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1、表面安裝工藝對(duì)印制板設(shè)計(jì)的要求 1.概述由于微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電子元個(gè)件和器個(gè)件的小型化和高密度安裝已成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前，集成電路的引線距離最小的可達(dá)到 0127mm。這樣高集成化、高密度的器件再采用傳統(tǒng)的工藝安裝和焊接幾乎已徑不再可能。從而，一場(chǎng)電子元器件的裝聯(lián)工藝技術(shù)革命就成為必然。表面安裝器件(SMD，Surface Mounting Device)和表面安裝工藝(SMT，Surface Mounting Technotogy)的出現(xiàn)，導(dǎo)致了印制電路板(PCB，Printed Circuit Board)裝聯(lián)革命。SMT 組裝工藝和組裝設(shè)備是產(chǎn)品生產(chǎn)的手段和工具，組裝工藝的制定
2、是依據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所選定材料的技術(shù)條什和組裝沒備的技術(shù)條件而制定的。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中充分地考慮生產(chǎn)工藝條件，把生產(chǎn)工藝融合到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本都有著很重要的作用。同時(shí)，SMT 已將當(dāng)代電子技術(shù)領(lǐng)域所廣泛使用的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) CAD 和計(jì)算機(jī)輔助制造 CAM 有機(jī)地結(jié)合在了一起。SMT 生產(chǎn)線的一般構(gòu)成包括如下設(shè)備：裝料機(jī)、焊膏印刷機(jī)、貼片機(jī)、自動(dòng)檢測(cè)裝置、氣相再流焊機(jī)、在線檢測(cè)裝置和卸料機(jī)。SMT 的工藝過程為：由上料機(jī)將 PCB 裝在生產(chǎn)線上，輸送到焊膏印刷機(jī)上后，按已經(jīng)編好的程序和預(yù)制的檢板，將焊膏(同時(shí)含有粘接劑、助焊劑和焊料)刷在 PCB 上。進(jìn)入貼片機(jī)后，按
3、照設(shè)計(jì)要求由機(jī)械手自動(dòng)地將所需的元器件放置在指定位置。由于焊膏中含有貼接劑，元器件可暫時(shí)定位、固定。自動(dòng)檢測(cè)裝置對(duì)元器件的安裝進(jìn)行檢驗(yàn)。進(jìn)入氣相再流焊機(jī)時(shí)，先預(yù)熱，再逐步升溫至焊接溫度，經(jīng)保溫后，元器件的焊接任務(wù)也就完成。經(jīng)過在線檢測(cè)合格后，由卸料機(jī)將已裝聯(lián)好元器件的 PCB 板卸下，從此完成了全部的 PCB裝聯(lián)工作。SMT 的特點(diǎn)：a)簡(jiǎn)化傳統(tǒng) PCB 裝聯(lián)工藝；b)免清洗；c)可靠性高；d)減少人為因素影響。2SMT 對(duì) PCB 設(shè) it 的要求由于 SMT 的特殊性，傳統(tǒng)的 PCB 設(shè)計(jì)方法也應(yīng)針對(duì)其特點(diǎn)作一些改變。2.1 網(wǎng)絡(luò)尺寸PCB 設(shè)計(jì)中的網(wǎng)絡(luò)距應(yīng)采用 254mm(用于英制器件)
4、或者2 5mm(用于公制器件)，以及它們的倍份數(shù)值。如：2 54mm的倍份數(shù)值為 127、0635，25 的倍數(shù)值為 125、0625。22 布線區(qū)域印制電路板的布線區(qū)域主要取決于以下各因素：a)元器件選型及其接腳。選性價(jià)比高的元器件是保證系統(tǒng)性能和經(jīng)濟(jì)指針的首要條件。但相同型號(hào)、相同性能的組件，又有不同的封裝形式和包裝形式，而 SMT 生產(chǎn)線設(shè)備的技術(shù)性能恰好又對(duì)元器件的這些形式作出了一些限制，故了解和掌握承擔(dān)產(chǎn)品生產(chǎn)的 SMT 生產(chǎn)線的技術(shù)條件對(duì) SMT 產(chǎn)品設(shè)計(jì)中元器件的選擇及 PCB 的設(shè)計(jì)優(yōu)化很重要；b)元器件形狀、尺寸及間距。產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)考慮此項(xiàng)因素既能更好地利用現(xiàn)有設(shè)備，如貼片機(jī)、
5、焊接檢測(cè)設(shè)備等，同時(shí)為元器件的合理布局(如對(duì)電氣性能、生產(chǎn)工藝的考慮等)提供依據(jù)，往往因設(shè)計(jì)而引起的質(zhì)量問題而在產(chǎn)品生產(chǎn)中很難得以克服；c)連通元器件的布線信道及布線設(shè)計(jì)。線寬不宜選得太細(xì)，在布線密度允許的條件下，應(yīng)將聯(lián)機(jī)設(shè)計(jì)得盡量寬，以保證機(jī)械強(qiáng)度、高可靠性及方便制造；d)裝聯(lián)要求及導(dǎo)軌槽尺寸。元器件的排列方向與順序，對(duì)再流焊的焊接質(zhì)量有著直接的影響，一個(gè)好的布局設(shè)計(jì)，除了要考慮熱容量的均勻設(shè)計(jì)外，另一點(diǎn)要考慮元器件的排列方向與順序。當(dāng)導(dǎo)軌槽用于接地線或供電線時(shí)，與它們沒有電氣聯(lián)系的印制板最外邊緣的導(dǎo)電圖形應(yīng)與導(dǎo)軌槽外緣保持有 25mm 以上的距離；e)安裝空間要求及制造要求。為防止印制板加
6、工時(shí)觸及印制導(dǎo)線造成層間短路，內(nèi)層和外層最外邊緣的導(dǎo)電圖形距離印制板邊緣應(yīng)大于 125mm。當(dāng)印制板外層的邊緣布設(shè)接地線時(shí)，接地線可以占據(jù)邊緣位置。對(duì)因結(jié)構(gòu)要求已占據(jù)的印制板板面位置，不能再布設(shè)元器件和印制導(dǎo)線。23 布線要求由于 SMT 提高了 PCB 上的組裝密度，在通過 CAD 系統(tǒng)進(jìn)行布線設(shè)計(jì)時(shí)，線寬和線間距、線與過孔、線與焊盤、過孔與過孔、線與穿孔焊盤等間的距離都要考慮好。當(dāng)元器件尺寸較大、布線密度較蔬盹，應(yīng)適當(dāng)加大印制導(dǎo)線寬度及其間距，并盡可能把空余的區(qū)域合理地設(shè)置接地線和電源線。一般來說，功率(電流)回路的線寬、間距應(yīng)大于信號(hào)(電壓)回路；模似回路的電線寬、間距應(yīng)大于數(shù)字回路。對(duì)
7、于多層印制板，當(dāng)內(nèi)層不需電鍍時(shí)，則內(nèi)層線路應(yīng)多于外層且采用較細(xì)的線條布線：在雙層或多層印制板中，相鄰兩層的印制導(dǎo)線走向宜相互垂直、斜交，應(yīng)盡量避免平行走向以減少電磁干擾；印制板上同時(shí)布設(shè)模擬電路和數(shù)字電路時(shí)，宜將它們的地線系統(tǒng)分開，電源系統(tǒng)分開；高速數(shù)字電路的輸入端和輸出端的印制導(dǎo)線，也應(yīng)避免平行布線，必要時(shí)，其間應(yīng)加設(shè)地線，同時(shí)數(shù)字信號(hào)線應(yīng)靠近地線布設(shè)，以減小干擾；模似電路輸入線應(yīng)加設(shè)保護(hù)環(huán)，以減小信號(hào)線與地線之間的電容。印制電路上裝有高壓或大功率器件時(shí)，應(yīng)盡量和低壓小功率器件分開，并要確保其連接設(shè)計(jì)的合理、可靠。大面積導(dǎo)線(如電源或接地區(qū)域)，應(yīng)在局部開設(shè)窗口(見圖1)。印制導(dǎo)線的設(shè)計(jì)原則
8、是：a)最短走線原則；b)盡量少通過焊盤；c)避免尖角設(shè)計(jì)；d)均勻、對(duì)稱的設(shè)計(jì)；e)充分合理地利用空間。24 元器件布置貼裝元器件的線腳間距應(yīng)與元器件尺寸一致以保證貼裝后焊腳尺寸與之吻合。元器件的布置應(yīng)盡可能均勻分布，以避免相互干擾(見圖 2)。SMD 不應(yīng)跨越插裝組件(見圖 3)。組件的極性排列應(yīng)盡量一致(見圖 4)。另外，大功率組件附近應(yīng)避開熱敏組件，并與其它組件留有足夠的距離；較重的元器件應(yīng)安排在印制板的支撐點(diǎn)附近，以減小印制板變形；元器件排列應(yīng)有利于空氣的流通。元器件位置的改動(dòng)，特別是多層板上的元器件位置的任何改動(dòng)，都應(yīng)經(jīng)認(rèn)真分析和試驗(yàn)，以免造成錯(cuò)誤的布線。25 焊盤設(shè)計(jì)及印字符號(hào)最
9、小焊盤及中繼孔焊盤的邊緣尺寸應(yīng)為 127DLm(見圖 5a)，焊盤與導(dǎo)線的交接處應(yīng)鋃邊，鋃邊形式見圖 5b。阻焊膜孔應(yīng)稍大于焊盤。絲網(wǎng)漏印的組件符號(hào)位置應(yīng)避免組件貼裝或插裝后遮蓋符號(hào)，以便識(shí)別(見圖 6)。焊盤設(shè)計(jì)的對(duì)比例子見圖 7。另外，焊盤應(yīng)設(shè)置鉆孔的導(dǎo)向點(diǎn)，導(dǎo)向點(diǎn)應(yīng)與焊盤同心并小于鉆孔尺寸。26 基準(zhǔn)點(diǎn)SMT 所用印制板應(yīng)設(shè)計(jì)和制作基準(zhǔn)作為定位點(diǎn)和公共測(cè)量點(diǎn)，以便印制板的層間定位和組件定位。但基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置既不能覆蓋阻焊膜，也不能接近布線。印制板的基準(zhǔn)點(diǎn)最好在板的邊緣，一般為 2-3 個(gè)(見圖 8)；元器件的基準(zhǔn)點(diǎn)可設(shè)置在元器件的布置區(qū)域內(nèi)或在區(qū)域外的邊緣處，一般為 1-3 個(gè)(見圖 9)，可根據(jù)需要設(shè)置。推薦的定位標(biāo)記圖形見圖 10。3結(jié)束語一項(xiàng)新技術(shù)的出現(xiàn)需要許多領(lǐng)域和環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)和配合，特別是在當(dāng)今電子組裝領(lǐng)域里，電子產(chǎn)品正朝著超薄、超小、超輕、高密度組裝方向發(fā)展，使今天的設(shè)計(jì)人員已不能僅滿足于對(duì)你所設(shè)計(jì)的電路、系統(tǒng)的請(qǐng)悉，還要要求你了解你所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品將怎樣去制造，了解產(chǎn)品制造的主要工藝環(huán)節(jié)。只有這樣才能使新開發(fā)的產(chǎn)品具有較短的制造周期，具有較低的制造成本，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，才能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文談及到的是其中的一些實(shí)例，希望本文能起到拋磚引玉的作用，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中得到一些啟示。
表面安裝工藝對(duì)印制板設(shè)計(jì)的要求
