電路板制造商留出更多的公差,我要電路板正好符合其最終的包裝。”讓我們來看看你的電路板尺寸會是什么情況。
圖2:一般零件定位尺寸采用某個位置再加減一個數(shù)表示
圖2:一般零件定位尺寸采用某個位置再加減一個數(shù)表示
 
一般來講,一個孔、槽或零件的定位尺寸是某個位置再加或減一個數(shù)量(圖2)。假設(shè)某個孔的中心點(diǎn)尺寸標(biāo)注為X尺寸和Y尺寸再加減0.010英寸,實(shí)際上你對電路板制造商所要說的就是只要該孔的中心是在這0.020英寸見方范圍內(nèi),都是可以接收的。相反,如果該孔的中心落在0.020英寸范圍之外就得拒收。很簡單,不是嗎?
 
好了,我們來更仔細(xì)地研究一下。如果做出的孔中心位置是X+0.010英寸及Y+0.010英寸,那么它仍在尺寸范圍內(nèi),是可以接收的,測算一下該孔的位置,可以發(fā)現(xiàn)它距設(shè)定位置0.014英寸;假如另一個孔的中心是X+0.000英寸和Y+0.011英寸,那么它不在尺寸范圍內(nèi),因此拒收,測算該孔的位置可知它距設(shè)定位置0.011英尺。
 
實(shí)際上你做的就是,所接收的孔離設(shè)定位置的距離比拒收的還要遠(yuǎn)。在實(shí)際中,如果第一種情形提供的是可接收產(chǎn)品,那么第二種實(shí)際上也應(yīng)該是合格的,而常規(guī)尺寸標(biāo)注技術(shù)會將第二種情況判為拒收。
 
如果將GD&T應(yīng)用于這種場合,我們就可以定義一個圓形公差區(qū),而不是方形,這樣確保了不會拒收一個實(shí)際上更接近目標(biāo)值的元件,而去接受遠(yuǎn)離目標(biāo)值的那一個。
 
這可能過于簡單,但確實(shí)就是這樣。藉由采用GD&T定義圓形公差區(qū)域,你可以增加57%的公差而不會影響最終產(chǎn)品的裝配。已經(jīng)了解GD&T的人可能會有些疑問,這?我再說清楚一些:公差區(qū)域?qū)嶋H上是一個立體的圓柱,這個圓柱形公差區(qū)域的頂面和底面就是印制電路板的上下表面。
 
要記住采用這一標(biāo)淮時不要過度。如果不小心,可能會用GD&T對某個位置“標(biāo)注過頭”,使得圖紙模糊混亂,大大增加電路板的制造成本。
 
本文結(jié)論
用幾段文字很難歸納出ASME Y14.5M-1994及其應(yīng)用方法。GD&T還有很多其它優(yōu)點(diǎn),包括額外公差、材料修正值和外形公差,以及數(shù)據(jù)規(guī)劃定義等。希望這?我能使大家對尺寸標(biāo)注與公差標(biāo)淮有個比較清楚的了解,如果運(yùn)用得當(dāng)可設(shè)計(jì)出更具可制造性的電路板,而且還能進(jìn)一步節(jié)省公司的成本。


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