SMT工艺要求-PCB元器件焊盘设计

1SMT工艺要求PCB元器件焊盘设计篇整理：李瀚林审核：郭鹏飞深圳市华莱视电子有限公司21SMT车间贴片工艺的介绍主要内容适合SMT生产的PCB设计要求23SMT车间贴片工艺的介绍41.0SMT车间贴片工艺的介绍1.1.生产流程印刷机贴片机再流焊焊接炉51.2.锡浆印刷工序1.2.1.此工位主要是由锡浆,模板和锡浆印刷机构成；1.2.2.锡浆(焊接物料)是通过锡浆印刷机经过专用的印浆模板印刷到电路印制板上指定位置，再通过元器件的贴片及再流焊来实现对电子元器件的焊接；锡浆印刷机61.3.1.此工位主要是由电子表面贴装元器件(SMD),供料器和贴装机构成；1.3.2.电子表面贴装元器件(SMD)是通过元件供料器,编制的专用贴装软件程序由贴装机贴装到电路印制板上指定位置,再通过再流焊来实现对电子元器件的焊接；1.3.3.元件贴装机分为高速贴装机和泛用贴装机；高(中)速贴装机:主要用于贴装晶片元件和一些小的元器件．泛用贴装机:主要用于贴装IC,异型的和一些较大的元器件．1.3.元器件贴装工序元件贴装机71.4.再流焊焊接工位1.4.1.此工位主要是由再流焊焊接设备构成；1.4.2.电子表面贴装元器件(SMD)的焊接是将贴装好元件的PCB经过已设定好焊接参数的再流焊设备来实现对电子元器件的焊接；1.4.3.再流焊设备主要有红外线式加热和热风式加热方式.再流焊焊接炉8PCB元器件烤盘设计要求92.0.PCB设计要求2.1.PCB外形尺寸的要求2.1.1.PCB外形尺寸的要求：PCB最大范围：330*250mmPCB最大范围：50*50mm在PCB设计时可在机器贴装的最大范围内考虑拼板设计，这样可以提高生产效率102.1.2.PCB大小及变形量：A.PCB宽度（含板边）：50~250mm；B.PCB长度（含板边）：50~330mm；C.板边宽度：＞5mm；D.拼板间距：＜8mm；E.PAD与板缘距离：＞5mm；F.向上弯曲程度：＜1.2mm；G.向下弯曲程度：＜0.5mm；H.PCB扭曲度：最大变形高度÷对角长度＜0.25F1.2mmG0.5mmB=50~330mmA=50~250mmC5mmD8mmE5mmE5mm112.2.PCB进板方向的确定从减少焊接时PCB的变形，对不作拼版的PCB，一般将其长边方向作为传送方向；对于拼版也应将长边方向作为传送方向。对于短边与长边之比大于80％的PCB，可以用短边传送。如下图：宽边长边进板方向12元器件的布局：在SMT中，元器件在SMB上的排向应使同类元器件尽可能按相同的方向排列。在采用波峰焊接时，应尽力保证使片状元件的两端焊点同时接触焊料波峰。正确不正确波峰焊时PCB运行方向后面电极焊接可能不良132.5mm可能被遮蔽元器件的布局对尺寸相差较大的片状元件相邻排列，且间隔很小时，较小元件应排列在线板过波峰/回流时流向的前面；当元件交错排列时，它们之间的应留出一定的间隔；对拼板PCB元件靠近切割槽侧的元件在分离时易损伤。142.3.PCB工艺边的要求如上图：红色区域为3.5mm宽的工艺边，在此区域内不得放置元件PAD和PCBMARK,而在绿色区域可任意放置作为PCB的传送边的两边应分别留出≥3.5mm（138mil）的宽度，传送边正反面在离边3.5mm（138mil）的范围内不能有任何元器件或焊点；能否布线视PCB的安装方式而定，导槽安装的PCB一般经常插拔不要布线，其他方式安装的PCB可以布线。对双面回流，B面传送边的两边应留出不少于5mm宽的传送边。对于短插波峰焊，因考虑到短插波峰炉的特点，除满足一般传送工艺边宽度要求外，离板边10mm内器件高度限制在40mm（含板的厚度）以内。152.4.PCB上MARK的要求右图光学定位基准符号设计成Ф1mm（40mil）的圆形图形，一般为PCB上覆铜箔腐蚀图形。上面是标准MARK设计图；考虑到材料颜色与环境的反差，留出比光学定位基准符号大1mm（40mil）的无阻焊区，也不允许有任何字符，见上图。同一板上的光学定位基准符号其内层背景要相同，即三个基准符号下有无铜箔应一致。周围10mm无布线的孤立光学定位符号应设计一个内径为3mm环宽1mm的保护圈。特别注意，光学定位基准符号必须赋予坐标值（当作元件设计），不允许在PCB设计完后以一个符号的形式加上去16MARK的分类及放置位置：光学定位基准符号主要包括拼板、整板和局部三种，即拼板光学定位识别符号，局部光学定位识别符号，整板光学定位识别符号要布设光学定位基准符号的场合及要求:a）在有贴片元器件的PCB面上，必须在板的四角部位选设3个整板光学定位基准符以对PCB整板定位。对于拼版，要有3个拼版光学定位识别符号，每块小板上对角处至少有两个整板光学定位识别符号。特殊情况下，拼版中小板的两个整板光学定位识别符号可不加，但3个拼版光学定位识别符号必须保留。b）引线中心距0.5mm（20mil）的QFP以及中心距≤0.8mm（31mil）的BGA等器件，应在通过该元件中心点对角线附近的对角设置局部光学定位基准符号，以便对其精确定位。如果上述几个器件比较靠近(100mm)，可以把它们看作一个整体，在其对角位置设计两个局部光学定位基准符号。c）如果是双面都有贴装元器件，则每一面都应该有光学定位基准符号。d)光学定位基准符号的位置光学定位基准符号的中心应离边5mm以上;172.5.各种规格元件的PAD导通孔及导线的处置1，导通孔及导线的处置为避免焊锡的流走，导通孔应距表面安装焊盘0.65以上。在片状元件下面不应设置导通孔。182、导通孔及导线的处置为防止大面积铜导体的热效应而影响焊接质量，表面安装焊盘与导线的连接部宽度不宜大于0.3mm不好较好192.6.一般组装密度的焊盘间距20212.7.丝印字符的设计1、一般情况需要在丝印层标出元器件的丝印图形，丝印图形包括丝印符号、元器件位号、极性和IC的第一脚标志，高密度窄间距时可采用简化符号，特殊情况可省去元器件的位号；2、有极性的元器件，应按照实际安装位置标出极性以及安装方向；3、对两边或四周引出脚的集成电路，要用符号（如：小方块、小圆圈、小圆点）标出第1号管脚的位置，符号大小要和实物成比例；4、BGA器件最好用阿拉伯数字和英文字母以矩阵的方式标出第一脚的位置；5、对连接器类元件，要标出安装方向、1号脚的位置。6、以上所有标记应在元件安装框外，以免焊接后遮盖，不便于检查。7、丝印字符应清晰，大小一致，方向尽量整齐，便于查找；8、字符中的线、符号等不得压住焊盘，以免造成焊接不良。22PCB的元器件焊盘设计是一个重点，最终产品的质量都在于焊点的质量。因此，焊盘设计是否科学合理，至关重要。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（也称为润湿力）能保持平衡（即其合力为零），以利于形成理想的焊点。对称性：两端焊盘必须对称，才能保证熔融焊锡表面张力平衡；对于小尺寸的元件0603、0402、0201等，两端融焊锡表面张力的不平衡，很容易引起元件形成“立碑”的缺陷。2.8.各种规格元件的PAD设计23上图是IPC对矩形元件焊盘尺寸的定义,可供参考，焊盘的长宽计算公式只适合于0805，1206元器件242.8.10402元件PAD设计设计思路：根据规格书0402尺寸电极尺寸Me=0.25(-0.1/+0.5)=0.15~0.3mm为了保证电极一定落在焊盘上取最大尺寸0.25mm因我们供应商提供L=1.0±0.05=0.95~1.05mm，内距范围计算：G=Lmax-2*T－K=1.05-2*0.25-0.25=0.3mm则焊盘内距尺寸应取G=0.3mm焊盘外形尺寸根据IPCpatterndimensions要求：取X=Y=0.6mm;Z=2Y+G=1.5mm;C=Y+G=0.9mm以上设计符合IPC要求,252.8.20603元件PAD设计设计思路：根据规格书0603尺寸电极尺寸Me=0.4±0.05=0.35~0.45mm为了保证电极一定落在焊盘上取最大尺寸0.45mm因我们供应商提供L=1.6（+0.15/-0.1）=1.5~1.75mm，内距范围计算：G=Lmax-2*T－K=1.6-2*0.4-0.25=0.5mm则焊盘内距尺寸应取G=0.5mm焊盘外形尺寸根据IPCpatterndimensions要求：取X=0.8Y=0.9;Z=2Y+G=2.4;C=Y+G=1.4mm以上设计符合IPC要求,262.8.30805元件PAD设计设计思路：根据规格书0805尺寸电极尺寸Me=0.5±0.2=0.3~0.7mm为了保证电极一定落在焊盘上取最大尺寸0.6mm因我们供应商提供L=2.0±0.15=1.85~2.15mm，电极落在焊盘长度尺寸：G=Lmax-2*T－K=2.05-2*0.6-0.25=0.6mm,则焊盘内距尺寸应取G=0.6mm焊盘外形尺寸根据IPCpatterndimensions要求：取X=1.3Y=1.1;Z=2Y+G=2.7;C=Y+G=1.6mm以上设计符合IPC要求；272.8.40402排阻PAD设计0402排阻规格书0402排阻合理设计282.8.50603排阻PAD设计0603排阻规格书0603排阻合理设计292.8.6ICPAD设计2.8.6.1SOP及QFP设计原则：1、焊盘中心距等于引脚中心距；2、单个引脚焊盘设计的一般原则Y=T+b1+b2=1.3~2mm（b1=0.3～1.0mmb2=0.3～0.7mm）X=1~1.2W3、相对两排焊盘内侧距离按下式计算（单位mm）G=F-K式中：G—两排焊盘之间距离，30F—元器件壳体封装尺寸，K—系数，一般取0.25mm，SOP包括QFP的焊盘设计中，需要注意的就是上面第2条中的b1和b2两个参数。良好的焊点可以看下面的图，在这个图里，前面称为的焊点的脚趾，后面称为焊点的脚跟，一个合格的焊点，必须包含这两部分，缺一不可，而且焊点的强度也是靠这两个部位来保证的，尤其是脚跟部位。在一些设计不良的案例中，或者是b2太短，或者b1太短，导致的结果就是无法形成合格的焊点。312.8.6.2QFPICPAD设计根据常规QFP找到相应焊盘设计要求。计算方法：根据规格书尺寸L=0.45~0.75mm;故取0.6mm依据IPC焊接要求JT=0.29~0.5mm,故取0.4mm；JH=0.29~0.65故取0.3mm；计算IC引脚焊盘长度:按照IPC标准要求Y=JT+JH+L=1.15~1.45mm故取IC引脚焊盘长度Y=1.3mm。根据规格书QFP引脚宽度尺寸b=0.13~0.23mm，中间值b=0.16mm。考虑物料机器贴装误差±0.1mm所以取IC引脚焊盘宽度尺寸：X=0.18mm根据规格书尺寸E=D=16mm,所以焊盘设计中Z=16+2*JT=16.8mmG=Z-2*(JT+JH+L)=14.2mm；C=Z-Y=15.5mm；E=0.4mm；D=32X-X+31(E-X)=31E=12.4mm322.8.6.3SOTICPAD设计常规情况下，我们的b1=0.3mm,b2=0.4mm,可以保证良好的焊点33342.8.6.4SOPICPAD设计常规情况下，我们的b1=0.3mm,b2=0.4mm,L2＝1.3可以保证良好的焊点352.8.6.5SOJ&PLCCICPAD设计36373839404142434445464748495051525354PCB的元器件焊盘设计是一个重点，最终产品的质量都在于焊点的质量。因此，焊盘设计是否科学合理，至关重要。工艺改善是持续改善的过程，PCB元件焊盘的设计除了符合国际准外，更应适应生产工厂的制造能力，机器设备状况，制程能力，两者结合才能做出良品高，返修少，客诉少的真正意义上的合格产品。