面向SMT的PCB可制造性設(shè)計

【摘 要】表面貼裝技術(shù)（SMT）的發(fā)展和新型器件的應(yīng)用，迫使了航天、航空、民用等領(lǐng)域的手工焊接產(chǎn)品不同程度地應(yīng)用了表面貼裝技術(shù)，研究PCB的可制造性設(shè)計對提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，減少制造成本具有重大意義。本文從SMT設(shè)備、工藝等方面闡述了PCB的可制造性設(shè)計的要點。

【關(guān)鍵詞】SMT 可制造性設(shè)計 質(zhì)量

一、引言

可制造性設(shè)計（DFM）就是從產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計時起就考慮到可制造性，使設(shè)計和制造緊密聯(lián)系，實現(xiàn)從設(shè)計到制造一次成功的目的。HP公司關(guān)于DFM的統(tǒng)計調(diào)查表明，產(chǎn)品總成本的60%取決于最初的設(shè)計，75%的制造成本取決于設(shè)計說明和設(shè)計規(guī)范，70%-80%的生產(chǎn)缺陷是由于設(shè)計原因造成的，從中可見DFM在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的重要性。而當(dāng)前，航天、航空產(chǎn)品中的QFN、BGA的焊接，民用產(chǎn)品中的0201甚至01005元件的焊接，已必須應(yīng)用表面貼裝技術(shù)，因此PCB的可制造性設(shè)計是勢在必行。

二、SMT設(shè)備對PCB設(shè)計的要求

SMT設(shè)備主要包括絲網(wǎng)印刷機、貼片機、回流焊爐等，它們對PCB均有一定的設(shè)計要求。

（一）外形設(shè)計

PCB的外形應(yīng)盡量簡單，一般長寬比例盡量小，推薦長寬比3：2或4：3的矩形。細長條、形狀不規(guī)則的異形PCB不利于軌道傳輸。

（二）尺寸設(shè)計：

PCB的尺寸設(shè)計應(yīng)考慮SMT設(shè)備允許的最小和最大尺寸。如日本JUKI貼片機允許的最小PCB尺寸為50mm×50mm，最大尺寸為460mm×360mm。當(dāng)PCB尺寸小于最小貼裝尺寸時，可設(shè)計成拼板或使用工裝協(xié)助生產(chǎn)，但后者增加了工藝難度和成本，不適合高質(zhì)量、大批量的生產(chǎn)。PCB也不宜設(shè)計過大，過大的PCB在回流焊接的過程中產(chǎn)生弓曲和扭曲，從而影響產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，尤其是細間距IC及BGA等器件的焊接質(zhì)量。

（三）工藝邊設(shè)計

為了保證PCB傳輸順暢和PCB傳輸時不碰到元器件，異型PCB或元器件靠近傳輸邊PCB需設(shè)計工藝邊，保證至少要有一對邊留有足夠的傳送帶位置空間，工藝邊寬度一般在3～10mm范圍之內(nèi)，推薦5mm，在此范圍內(nèi)不允許布放元器件和焊盤。

（四）基準標志設(shè)計（Mark）設(shè)計

基準點主要用于印刷、貼片和自動光學(xué)檢測環(huán)節(jié)的自動對位。PCB上應(yīng)至少有兩個不對稱的基準點。對于BGA、CSP，引腳間距小于等于0.5mm的QFP等器件應(yīng)加局部基準點。

1.基準標志的形狀和尺寸

（1）Mark形狀可以是實心圓、空心圓、三角形、空心三角形、棱形、方形、十字等都可以，優(yōu)選實心圓。

（2）MARK尺寸為直徑0.5mm-3mm，優(yōu)選1.5mm。

2. 基準標志的制作要求

（1） Mark應(yīng)與電路原圖同時生成，同時制作。

（2）Mark表面為裸銅、鍍鉛錫、鍍金均可，但要求鍍層均勻、不要過厚。

（3）為增加基準點和基板之間的對比度，在MARK周圍要有1mm-2mm無阻焊區(qū)。

3.基準標志布放要求

（1）一般在PCB上放三個，均在PCB的角上，局部基準標志在元件的對角上。

（2）在導(dǎo)軌夾持邊近不能布放MARK，具體尺寸根據(jù)貼裝機而異。一般距板邊5mm內(nèi)不能布放基準標志。

三、貼裝元器件的焊盤設(shè)計

標準尺寸的元器件焊盤圖形可以直接從CAD軟件元件庫調(diào)用，若庫中焊盤尺寸不全、元件尺寸與標準有差異或采用不同的工藝，必須對元器件焊盤圖形進行設(shè)計。下面以片式元器件的焊盤設(shè)計為例介紹一下貼裝元器件的焊盤設(shè)計。

（一）片式元器件焊盤設(shè)計應(yīng)掌握以下關(guān)鍵要素：

1.對稱性——兩端焊盤必須對稱，才能保證熔融焊錫表面張力平衡。

2.）焊盤剩余尺寸——搭接后的剩余尺寸必須保證焊點能夠形成彎月面。

（二） 矩形片式元器件焊盤設(shè)計

矩形片式元器件焊盤設(shè)計參考表1，其中A為焊盤寬度、B為焊盤長度、G為焊盤間距。

四、SMT工藝對PCB設(shè)計的要求

（一）SMT元件布局要求

1.整體布局要求要求：

元器件分布應(yīng)盡可能均勻，疏密有序。大質(zhì)量器件回流焊時熱容量較大，過于集中容易造成局部溫度低而導(dǎo)致虛焊。距PCB長邊邊緣5mm和短邊3mm的范圍內(nèi)不應(yīng)有貼裝元件。

2.元件布局要求

為了減少由于元器件兩側(cè)焊端不能同步受熱而產(chǎn)生立碑、移位、焊端脫離焊盤等焊接缺陷。對于大尺寸的PCB，長邊應(yīng)平行于再流焊的傳送帶方向，減少PCB變形程度；片式元件的長軸盡量與回流爐的傳送帶方向垂直，即片式元件的長軸與PCB得長邊相垂直；IC類元件與回流爐的傳送帶方向平行。

（二） 焊盤與印制導(dǎo)線連接的設(shè)置

為了避免元器件過回流焊后出現(xiàn)偏位、立碑現(xiàn)象，0805以及0805以下片式元件兩端焊盤應(yīng)保證散熱對稱性，這就要求焊盤兩端走線要均勻或熱容量盡量相當(dāng)，焊盤與印制導(dǎo)線連接的設(shè)置要求如下：

1.當(dāng)焊盤和大面積的地相連時，應(yīng)優(yōu)選十字鋪地法和45度鋪地法。

2.從大面積地或電源線處引出焊盤時，必須用導(dǎo)線引出，導(dǎo)線長大于0.5mm，寬小于0.4mm。

3.不能把導(dǎo)通孔直接設(shè)置在焊盤上、焊盤的延長部分和焊盤角上。

五、結(jié)束語

品質(zhì)既不是生產(chǎn)來的，也不是單靠設(shè)計來的，而應(yīng)該是配合來的。在PCB設(shè)計時就考慮可制造性，將對提高產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性和減少成本大有裨益。