PCB外形边框如何定义最合规，避免加工瑕疵？

PCB 外形边框并非简单的 “画个框”，其核心作用体现在三个维度：

• 制造基准：为 PCB 工厂的切割设备（如 CNC 铣刀、激光切割机）提供精确的路径依据，确保实际尺寸与设计一致（公差通常要求 ±0.1mm）。例如，某传感器板因边框偏差 0.2mm，导致与外壳装配时出现缝隙，影响防护等级。

• 设计约束边界：通过 “禁止区域” 定义，防止元件、走线或过孔靠近板边（避免加工时损坏）。边框内侧的 “安全区” 能有效减少边缘毛刺导致的短路风险，尤其对高密度 PCB 至关重要。

• 辅助加工指引：边框图层可包含定位孔、基准点、拼板连接位等信息，指导工厂完成拼板拆分、夹具定位等工序。例如，SMT 产线的定位孔（直径 1.5mm±0.05mm）需在边框图层明确标注，否则会导致贴装偏移。

边框设计的错误往往在加工阶段才暴露，常见问题及后果如下：

• 无边框或边框不闭合：未定义边框或边框线条存在缺口，工厂需人工判断板形，可能导致尺寸错误。某批开发板因边框未闭合，工厂按最小外接矩形切割，比设计大了 5mm，无法装入外壳。

• 多图层重复定义边框：在 Mechanical 1、Keep Out Layer 等多个图层同时画边框，且尺寸不一致，工厂可能按错误图层加工。某工业板因顶层丝印层和 Mechanical 层边框不同，导致 30% 产品按丝印层切割（偏小）。

• 元件 / 走线靠近边缘：元件边缘到板边距离＜0.5mm，加工时铣刀振动可能导致元件脱落；信号线靠近板边（＜0.3mm）易因边缘毛刺短路。某消费电子板因 LED 离板边仅 0.2mm，切割后 15% 的 LED 引脚与边缘铜箔短路。

• 边框线条过细或含圆弧错误：线条宽度＜0.2mm 可能被工厂 CAM 软件忽略；非 90° 圆弧的半径＜1mm 时，CNC 铣刀无法精确加工（产生锯齿边缘）。

不同设计软件的推荐图层不同，但核心原则是 “单一图层、清晰唯一”：

操作要点：

• 边框线条宽度设置为 0.2-0.3mm（确保在 Gerber 中清晰可见）；

• 优先用直线和标准圆弧（半径≥1mm），避免复杂曲线（增加加工难度）；

• 边框必须闭合（起点与终点重合），且无交叉或重叠线条。

• 定位孔：在板边角落设置 2-4 个定位孔（直径 1.0-3.0mm，无铜），孔中心到板边距离≥2mm，孔间距≥20mm（便于夹具定位）。例如，100mm×80mm 的 PCB 可在对角设置两个 φ1.5mm 定位孔。

• 基准点（Fiducial Mark）：在边框附近设置 3 个（呈三角形）裸铜基准点（直径 1.0mm±0.1mm，周围 3mm 无铜），供 SMT 视觉系统定位，提升贴装精度（±0.05mm）。

• 加工标识：在边框图层标注切割方向（如 “THIS SIDE UP”）、材料厚度（如 “1.6mm PCB”）或特殊要求（如 “激光切割”），避免工厂误用工艺。

多板拼板时，边框设计需兼顾加工效率与拆分质量：

• 拼板连接位设计：

• V-Cut 连接：适用于直线边缘，连接宽度 0.5-1mm，深度为板厚的 1/3-1/2（如 1.6mm 板厚切 0.6mm），拆分后边缘平整。

• 邮票孔连接：适用于异形板，在拼板边缘设置直径 0.5mm 的孔阵（孔间距 1mm），孔中心到板边 0.25mm，拆分后需去除毛刺。

• 拼板边框统一性：同一拼板内的子板边框需一致，且拼板外框到子板的距离≥5mm（预留 CNC 刀具路径）。例如，4 拼板的外框尺寸需比子板阵列大 10mm（每边 5mm）。

• 禁止跨拼板元件：元件不得跨越子板边界，否则拆分时会损坏器件。某批电源模块因电容跨拼板放置，拆分后 20% 的电容引脚断裂。

为平衡加工可行性与设计密度，工厂通常要求以下留空值：

注：以上数值基于 1.6mm 标准板厚，厚板（≥2.0mm）需适当加大留空值。

Gerber 文件是工厂加工的直接依据，边框输出需严格执行以下步骤：

1. 图层单独输出：将边框所在图层（如 Mechanical 1）单独导出为一个 Gerber 文件（扩展名 .gbr），文件名明确标注 “Outline” 或 “Profile”。

2. 检查线条连续性：用 CAM 软件（如 CAM350）打开 Gerber 文件，确认边框线条闭合无缺口，线条宽度≥0.2mm（无断点或变细）。

3. 尺寸测量验证：用软件测量边框关键尺寸（如长、宽、圆弧半径），与设计值对比，误差需＜0.05mm。

4. 叠加检查：将边框 Gerber 与顶层 / 底层 Gerber 叠加，确认所有元件、走线均在边框内侧安全区内，无超限元素。

5. 附带说明文件：在交付文件中添加 “边框说明.txt”，注明切割方式（CNC / 激光）、公差要求、特殊加工区域等，避免工厂误判。

• 软件 DRC 检查：在 PCB 设计软件中设置 “板边距离规则”（如 “Copper to Board Edge Clearance=0.5mm”），执行 DRC 后查看违规项。

• 3D 预览验证：用软件的 3D 视图旋转观察，确认元件无超出边框，定位孔与板边距离符合要求。

• 1:1 打印核对：将边框图层按 1:1 比例打印，用卡尺测量实际尺寸，或覆盖在外壳 / 夹具实物上，检查装配可行性。

• 混淆 Keep Out Layer 与 Mechanical Layer：Keep Out Layer 是设计约束层（不直接用于加工），Mechanical Layer 才是工厂依据的物理边框，两者需同步但功能不同。

• 忽略加工公差：设计时未考虑工厂切割公差（通常 ±0.1mm），导致与外壳配合过紧或过松。建议边框尺寸比外壳内腔小 0.2-0.3mm（单边 0.1-0.15mm）。

• 过度复杂的边框形状：大量使用小半径圆弧（＜1mm）或锐角（＜30°），会增加 CNC 加工时间（成本上升 20%）且边缘质量差。

PCB 外形边框的定义需遵循 “单一图层、闭合连续、尺寸精准、留空充足” 十六字原则，核心目标是让工厂 “无需猜测即可准确加工”。

合规的边框设计能带来三重收益：

1. 降低加工瑕疵：将尺寸偏差、边缘毛刺等问题控制在 0.1% 以内；

2. 减少沟通成本：清晰的边框定义可省去与工厂的反复确认，缩短生产周期；

3. 避免额外费用：因边框问题导致的返工成本通常是正常加工费的 3-5 倍，规范设计可完全规避。

记住，边框是 PCB 与制造环节的 “第一接口”，其清晰度直接反映设计的专业度 —— 一个连边框都定义模糊的设计，很难期望工厂做出高精度的产品。