PCBLAYOUT設(shè)計(jì)的一般標(biāo)準(zhǔn)

1、外表安裝PCB設(shè)計(jì)工藝簡(jiǎn)析2001/12/5以前的電子產(chǎn)品,“插件十手焊是PCB板的根本工藝過程,因而對(duì)PCB板的設(shè)計(jì)要求也十分單純,隨著外表安裝技術(shù)的引入,制造工藝逐步溶于設(shè)計(jì)技術(shù)之中,對(duì)PCB板的設(shè)計(jì)要求就越來(lái)越苛刻,越來(lái)越需要統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化.產(chǎn)品開發(fā)人員在設(shè)計(jì)之初除了要考慮電路原理設(shè)計(jì)的可行性,同時(shí)還要統(tǒng)籌考慮PCB的設(shè)計(jì)和板上布局、工藝工序流程的先后次序及合理安排.本文結(jié)合作者多年的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)外表安裝PCB設(shè)計(jì)中的制造工藝性問題進(jìn)行了總結(jié),提出來(lái)供廣闊設(shè)計(jì)人員參考.一、焊接方式與PCB整體設(shè)計(jì)再流焊幾乎適用于所有貼裝元件的焊接,波峰焊那么只適用于焊接矩形片狀元件、圓柱形元器件、S

2、OT等和較小的SOP(管腳數(shù)少于28、腳間距1mm以上).鑒于生產(chǎn)的可操作性,PC唳體設(shè)計(jì)盡可能按以下順序優(yōu)化：(1)單面混裝,即在PCB單面布放貼片元件或插裝元件.(2)兩面貼裝,PC睥面或兩面均布放貼片元件.(3)雙面混裝,PCBA面布放貼裝元件和插裝元件,B面布放適合于波峰焊的貼片元件.根據(jù)上述推薦的PCB設(shè)計(jì),以雙面混裝(如攝象機(jī))為例,我們就可以設(shè)計(jì)如下生產(chǎn)工藝流程：圖1雙面混裝PC旺產(chǎn)工藝流程二、PCB板的選用原那么裝載SMD勺基板,根據(jù)SMD勺裝載形式,對(duì)基板的性能要求有以下幾點(diǎn)：1. 1.外觀要求：基板外觀應(yīng)光滑平整,不可有翹曲或上下不平,基板外表不得出現(xiàn)裂紋,傷痕,銹斑等不良

3、.2. 2.熱膨脹系數(shù)的關(guān)系：外表貼裝元件的組裝形態(tài)會(huì)由于基板受熱后的脹縮應(yīng)力對(duì)元件產(chǎn)生影響,如果熱膨脹系數(shù)的不同.這個(gè)應(yīng)力會(huì)很大,造成元件接合部電極的剝離,降低產(chǎn)品的可靠性,一般元件尺寸小于3.2.6mm時(shí),只遭受局部應(yīng)力,尺寸大于3.2M.6mm時(shí),就必須注意這個(gè)問題3. 3.導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系：貼裝與基板上的集成電路等期間,工作時(shí)的熱量主要通過基板給予擴(kuò)散,在貼裝電路密集,發(fā)熱量大時(shí),基板必須具有高的導(dǎo)熱系數(shù).4. 4.耐熱性的關(guān)系：由于外表貼裝工藝要求,一塊基板至組裝結(jié)束,可能會(huì)經(jīng)過數(shù)次焊接過程,通常耐焊接熱要到達(dá)260C,10秒的要求.5. 5.銅箔的粘合強(qiáng)度：外表貼裝元件的焊區(qū)比原來(lái)帶

4、引線元件的焊區(qū)要小,因此要求基板與銅箔具有良好的粘合強(qiáng)度,一般要到達(dá)1.5kg/cm2以上.6. 6.彎曲強(qiáng)度：基板貼裝后,由其元件的質(zhì)量和外力作用,會(huì)產(chǎn)生擾曲,這將給元件和接合點(diǎn)增加應(yīng)力,或者使元件產(chǎn)生微裂,因此要求基板的抗彎強(qiáng)度要到達(dá)25kg/cm2以上c7. 7.電性能要求：由于電路傳輸速度的高速化、要求基板的介電常數(shù),介電正切要小,同時(shí)隨著布線密度的提升,基板的絕緣性能要到達(dá)規(guī)定的要求.8. 8.基板對(duì)清洗劑的反響,在溶液中浸漬5分鐘,其外表不產(chǎn)生任何不良,并具有良好的沖裁性.基板的保存性與SMD的保管條件相同.三、PC的卜形及加工工藝的設(shè)計(jì)要求1. 1.PCB工藝夾持邊：在SMT生產(chǎn)

5、過程中以及插件過波峰焊的過程中,PCB應(yīng)留出一定的邊緣便于設(shè)備夾持.這個(gè)夾持邊的范圍應(yīng)為5mm,在此范圍內(nèi)不允許布放元器件和焊盤.2. 2.定位孔設(shè)計(jì)：為了保證印制板能準(zhǔn)確、牢固地放置在外表安裝設(shè)備的夾具上,需要設(shè)置一對(duì)定位孔定位孔的大小為5+0.1mmo為了定位迅速,其中一個(gè)孔可以設(shè)計(jì)成橢圓形狀.在定位孔周圍1mm范圍內(nèi)不能有元件.3. 3.PCB厚度:從0.5mm-4mm,推薦采用1.6mm-2mm.4. 4.PCB缺槽：印制板的一些邊緣區(qū)域內(nèi)不能有缺槽,以預(yù)防印制板定位或傳感器檢測(cè)時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤,具體位置會(huì)因設(shè)備的不同而有所變化.5. 5.拼板設(shè)計(jì)要求：對(duì)PCB的拼板格式有以下幾點(diǎn)要求：(1

6、)拼板的尺寸不可太大,也不可太小,應(yīng)以制造、裝配和測(cè)試過程中便于加工,不產(chǎn)生較大變形為宜.(2)拼板的工藝夾持邊和安裝工藝孔應(yīng)由印制板的制造和安裝工藝來(lái)確定.(3)每塊拼板上應(yīng)設(shè)計(jì)有基準(zhǔn)標(biāo)志,讓機(jī)器將每塊拼板當(dāng)作單板看待.(4)拼板可采用郵票版或雙面對(duì)刻V型槽的別離技術(shù).在采用郵票版時(shí),應(yīng)注意搭邊應(yīng)均勻分布于每塊拼板的四周,以預(yù)防焊接時(shí)由于印制板受力不均導(dǎo)致變形.在采用雙面對(duì)刻的V形槽時(shí),V形槽深度應(yīng)限制在板厚的1/6-1/8左右.(5)設(shè)計(jì)雙面貼裝不進(jìn)行波峰焊的印制板時(shí),可采用雙數(shù)拼板正反面各半,兩面圖形按相同的排列方式可以提升設(shè)備利用率(在中、小批量生產(chǎn)條件下設(shè)備投資可減半),節(jié)約生產(chǎn)準(zhǔn)備

7、費(fèi)用和時(shí)間.6. 6.PCB板的翹曲度.用于外表貼裝的印制板,翹曲度一律要求小于0.0075mm/mm,具體如下:上翹曲9.5mm下翹曲42mm表1PCB容許的翹曲四、PCB焊盤設(shè)計(jì)工藝要求焊盤設(shè)計(jì)是PCB線路設(shè)計(jì)的極其關(guān)鍵局部,由于它確定了元器件在印制板上的焊接位置,而且對(duì)焊點(diǎn)的可靠性、焊接過程中可能出現(xiàn)的焊接缺陷、可清洗性、可測(cè)試性和檢修量等起著顯著作用.1. 1.阻焊膜設(shè)計(jì)時(shí)考慮的因素(1)印制板上相應(yīng)于各焊盤的阻焊膜的開口尺寸,其寬度和長(zhǎng)度分別應(yīng)比焊盤尺寸大0.050.25mm,具體情況視焊盤間距而定,目的是既要預(yù)防阻焊劑污染焊盤,又要預(yù)防焊膏印刷、焊接時(shí)的連印和連焊.(2)阻焊膜的厚

8、度不得大于焊盤的厚度2. 2.焊盤與印制導(dǎo)線(1)減小印制導(dǎo)線連通焊盤處的寬度,除非手電荷容量、印制板加工極限等因素的限制,最大寬度應(yīng)為0.4mm,或焊盤寬度的一半(以較小焊盤為準(zhǔn)).(2)焊盤與較大面積的導(dǎo)電區(qū)如地、電源等平面相連時(shí),應(yīng)通過一長(zhǎng)度較細(xì)的導(dǎo)電線路進(jìn)行熱隔離(3)印制導(dǎo)線應(yīng)預(yù)防呈一定角度與焊盤相連,只要可能,印制導(dǎo)線應(yīng)從焊盤的長(zhǎng)邊的中央處與之相連.3. 3.導(dǎo)通孔布局(1)預(yù)防在外表安裝焊盤以內(nèi),或在距外表安裝焊盤0.635mm以內(nèi)設(shè)置導(dǎo)通孔.如無(wú)法避免,須用阻焊劑將焊料流失通道阻斷.(2)作為測(cè)試支撐導(dǎo)通孔,在設(shè)計(jì)布局時(shí),需充分考慮不同直徑的探針,進(jìn)行自動(dòng)在線測(cè)試時(shí)的最小間距.

9、4. 4.對(duì)于同一個(gè)元件,但凡對(duì)稱使用的焊盤(如片狀電阻、電容、SOIC、QFP等),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格保持其全面的對(duì)稱性,即焊盤圖形的形狀與尺寸應(yīng)完全一致.以保證焊料熔融時(shí),作用于元器件上所有焊點(diǎn)的外表張力能保持平衡(即其合力為零),以利于形成理想的焊點(diǎn).5. 5.凡多引腳的元器件(如SOIC、QFP等),引腳焊盤之間的短接處不允許直通,應(yīng)由焊盤加引出互連線之后再短接,以免產(chǎn)生橋接.另外還應(yīng)盡量預(yù)防在其焊盤之間穿越互連線(特別是細(xì)間距的引腳器件)凡穿越相鄰焊盤之間的互連線,必須用阻焊膜對(duì)其加以遮隔.6. 6.焊盤內(nèi)不允許印有字符和圖形標(biāo)記,標(biāo)志符號(hào)離焊盤邊緣距離應(yīng)大于0.5mm.凡無(wú)外引腳的器件的

10、焊盤,其焊盤之間不允許有通孔,以保證清洗質(zhì)量.7. 7.當(dāng)采用波峰焊接工藝時(shí),插引腳的通孔,一般比其引腳線徑大0.05-0.3mm為宜,其焊盤的直徑應(yīng)大于孔徑的3倍.8. 8.焊盤圖形設(shè)計(jì)(見表2)(1)片狀元件焊盤圖形設(shè)計(jì)(2)SOP、QFP焊盤圖形設(shè)計(jì)：SOP、QFP焊盤尺寸沒有標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式,所以焊盤圖形的設(shè)計(jì)相對(duì)困難.引用松下公司的SOP、QFP焊盤圖形設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)參照?qǐng)?zhí)行,如表3所示.表2片狀元件焊區(qū)尺寸表3SOPQFP旱盤圖形設(shè)計(jì)尺寸五、元器件布局的要求元器件布局要滿足SMT生產(chǎn)工藝的要求.由于設(shè)計(jì)所引起的產(chǎn)品質(zhì)量問題在生產(chǎn)中是很難克服的；因此,PC破計(jì)工程師要了解根本的SMT工藝特點(diǎn),

11、根據(jù)不同的工藝要求進(jìn)行元器件布局設(shè)計(jì),正確的設(shè)計(jì)可以焊接缺陷到最低.在進(jìn)行元器件布局時(shí)要考慮以下幾點(diǎn)：1. 1.PCB上元器件分布應(yīng)盡可能地均勻；大質(zhì)量器件再流焊時(shí)熱容量較大,因此,布局上過于集中容易造成局部溫度低而導(dǎo)致假焊；2. 2.大型器件的四周要留一定的維修空隙(留出SMD返修設(shè)備加熱頭能夠進(jìn)行操作的尺寸)；3. 3.功率器件應(yīng)均勻地放置在PCB邊緣或機(jī)箱內(nèi)的通風(fēng)位置上；4. 4.單面混裝時(shí),應(yīng)把貼裝和插裝元器件布放在A面；采用雙面再流焊混裝時(shí),應(yīng)把大的貼裝和插裝元器件布放在A面,PCBA、B兩面的大器件要盡量錯(cuò)開放置；采用A面再流焊,B面波焊混裝時(shí),應(yīng)把大的貼裝和插裝元器件布放在A面(

12、再流焊),適合于波峰焊的矩形、圓柱形片式元件、SOT和較小的SOP(引腳數(shù)小于28,引腳間距1mm以上)布放在B面(波峰焊接面).波峰焊接面上不能安放四邊有引腳的器件,如,QEP、PLCC等；5. 5.波峰焊接面上元器件封裝必須能承受260度以上溫度并是全密封型的；6. 6.貴重的元器件不要布放在PCB的角、邊緣,或靠近接插件、安裝孔、槽、拼板的切割、豁口和拐角等處,以上這些位置是印制板的高應(yīng)力區(qū),容易造成焊點(diǎn)和元器件的開裂或裂紋.7. 7.波峰焊接元件的方向所有的有極性的外表貼裝元件在可能的時(shí)候都要以相同的方向放置.在任何第二面要用波峰焊接的印制板裝配上,在該面的元件首選的方向如圖2所示.使

13、用這個(gè)首選方向是要使裝配在退出焊錫波峰時(shí)得到的焊點(diǎn)質(zhì)量最正確.在排列元件方向時(shí)應(yīng)盡量做到：(1)所有無(wú)源元件要相互平行；(2)所有SOIC要垂直于無(wú)源元件的長(zhǎng)軸；(3) SOIC和無(wú)源元件的較長(zhǎng)軸要互相垂直；(4)無(wú)源元件的長(zhǎng)軸要垂直于板沿著波峰焊接機(jī)傳送帶的運(yùn)動(dòng)方向.(5)當(dāng)采用波峰焊接SOIC等多腳元件時(shí),應(yīng)于錫流方向最后兩個(gè)(每邊各1)焊腳處設(shè)置竊錫焊盤,預(yù)防連焊.8. 8.貼裝元件方向的考慮類型相似的元件應(yīng)該以相同的方向排列在板上,使得元件的貼裝、檢查和焊接更容易.還有,相似的元件類型應(yīng)該盡可能接地在一起,如圖3所示.圖2波峰焊接應(yīng)用中的元件方向圖3相似元件的排列在內(nèi)存板上,所有的內(nèi)存

14、芯片都貼放在一個(gè)清楚界定的矩陣內(nèi),所有元件的第一腳在同一個(gè)方向.這是在邏輯設(shè)計(jì)上實(shí)施的一個(gè)很好的設(shè)計(jì)方法,在邏輯設(shè)計(jì)中有許多在每個(gè)封裝上有不同邏輯功能的相似元件類型.在另一方面,模擬設(shè)計(jì)經(jīng)常要求大量的各種元件類型,使得將類似的元件集中在一起頗為困難.不管是否設(shè)計(jì)為內(nèi)存的、一般邏輯的、或者模擬的,都推薦所有元件方向?yàn)榈谝荒_方向相同.六、基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)記(FiducialMarks)制作的要求為了精密地貼裝元器件,可根據(jù)需要設(shè)計(jì)用于整塊PCB的光學(xué)定位的一組圖形全局基準(zhǔn)點(diǎn),用于引腳數(shù)較多,引腳間距小的單個(gè)器件的光學(xué)定位圖形局部基準(zhǔn)點(diǎn),如圖4所示.假設(shè)是拼板設(shè)計(jì),那么需要在每塊面板上設(shè)計(jì)基準(zhǔn),讓機(jī)器把每塊

15、面板當(dāng)作單板看待,如圖5所示.圖5拼板/全局基準(zhǔn)點(diǎn)圖4局部/全局基準(zhǔn)點(diǎn)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)記時(shí)要考慮以下因素：1. 1.基準(zhǔn)標(biāo)志常用圖形有：+等,推薦采用的基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)記是實(shí)心圓,直徑1mm.2. 2.基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)記最小的直徑為0.5mm0.020.最大直徑是3mm0.120.基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)記不應(yīng)該在同一塊印制板上尺寸變化超過25微米0.001o3. 3.基準(zhǔn)點(diǎn)可以是裸銅、由清澈的防氧化涂層保護(hù)的裸銅、鍍銀或鍍錫、或焊錫涂層熱風(fēng)均勻的.電鍍或焊錫涂層的首選厚度為5-10微米0.0002-0.0004.焊錫涂層不應(yīng)該超過25微米0.001.4. 4.基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)記的外表平整度應(yīng)該在15微米0.006之內(nèi).5. 5.在基

16、準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)記周圍,應(yīng)該有一塊沒有其它電路特征或標(biāo)記的空曠區(qū)Clearance.空曠區(qū)的尺寸最好等于標(biāo)記的直徑,如圖6所示.6. 6.基準(zhǔn)點(diǎn)要距離印制板邊緣至少5.0mm0.200SMEMA的程:輸之隙,并滿足最小的基準(zhǔn)點(diǎn)空曠度要求.7. 7.當(dāng)基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)記與印制板的基質(zhì)材料之間出現(xiàn)高比照度時(shí)可到達(dá)最正確的性能.圖6推薦的空曠區(qū)圖7測(cè)試點(diǎn)設(shè)計(jì)例如七、可測(cè)性設(shè)計(jì)的考慮SMT勺可測(cè)性設(shè)計(jì)主要是針對(duì)目前ICT裝備情況.將后期產(chǎn)品制造的測(cè)試問題在電路和外表安裝印制板SM瞰計(jì)時(shí)就考慮進(jìn)去.提升可測(cè)性設(shè)計(jì)要考慮工藝設(shè)計(jì)和電氣設(shè)計(jì)兩個(gè)方面的要求.1. 1.工藝設(shè)計(jì)的要求定位的精度、基板制造程序、基板的大小、探針的類

17、型都是影響探測(cè)可靠性的因素.(1)精確的定位孔.在基板上設(shè)定精確的定位孔,定位孔誤差應(yīng)在K.05mm以內(nèi),至少設(shè)置兩個(gè)定位孔,且距離愈遠(yuǎn)愈好.采用非金屬化的定位孔,以減少焊錫鍍層的增厚而不能到達(dá)公差要求.如基板是整片制造后再分開測(cè)試,那么定位孔就必須設(shè)在主板及各單獨(dú)的基板上.(2)測(cè)試點(diǎn)的直徑不小于0.4mm,相鄰測(cè)試點(diǎn)的間距最好在2.54mm以上,不要小于1.27mm.(3)在測(cè)試面不能放置高度超過64mm的元器件,過高的元器件將引起在線測(cè)試夾具探針對(duì)測(cè)試點(diǎn)的接觸不良.(4)最好將測(cè)試點(diǎn)放置在元器件周圍1.0mm以外,預(yù)防探針和元器件撞擊損傷.定位孔環(huán)狀周圍3.2mm以內(nèi),不可有元器件或測(cè)試

18、點(diǎn).(5)測(cè)試點(diǎn)不可設(shè)置在PCB邊緣5mm的范圍內(nèi),這5mm的空間用以保證夾具夾持.通常在輸送帶式的生產(chǎn)設(shè)備與SMT設(shè)備中也要求有同樣的工藝.(6)所有探測(cè)點(diǎn)最好鍍錫或選用質(zhì)地較軟、易貫穿、不易氧化的金屬傳導(dǎo)物,以保證可靠接觸,延長(zhǎng)探針的使用壽命.(7)測(cè)試點(diǎn)不可被阻焊劑或文字油墨覆蓋,否那么將會(huì)縮小測(cè)試點(diǎn)的接觸面積,降低測(cè)試的可靠性.2. 2.電氣設(shè)計(jì)的要求(1)要求盡量將元件面的SMC/SMD的測(cè)試點(diǎn)通過過孔引到焊接面,過孔直徑應(yīng)大于1mm.這樣可使在線測(cè)試采用單面針床來(lái)進(jìn)行測(cè)試,從而降低了在線測(cè)試本錢.(2)每個(gè)電氣節(jié)點(diǎn)都必須有一個(gè)測(cè)試點(diǎn),每個(gè)IC必須有POWER及GROUND的測(cè)試點(diǎn),且盡可能接近此元器件,最好在距離IC2.54mm范圍內(nèi).(3)在電路的走線上設(shè)置測(cè)試點(diǎn)時(shí),可將其寬度放大到40mil寬.(4)將測(cè)試點(diǎn)均衡地分布在印制板上.如果探針集中在某一區(qū)域時(shí),較高的壓力會(huì)使待測(cè)板或針床變形,進(jìn)一步造成局部探針不能接觸到測(cè)試點(diǎn).(5)電路板上的供電線路應(yīng)分區(qū)域設(shè)置測(cè)試斷點(diǎn),以便于電源去耦電容或電路板上的其它元器件出現(xiàn)對(duì)電源短路時(shí),查找故障點(diǎn)更為快捷準(zhǔn)確.設(shè)計(jì)斷點(diǎn)時(shí),應(yīng)考慮恢復(fù)測(cè)試斷點(diǎn)后的功率承載水平.圖7所示為測(cè)試點(diǎn)設(shè)