PCBブログ - SMT環境におけるPCBボード設計技術について

1.はじめに

SMTプロセスは、はんだとはんだペーストとを使用して、部品と材料との間の機械的および電気的接続を形成する PCBボードだ。主な利点は小さい、 軽量と良い相互接続だ。高周波回路は良好な性能と寄生インピーダンスを有する。大幅に削減良い衝撃と振動抵抗がある。SMTプロセスの使用、リード線は回路基板を貫通する必要はない。リード線によって受信または放射される信号の発生を避けることができる。これにより、回路の信号対雑音比を改善する。SMTプロセスの性能評価には、まず第一に、はんだ接合部を正しく形成する前提は、上のコンポーネントのパッドサイズだ。PCBボードは合理的に設計されなければならない。第二に、コンポーネントの密度は、その間、合理的に配置されるべきだ。PCBボード レイアウトはテストポイントの要件を満たす。回路基板設計時、これはDFM（製造のための設計）を介して行われる。dfmはコンカレントエンジニアリング（ce）の主要技術の重要な部分である。プロダクトデザインから始まる製造性と検出性を考慮する。設計から製造成功への回路基板設計のための効果的ツールだ。

2. PCBボード板材選択

プリント基板には有機基板材料と無機基板材料の2種類があり、有機基板材料が主流である。使用されるPCB基板基板は、異なる層に対しても異なっている。例えば、プレハブ化された複合材料は3層〜4層のボードに使用され、ガラスエポキシ材料は、主に両面板に使用される。無鉛電子組立工程では、温度上昇により、プリント基板の曲げ度が高くなる。したがって、SMTにおいては、FR−4や他の種類の基板等の曲率の小さい基板を用いる必要がある。基板を加熱した後の伸縮応力の影響により、電極が剥がれて信頼性が低下する。従って、材料の選択係数は、特に3.2〜1 . 6 mm以上の場合に注目すべきである。表面実装技術で使用されるPCBボードは、高い熱伝導性、優れた耐熱性（150 mA）、60 min）、はんだ付け性（260℃、10 s）、高い銅箔接着強度（1.5・1.5×104 Pa以上）、曲げ強度（25℃、104 Pa）、高い電気伝導率、低誘電率、良好なパンチ能力（精度≒±0.02 mm）、及び洗浄剤との適合性が要求される。また、外観は滑らかで平坦であることが要求され、反り、亀裂、傷、錆は現れない。プリント基板の厚さは、0.5 mm、0.7 mm、0.8 mm、1 mm、1.5 mm、1.6 mm、（1.8 mm）、2.7 mm、3.0 mm、4.0 mm、6.4 mmであり、厚さ0.5 mm、1.5 mm、厚さ0.5 mm、1.5 mmの基板を金の指を用いた両面基板の設計に使用し、1.8 mm、3.0 mmは非標準サイズである。生産の観点からは、プリント回路基板の大きさは、250 mm≒200 mm以下ではなく、理想的な大きさは、一般的に（250〜350 mm）のものである。パズルを使用します。表面組立技術は，上部反り突起角0 . 5 mmとして厚さ1.6 mmの基板の曲げ量と，下側反り角φ1 mm 2 mmとを規定している。通常、許容曲げ率は0.065 %以下である。

3.PCBボードバイアホール及びコンポーネントレイアウト

3.1レイアウト経由で

1）表面実装パッドの0.6 mm以内にビアを配置しない。

2）外部ピン（チップ抵抗コンデンサ、調整可能なポテンショメータ、コンデンサ等）のないパッドは、パッド間に貫通孔を有することができない（すなわち、スルーホールは部品の下に開かれない。はんだ膜のブロッキングは除外される）、クリーニングの品質を保証する。

3）テスト支援用ビアホールとして、レイアウトを設計する際に、自動オンライン試験中に異なる直径のプローブの間隔を十分に考慮する必要がある。

4）貫通孔径と部品リードとの嵌合ギャップが大きくなりすぎて半田付けが容易である。一般に、貫通孔径は、リード径よりも0.05〜0.2 mm大きいが、貫通孔径が2.5〜3倍である場合には、適度な半田接合が容易である。

5）ビアとパッドははんだ損や熱絶縁を避けるために接続できない。ビアホールがパッドに接続されている必要がある場合は、可能な限り細いワイヤ（パッドの幅の1 / 2以下、0.3 mm～0.4 mm）で相互接続する必要があり、パッドのバイアホールとエッジ間の距離は1 mmより大きい。

3.2コンポーネントレイアウト

リフロー半田付け工程を行う場合は、部品の配置方向に以下の点を留意する必要がある。

1）ボード上の部品の分布は、均一である（均一な熱及び空間）。

2）溶接の不良現象を低減するため、部品をできるだけ同一方向に配置すること。

3）部品間の間隔は、不十分な温度補償を避けるために0.5 mmより大きくなければならない。

4）plcc，soic，qfp，その他の大型デバイスのメンテナンス及びテストスペースがある。

5）電力部品は集中してはならず、PCB基板の端部又は通気性及び放熱性の良い場所に個別に配置すること。

6）エッジ，コーナー，または近くのプラグイン，取付穴，スロット，パネルカット，及び隙間や亀裂を減少させるためにpcbの隙間などの高応力集中領域において重要な構成要素を配置しない。

3.3コンポーネント指向

ウェーブ半田付け工程を行う場合は、部品の配置方向に以下の点を留意する必要がある。

1）すべての受動部品は互いに平行でなければならない。

2）SOICと受動部品の長軸は互いに垂直でなければならない。

3）受動部品の長軸は、ウエーブはんだ付け装置のコンベアベルトに沿った基板の移動方向に垂直でなければならない。

4）分極面実装部品は可能な限り同一方向に配置すること。

5）soic，tin盗みパッド、パッド面積追加などの多ピン部品をはんだ付けするのを防止するため、はんだ流れ方向に2つのはんだ足にセットする必要がある。

6）同様のタイプの部品を基板上に同一方向に配置し、部品配置、検査、はんだ付けを容易にする。

7）別の組立工程を用いる場合、部品ピンや重量のリフローはんだ付けやウェーブはんだ付け工程への適合性を考慮し、部品の落下やはんだ付けを防止する。

4.PCB回路及びパッド設計

4.1回路プロセス設計のための要件

1）プリント基板工程のクランプエッジは5 mmである。

2）パッドとワイヤをある角度で接続しないようにし、部品のパッドにワイヤを垂直にし、パッドの長辺の中央からパッドに接続する。

3）電荷容量や加工限界などの要因によって制限されない限り、配線がパッドに接続される幅を小さくするには、幅は0.4 mmであり、パッドの幅は半分である。一つは、熱放散が速すぎないようにするためであり、もう一方は、はんだマスクが十分不正確であるのを防止し、半田を流動させ、はんだ付けをしないようにするためである。

4）プリント配線板の配線構造：線幅と0.6 mmの間隔を有する通常のエッチング技術によるトレース線幅と0.3 mmの間隔をもつ細い線エッチング技術によって作られる。薄い跡：線幅0.3 mm、0.15 mmピッチの超微細トレースだ。

5）別の組立方法には異なる配線要件がある。挿入方法のリード幅は0.2 mm以上であり、実装方法のリード幅は0.1〜0.2 mmであり、ファインピッチアセンブリリードの幅は0.05〜0.1 mmである。

6）配線間（特に微細ピッチピン装置）はパッド間で可能な限り回避すべきである。隣接するパッドを通過するいかなる相互接続線も、はんだマスクで遮蔽されなければならない。

7）多ピン部品（例えばS 0 IC、QFP等）では、ピンパッド間のショート接続を通さない。溶接後は、ずれを起こしたり架橋したりしないように分離が可能だ。

8 )未実装チップ(ベアチップ)を用いてPCB基板を設計する際には、ベアチップの四角形パッドを浮遊させる代わりに接地する。また、信頼性の高い接合を確保するためには、パッドを金で均一にメッキしなければならない。トライオードやチップなどの方向成分に対しては、配線時に極性に注意を払う。

4.2回路電気設計要件

1）ピン間隔内のワイヤ通過の原理：低密度は、2.54 mmピン中心距離内を通るために線直径0.23 mmの2本のワイヤを必要とする。中間の密度は、それが0.15 mmのワイヤーである1.27 mmのピン中心距離以内に通るワイヤー直径を必要とする。高密度は、1.27 mmのピン中心距離の範囲で、2～3本の細いワイヤーを必要とする。

2）プリント基板ラインの幅は、インピーダンス整合に寄与するように、できるだけ一貫しているべきである。プリント基板の製造工程では、幅は0.3 mm、0.2 mm、0.1 mmとすることができるが、ラインが薄くなり、間隔が小さくなるので、製造工程中に制御するのが困難である。特に特別な要求がない限り、0.3 mmの線幅と0.3 mmの線間隔の配線原理を用いるのが一般的である。

3）短い信号線をとる場合、特に小信号回路では線路が短く、抵抗が小さく干渉が少なく、結合線路の長さはできるだけ短くする。

4）多層基板の配線方向：電源層、グランド層及び信号層により、電源とグランドと信号との干渉を低減する。また、プリント基板の隣接する2層のラインの著作権法は、平行な線ではなく対角線と曲線に従う必要があり、基板間の結合と干渉を低減する必要がある。

5）電力線と接地線の設計原理：干渉面積を減らすためには，配線面積が大きいほど良い。高周波信号線のために、接地線をシールドに使用してください。大面積電源層と接地層は隣接していなければならず、その機能は、電源とグランドとの間にコンデンサを形成し、フィルタリングの役割を果たすことである。

4.3パッドデザイン

パッドのサイズはsmt製品の製造性と寿命に大きく影響し、pcb回路設計の非常に重要な部分である。重要な役割を果たした。コンポーネントの生産要件は異なる。パッドの設計は、回路の信頼性を確保し、プロセス欠陥（墓石やスキューなど）を防止するため、部品の仕様に従って製造されるべきであり、SMTの優位性を示している。特定の設計において、それはまた、特定の製品の組立密度、異なるプロセス、異なる装置および特別なコンポーネントの必要条件に従って設計されなければならない。現在、表面実装部品の統一規格はない。異なる国と異なるメーカーは、異なる形と構成要素のパッケージを持っている。したがって、パッドのサイズを設計するときは、パッケージの形状と選択したコンポーネントのピンと一致する必要がある。パッドの長さと幅を決定する。一般的に使用されるコンポーネントパッドの設計は、IPC - SM - 782、IPC - 7095、IPC - 7525、IEC - TC 52 WG 6、JIS C - 5010および電子工業プロセス標準のコンパイルのようないくつかの規格を参照することができる。

パッドを設計する際には、次の点を追記してください。

1）対称的に使用されるパッドに対して同じ装置については、全体の対称性を厳密に設計する必要がある。すなわち、パッドパターンの形状及びサイズは厳密に同じであるべきである。

2）同じデバイスについては、設計結果の広い範囲を保証するためにパッドサイズを計算するためにパッケージサイズと値パラメータを採用する。

3）パッドを設計する際，はんだ接合部の信頼性は主として幅よりむしろ長さに依存する。

4）パッドの設計は適切でなければならない。もしそれが大きすぎると、はんだが大きくなり、結果として半田接合が薄くなる。小さすぎると、溶融銅へのパッド銅箔の表面張力が小さすぎる。銅箔の表面張力が溶融下の溶融はんだの表面張力よりも小さい場合、形成されたはんだ接合部は非ぬれ継手である。

5）パッドがグランド（電源、電源等）の大きな領域に接続されている場合は、一般に幅0.2〜0.4、長さ0.6 mmの細いワイヤによって熱的に絶縁される。

6）ウエーブはんだ付けにおけるパッドの設計は、一般にグルーブで固定されているため、リフローはんだ付けに比べてパッドの設計が大きく、パッドはやや大きく、部品の変位や直立性を損なうことはなく、「はんだ付けのシェーディング効果」を低減できる。"

4.4矩形成分のパッド幅C（L≒W）と、はんだ付け端の幅Wとの関係は、C＝W≒（0.7×1／2）1.3 mmである。0805の下のRCコンポーネントのために、C0805より上のRCコンポーネントのために、C = W + 0.1 ~ 0.25 mm。長さは約0.9 mmであり、パッド間隔はa＝−0.7 mmである。

厚みは大きく変化する。例えば、抵抗器はコンデンサのそれの約半分である。パッド設計に注意しなければならない。特に小型rc部品では端子側の良好なぬれ溶接を考慮する必要がある。さらに、Yuanyuan 2端子チップ部品の最終溶接面積の上下は完全に一致しない。信頼性の高い溶接では，端部浸漬溶接も必要である。したがって、パッドは、部品のパッドよりも大きくする必要がある。

4.5本の円筒状要素

MELF部品パッドパターン設計式：パッドの幅は、C＝Dの目盛り（0.7〜1／2）1.0 mm（mm＝1）、長さS＝Lmax−（Lmin−2 i）、約1 mm、2つのパッド間の距離は、A＝Lmax−2 S＝Lmin−2 i、約L−1 mmである。（理想的な設計はコンポーネントの許容範囲を考慮し、配置誤差を考慮するだけである）。特定の生産中に、コンポーネントの配置エラーを考慮すると、サイズはわずかに拡大されるべきである。リフローはんだ付けの間、幅は0.05～0.1 mm増加し、長さは0.2～0.3 mm増加するウエルドはんだ付けの間、幅は0.1 mm増加し、その長さは0.2～0.6 mm増加する。加えて、リフロー半田付けプロセスの間、部品はリフロー半田付けプロセス中に配置できるようにパッド設計にギャップを開くことが望ましい。ノッチ深さ寸法f＝（LMAX−A）／2、ノッチ深さEは0.3 mm（例えば、1／8 W抵抗器のような小さな構成要素に対して）、0.4 mm（1／4 W抵抗器のようなより大きなサイズの部品の場合）である。一般的なパッド（メッキ層およびはんだマスク層を含む）の銅層の厚さは0.2 mmを超えないので、ギャップEはあまり大きくならない。

4.6 SOP（翼リード）、QFPパッケージ装置

このタイプのデバイスのパッド設計のための標準的な計算式はありません。パッドの幅Cは、はんだ端（またはピン）の幅（一般的にはC＝W＋0.1 mm）に等しい（または少し大きい／小さい）べきである。パッドの長さは通常2.0×±0.5 mmであり、一般的にB＝T＋B 1＋B 2であり、B 1＝0.45の1／2インチ0.6 mmであり、はんだが溶融したときに良好なメニスカス形状を有するはんだ接合に有益であり、また、はんだ付けを効果的に回避することができる。ブリッジ欠陥を有し、部品の配置ずれを考慮することが適切であるB 2＝0.25～1.5 mmは、メニスカスプロファイルを有する半田接合が形成できることを主に保証するために（SOIC、QFPおよびその他のデバイスはSOICおよびQFPデバイスのために考慮すべきである）、パッドの長さはB＝T＋（0.6～0.8）mmであり、パッドの中心間の距離はチップ自体のそれと等しい。そして、パッド間のギャップは、リード線間のギャップ（またはわずかに小さい）に等しい。SO間隔及びSOJのようなICチップは、1.27 mm以上のピン間隔で、パッド幅はC≒1.2 Wであり、ピン間隔は0.65〜1.27の間であり、パッド幅はC≒0.75 mmである。0.65 mmピンピッチを含む0.65 mmまでのICチップでは、パッド幅はピン幅に等しくなければならない。QFPパッドの幅はピンの幅に等しくなければならない。ファインピッチQFPにおいては、2つのパッドの間を通過するリードがある場合など、パッド幅を適切に低減することがある。パッド長B＝L＋（0.6〜1.0）mm、パッド間隔A＝F 1／1×0.25 mm。

同時に、より長いパッドは、はんだペーストとパッドとの間の表面張力を増加させ、半田ペーストの剥離を促進し、はんだペースト印刷プロセスに便宜をもたらす。また、パッド上のリードの前後に干渉領域が存在し、ポスト半田ブリッジの危険性を低減するために過剰なはんだストックに対して非常に有益であることが証明されている。

4.7トランジスタ( SOT )

パッド幅Cと部品リード幅Wとの間の関係は以下の通りであるパッド長=コンポーネントリード長+ B 1 + B 2、B 1 = B 2 = 0.3～0.5 mmパッド間隔は、少なくとも0.35 mmだけ各パッドの四辺を延長することに基づいて、リード中心距離と等しくなるよう保証される。

4.8 SOJ , PLCCデバイス( Jピン)

パッド設計原理：（0.5 0.5立方センチメートル0.8 mm）外方（1.85≒1 / 2 2.2.15 mm）ピンの中心はパッドパターンの内側の1／3とパッドの中央との間にあるSOJ用の2列のパッドの間隔は通常4.9 mmである。

4.9 BGAパッド設計とダミーパッド

BGAパッドの形状は円形であり、直径ははんだボールの直径の80 %である。メトリックサイズは、コンポーネントがメトリックシステムで生成されるため、デザインで使用され、インチシステム内のデザインは、配置のずれを引き起こすでしょう。アセンブリプロセス要因を考慮すると、2つの端子チップコンポーネントの下にダミーパッドが設計されることがある。溶接に用いられるものではなく、ウェーブはんだ付け用として用いられている。接着剤が成分に付着するのを容易にするので、接着剤の表面が低すぎるので、成分が付着しない。

基準マーク生産要件

1）データマークの一般的に使用される図形は、正方形、円、三角形とクロスだ。基準マークの直径は0.5 mm、3 mmである。一般的に、板の対角線上に1 mmの直径の2〜3個の固体円を基準マークとして配置する。パズルである場合は、各パズルは、データマークで設計する必要がある。

2）同一ボード上の標識の大きさが同一で、かつ、その変更が二十五キロメートルを超えることはない。

3）基準点は裸の銅、ニッケルめっき、tinめっき、はんだめっき（hasl，厚さ7〜10，1，1，4 m）であった。コーティングの厚さは、5〜10×1／4 m、25×1／4 m以下であり、基準点の表面平坦度は、15×1／4 m以内であること。

4）データポイントはプリント基板の縁から少なくとも5 mm離れていなければならない。不規則な形の板のために、更なる5 mmの端は加えられなければならない。基板及び部品の対角線上に配置され、基準点マークの周囲には他の回路機能はなく、開口面積の大きさはマークの直径に等しい。

5) V溝の深さは1で制御される/6から1/板の厚さの8, そして、長さは1/側の3だ。For PCBボード ウェーブはんだ付けなしで、ダブルボードの前面と背面は半分で使用することができる。そして、両側のパターンは、装置使用を改善するために、同様に配置されることができる。

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