分析表面貼裝PCB板的設計要求
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表面貼裝技術(SMT)和通孔插裝技術(THT)的PCB板設計規范大不相同。SMT工藝對PCB板的要求非常高,PCB板的設計直接影響焊接質量。在確定表面貼裝PCB板的外形、焊盤圖形以及布線方式時應充分考慮電路板組裝的類型、貼裝方式、貼片精度和焊接工藝等。只有這樣,才能保證焊接質量,提高功能模塊的可靠性。
一、 表面貼裝PCB板外形及定位設計
PCB板外形必須經過數控銑削加工。如按貼片機精度±0.02mm來計算,則PCB板四周垂直平行精度即形位公差應達到±0.02mm。對于外形尺寸小于50mm*50mm的PCB板,宜采用拼板形式,具體拼成多大尺寸合適,需根據貼片機、絲印機規格及具體要求而定。PCB板漏印過程中需要定位,必須設置定位孔。以英國產DEK絲印機為例,該機器配有一對D3mm的定位銷,相應地在PCB上相對兩邊或對角線上應設置至少兩個D3mm的定位孔,依靠機器的視覺系統(Vision)和定位孔保證PCB板的定位精度。
PCB板的四周應設計寬度一般為(5±0.1)mm的工藝夾持邊,在工藝夾持邊內不應有任何焊盤圖形和器件。如若確實因板面尺寸受限制,不能滿足以上要求,或采用的是拼板組裝方式,可采取四周加邊框的制作方法,留出工藝夾持邊,待焊接完成后,手工掰開去除邊框。
二、 PCB板的布線方式
1、走線要求
布線時盡量走短線,特別是對小信號電路來講,線越短電阻越小,干擾越小,同時藕合線長度盡量減短。
同一層上的信號線改變方向時應該避免直角拐彎,盡可能走斜線,且曲率半徑大些的好。導線的分布應考慮均勻、美觀。
2. 走線寬度和中心距
PCB板線條的寬度要求盡量一致,這樣有利于阻抗匹配。從PCB板制作工藝來講,寬度可以做到0.3mm、0.2mm甚至0.1mm,中心距也可以做到0.3mm、0.2mm、0.1mm,但是,隨著線條變細,間距變小,在生產過程中質量將更加難以控制,廢品率將上升,制造成本將提高。除非用戶有特殊要求,選用0.3mm線寬和0.3mm線間距的布線原則是比較適宜的,它能有效控制質量。
3、 電源線、地線的設計
對于電源線和地線而言,走線面積越大越好,以利于減少干擾,對于高頻信號線最好是用地線屏蔽,應首先考慮信號線,再考慮電源線。同時應根據電路設計處理好地線和靜電屏蔽層,必要時可以考慮大面積敷銅。
4、 多層板走線方向
多層板走線要按電源層、地線層和信號層分開,減少電源、地、信號之間的干擾。多層板走線要求相鄰兩層PCB板的線條應盡量相互垂直或走斜線、曲線,不能平行走線,以利于減少基板層間藕合和干擾。大面積的電源層和大面積的地線層要相鄰,其作用是在電源和地之間形成了一個電容,起到濾波作用。
三、 焊盤設計控制
因目前表面貼裝元器件還沒有統一標準,不同的國家,不同的廠商所生產的元器件外形封裝都有差異,所以在選擇焊盤尺寸時,應與自己所選用的元器件的封裝外形、引腳等與焊接相關的尺寸進行比較,確定焊盤長度、寬度。
1、 焊盤長度
焊盤長度在焊點可靠性中所起的作用比焊盤寬度更為重要,焊點可靠性主要取決于長度而不是寬度。
2、 焊盤寬度
對于0805以上的阻容元器件,或腳間距在1.27mm以上的SD、SOJ等IC芯片而言,焊盤寬度一般是在元器件引腳寬度的基礎上加一個數值,數值的范圍在0.1-0.25mm之間。而對于0.65mm包括0.65mm引腳間距以下的IC芯片,焊盤寬度應等于引腳的寬度。對于細間距的QFP,有的時候焊盤寬度相對引腳來說還要適當減小,如在兩焊盤之間有引線穿過時。
3、 焊盤間線條的要求
應盡可能避免在細間距元器件焊盤之間穿越連線,確需在焊盤之間穿越連線的,應用阻焊膜對其加以可靠的遮蔽。
4、焊盤對稱性的要求
對于同一個元器件,凡是對稱使用的焊盤,如QFP、SOIC等等,設計時應嚴格保證其全面的對稱,即焊盤圖形的形狀、尺寸完全一致,以保證焊料熔融時,作用于元器件上所有焊點的表面張力保護平衡,以利于形成理想的優質焊點,保證不產生位移。
四、 基準標準(Mark)設計要求
在PCB板上必須設置有基準標志,作為貼片機進行貼片操作時的參考基準點。不同類型的貼片機對基準點形狀、尺寸要求不一樣。一般是在PCB板對角線上設置2-3個D1.5mm的裸銅實心作為基準標志。
對于多引腳的元器件,尤其是引腳間距在0.65mm以下的細間距貼裝IC,應在其焊盤圖形附近增設基準標志,一般在焊盤圖形對角線上設置兩個對稱基準點標志,作為貼片機光學定位和校準用。
五、其他要求
1、 過渡孔處理
焊盤內不允許有過渡孔,且應避免過濾孔與焊盤相連,以避免因焊料流失所引起的焊接不良。如過渡孔確需與焊盤互連,且過渡孔與焊盤邊緣之間的距離大于1mm.
2、字符、圖形的要求
字符、圖形等標志符號不得印在焊盤上,以避免引起焊接不良。如果放置到信號層,不要與導線相連,以防短路。
作為表面貼裝PCB板設計技術人員除了要熟悉電路設計方面的有關理論知識外,還必須了解表面貼裝生產工藝流程,熟知經常用到的各個公司的元器件外形封裝,許多焊接質量問題與設計不良有直接關系。按照生產全過程控制的觀念,表面貼裝PCB板設計是保證表面貼裝質量的關鍵并重要的一個環節。
表面貼裝技術(SMT)和通孔插裝技術(THT)的PCB板設計規范大不相同。SMT工藝對PCB板的要求非常高,PCB板的設計直接影響焊接質量。在確定表面貼裝PCB板的外形、焊盤圖形以及布線方式時應充分考慮電路板組裝的類型、貼裝方式、貼片精度和焊接工藝等。只有這樣,才能保證焊接質量,提高功能模塊的可靠性。
一、 表面貼裝PCB板外形及定位設計
PCB板外形必須經過數控銑削加工。如按貼片機精度±0.02mm來計算,則PCB板四周垂直平行精度即形位公差應達到±0.02mm。對于外形尺寸小于50mm*50mm的PCB板,宜采用拼板形式,具體拼成多大尺寸合適,需根據貼片機、絲印機規格及具體要求而定。PCB板漏印過程中需要定位,必須設置定位孔。以英國產DEK絲印機為例,該機器配有一對D3mm的定位銷,相應地在PCB上相對兩邊或對角線上應設置至少兩個D3mm的定位孔,依靠機器的視覺系統(Vision)和定位孔保證PCB板的定位精度。
PCB板的四周應設計寬度一般為(5±0.1)mm的工藝夾持邊,在工藝夾持邊內不應有任何焊盤圖形和器件。如若確實因板面尺寸受限制,不能滿足以上要求,或采用的是拼板組裝方式,可采取四周加邊框的制作方法,留出工藝夾持邊,待焊接完成后,手工掰開去除邊框。
二、 PCB板的布線方式
1、走線要求
布線時盡量走短線,特別是對小信號電路來講,線越短電阻越小,干擾越小,同時藕合線長度盡量減短。
同一層上的信號線改變方向時應該避免直角拐彎,盡可能走斜線,且曲率半徑大些的好。導線的分布應考慮均勻、美觀。
2. 走線寬度和中心距
PCB板線條的寬度要求盡量一致,這樣有利于阻抗匹配。從PCB板制作工藝來講,寬度可以做到0.3mm、0.2mm甚至0.1mm,中心距也可以做到0.3mm、0.2mm、0.1mm,但是,隨著線條變細,間距變小,在生產過程中質量將更加難以控制,廢品率將上升,制造成本將提高。除非用戶有特殊要求,選用0.3mm線寬和0.3mm線間距的布線原則是比較適宜的,它能有效控制質量。
3、 電源線、地線的設計
對于電源線和地線而言,走線面積越大越好,以利于減少干擾,對于高頻信號線最好是用地線屏蔽,應首先考慮信號線,再考慮電源線。同時應根據電路設計處理好地線和靜電屏蔽層,必要時可以考慮大面積敷銅。
4、 多層板走線方向
多層板走線要按電源層、地線層和信號層分開,減少電源、地、信號之間的干擾。多層板走線要求相鄰兩層PCB板的線條應盡量相互垂直或走斜線、曲線,不能平行走線,以利于減少基板層間藕合和干擾。大面積的電源層和大面積的地線層要相鄰,其作用是在電源和地之間形成了一個電容,起到濾波作用。
三、 焊盤設計控制
因目前表面貼裝元器件還沒有統一標準,不同的國家,不同的廠商所生產的元器件外形封裝都有差異,所以在選擇焊盤尺寸時,應與自己所選用的元器件的封裝外形、引腳等與焊接相關的尺寸進行比較,確定焊盤長度、寬度。
1、 焊盤長度
焊盤長度在焊點可靠性中所起的作用比焊盤寬度更為重要,焊點可靠性主要取決于長度而不是寬度。
2、 焊盤寬度
對于0805以上的阻容元器件,或腳間距在1.27mm以上的SD、SOJ等IC芯片而言,焊盤寬度一般是在元器件引腳寬度的基礎上加一個數值,數值的范圍在0.1-0.25mm之間。而對于0.65mm包括0.65mm引腳間距以下的IC芯片,焊盤寬度應等于引腳的寬度。對于細間距的QFP,有的時候焊盤寬度相對引腳來說還要適當減小,如在兩焊盤之間有引線穿過時。
3、 焊盤間線條的要求
應盡可能避免在細間距元器件焊盤之間穿越連線,確需在焊盤之間穿越連線的,應用阻焊膜對其加以可靠的遮蔽。
4、焊盤對稱性的要求
對于同一個元器件,凡是對稱使用的焊盤,如QFP、SOIC等等,設計時應嚴格保證其全面的對稱,即焊盤圖形的形狀、尺寸完全一致,以保證焊料熔融時,作用于元器件上所有焊點的表面張力保護平衡,以利于形成理想的優質焊點,保證不產生位移。
四、 基準標準(Mark)設計要求
在PCB板上必須設置有基準標志,作為貼片機進行貼片操作時的參考基準點。不同類型的貼片機對基準點形狀、尺寸要求不一樣。一般是在PCB板對角線上設置2-3個D1.5mm的裸銅實心作為基準標志。
對于多引腳的元器件,尤其是引腳間距在0.65mm以下的細間距貼裝IC,應在其焊盤圖形附近增設基準標志,一般在焊盤圖形對角線上設置兩個對稱基準點標志,作為貼片機光學定位和校準用。
五、其他要求
1、 過渡孔處理
焊盤內不允許有過渡孔,且應避免過濾孔與焊盤相連,以避免因焊料流失所引起的焊接不良。如過渡孔確需與焊盤互連,且過渡孔與焊盤邊緣之間的距離大于1mm.
2、字符、圖形的要求
字符、圖形等標志符號不得印在焊盤上,以避免引起焊接不良。如果放置到信號層,不要與導線相連,以防短路。
作為表面貼裝PCB板設計技術人員除了要熟悉電路設計方面的有關理論知識外,還必須了解表面貼裝生產工藝流程,熟知經常用到的各個公司的元器件外形封裝,許多焊接質量問題與設計不良有直接關系。按照生產全過程控制的觀念,表面貼裝PCB板設計是保證表面貼裝質量的關鍵并重要的一個環節。