表面贴装印制板的设计技巧

2013年06月07日 14:06    qq8426030
关键词: 印制板

在确定表面贴装印制板的外形、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。表面贴装技术(SMT)和通孔插装技术(THT)的印制板设计规范大不相同。

  1 表面贴装印制板外形及定位设计

  印制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,则印制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的印制板,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。

  印制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)和定位孔保证印制板的定位精度。

  印制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。

  2 印制板的布线方式

  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。

  走线宽度和中心距

  印制板线条的宽度要求尽量一致,这样有利于阻抗匹配。从印制板制作工艺来讲,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。

  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。

  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印制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。

  3 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。

  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。如图1所示。


图1    焊点

  其中L1、L2尺寸的选择,要有利于焊料熔融时能形成良好的弯月形轮廓,还要避免焊料产生桥接现象,以及兼顾元器件的贴片偏差(偏差在允许范围内),以利于增加焊点的附着力,提高焊接可靠性。一般L1取0.5mm、L2取0.5-1.5mm.

  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。

  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。

  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。

  4 基准标准(Mark)设计要求

  在印制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。一般是在印制板对角线上设置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。

  5 其他要求

  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.

  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。

  6 结束语

  作为表面贴装印制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,表面贴装印制板设计是保证表面贴装质量的关键并重要的一个环节。

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