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1、线路板的工艺性设计及审核程遥 2010年5月,注：因题目涉及的知识极为广泛，在篇幅有限的情况下，我对网上搜集的资料进行了简要的整理并对部分重点做了标识，和补充，希望有兴趣的朋友能提出自己的想法。我的QQ：254909776 电话15888506092,内容,一、 线路板设计中的常见问题 二、线路板装配及设计要求 三、 回流焊、波峰焊设备对线路板的设计 要求 四、线路板的PLM审核规范,一、 线路板设计中的常见问题,焊盘结构尺寸不正确（注：针对于建立标准封装库后，新贴装器件的使用） 以贴片元件为例： a 当焊盘间距过大或过小时，再流焊时由于元件焊端不能与焊盘搭接交叠，会产 生吊桥、移位。b 当焊
2、盘尺寸大小不对称，或两个元件的端头设计在同一个焊盘上时，由于表面 张力不对称，回流焊，也会产生吊桥、移位。,(2) 通孔设计不正确导通孔设计在焊盘上，焊料会从导通孔中流出，会造成焊膏量不足。,(3) 阻焊和丝网不规范阻焊和丝网加工在焊盘上，其原因：一是设计；二是PCB制造加工精度差造成的，其结果造成虚焊或电气断路,现有的设计中比较常见的是标识与焊盘重叠。,(4) 元器件布局不合理a 没有按照再流焊要求设计，再流焊时造成温度不均匀,影响差异不明显。,b 点胶工艺没有按照波峰焊要求设计，波峰焊时造成阴影效应。,(5) 基准标志(Mark)、PCB外形和尺寸、工艺边的设置不正确：a 导轨传输时，由于
3、PCB外形异形、PCB尺寸过大、过小造成无法上板，无法实施机器贴片操作。b 工艺边附近布放了元器件，只能采用人工补贴。c 拼板槽和缺口附近的元器件布放过近，分板时造成损坏元器件。d Mark点对称放置，造成SMT设备无法识别。,(6) PCB材料选择、PCB厚度与长度、宽度尺寸比不合适a 由于PCB材料选择不合适，在贴片前就已经变形，造成贴装精度下降。（注：针对于非常规的线路板。）b PCB厚度与长度、宽度尺寸比不合适造成贴装及再流焊时变形，容易造成焊接缺陷，还容易损坏元器件。 (7) 元器件和元器件的包装选择不合适(注：针对于新器件）由于没有按照贴装机供料器配置选购元器件和元器件的包装，造成
4、无法用贴装机 贴装。,(8) PCB拼版不规范，过重的器件放置在拼版的中心位置，造成波峰时线路板变形。,二、线路板装配及要求,1、印制板的组装形式,1.2 工艺流程设计 1.2.1 纯表面组装工艺流程 (1) 单面表面组装工艺流程施加焊膏 贴装元器件 再流焊(2) 双面表面组装工艺流程A面施加焊膏 贴装元器件 再流焊 翻转PCB B面施加焊膏 贴装元器件 再流焊,1.2.2 表面贴装和插装混装工艺流程 (1) 单面混装（SMD和THC都在同一面）A面施加焊膏 贴装SMD 再流焊 A面插装THC B面波峰焊。(2) 单面混装（SMD和THC分别在PCB的两面）B面施加贴装胶 贴装SMD 胶固化
5、翻转PCB A面插装THC B面波峰焊。,(3) 双面混装（THC在A面，A、B两面都有SMD）A面施加焊膏 贴装SMD 再流焊 翻转PCB B面施加贴装胶 贴装SMD 胶固化 翻转PCB A面插装THC B面波峰焊。,(4) 双面混装（A、B两面都有SMD和THC）A面施加焊膏 贴装SMD 再流焊 翻转PCB B面施加贴装胶 贴装SMD 胶固化 翻转PCB A面插装THC B面波峰焊 B面插装件后附。（国网表计流程）,1.3 表面贴装工艺应考虑的因素 1.3.1 尽量采用再流焊方式，再流焊比波峰焊具有以下优越性；(1)元器件受到的热冲击小。(2)能控制焊料量，焊接缺陷少，焊接质量好，可靠性高
6、；(3)焊料中一般不会混入不纯物，能正确地保证焊料的组分；（4）有自定位效应（self alignment）(5)可在同一基板上，采用不同焊接工艺进行焊接；(6)工艺简单，修板量极小。从而节省了人力、电力、材料。,1.3.2 一般密度的混合组装时（1）尽量选择插装元件、贴片元件在同一面。（2）当SMD和THC在PCB的同一面时，采用A面印刷焊膏、再流焊，B面波峰焊工艺； （必须双面板）（3）当THC在PCB的A面、SMD 在PCB的B面时，采用B面点胶、波峰焊工艺。（单面 板）,1.3.3 高密度混合组装时（a) 高密度时，尽量选择表贴元件；（b) 将阻、容、感元件、晶体管等小元件放在B面，I
7、C和体积大、重的、高的元件 （如铝电解电容）放在A面，实在排不开时，B面尽量放小的IC ；（c) 当没有THC或只有及少量THC时，可采用双面印刷焊膏、再流焊工艺，及少量 THC采用后附的方法；（d) 当A面有较多THC时，采用A面印刷焊膏、再流焊，B面点胶、波峰焊工艺。（e) 尽量不要在双面安排THC。必须安排在B面的发光二极管、连接器、开关、微 调元器件等THC采用后附的方法。,2选择PCB材料,a)应适当选择g较高的基材玻璃化转变温度g是聚合物特有的性能，是决定材料性能的临界温度，是选择基板的一个关键参数。环氧树脂的Tg在125140 左右，回流焊温度在230 240左右，远远高于PCB
8、基板的g，高温容易造成PCB的热变形，严重时会损坏元件。 Tg应高于电路工作温度。现公司选用的线路板Tg值为130 ,b) 要求CTE低由于X、Y和厚度方向的热膨胀系数不一致，容易造成PCB变形，严重时会造成金属化孔断裂和损坏元件。c) 要求耐热性高一般要求PCB能有250/50s的耐热性。d）要求平整度好e) 电气性能要求高频电路时要求选择介电常数高、介质损耗小的材料。绝缘电阻，耐电压强度， 抗电弧性能都要满足产品要求。,3选择元器件,3.1 贴装元器件选用标准a）元器件的外形适合自动化表面贴装，元件的上表面应易于使用真空吸嘴吸取， 下表面具有使用胶粘剂的能力；b） 尺寸、形状标准化、并具有
9、良好的尺寸精度和互换性 ；c） 包装形式适合贴装机自动贴装要求；d） 具有一定的机械强度，能承受贴装机的贴装应力和基板的弯折应力；e ）元器件的焊端或引脚的可焊性要符合要求；2355，20.2s 或2305，30.5s，焊端90%沾锡。,f ）符合再流焊和波峰焊的耐高温焊接要求；再流焊：2355，20.2s。波峰焊：2605，50.5s。 g ）可承受有机溶剂的洗涤；,3.3 选择元器件要根据具体产品电路要求以及PCB尺寸、组装密度、组装形式、产品的档次和投入的成本进行选择。a） 大型贴装器件的选择 注意尺寸大小和尺寸精度，并考虑满足贴片机功能。 钽和铝电解电容器主要用于电容量大的场合 薄膜电
10、容器用于耐热要求高的场合 云母电容器用于Q值高的移动通信领域 波峰焊工艺必须选择三层金属电极焊端结构片式元件,b）小型贴装器件的选择小外形封装晶体管：SOT23是最常用的三极管封装，SOT143用于射频。SOP 、 SOJ：是DIP的缩小型，与DIP功能相似。QFP：方形扁平封装，占有面积大，引脚易变形，易失去共面性；引脚 的柔性又 能帮助释放应力，改善焊点的可靠性。QFP引腿最小间距为0.3mm，目前 0.5mm间距已普遍应用，0.3mm、 0.4mm的QFP逐渐被BGA替代。 选择时 注意贴片机精度是否 满足要求。PLCC：特殊引脚芯片封装，占有面积小，引脚不易变形，但检测不方便。LCCC
11、：价格昂贵，主要用于高可靠性的军用组件中，而且必须考虑 器件与电路板 之间的CET问题。BGA 、CSP：适用于I/O高的电路中。c) THC（插装元器件）从价格上考虑，选择THC比SMD较便宜。,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
12、动。,4. 焊盘设计,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（self alignment）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“
13、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。 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Altium Designer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
14、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。,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,(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焊盘
15、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0.25 mm。,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,(b) 1206、0805、0603、0402、0201焊盘设计,英制 公制 A（mil） B(mil) G(mil) 1825 4564 250 70 120 1812 4532 120 70 120 1210 3225 100 70 80 1206 （3216） 60 70 70 0508 （2012） 50 60 30 0603 （1508） 25 30 25 0402 （1005） 20 25 20 （0603） 12 10 12 A 焊盘宽度 B 焊盘长度 C 焊盘间距,
