印制电路板（PCB）的机械物理特性是确保电子产品在制造、装配及整个使用寿命期间可靠工作的基础。本章从制作事项、产品构造、组装件要求三个维度，系统阐述PCB机械设计中的关键参数、设计准则与公差控制方法。合理的机械物理设计不仅关系到单板自身的结构完整性，更直接影响整机组装的可制造性、可测试性以及长期环境适应性。本章内容涵盖孔径焊盘设计、板厚选择、弓曲扭曲控制、振动防护、零件支撑、尺寸标注体系及基准要素设定等核心主题，为硬件工程师提供从设计到制造全链条的机械设计指导。

5.1 制作事项

制作事项是PCB从设计图纸转化为实体板件的首要环节，涉及钻孔、电镀、层压等基础工艺参数的选择。孔径焊盘比、泪滴盘设计、板厚及厚径比等参数直接决定了PCB的可制造性、信号完整性和长期可靠性。这些参数需要在设计初期就与板厂工艺能力进行匹配，避免因设计超出工艺窗口而导致良率下降或成本激增。本节通过系统梳理各项制作设计要求，帮助设计人员在性能、成本与可制造性之间取得平衡。

图5-1 泪滴盘设计参数示意图

如图5-1所示，泪滴盘（Teardrop）是连接焊盘与导线之间的过渡增强结构，可有效增强连接处的机械强度，减少应力集中，防止钻孔时铜箔起翘。图中展示了不同连接类型（通孔焊盘、SMD焊盘、走线、T型 junction）的泪滴参数设置，包括百分比延伸长度和宽度比例，设计人员可根据实际工艺能力和可靠性要求进行配置。

图片来源：Altium Designer Resources (resources.altium.com)

图5-2 PCB厚径比概念示意图

如图5-2所示，PCB厚径比（Aspect Ratio）定义为板厚与孔径之比（AR = Hole Depth ÷ Hole Diameter），是衡量钻孔和电镀工艺难度的关键指标。较高的厚径比意味着更深的孔和更小的孔径，这将显著增加孔内电镀的困难程度，容易导致孔中心镀层偏薄，进而产生铜裂、孔壁分离等可靠性缺陷。常规PCB的厚径比应控制在10:1以内，高阶HDI板可放宽至20:1。

图片来源：HilPCB (hilpcb.com)

图5-3 PCB层叠结构与铜厚平衡设计

如图5-3所示，PCB层叠设计中铜厚的对称分布对控制板件弓曲扭曲至关重要。上层展示了铜厚平衡的良好设计（上下外层均为3oz铜，内层为1oz铜，结构对称于中心芯板），可有效减少因铜层分布不均导致的内应力；下层则展示了铜厚不平衡的错误设计，这种不对称结构在热循环过程中极易产生翘曲变形，影响后续贴装精度和长期可靠性。

图片来源：PCB Prime (pcbprime.com)

图5-4 阻焊层开口与桥接设计

如图5-4所示，阻焊涂层（Solder Mask）的开口设计直接影响焊接质量和组装良率。图中展示了SMD焊盘之间的阻焊桥（Solder Mask Bridge）和最小间隙（Min Clearance）的定义。阻焊桥用于防止相邻焊盘之间在焊接过程中发生锡桥短路；最小间隙则确保阻焊涂层与焊盘边缘有足够的重叠，防止阻焊剥离导致的露铜问题。设计时需根据板厂的阻焊工艺能力合理设定这些参数。

图片来源：PCBWay (pcbway.com)

表5-1 PCB制作设计要求汇总

如表5-1所示，PCB制作设计涉及孔径、焊盘、板厚、厚径比等多个关键工艺参数。该表汇总了各参数的设计要求、典型取值范围及其对制造和性能的影响，为设计人员提供快速参考依据。合理选择这些参数可有效降低钻孔偏位、镀层不均、层间分离等常见制造缺陷的发生概率。

5.2 产品构造

产品构造是PCB机械物理设计的核心框架，决定了印制板在整机中的形态、尺寸、刚度及环境适应能力。合理的构造设计需要综合考虑电气性能、热管理需求、机械强度、装配空间以及成本控制等多重因素。本节从印制板类型与尺寸选择、弓曲扭曲控制、结构强度与复合板设计、振动防护四个方面展开，为不同应用场景下的PCB构造设计提供系统性指导。

5.2.1 印制板类型与尺寸

印制板的类型与尺寸是产品设计的基础性决策，直接影响后续的布局布线、制造工艺、组装效率及整机结构适配。类型选择应根据产品的性能等级、热耗散需求、机械刚度要求、电气复杂度及组装密度综合确定。例如，高可靠性汽车电子通常选用高TG、高CTI的基材；高频通信设备则需选用低Dk、低Df的专用材料。尺寸方面，推荐优先采用标准化尺寸系列，这不仅可以提高基材利用率、降低加工成本，还能与标准工装夹具、测试设备兼容，提升制造和测试环节的效率。同时，尺寸设计需预留适当的工艺边和定位孔区域，为SMT贴装、波峰焊及测试提供必要的工艺支撑。

表5-2 印制板类型选择参考

如表5-2所示，不同类型的印制板适用于不同的应用场景。该表从性能、热耗、刚度、电气、密度五个维度对比了常见PCB类型的特点，帮助设计人员根据产品需求快速定位合适的板型。正确选择板型是确保产品满足功能、可靠性及成本目标的前提。

5.2.2 弓曲和扭曲

弓曲（Bow）和扭曲（Twist）是衡量PCB平面度的重要指标，直接影响SMT贴装精度、连接器配合可靠性以及长期使用的结构稳定性。弓曲指板件在单一方向上的弯曲变形，扭曲则指板件沿对角线方向的翘曲变形。这两种变形主要由材料内应力释放、铜层分布不均、热历史差异及不对称结构等因素引起。设计阶段应通过层叠结构对称设计、铜分布均衡化、避免大面积无铜区域等方式从源头减少变形风险。成品验收时，弓曲和扭曲需按IPC标准方法进行测量，确保在允许范围内。

图5-5 PCB弓曲变形测量原理

如图5-5所示，弓曲（Bow）是指PCB板件在单一方向上偏离理想平面的弯曲变形。测量时以板件四个角接触参考平面为基准，测量板中心点与参考平面之间的最大距离（Bow_Dist），并按公式Bow% = (Bow_Dist / L_Board) × 100%计算弓曲百分比。贴装板的弓曲限值为0.75%，其他板为1.5%。严格控制弓曲是确保SMT贴装时焊膏印刷均匀性和元件贴装精度的关键。

图片来源：Cadence PCB Resources (resources.pcb.cadence.com)

图5-6 PCB扭曲变形测量原理

如图5-6所示，扭曲（Twist）是指PCB板件沿对角线方向发生的翘曲变形，表现为板件的一个角脱离参考平面而翘起。测量时以板件三个角接触参考平面为基准，测量第四个翘起角与参考平面之间的距离（Twist_Dist），并按公式Twist% = (Twist_Dist / 2×D_Board) × 100%计算扭曲百分比。扭曲比弓曲更难控制，通常与层叠不对称和铜分布不均密切相关，设计阶段需特别关注。

图片来源：Cadence PCB Resources (resources.pcb.cadence.com)

表5-3 弓曲和扭曲控制要求

如表5-3所示，不同类型PCB的弓曲和扭曲限值存在差异。该表明确了贴装板与其他类型板的允许变形量，并给出了设计阶段和测量阶段的关键控制要点。严格控制弓曲扭曲是确保自动化贴装良率和连接器可靠插拔的必要条件。

5.2.3 结构强度与复合板

PCB的结构强度决定了其在机械载荷、温度循环及振动冲击环境下的生存能力。传统均质PCB在某些高应力场景下可能出现分层、开裂或过度变形等问题，而复合板（如夹芯板）通过在不同层使用不同性能的材料，可以实现功能分离与性能优化。例如，在表层使用高TG材料保证耐热性，在芯层使用高刚度材料提升机械强度。然而，复合板的设计需要特别注意不对称结构带来的变形风险——不同材料的热膨胀系数差异会在温度变化时产生内应力，导致板件翘曲。因此，设计阶段必须对复合板进行物理性能评估，包括热循环测试、机械强度测试及层间结合力测试，确保其在实际使用环境中的可靠性。

图5-7 夹芯板（三明治结构）示意图

如图5-7所示，夹芯板（Sandwich Structure）是一种典型的复合板结构，由上下两层预浸料蒙皮（Prepreg Skin）和中间芯层（Honeycomb或Foam）组成，层间通过胶膜（Adhesive Film）粘接。这种结构在航空航天和高端电子设备中广泛应用，可在极轻的重量下获得极高的弯曲刚度和强度。在PCB领域，类似的理念应用于刚挠结合板和金属基板设计中，通过不同材料的组合实现功能与性能的最优匹配。

图片来源：AddComposites (addcomposites.com)

图5-8 刚挠结合板层叠结构剖面

如图5-8所示，刚挠结合板（Rigid-Flex PCB）是复合板在电子领域的典型应用，由刚性区（FR-4+铜箔）和柔性区（聚酰亚胺Core+铜箔）通过覆盖膜（Coverlay）和粘接层组合而成。图中还展示了加强板（Stiffener）的应用，用于在连接器安装区等关键位置提供额外的机械支撑。这种结构能够在三维空间内布线，减少连接器和线束数量，特别适用于折叠设备和动态连接场景。

图片来源：Cadence PCB Resources (resources.pcb.cadence.com)

表5-4 复合板设计对比

如表5-4所示，对称夹芯板与不对称夹芯板在结构强度、耐热循环性能及设计灵活性方面各有优劣。该表帮助设计人员根据产品的功能需求和可靠性目标，选择最合适的复合板结构形式。一般而言，对称结构更适合高可靠性、长寿命应用。

5.2.4 振动设计

振动是电子产品在运输和使用过程中不可避免的机械载荷，对于汽车电子、轨道交通、工业设备等应用场景尤为严峻。PCB的振动设计旨在确保板件及其上的元件在振动环境下不发生机械失效，如焊点开裂、元件脱落、导线断裂等。设计前应根据产品的应用环境进行振动分析，明确振动频率范围、加速度量级及持续时间等载荷参数。基于分析结果，在设计中采取加固措施，如增大支撑点密度、选用耐振动元件封装、优化元件布局（重型元件靠近支撑点）、增加结构胶或加固筋等。同时，强烈推荐在原型阶段进行振动测试验证，通过正弦振动、随机振动及振动冲击等试验，检验设计的有效性并发现潜在薄弱环节。

图5-9 电磁振动台用于PCB振动测试

如图5-9所示，电磁振动台（Electrodynamic Shaker）是PCB及整机振动测试的核心设备，通过电磁驱动产生可控的机械振动，模拟运输和使用过程中的振动环境。PCB在振动试验中通常安装在夹具上，通过加速度传感器监测响应，验证焊点、元件及结构在振动载荷下的可靠性。设计阶段的振动分析数据（频率范围、加速度量级）直接决定了试验条件和验收标准。

图片来源：Made-in-China (ASLI)

图5-10 小型电磁振动激振器

如图5-10所示，小型电磁振动激振器（Miniature Electrodynamic Shaker）适用于PCB组件和模块级的振动测试，具有体积小、响应快、频率范围宽的特点。图中展示了SMARTSHAKER系列和2004E/2007E/2002E型号，可用于模态分析、共振频率识别及小型电子部件的耐振验证。在PCB振动设计阶段，此类设备常用于原型验证，帮助工程师识别结构共振点和薄弱环节。

图片来源：PCB Piezotronics (pcb.com)

表5-5 振动设计指南

如表5-5所示，振动设计是一个从分析到验证的完整流程。该表梳理了振动设计的各个阶段及其关键任务，强调设计分析与测试验证相结合的重要性。只有通过系统化的振动设计和充分的试验验证，才能确保PCB在振动环境下的长期可靠性。

5.3 组装件要求

组装件要求关注PCB在整机装配过程中的可制造性、可装配性和可测试性。一个设计良好的PCB不仅要满足电气功能，还必须便于机械连接、元件支撑、测试接入以及尺寸管控。本节从机械硬件连接、零件支撑、组装测试设备适配、尺寸标注体系四个子主题，系统阐述组装阶段的设计准则与公差控制方法，确保从单板到整机的顺畅过渡。

5.3.1 机械硬件连接

机械硬件连接是PCB与整机结构件、散热器、外壳及其他功能模块之间的物理接口。良好的机械连接设计应便于装配操作，同时确保连接可靠、可维护。设计时需为螺钉、螺母、铆钉、卡扣等紧固件预留足够的操作空间，避免因空间狭小而无法使用标准工具。绝缘件（如垫片、支柱）的安装位置需预留足够间隙，防止与周边元件或走线发生干涉。对于需要突出板面的元件（如连接器、散热器、电位器），其安装突出高度应控制在合理范围内（通常不超过6.4mm），并在周围留出足够的操作空间，以便装配、调试和维修。此外，连接点的分布应均匀对称，避免因局部应力集中导致板件变形或焊点失效。

图5-11 PCB安装孔设计实例

如图5-11所示，PCB安装孔（Mounting Hole）是机械硬件连接的基础要素，图中展示了不同类型和尺寸的安装孔实例，包括带金属化环的通孔安装孔（用于接地和机械固定）和非金属化安装孔。安装孔周围通常需要保留足够的无阻焊区（Keep-out）和元件避让区，确保螺钉头、螺母或垫片不与周边元件和走线发生干涉。安装孔的位置应均匀分布，优先设置在板件四角，以分散机械应力并防止板件变形。

图片来源：Electrical Engineering Stack Exchange (electronics.stackexchange.com)

图5-12 PCB常用安装螺钉类型与尺寸

如图5-12所示，PCB机械连接中常用的螺钉包括盘头（Pan Style）和沉头（Flat Style）两种主要类型。盘头螺钉底部为平面，适用于一般安装场景；沉头螺钉底部为锥角（82°），可使螺钉头部与板面齐平，适用于对表面平整度有要求的场合。设计时需根据螺钉类型预留合适的安装孔直径和沉头孔角度，确保螺钉能够顺利安装并提供足够的夹紧力，同时避免因过紧导致板件开裂或分层。

图片来源：MacroFab (macrofab.com)

表5-6 机械硬件连接设计要求

如表5-6所示，机械硬件连接设计涉及操作空间、绝缘间隙、突出高度等多个细节参数。该表汇总了关键设计准则，帮助设计人员在布局阶段就充分考虑装配工艺性，减少后续因装配困难而导致的设计变更。

5.3.2 零件支撑

零件支撑是确保PCB上各元件在运输、装配及使用期间保持正确位置和可靠连接的关键设计要素。对于质量较大的元件（单件重量≥5g），如大型电解电容、变压器、功率模块、连接器等，仅靠焊点固定往往不足以承受机械冲击和振动载荷，必须设计额外的机械支撑结构。支撑形式包括金属支架、塑料卡扣、结构胶固定、绑扎带等。在冲击和振动环境下，零件支撑设计尤为重要——缺乏有效支撑的重型元件在惯性力作用下会对焊盘和通孔产生持续的剪切和弯矩，最终导致焊点疲劳开裂或铜箔剥离。设计准则要求：明确支撑件的类型、尺寸、安装位置及与PCB的连接方式；支撑点应尽量靠近元件重心；支撑结构不应影响元件的散热和电气性能。

图5-13 PCB维修用支撑支架

如图5-13所示，PCB支撑支架是零件支撑的典型形式之一，图中展示了一款用于PCB维修和装配的金属支撑夹具。此类支架通过可调节的夹持机构将PCB固定在工作台上，防止焊接和维修过程中的板件移动。在整机设计中，类似的支撑原理应用于重型元件的固定——通过金属支架、卡扣或胶粘剂将大质量元件（如变压器、电解电容）牢固地固定在PCB或机壳上，分担焊点的机械载荷，防止在振动和冲击环境下发生脱落。

图片来源：Botland Store (botland.store)

图5-14 PCB安装角码（L型支架）

如图5-14所示，L型金属角码是PCB与机壳之间常用的机械连接与支撑件。角码的一面通过螺钉固定在PCB的安装孔上，另一面固定在机壳或结构件上，既起到PCB定位支撑的作用，又能在振动环境下提供额外的机械约束。设计时需确保角码材质与PCB及机壳材料兼容（避免电化学腐蚀），并预留足够的安装间隙和工具操作空间。对于高振动环境，建议在角码与PCB之间增加弹性垫片或阻尼材料，以吸收振动能量。

图片来源：element14 (Ettinger)

表5-7 零件支撑设计准则

如表5-7所示，零件支撑设计需根据元件质量、应用环境及装配工艺综合确定。该表列出了不同质量等级和环境条件下的支撑要求，为设计人员提供明确的决策依据。合理的支撑设计是防止机械失效、提升产品可靠性的重要保障。

5.3.3 组装测试设备

组装测试设备的使用极限是PCB设计必须考虑的外部约束条件。PCB在设计阶段就应充分了解后续组装和测试环节所使用的设备类型、能力边界及工艺要求，包括SMT贴装机的贴装精度、回流焊炉的温区设置、波峰焊的导轨宽度、ICT（在线测试）治具的探针间距、FCT（功能测试）的接口形式等。设计若超出设备极限，将直接导致无法生产或测试，或需要投入高昂的定制设备费用。例如，ICT测试要求测试点直径、间距及分布满足探针阵列要求；双面贴装板需确认第二面贴装时元件高度是否超出设备限制。通过在设计阶段就与制造和测试工程师沟通，明确设备极限并纳入设计约束，可以显著提高生产合格率，降低制造成本。

图5-15 SMT贴片生产线全景

如图5-15所示，典型的SMT贴片生产线包括锡膏印刷机（左侧）、高速贴片机（中间）和回流焊炉（右侧）三大核心设备。PCB设计必须考虑整条生产线的工艺能力：锡膏印刷机要求板件平面度良好（弓曲扭曲≤0.75%）；贴片机对元件尺寸、高度和重量有明确上限；回流焊炉则对板厚、尺寸和热容量有工艺窗口要求。设计阶段若忽视这些设备极限，将导致印刷不良、贴装失效或热损伤等问题。

图片来源：RayPCB (raypcb.com)

图5-16 ICT在线测试治具（针床式）

如图5-16所示，ICT（In-Circuit Test）在线测试治具是PCB组装后电气性能验证的关键设备。治具上密布数百至数千根弹簧探针（Pogo Pin），通过压合机构与PCB上的测试点（Test Point）接触，测量各元件参数和电路连通性。PCB设计时，测试点的直径（通常≥0.9mm）、间距（通常≥1.27mm）及分布必须满足治具探针阵列的要求。测试点应优先设置在元件焊盘或独立测试焊盘上，避免设置在密集布线区或高应力区。

图片来源：ALLPCB (allpcb.com)

图5-17 FCT功能测试夹具

如图5-17所示，FCT（Functional Circuit Test）功能测试夹具用于验证PCB在接近实际工作条件下的功能性能。与ICT不同，FCT通过连接器、接口模块和外部负载模拟真实工作环境，检验整板功能而非单个元件参数。设计阶段需为FCT预留测试接口（如调试连接器、测试排针），并确保这些接口在板上的位置便于测试夹具对接，周围留有足够的插拔空间和操作空间，以提高测试效率和降低治具复杂度。

图片来源：Tortai Technology (tortai-tech.com)

表5-8 组装测试设备设计约束

如表5-8所示，组装测试设备对PCB设计提出了多方面的约束。该表汇总了主要设备类型及其关键设计参数要求，提醒设计人员在布局布线阶段就充分考虑下游工艺能力，实现设计与制造的无缝衔接。

5.3.4 尺寸标注体系

尺寸标注体系是PCB设计文件与制造、装配、检验环节之间的沟通语言。一套清晰、完整、无歧义的尺寸标注体系能够有效减少制造误解、降低废品率、提升装配效率。本节从尺寸与公差标注（GD&T）、位置网格系统、基准要素、非电子格式标注及拼板化基准要素五个方面，系统阐述PCB尺寸标注的规范与方法。

5.3.4.1 尺寸与公差标注

几何尺寸与公差（GD&T，Geometric Dimensioning and Tolerancing）是一种基于功能的公差标注方法，相比传统的双向公差（±公差）具有显著优势。在PCB设计中，GD&T能够更准确地表达要素之间的位置、方向、轮廓等几何关系，确保设计意图被制造和检验环节正确理解。采用GD&T标注，实际定位公差范围可比双向公差至少扩大57%，这意味着在不影响功能的前提下，给予制造更大的工艺容差，从而提升可生产性。最大实体状态（MMC）的应用使得要素在偏离最大实体尺寸时获得额外公差，进一步优化了公差分配。此外，GD&T能够明确匹配功能要求，对于自动化组装尤为关键——它保证了配合部件的可互换性，并统一了图纸解释，大幅减少了因理解差异导致的争议和臆测。基于上述优势，强烈鼓励在PCB设计文件中采用GD&T进行尺寸与公差标注。

图5-18 GD&T几何尺寸与公差工程图纸示例

如图5-18所示，GD&T工程图纸使用标准化的符号和标注框架（如基准符号、位置度、垂直度、同轴度等），精确表达零件各要素之间的几何关系。与传统双向公差相比，GD&T以功能为导向定义公差带，允许在不影响装配和功能的前提下获得更大的制造容差。图中展示了法兰盘零件的完整GD&T标注，包括基准A、B、C的建立，位置度公差框格，以及最大实体状态（MMC）修饰符的应用。PCB设计可借鉴此体系，对安装孔、连接器定位、板轮廓等关键要素进行精确控制。

图片来源：Harmony AT (harmony-at.com)

图5-19 GD&T位置度公差标注与实际含义

如图5-19所示，GD&T中的位置度（Position Tolerance）是PCB设计中最常用的公差类型之一，用于控制孔组或焊盘组相对于基准的位置精度。图纸标注"2×Ø20±0.5"配合位置度公差框格"⌀0.6Ⓜ A B C"，表示两个孔在最大实体状态下的位置度公差为0.6mm。实际含义是：每个孔的中心必须落在以理论正确位置为中心、直径为0.6mm的公差圆内；当孔径偏离最大实体尺寸时，可获得额外的公差补偿。这种标注方式比传统±公差更清晰地表达了功能要求，并赋予制造更大的灵活性。

图片来源：Fictiv (fictiv.com)

5.3.4.2 位置网格系统

位置网格系统是PCB设计中用于定位元件、孔位、连接器及其他要素的坐标框架。采用网格系统定位可以大幅简化尺寸标注工作——对于落在网格上的要素，无需在图纸上单独标注其坐标尺寸，只需在布设总图中说明网格增量即可。这一方法尤其适用于电子媒介传输的设计文件，因为CAD系统本身已包含精确的坐标信息。非网格要素（如特殊定位孔、安装孔、板外形特征等）则需在布设总图中单独标注尺寸和公差。网格系统本身无公差，它是理论精确的位置参考框架，而落在网格上的要素的实际位置公差需在布设总图中另行规定。为保证定位的唯一性和稳定性，网格系统至少需要两个基准进行定位。常用网格增量根据元件类型确定：通孔元件通常采用0.5mm的倍数（如2.54mm标准间距），表面安装元件则采用0.05mm的倍数（以适应更精细的封装尺寸）。

图5-20 PCB网格系统设计实例

如图5-20所示，PCB网格系统在布局软件中以可见或不可见的网格线形式存在，元件焊盘、过孔、连接器引脚等要素通常按网格交点放置。图中展示了一个连接器焊盘阵列的网格对齐情况，其中部分焊盘严格落在网格上（无需单独标注尺寸），而走线可根据电气需求偏离网格（属于非网格要素，需评估其对信号完整性的影响）。采用网格系统不仅简化了尺寸标注，还能确保元件排列整齐、布线规则有序，便于自动化贴装和检验。

图片来源：Electrical Engineering Stack Exchange (electronics.stackexchange.com)

5.3.4.3 基准要素

基准要素是PCB尺寸标注和检验的参照基础，是GD&T体系的核心组成部分。基准被定义为理论准确的点、轴或面，存在于三垂直基准框架内。在PCB设计中，基准用于定位印制板相对于基准框架的位置，从而建立所有其他要素的几何关系。多数情况下，三种基准（主基准、次基准、第三基准）均需参考，以完整约束板件的六个自由度。一般设计中，PCB的两面（顶面和底面）通常一起作为主基准面（Datum A），用于控制高度方向的要素；其余基准则通过非支撑孔（如定位孔、工具孔）建立。除孔要素外，蚀刻的图形要素或印制板边缘也可作为基准使用。基准的选择应取决于设计需要控制的关键要素，优先选择功能要素（如与连接器配合的板边、与外壳定位的孔），并确保基准与配合部件相关联。基准宜设置在板外形以内，以保证在整个制造过程中稳定可达。二级基准通常作为测量坐标系的零点，建议设置在板内便于测量的位置。对于高密度小型板件，若板内无足够空间设置基准，可将零-零原点设置在板外，并通过标记油墨明确二级基准的目视方向。

图5-21 PCB基准点（Fiducial Mark）设计

如图5-21所示，基准点（Fiducial Mark）是PCB上用于光学定位的基准要素，通常由裸铜圆盘（Target Circle）和阻焊开窗（Solder Mask Opening）组成。图中左侧展示了基准点在板上的典型位置（板角、板边及连接器附近），右侧展示了基准点的实物照片。基准点分为全局基准点（Global Fiducial，用于整板定位）和局部基准点（Local Fiducial，用于细间距元件如BGA的局部定位）。在GD&T体系中，基准点可作为 Datum B 或 Datum C 的物理实现，为SMT贴装、AOI检测和ICT测试提供统一的光学坐标参考。

图片来源：Hackaday.io (Erick MV)

图5-22 PCB全局基准点与局部基准点分布

如图5-22所示，PCB基准点系统通常包含三个全局基准点（Global Fiducial，位于板角，构成主定位框架）和若干局部基准点（Local Fiducial，位于大型细间距元件如QFP、BGA附近）。全局基准点用于建立整板的坐标系（通常对应Datum B和Datum C），局部基准点用于辅助局部精密定位。设计时，基准点应远离板边切割线和V-cut线，避免分板过程中被破坏；同时基准点周围应保留足够的无阻焊区域，确保光学识别系统能够清晰成像。

图片来源：GlobalWellPCBA (globalwellpcba.com)

5.3.4.4 非电子格式标注

非电子格式标注是指以纸质图纸或PDF等非可编辑格式传递的PCB设计信息，其标注方式与电子媒介有所不同。对于镀覆孔图形，应以孔对基本网格的公差为基本尺寸进行标注，具体的孔位公差规定在钻孔表或布设总图中。非支撑孔（如定位孔、安装孔）在具有重要功能时需清晰标注其尺寸和公差，两个这类孔可分别标注为二级和三级基准要素。导电图形的标注通常只需规定最小环宽，一般无需单独参照基准；但对于高精度要求的区域（如BGA焊盘、连接器金手指），需在布设总图中标注要素的位置公差。对准标志（如光学对位点）需给出相对于组装定位的公差，另一种方法是给导线中心线标注尺寸，并在关键区域进行重点标注。印制板轮廓的标注要求至少一个参照基准，采用三基准加最大实体状态公差可获得最大的公差包容范围，这一方法在大规模生产中特别有用，因为它允许使用固定量具进行快速检验。阻焊涂层的定位可通过最小焊盘间隙或标靶进行，其位置公差需像导电图形一样明确规定。

5.3.4.5 拼板化基准要素

拼板（Panelization）是提高PCB制造和组装效率的常用方法，将多块小板排列在一个大板上进行统一加工。拼板化基准要素的设计需要建立两个层次的基准系统：拼板/阵列级别的基准和拼板上每块单独板的基准。拼板基准用于整个大板的定位、加工和检验，通常设置在拼板工艺边或角部；单独板基准用于单板的功能定位、元件贴装和测试。设计时必须将单独板基准与拼板基准建立明确的几何关联，通常通过标注相对尺寸或建立派生基准关系来实现。这种双层基准体系确保了从拼板加工到单板分板的全流程中，各要素的位置精度始终处于受控状态。拼板基准的选择还需考虑分板工艺（如V-cut、铣槽、邮票孔）对基准完整性的影响，避免分板后单板的基准被破坏或无法使用。

图5-23 PCB拼板阵列实物

如图5-23所示，拼板阵列是将多块相同或不同的小PCB排列在一个标准尺寸的大板上进行统一加工和组装。图中展示了多块圆形PCB以阵列形式排列在绿色工艺板上，板间通过连接筋（Tab）或V-cut槽连接。拼板设计需在大板四角设置拼板级基准点（Panel Fiducial），用于整个大板的SMT贴装和AOI检测定位；每块单板也需保留自身的基准点（Board Fiducial），用于分板后的测试和检验。拼板化不仅提高了基材利用率和生产效率，还便于自动化组装和测试。

图片来源：Sierra Circuits / ProtoExpress (protoexpress.com)

图5-24 PCB拼板设计布局与尺寸标注

如图5-24所示，拼板设计布局图详细标注了单板在拼板中的排列方式、间距、工艺边宽度及基准点位置。图中展示了2×4阵列的拼板布局，每块单板周围留有10mm的工艺边，拼板总尺寸为296mm×150mm。拼板基准点（Panel Fiducial）设置在拼板左下角，单板基准点（Board Fiducial）设置在各单板的对应角部，两者之间通过链式尺寸建立明确的几何关联。这种布局不仅便于SMT设备的自动识别和定位，也为分板后的单板测试提供了统一的坐标参考。

图片来源：PCB Power (pcbpower.us)

表5-9 GD&T与双向公差对比

如表5-9所示，GD&T相比传统双向公差在公差范围、功能表达、可制造性等方面均具有明显优势。该表从多个维度对比了两种公差标注方法，论证了在PCB设计中推广GD&T的必要性和可行性。

表5-10 位置网格系统规则

如表5-10所示，位置网格系统的有效应用需要遵循定位规则、公差标注和基准设定等多项规范。该表系统梳理了网格系统的使用要点，帮助设计人员正确建立和应用网格定位框架，提高设计效率和标注清晰度。

表5-11 基准要素设定规则

如表5-11所示，基准要素的设定是PCB尺寸控制的基础。该表从基准定义、使用规则、选择原则和特殊处理四个方面，系统阐述了基准要素的设定方法，确保设计、制造和检验环节对基准的理解一致。

表5-12 非电子格式标注要求

如表5-12所示，非电子格式标注涵盖了镀覆孔、非支撑孔、导电图形、板轮廓和阻焊涂层等多个要素。该表明确了各类要素的标注重点和方法，确保在纸质媒介传递时，设计信息完整、准确、无歧义。

表5-13 拼板化基准要素要求

如表5-13所示，拼板化基准要素需要建立拼板级和单板级两个基准体系。该表明确了两个层次基准的功能、设置位置及关联方法，确保拼板加工和单板分板后的定位精度一致。

本章小结：本章系统阐述了PCB机械物理特性的设计准则与控制方法，涵盖制作事项、产品构造、组装件要求三大主题。从孔径焊盘比、板厚、厚径比等基础工艺参数，到弓曲扭曲控制、振动设计、零件支撑等结构可靠性要素，再到GD&T、网格系统、基准要素等尺寸标注体系，形成了从设计到制造全链条的机械设计指导框架。遵循这些准则，可有效提升PCB的可制造性、可装配性和长期可靠性。