PCB科技 - 基於IPC的表面貼裝器件PCB封裝設計

為了解决PCB設計過程中可製造性和產品效能之間的折衷問題，表面安裝器件PCB封裝是根據IPC-7351b標準設計的。

介紹

現時，在PCB設計過程中，由於產品的小型化、高密度和可靠性要求，許多時候需要在可製造性和產品效能之間做出妥協。 在PCB設計過程中，封裝設計是一個重要且容易被忽視的過程，其設計質量直接影響後期器件組裝和產品品質。 現時，有許多包裝設計標準，包括國際標準、國家軍事標準、企業標準，以及必須用於指導設計的統一設計標準。

1.概述

1.1 PCB封裝設計的重要性

在PCB設計過程中，有時會出現以下問題：

1）元件和PCB板焊盤規格不匹配，例如0603規格安裝在0805規格上，或者0805規格安裝在0603規格上；

2）對於相同規格的部件，有許多不同的包裝設計，並且標準不統一；

3）PCB封裝匹配的焊盤尺寸不符合規範要求。

上述問題都是由於庫建設標準不一致、不規範，在後期SMT操作中造成了很大的麻煩，甚至焊接不良，最終影響了產品品質和生產效率； 囙此，PCB封裝的設計對SMT產品的可製造性和壽命都有影響。 產生巨大影響。

1.2 IPC-7351b標準簡介

IPC是國際電子工業連接協會。 IPC-7351b是表面安裝設計和接地圖案標準的一般要求，取代了IPC-SM-782A標準。 IPC-7351b建議從元件密度、高衝擊環境和返工要求等變數設計PCB封裝焊盤，IPC-7351b將PCB封裝分為3種類型。 如圖1所示，用戶可以從3種密度中選擇適合其產品的尺寸。

1）密度等級A

最大襯墊擴展，適用於低組件密度應用，典型的例子是可擕式/掌上型產品或暴露在高衝擊或振動環境中的產品。 焊接結構是最堅固的，如果需要，可以很容易地重新加工。 手動焊接和機器焊接都可以在很大的裕度下進行操作。

2）密度等級B

介質焊盤延伸，適用於具有中等部件密度的產品，並提供堅固的焊接結構。 手動焊接和機器焊接都可以操作。

3）密度等級C

最小的焊盤擴展適用於對焊盤圖案具有最小焊接結構要求的微型器件，並且可以實現最高的組件組裝密度。 適用於機械焊接，手工焊接難度較大。

2.表面貼裝電子元器件封裝設計

2.1 SMD焊盤設計

2.1.1標準封裝SMD焊盤尺寸的計算

標準包裝是指符合JEDEC和EIA等國際標準的包裝，如SOP、SOIC、TSSOP、TQFP等。該包裝形式的襯墊計算公式如下：

其中：Z為包裝兩側襯墊外緣之間的距離； G是在封裝的兩側上的襯墊的內邊緣之間的距離； X是封裝焊盤的寬度； L是部件兩側引脚最外邊緣之間的距離； S是表示元素設備兩側引脚的內邊緣之間的距離； W是部件引脚的寬度； JT是焊點延伸部分（焊趾）的長度，即焊趾； JH是焊點內邊緣（跟部）的長度，即跟部； JS是焊點點的邊的長度，也就是脚的邊； CL是部件的尺寸公差，即L的最大值和最小值之間的差值； CS是部件的尺寸公差，即最大和最小S值之間的差值； CW是部件的尺寸公差，即W的最大值和最小值之間的差值； F是印刷電路板加工過程中的公差； P是SMT機器焊接過程中的公差。

2.1.2各種包裝形式的引脚計算參數

在IPC-7351b標準中，有針對各種標準包裝形式和三種密度水准的包裝計算參數JT、JH和JS的建議，以及調整係數的建議。 包裝參數可以根據產品的密度等級進行計算。

2.1.3 SMD焊盤阻焊參數設置

焊盤焊料掩模的尺寸訓示焊盤的開口尺寸，並且其尺寸通常在焊盤尺寸的基礎上擴展一個尺寸。 需要根據製造商的工藝能力來確定擴展尺寸。 通常建議設定如下：在焊盤尺寸的基礎上擴展6mil，非金屬化孔的焊料掩模與孔尺寸相同。

2.2.2絲網層

封裝絲網層主要用於指示器件在PCB上的物理尺寸範圍，並作為器件在PCB SMT組裝過程中器件定位的參攷。 結合CADENCE設計軟體和製造商的傳統處理能力，SMD器件PCB封裝絲網層設計有一些特殊的考慮。 當然，參數可以根據生產過程進行調整。

1）絲網層的線寬一般為5mil。

2）絲網層的外框不允許按壓襯墊，並且與襯墊的距離通常要求為10密耳。

3）絲網圖層需要繪製設備的1英寸標記。 可以使用空心圓。 建議線寬為5mil，半徑為20mil，以便於加工和後期PCB檢查。 同時，空心圓不能與其他絲網重疊。

4）對於具有正極性和負極性的裝置，應清楚地標記裝置的正極性或負極性，以便於裝置的組裝和識別。

2.2.3設備的物理尺寸

當建立PCB封裝時，封裝區域的大小可以用作CADENCE軟件中設備佈局的DRC檢查項目。 封裝區域的大小可以被認為由兩個項目組成，包括封裝的最大外部尺寸和焊接工藝一起形成封裝區域所需的器件間距。 錶4推薦了常見焊接工藝所需的設備間距。 如果在PCB設計過程中，封裝區域中存在干擾軟件，它將自動報告錯誤。

3.結束語

在PCB封裝設計過程中，只要綜合考慮環境條件、產品效能、密度水准、產品可製造性，遵循晶片設計手册，參攷IPC-7351標準，就可以設計出符合產品效能要求的具有良好可製造性的PCB封裝。 作者所在的組織採用IPC-7351b標準中的密度等級A建立組件封裝庫，進一步提高了產品的可靠性。 實踐證明，該方法是可行的，提高了產品的可焊性和可靠性。