SMT工艺对PCB设计的要求

SMT工艺对PCB设计的要求PCB焊盘结构设计要满足再流焊工艺特点“再流动”与自定位效应•从再流焊与波峰焊工艺最大的差异是：•波峰焊工艺是通过贴片胶粘接或印制板的插装孔事先将贴装元器件及插装元器件固定在印制板的相应位置上，焊接时不会产生位置移动。•而再流焊工艺焊接时的情况就大不相同了，元器件贴装后只是被焊膏临时固定在印制板的相应位置上，当焊膏达到熔融温度时，焊料还要“再流动”一次，元器件的位置受熔融焊料表面张力的作用发生位置移动。••如果焊盘设计正确（焊盘位置尺寸对称，焊盘间距恰当），元器件端头与印制板焊盘的可焊性良好，元器件的全部焊端或引脚与相应焊盘同时被熔融焊料润湿时，就会产生自定位或称为自校正效应（selfalignment）——当元器件贴放位置有少量偏离时，在表面张力的作用下，能自动被拉回到近似目标位置。•但是如果PCB焊盘设计不正确，或元器件端头与印制板焊盘的可焊性不好，或焊膏本身质量不好、或工艺参数设置不恰当等原因，即使贴装位置十分准确，再流焊时由于表面张力不平衡，焊接后也会出现元件位置偏移、吊桥、桥接、润湿不良、等焊接缺陷。这就是SMT再流焊工艺最大的特性。•由于再流焊工艺的“再流动”及“自定位效应”的特点，使再流焊工艺对贴装精度要求比较宽松，比较容易实现高度自动化与高速度。同时也正因为“再流动”及“自定位效应”的特点，再流焊工艺对焊盘设计、元器件标准化有更严格的要求。•Chip元件焊盘设计应掌握以下关键要素：•a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。•b焊盘间距——确保元件端头或引脚与焊盘恰当的搭接尺寸。•c焊盘剩余尺寸——搭接后的剩余尺寸必须保证焊点能够形成弯月面。•d焊盘宽度——应与元件端头或引脚的宽度基本一致。••BSA——焊盘宽度•AB——焊盘的长度•G——焊盘间距•GS——焊盘剩余尺寸•矩形片式元件焊盘结构示意图•标准尺寸元器件的焊盘图形可以直接从CAD软件的元件库中调用，但实际设计时还必须根据具体产品的组装密度、不同的工艺、不同的设备以及特殊元器件的要求进行设计。•下面介绍几种常用元器件的焊盘设计：•(1)矩形片式元器件焊盘设计•(a)0805、1206矩形片式元器件焊盘尺寸设计原则•(b)1206、0805、0603、0402、0201焊盘设计•(c)钽电容焊盘设计•(2)晶体管（SOT）焊盘设计•(3)翼形小外形IC和电阻网络（SOP）和四边扁平封装器件（QFP）•(4)J形引脚小外形集成电路（SOJ）和塑封有引脚芯片载体（PLCC）的焊盘设计•(5)BGA焊盘设(1)矩形片式元器件焊盘设计•(a)0805、1206矩形片式元器件焊盘尺寸设计原则•L•W•H•BT•A•G•焊盘宽度：A=Wmax-K•电阻器焊盘的长度：B=Hmax+Tmax+K•电容器焊盘的长度：B=Hmax+Tmax-K•焊盘间距：G=Lmax-2Tmax-K•式中：L—元件长度,mm；•W—元件宽度,mm；•T—元件焊端宽度,mm；•H—元件高度(对塑封钽电容器是指焊端高度),mm；•K—常数，一般取0.25mm。01005焊盘设计0201焊盘设计最新推出01005（0402）01005C已经有样品,01005R正在试制(2)晶体管（SOT）焊盘设计•a单个引脚焊盘长度设计要求b1Lb2L2L2=L+b1+b2，b1=b2=0.3mm～0.5mm；W=引脚宽度WL2•对于小外形晶体管，应在保持焊盘间中心距等于引线间中心距的基础上，再将每个焊盘四周的尺寸分别向外延伸至少0.35mm。•2.72.6•0.70.72.0•0.80.8•2.93.04.4•0.8•1.11.2•3.8•SOT23SOT143SOT89•小外形SOT晶体管焊盘示意图•(3)翼形小外形IC和电阻网络（SOP）和四边扁平封装器件（QFP）•一般情况下：焊盘宽度W2等于引脚宽度W，焊盘长度取2.0mm±0.5mm。•Gb1Lb2•L2•b1Lb2•WW2L2••W2•设计原则：FL2•a)焊盘中心距等于引脚中心距；•b)单个引脚焊盘宽度设计的一般原则•器件引脚间距≤1.0mm时：W2≥W，•器件引脚间距≥1.27mm时：W2≤1.2W，•L2=L+b1+b2，b1=b2=0.3mm～0.5mm；•c)相对两排焊盘的距离（焊盘图形内廓）按下式计算（单位mm）：•G=F-K•式中：G—两焊盘之间距离，•F—元器件壳体封装尺寸，•K—系数，一般取0.25mm，•d)一般SOP的壳体有宽体和窄体两种，G值分别为7.6mm、3.6mm。(4)J形引脚小外形集成电路（SOJ）和塑封有引脚芯片载体（PLCC）的焊盘设计•SOJ与PLCC的引脚均为J形，典型引脚中心距为1.27mm。•a)单个引脚焊盘设计（0.50mm～0.80mm）×（1.85mm～2.15mm）；•b)引脚中心应在焊盘图形内侧1/3至焊盘中心之间；•c)SOJ相对两排焊盘之间的距离（焊盘图形内廓）A值一般为4.9mm；•d)PLCC相对两排焊盘外廓之间的距离：•J=C+K（单位mm）•式中：J—焊盘图形外廓距离；•C—PLCC最大封装尺寸；•K—系数，一般取0.75。•C•AAJ•引脚在焊盘中央引脚在焊盘内侧1/3处J=C+K（K=0.75mm）•(1)再流焊工艺的元器件排布方向•为了减少由于元器件两侧焊端不能同步受热而产生竖碑、移位、焊端脱离焊盘等焊接缺陷，要求PCB上两个端头的片式元件的长轴应垂直于再流焊炉的传送带方向；SMD器件长轴应平行于传送带方向。•再流焊炉传送带方向•对于大尺寸的PCB，为了使PCB两侧温度尽量保持一致，PCB长边应平行于再流焊炉的传送带方向，因此当PCB尺寸大于200mm时要求：•a两个端头Chip元件的长轴与PCB的长边相垂直;•bSMD器件的长轴与PCB的长边平行；•c双面组装的PCB两个面上的元器件取向一致。11.再流焊与波峰焊贴片元件的排列方向设计(2)波峰焊工艺的元器件排布方向•波峰焊料流动方向•PCB运行方向•aChip元件的长轴应垂直于波峰焊机的传送带方向；SMD器件长轴应平行于波峰焊机的传送带方向。•b为了避免阴影效应，同尺寸元件的端头在平行于焊料波方向排成一直线；不同尺寸的大小元器件应交错放置；小尺寸的元件要排布在大元件的前方；防止元件体遮挡焊接端头和引脚。当不能按以上要求排布时，元件之间应留有3~5mm间距。•(3)元器件的特征方向应一致如：电解电容器极性、二极管的正极、三极管的单引脚端、集成电路的第一脚等。采用波峰焊工艺时PCB设计的几个要点•b)为了减小阴影效应提高焊接质量，波峰焊的焊盘图形设计时要对矩形元器件、SOT、SOP元器件的焊盘长度作如下处理：•a)高密度布线时应采用椭圆焊盘图形，以减少连焊。•——延伸元件体外的焊盘长度，作延长处理,；•——对SOP最外侧的两对焊盘加宽，以吸附多余的焊锡（俗称窃锡焊盘）；•——小于3.2mm×1.6mm的矩形元件，在焊盘两侧可作45°倒角处理。减小阴影效应的措施延伸元件体外的焊盘长度45°倒角处理窃锡焊盘•c)波峰焊时，应将导通孔设置在焊盘的尾部或靠近焊盘。导通孔的位置应不被元件覆盖，便于气体排出。当导通孔设置在焊盘上时，一般孔与元件端头相距0.254mm。•d)元器件的布排方向与顺序：•*元器件布局和排布方向应遵循较小的元件在前和尽量避免互相遮挡的原则；•*波峰焊接面上的大小元器件应交错放置，不应排成一直线；•*波峰焊接面上不能安放QFP、PLCC等四边有引脚的器。•*由于波峰焊接前已经将片式元器件用贴片胶粘接在PCB上了，波峰焊时不会移动位置，因此对焊盘的形状、尺寸、对称性以及焊盘和导线的连接等要求都可以根据印制板的实际情况灵活一些。12.元器件的间距设计•(1)与元器件间距相关的因素：•——元器件外型尺寸的公差,元器件释放的热量;•——贴片机的转动精度和定位精度;•——布线设计所需空间,已知使用层数；•——焊接工艺性和焊点肉眼可测性；•——自动插件机所需间隙;•——测试夹具的使用;•——组装和返修的通道；(2)一般组装密度的焊盘间距1.252.51.251.25PLCCQFP1.242.521.25SOPPLCC元器件间相邻焊盘最小间距示意图（单位：mm）PLCCPLCCQFPSOPSOT