分析表面贴装PCB板的设计要求
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表面贴装技术(SMT)和通孔插装技术(THT)的PCB板设计规范大不相同。SMT工艺对PCB板的要求非常高,PCB板的设计直接影响焊接质量。在确定表面贴装PCB板的外形、焊盘图形以及布线方式时应充分考虑电路板组装的类型、贴装方式、贴片精度和焊接工艺等。只有这样,才能保证焊接质量,提高功能模块的可靠性。
一、 表面贴装PCB板外形及定位设计
PCB板外形必须经过数控铣削加工。如按贴片机精度±0.02mm来计算,则PCB板四周垂直平行精度即形位公差应达到±0.02mm。对于外形尺寸小于50mm*50mm的PCB板,宜采用拼板形式,具体拼成多大尺寸合适,需根据贴片机、丝印机规格及具体要求而定。PCB板漏印过程中需要定位,必须设置定位孔。以英国产DEK丝印机为例,该机器配有一对D3mm的定位销,相应地在PCB上相对两边或对角线上应设置至少两个D3mm的定位孔,依靠机器的视觉系统(Vision)和定位孔保证PCB板的定位精度。
PCB板的四周应设计宽度一般为(5±0.1)mm的工艺夹持边,在工艺夹持边内不应有任何焊盘图形和器件。如若确实因板面尺寸受限制,不能满足以上要求,或采用的是拼板组装方式,可采取四周加边框的制作方法,留出工艺夹持边,待焊接完成后,手工掰开去除边框。
二、 PCB板的布线方式
1、走线要求
布线时尽量走短线,特别是对小信号电路来讲,线越短电阻越小,干扰越小,同时藕合线长度尽量减短。
同一层上的信号线改变方向时应该避免直角拐弯,尽可能走斜线,且曲率半径大些的好。导线的分布应考虑均匀、美观。
2. 走线宽度和中心距
PCB板线条的宽度要求尽量一致,这样有利于阻抗匹配。从PCB板制作工艺来讲,宽度可以做到0.3mm、0.2mm甚至0.1mm,中心距也可以做到0.3mm、0.2mm、0.1mm,但是,随着线条变细,间距变小,在生产过程中质量将更加难以控制,废品率将上升,制造成本将提高。除非用户有特殊要求,选用0.3mm线宽和0.3mm线间距的布线原则是比较适宜的,它能有效控制质量。
3、 电源线、地线的设计
对于电源线和地线而言,走线面积越大越好,以利于减少干扰,对于高频信号线最好是用地线屏蔽,应首先考虑信号线,再考虑电源线。同时应根据电路设计处理好地线和静电屏蔽层,必要时可以考虑大面积敷铜。
4、 多层板走线方向
多层板走线要按电源层、地线层和信号层分开,减少电源、地、信号之间的干扰。多层板走线要求相邻两层PCB板的线条应尽量相互垂直或走斜线、曲线,不能平行走线,以利于减少基板层间藕合和干扰。大面积的电源层和大面积的地线层要相邻,其作用是在电源和地之间形成了一个电容,起到滤波作用。
三、 焊盘设计控制
因目前表面贴装元器件还没有统一标准,不同的国家,不同的厂商所生产的元器件外形封装都有差异,所以在选择焊盘尺寸时,应与自己所选用的元器件的封装外形、引脚等与焊接相关的尺寸进行比较,确定焊盘长度、宽度。
1、 焊盘长度
焊盘长度在焊点可靠性中所起的作用比焊盘宽度更为重要,焊点可靠性主要取决于长度而不是宽度。
2、 焊盘宽度
对于0805以上的阻容元器件,或脚间距在1.27mm以上的SD、SOJ等IC芯片而言,焊盘宽度一般是在元器件引脚宽度的基础上加一个数值,数值的范围在0.1-0.25mm之间。而对于0.65mm包括0.65mm引脚间距以下的IC芯片,焊盘宽度应等于引脚的宽度。对于细间距的QFP,有的时候焊盘宽度相对引脚来说还要适当减小,如在两焊盘之间有引线穿过时。
3、 焊盘间线条的要求
应尽可能避免在细间距元器件焊盘之间穿越连线,确需在焊盘之间穿越连线的,应用阻焊膜对其加以可靠的遮蔽。
4、焊盘对称性的要求
对于同一个元器件,凡是对称使用的焊盘,如QFP、SOIC等等,设计时应严格保证其全面的对称,即焊盘图形的形状、尺寸完全一致,以保证焊料熔融时,作用于元器件上所有焊点的表面张力保护平衡,以利于形成理想的优质焊点,保证不产生位移。
四、 基准标准(Mark)设计要求
在PCB板上必须设置有基准标志,作为贴片机进行贴片操作时的参考基准点。不同类型的贴片机对基准点形状、尺寸要求不一样。一般是在PCB板对角线上设置2-3个D1.5mm的裸铜实心作为基准标志。
对于多引脚的元器件,尤其是引脚间距在0.65mm以下的细间距贴装IC,应在其焊盘图形附近增设基准标志,一般在焊盘图形对角线上设置两个对称基准点标志,作为贴片机光学定位和校准用。
五、其他要求
1、 过渡孔处理
焊盘内不允许有过渡孔,且应避免过滤孔与焊盘相连,以避免因焊料流失所引起的焊接不良。如过渡孔确需与焊盘互连,且过渡孔与焊盘边缘之间的距离大于1mm.
2、字符、图形的要求
字符、图形等标志符号不得印在焊盘上,以避免引起焊接不良。如果放置到信号层,不要与导线相连,以防短路。
作为表面贴装PCB板设计技术人员除了要熟悉电路设计方面的有关理论知识外,还必须了解表面贴装生产工艺流程,熟知经常用到的各个公司的元器件外形封装,许多焊接质量问题与设计不良有直接关系。按照生产全过程控制的观念,表面贴装PCB板设计是保证表面贴装质量的关键并重要的一个环节。
