表面贴装PCB的可制造性设计

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       随着通信、电子类产品的市场竞争不断加剧，产品的生命周期在不断缩短，企业原有产品的升级及新产品的投放速度越来越对该企业的生存和发展起到关键的作用。而在制造环节，如何在生产中用更少的导入时间获得高可制造性和制造质量的新产品越来越成为有识之士所追求的核心竞争力。

       面向电子装联的可制造性设计要求PCB设计者在设计PCB的初期就要考虑可制造性设计（DFM），已缩短新产品投产的时间。为此我公司组织专门的SMT工艺技术人员制订了SMT印制板工艺设计标准，以规范SMT印制板的设计，使之符合SMT生产工艺要求。此标准是以适应Universal贴片设备制订的，针对不同机器会有微小变更。本文将对此标准进行概括介绍，以供广大的产品设计人员和工艺人员参考。

1 印制板设计的组装形式要求

组装方式的选择及元件布局是PCB可制造性一个非常重要的方面，对装联效率及成本﹑产品质量影响极大，而实际上笔者接触过相当多的PCB，在一些很基本的原则方面考虑也尚有欠缺。

1.1 选择合适的组装方式

通常针对PCB不同的装联密度，推荐的组装方式有以下几种：

8 B- j+ P$ w* e: \" _+ J

在选择组装方式时，除考虑PCB的组装密度，布线的难易外，必须还要根据此组装方式的典型工艺流程，考虑到企业本身的工艺设备水平。倘若本企业没有较好的波峰焊接工艺，那么选择上表中的第五种组装方式可能会给自己带来很大的麻烦。另外值得注意的一点是，若计划对B面实施波峰焊接工艺，应避免B面上布置有复杂SMD元件而造成工艺复杂化。

2 PCB外形及加工工艺的设计要求

2.1 PCB工艺夹持边。在SMT生产过程中以及插件过波峰焊的过程中，PCB应留出一定的边缘便于设备夹持。这个夹持边的范围应为5mm，在此范围内不允许布放元器件和焊盘。

2.2 定位孔设计。为了保证印制板能准确、牢固地放置在表面安装设备的夹具上，需要设置一对定位孔,定位孔的大小为5±0.1mm。为了定位迅速，其中一个孔可以设计成椭圆形状。在定位孔周围1mm范围内不能有元件。

2.3 PCB厚度。从0.5mm~4mm，推荐采用1.6mm~2mm。

2.4 PCB缺槽。印制板的一些边缘区域内不能有缺槽，以避免印制板定位或传感器检测时出现错误，具体位置会因设备的不同而有所变化。

2.5 印制板外形尺寸。最小尺寸50×50mm，最大尺寸510×460mm。若印制板尺寸过小，应采用拼板。

2.6 拼板设计要求。若表面贴装印制板面积比较小，为了充分利用板材、高效率地制造、安装、调试SMA（表面贴装组件），往往将同一设备上的几种板或数种板拼在一起成为一个大的版面，如图1所示。

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对PCB的拼板格式有以下几点要求：

（1）拼板的尺寸不可太大，也不可太小，应以制造、装配和测试过程中便于加工，不产生较大变形为宜。

（2）拼板的工艺夹持边和安装工艺孔应由印制板的制造和安装工艺来确定。

（3）每块拼板上应设计有基准标志，让机器将每块拼板当作单板看待，提高贴装精度。

（4）拼板可采用邮票版或双面对刻V型槽的分离技术。在采用邮票版时，应注意搭边应均匀分布于每块拼板的四周（如图2），以避免焊接时由于印制板受力不均导致变形。在采用双面对刻的V形槽时，V形槽深度应控制在板厚的1/3左右（两边槽深之和），要求刻槽尺寸精确，深度均匀。

（5）设计双面贴装不进行波峰焊的印制板时，可采用双数拼板正反面各半，两面图形按相同的排列方式可以提高设备利用率（在中、小批量生产条件下设备投资可减半），节约生产准备费用和时间。

（6）还有一种非常经济的拼板，并不是指的对PCB进行拼板，而是对网板的网孔图形进行拼板。随着全自动焊膏印刷机的应用，目前较为先进的印刷机（比如DEK265）已经允许在尺寸为790x790mm的钢网上，开设多面PCB的网孔图形，可以做到一片钢网用于多个产品的印刷，是一种非常节约成本的做法，尤其适合于产品特点为小批量多品种的厂家。

3 PCB焊盘设计工艺要求

焊盘设计是PCB线路设计的极其关键部分，因为它确定了元器件在印制板上的焊接位置，而且对焊点的可靠性、焊接过程中可能出现的焊接缺陷、可清洗性、可测试性和检修量等起着显著作用。

3.1 阻焊膜设计时考虑的因素

(1)印制板上相应于各焊盘的阻焊膜的开口尺寸，其宽度和长度分别应比焊盘尺寸大0.05~0.25mm，具体情况视焊盘间距而定，目的是既要防止阻焊剂污染焊盘，又要避免焊膏印刷、焊接时的连印和连焊。

(2)阻焊膜的厚度不得大于焊盘的厚度

3.2 焊盘与印制导线

(1)减小印制导线连通焊盘处的宽度，除非手电荷容量、印制板加工极限等因素的限制，最大宽度应为0.4mm，或焊盘宽度的一半（以较小焊盘为准）。

(2)焊盘与较大面积的导电区如地、电源等平面相连时，应通过一长度较细的导电线路进行热隔离

(3)印制导线应避免呈一定角度与焊盘相连，只要可能，印制导线应从焊盘的长边的中心处与之相连。

3.3 导通孔布局

(1)避免在表面安装焊盘以内，或在距表面安装焊盘0.635mm以内设置导通孔。如无法避免，须用阻焊剂将焊料流失通道阻断。

(2)作为测试支撑导通孔，在设计布局时，需充分考虑不同直径的探针，进行自动在线测试时的最小间距。

(3)在SMC/SMD下部尽量不设导通孔，一可防止焊料流失，二可防止导通孔截留焊剂及污物而无法清洁净。若不可避免这种情况，则应将孔堵死填平。

(4)导通孔与焊盘、印制导线及电源地线相连时，应用宽度为0.25mm的细颈线隔开，细颈线最小长度为0.5mm。

3.4 对于同一个元件，凡是对称使用的焊盘（如片状电阻、电容、SOIC、QFP等），设计时应严格保持其全面的对称性，即焊盘图形的形状与尺寸应完全一致。以保证焊料熔融时，作用于元器件上所有焊点的表面张力能保持平衡（即其合力为零），以利于形成理想的焊点。

3.5 凡多引脚的元器件（如SOIC、QFP等），引脚焊盘之间的短接处不允许直通，应由焊盘加引出互连线之后再短接，以免产生桥接。另外还应尽量避免在其焊盘之间穿越互连线（特别是细间距的引脚器件）凡穿越相邻焊盘之间的互连线，必须用阻焊膜对其加以遮隔。

3.6 焊盘内不允许印有字符和图形标记，标志符号离焊盘边缘距离应大于0.5mm。凡无外引脚的器件的焊盘，其焊盘之间不允许有通孔，以保证清洗质量。

3.7 当采用波峰焊接工艺时，插引脚的通孔，一般比其引脚线径大0.05~0.3mm为宜，其焊盘的直径应大于孔径的3倍。

4 元器件布局的要求

元器件布局应满足SMT生产工艺的要求。由于设计所引起的产品质量问题在生产中是很难克服的，因此，PCB设计工程师要了解基本的SMT工艺特点，根据不同的工艺要求进行元器件布局设计，正确的设计可以焊接缺陷降低到最低。在进行元器件布局时要考虑以下几点：

4.1 PCB上元器件分布应尽可能地均匀；大质量器件再流焊时热容量较大，因此，布局上过于集中容易造成局部温度低而导致假焊；

4.2 大型器件的四周要留一定的维修空隙（留出SMD返修设备加热头能够进行操作的尺寸）；

4.3 功率器件应均匀地放置在PCB边缘或机箱内的通风位置上；

4.4 单面混装时，应把贴装和插装元器件布放在Ａ面；采用双面再流焊混装时，应把大的贴装和插装元器件布放在Ａ面，PCB A、B两面的大器件要尽量错开放置；采用A面再流焊，B面波焊混装时，应把大的贴装和插装元器件布放在A面（再流焊），适合于波峰焊的矩形、圆柱形片式元件、SOT和较小的SOP（引脚数小于28，引脚间距1mm以上）布放在B面（波峰焊接面）。波峰焊接面上不能安放四边有引脚的器件，如QFP、PLCC等；

4.5 波峰焊接面上元器件封装必须能承受260度以上温度并是全密封型的；

4.6 贵重的元器件不要布放在PCB的角、边缘，或靠近接插件、安装孔、槽、拼板的切割、豁口和拐角等处，以上这些位置是印制板的高应力区，容易造成焊点和元器件的开裂或裂纹。

4.7 波峰焊接元件的方向

所有的有极性的表面贴装元件在可能的时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装配上，在该面的元件首选的方向如图2所示。使用这个首选方向是要使装配在退出焊锡波峰时得到的焊点质量最佳, 避免“阴影现象”所产生的漏焊。在排列元件方向时应尽量作到：

（1）所有无源元件要相互平行 ；

（2）所有SOIC要垂直于无源元件的长轴 ；

（3）SOIC和无源元件的较长轴要互相垂直；

（4）无源元件的长轴要垂直于板沿着波峰焊接机传送带的运动方向 。

（5）当采用波峰焊接SOIC等多脚元件时，应于锡流方向最后两个（每边各1）焊脚处设置窃锡焊盘，防止连焊。

4.8 贴装元件方向的考虑

类型相似的元件应该以相同的方向排列在板上，使得元件的贴装、检查和焊接更容易。还有，相似的元件类型应该尽可能接地在一起，如图3所示。例如，在内存板上，所有的内存芯片都贴放在一个清晰界定的矩阵内，所有元件的第一脚在同一个方向。这是在逻辑设计上实施的一个很好的设计方法，在逻辑设计中有许多在每个封装上有不同逻辑功能的相似元件类型。在另一方面，模拟设计经常要求大量的各种元件类型，使得将类似的元件集中在一起颇为困难。不管是否设计为内存的、一般逻辑的、或者模拟的，都推荐所有元件方向为第一脚方向相同。

5 结束语

       以上是一些PCB设计时应考虑的主要原则，在面向电子装联的PCB可制造性设计中，还有相当多的细节要求，比如合理的安排与结构件的配合空间﹑合理的分布丝印的图形和文字﹑恰当分布较重或发热较大的器件的位置，在合适的位置设置测试点和测试空间﹑考虑在使用拉铆﹑压铆工艺安装联接器等器件时，工模具与附近所分布元件的干涉等等，都是在PCB的设计阶段所应该考虑的问题，一个优秀的PCB设计者，不但要考虑如何将电路走通，如何在有限的空间里安排下密集的元器件，还有更不应该忽视的内容，那就是PCB设计中的可制造性。

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组装方式的选择及元件布局是PCB可制造性一个非常重要的方面

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单面、双面、混装