PCB部落格 - SMT環境下PCB板的詳細設計科技

1引言

表面貼裝工藝使用焊料或錫膏在元件和基板之間形成機械和電力連接 PCB電路板. 它的主要優點是體積小, 重量輕, 互連性好； 高頻電路具有良好的效能和寄生阻抗. 顯著减少； 良好的抗衝擊和振動效能. 使用表面貼裝工藝時, 導線不需要穿過電路板, 這可以避免導線接收或輻射訊號的產生, 從而提高了電路的信噪比. 評估SMT工藝的效能, 首先, 焊點應正確形成； 正確成型的前提是 PCB板 必須合理設計； 其次, 在試驗過程中，應合理安排部件的密度 PCB板 佈局. , 滿足測試點的要求. 進行電路板設計時, it is done through DFM (Design for Manufacturability). DFM is an important part of the key technology of concurrent engineering (CE). 從產品設計開始, 考慮可製造性和可檢測性, 是電路板設計從設計到製造成功的有效工具.

2. PCB板 材料 selection

印刷電路板基板主要有兩種類型：有機基板資料和無機基板資料，並且大多使用有機基板資料。 不同層使用的PCB板基板也不同。 例如，預製複合材料用於3至4層板，玻璃環氧資料主要用於雙面板。 在無鉛電子組裝過程中，由於溫度升高，印刷電路板受熱時的彎曲度新增。 囙此，在SMT中，需要使用曲率較小的板，例如FR-4和其他類型的基板。 由於基板加熱後組件上的膨脹和收縮應力的影響，電極會剝落，可靠性會降低。 囙此，在選擇資料時應注意資料膨脹係數，尤其是當構件大於3.2—1.6毫米時。 表面組裝技術中使用的PCB板需要高導熱性、優异的耐熱性（150ƒƒ，60min）和可焊性（260ƒƒƒ，10s）、高銅箔粘附强度（高於1.5—104Pa）和彎曲強度（25—104Pa）、高導電性和小介電常數、良好的沖壓能力（精度±0.02毫米）以及與清潔劑的相容性， 此外，外觀要求光滑平整，不出現翹曲、裂紋、疤痕和鏽斑。 印刷電路板的厚度為0.5毫米、0.7毫米、0.8mm、1毫米、1.5毫米、1.6毫米、（1.8mm）、2.7毫米、（3.0毫米）、3.2毫米、4.0mm、6.4毫米，其中0.7mm和1.5 mm厚的PCB板用於設計帶金指的雙面板，1.8mm和3.0mm為非標準尺寸。 從生產角度來看，印刷電路板的尺寸不應小於250—200mm，理想尺寸一般為（250～350mm）—（200—250mm）。 使用拼圖。 表面組裝技術將厚度為1.6mm的基板的彎曲量指定為上翹曲–0.5毫米，下翹曲–1.2mm。 通常，允許彎曲率低於0.065%。

3.PCB板通孔和組件佈局

3.1通孔佈局

1）避免將過孔放置在表面安裝焊盤的0.6mm範圍內。

2）沒有外部引脚的元件焊盤（如片式電阻電容器、可調電位器、電容器等）之間不允許有通孔（即，元件下方沒有通孔；可以排除阻焊膜），以確保清潔質量。

3）作為測試支架的通孔，在設計佈局時，需要在自動線上測試期間充分考慮不同直徑探針的間距。

4）通孔直徑與元件引線的配合間隙過大，容易焊接。 通常，通孔直徑比引線直徑大0.05-0.2mm，當焊盤直徑為通孔直徑的2.5-3倍時，很容易形成合格的焊點。

5）不能連接過孔和焊盤以避免焊料損失或熱隔離。 如果需要將通孔連接到焊盤上，應盡可能用細導線（小於焊盤寬度的1/2或0.3mm～0.4mm）互連，通孔與焊盤邊緣的距離大於1mm。

3.2部件佈局

在執行回流焊接過程時，在部件的排列方向上應注意以下幾點：

1）板上組件的分佈應盡可能均勻（熱量和空間均勻）；

2）部件應盡可能沿同一方向佈置，以减少焊接不良的現象；

3）組件之間的間距應大於0.5mm，以避免溫度補償不足；

4）PLCC、SOIC、QFP和其他大型設備周圍應該有一些維護和測試空間；

5）功率元件不應集中，應單獨佈置在PCB板邊緣或通風散熱良好的位置；

6）請勿將貴重部件放置在高應力集中區域，如邊緣、角落或挿件、安裝孔、插槽、面板切口和PCB間隙附近，以减少裂紋或裂縫。

3.3組件方向

在執行波峰焊接過程時，在部件的排列方向上應注意以下幾點：

1）所有無源元件應相互平行；

2）SOIC和無源元件的長軸應相互垂直；

3）無源元件的長軸應垂直於板沿波峰焊機傳送帶的移動方向；

4）極化表面貼裝組件應盡可能放置在同一方向；

5）在焊接SOIC等多引脚元件時，應在焊料流動方向的兩個焊脚處設定偷錫焊盤或焊盤面積添加，以防止橋接；

6）類似類型的元件應沿同一方向佈置在板上，以便於元件放置、檢查和焊接；

7）當使用不同的裝配工藝時，應考慮組件引脚和重量對回流焊或波峰焊工藝的適應性，以防止零件掉落或焊接。 四邊固定裝置。

4、PCB電路及焊盤設計

4.1電路工藝設計要求

1）印刷電路板工藝的夾緊邊緣為5mm。

2）避免以一定角度將導線與焊盤連接，並儘量使導線垂直於部件的焊盤，導線應從焊盤長邊的中心連接到焊盤。

3）减小導線與焊盤連接的寬度，除非受到充電容量、處理限制等因素的限制，否則寬度為0.4mm或焊盤寬度的一半（以較小者為准）。 一個是防止散熱過快，另一個是防止阻焊板不够準確，導致焊料流動並形成不良焊接。

4）印刷電路板導線結構：採用普通蝕刻科技製作的痕迹，線寬和間距為0.6mm； 採用細線蝕刻科技製作的薄痕迹，線寬和間距為0.3mm； 線寬0.3mm，間距為0.15mm的超細痕迹。

5）不同的裝配方法有不同的接線要求。 插入方法的引線寬度大於0.2mm，安裝方法的引線寬度為0.1至0.2mm，細間距組裝引線的寬度為0.05至0.1mm。

6）應盡可能避免其焊盤之間的互連線（尤其是細間距引脚裝置）。 任何穿過相鄰焊盤的互連線必須用阻焊板遮罩。

7）對於多引脚組件（如S0IC、QFP等），引腳墊之間的短連接不允許通過。 可以排除分離），以免在焊接後引起位移或誤認為橋接。

8）當使用未封裝晶片（裸晶片）設計PCB板時，裸晶片的方形焊盤應接地，而不是浮動； 此外，為了確保可靠的粘接，焊盤必須均勻鍍金。 對於定向元件，如3極管、晶片等，佈線時應注意其極性。

4.2電路電力設計要求

1）導線在引脚間距內通過的原理：低密度要求兩根導線直徑為0.23mm的導線在2.54mm引脚中心距離內通過； 中等密度要求導線直徑在1.27mm銷中心距離內通過，這是一根0.15mm的導線； 高密度需要在1.27mm引脚中心距離內使用2到3根更細的導線。

2）印製板線條的寬度應盡可能一致，這有利於阻抗匹配。 在印製板的生產過程中，寬度可以是0.3mm、0.2mm和0.1mm，但隨著線條變細、間距變小，生產過程中的質量將難以控制。 除非有特殊要求，一般宜採用0.3mm線寬、0.3mm線間距的接線原則。

3）儘量採用短線，尤其是小訊號電路，線路越短，電阻越小，干擾越小，耦合線的長度應盡可能縮短。

4）多層板的佈線方向：根據電源層，將地面層和訊號層分開，以减少電源、地面和訊號之間的干擾。 此外，要求相鄰兩層印製板的線版權法應相互垂直或遵循對角線和曲線，而不是平行線，以减少基板層之間的耦合和干擾。

5）電源線和地線的設計原則：佈線面積越大越好，以减少干擾。 對於高頻訊號線，使用地線進行遮罩。 大面積電源層和接地層應彼此相鄰，其功能是在電源和接地之間形成一個電容器，起到濾波作用。

4.3襯墊設計

焊盤的尺寸對SMT產品的可製造性和壽命有很大影響，是PCB電路設計中極為關鍵的部分。 發揮了重要作用。 組件的生產要求不同。 焊盤設計應根據元件的規格進行，以確保電路的可靠性，並防止工藝缺陷（如墓碑和歪斜），顯示出SMT的優越性。 在具體設計中，還必須根據特定產品的裝配密度、不同工藝、不同設備和特殊部件的要求進行設計。 現時，表面安裝組件沒有統一的標準。 不同的國家和不同的製造商有不同形狀和包裝的組件。 囙此，在設計焊盤尺寸時，應與所選組件的封裝形狀和引脚一致。 等等，確定焊盤的長度和寬度。 常用的元件焊盤設計可以參考一些標準，如IPC-SM-782、IPC-7095、IPC-7525、IEC-TC52 WG6、JIS C-5010和電子工業過程標準彙編。

設計襯墊時應遵循以下幾點：

1）對於同一設備，對於對稱使用的焊盤，在設計中應嚴格保持整體對稱性，即焊盤圖案的形狀和尺寸應完全相同；

2）對於同一器件，焊盤設計採用封裝尺寸和數值參數來計算焊盤尺寸，以確保設計結果的廣泛應用；

3）在設計焊盤時，焊點的可靠性主要取決於長度而不是寬度；

4）焊盤設計應適當：如果焊盤過大，焊料擴散較大，產生的焊點較薄； 如果太小，則焊盤銅箔對熔融焊料的表面張力太小。 當銅箔的表面張力小於張力下熔融焊料的表面張力時，形成的焊點為非潤濕接頭；

5）當焊盤連接到大面積的導電區域（如接地、電源等）時，應使用較細的導線進行熱隔離，通常寬度為0.2至0.4，長度約為0.6mm。

6）波峰焊中的焊盤設計通常比回流焊中的焊盤設計大，因為波峰焊中的元件用膠水固定，並且焊盤稍大，這不會危及元件的位移和垂直度，但可以降低“波峰焊的陰影效應”。 “.

4.4矩形元件的焊盤寬度C（L—W）與元件焊接端寬度W之間的關係為：C=WÃ151；（0.7 1.3）mm。 對於0805以下的鋼筋混凝土構件，C–W； 對於0805以上的鋼筋混凝土構件，C=W+0.1～0.25mm。 長度約為0.9mm，焊盤間距為A=L-0.7mm。

厚度變化很大。 例如，電阻器只有電容器的一半左右。 應注意襯墊設計。 特別是對於小型鋼筋混凝土構件，應考慮在端子側面進行良好的濕焊。 此外，圓圓二端晶片組件的端部焊接區域的頂部和底部並不完全一致。 為了可靠焊接，還需要端部浸入式焊接。 囙此，要求襯墊比部件的襯墊大。

4.5圓柱形元件（ÏD—L）

MELF元件焊盤圖案設計公式：焊盤的寬度為C=D—（0.7 1.0）mm=φmax，長度S=Lmax-（Lmin-2I），約1mm，兩個焊盤之間的距離為A=Lmax-2S=Lmin-2I，約L-1mm。 （理想設計只考慮部件公差，不考慮放置誤差。）在具體生產過程中，考慮到部件放置誤差，尺寸應稍微放大。 回流焊時，寬度新增0.05～0.1mm，長度新增0.2～0.3mm； 波峰焊時，寬度新增0.1mm，長度新增0.2～0.6mm。 此外，在回流焊接過程中，希望在焊盤設計中打開間隙，以便可以在回流焊接過程中定位部件。 缺口深度尺寸F=（Lmax-A）/2，缺口深度E為0.3mm（適用於小尺寸元件，如1/8W電阻器）和0.4mm（適用於較大尺寸元件，如1/4W電阻器）。 由於一般焊盤（包括電鍍層和阻焊層）的銅層厚度不超過0.2mm，囙此間隙E不應太大。

4.6 SOP（wing lead），QFP封裝裝置

這種裝置的襯墊設計沒有標準的計算公式，這相對比較困難。 焊盤的寬度C應等於（或略大/略小）焊接端（或焊脚）的寬度，通常C=W+0.1mm。 焊盤的長度通常為2.0±0.5mm，通常為B=T+b1+b2，其中b1=0.45 0.6mm，這有利於焊料熔化時具有良好彎月面輪廓的焊點，也可以有效避免焊接。 有橋樑缺陷並考慮構件的放置偏差是合適的； b2=0.25 ~ 1.5mm，主要是為了確保可以形成彎月面輪廓的焊點，（對於SOIC、QFP和其他設備也應考慮其對於SOIC和QFP設備，焊盤的長度為B=T+（0.6 ~ 0.8）mm，焊盤中心之間的距離等於晶片本身的距離， 焊盤之間的間隙等於（或略小）引線之間的間隙。 對於引脚間距大於1.27mm的SO和SOJ等集成電路晶片，焊盤寬度為C 1.2W，引脚間距在0.65和1.27之間，焊盤寬度為C W，通常C=W+0.1～0.25mm； 對於高達0.65mm（包括0.65mm引脚間距）的IC晶片，焊盤寬度應等於引脚寬度。 QFP焊盤的寬度應等於引脚的寬度，C=W+0.1mm； 對於小間距QFP，有時應適當减小焊盤寬度，例如當兩個焊盤之間有導線通過時。 焊盤長度B=L+（0.6 ~ 1.0）mm，焊盤間距A=F0.25mm。

同時，較長的焊盤新增了錫膏和焊盤之間的表面張力，這有利於錫膏的釋放，並為錫膏印刷過程帶來便利。 實際應用也證明，焊盤上的鉛前後都存在干擾區，這非常有利於多餘的焊料儲備，以降低焊後橋接的風險。

4.7電晶體（SOT）

焊盤寬度C和元件引線寬度W之間的關係為：C W； 焊盤長度=元件引線長度+b1+b2，其中b1=b2=0.3～0.5mm； 保證焊盤間距等於引線中心距離，前提是每個焊盤的四邊至少延長0.35mm。

4.8 SOJ、PLCC設備（J引脚）

襯墊設計原則：（0.5 0.8mm）×（1.85 2.15mm）； 引脚中心應位於焊盤圖案的內部1/3和焊盤中心之間； SOJ的兩排焊盤之間的間距通常為4.9mm。

4.9 BGA焊盤設計和虛擬焊盤

BGA焊盤的形狀為圓形，直徑為焊球直徑的80%。 設計中使用公制尺寸，因為組件是在公制中生產的，而英制設計將導致放置偏差。 考慮到裝配工藝因素，有時會在雙端晶片組件下設計虛擬焊盤。 它不是用於焊接，而是用於波峰焊，所以它被稱為木偶圖案。 這種圖案使膠水很容易粘附到部件上，這樣部件就不會因為膠水表面太低而被粘住。

5、基準標記製作要求

1）常用的基準點圖形有正方形、圓形、3角形和十字形。 基準點的直徑分別為0.5mm和3mm。 通常，在板的對角線上放置2到3個直徑為1mm的實心圓作為參攷標記。 如果是拼圖，每個拼圖都應該設計一個基準點；

2）同一塊板上的標記大小應相同，變化不應超過25mm；

3）參考點可以是裸銅，也可以是鍍鎳、鍍錫和鍍錫（HASL，厚度7-10mm）。 塗層厚度為5至10mm，不超過25mm，基準點的表面平整度應在15mm範圍內；

4）基準點應距離印製板邊緣至少5mm。 對於形狀不規則的板，應額外新增5mm邊緣。 放置在電路板和元件的對角線上，參考點標記周圍不應有其他電路特徵，且開口區域的大小等於標記的直徑；

5) 這個 jigsaw can adopt the separation technology of stamp plate or double-sided engraved V-shaped groove. V形槽的深度控制在1/6到1/8.板的厚度, 長度控制在1以內/側面的3； 對於 PCB板 無波峰焊, 雙號板的正面和背面可以對半使用, 並且兩側的圖案可以以相同的管道排列，以提高設備利用率