SMT表面安裝技術(shù)在許多電子產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中被大量采用，本文就SMT表面安裝PCB設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的一些制造工藝性問題進(jìn)行了闡述，給SMT設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)參考。
關(guān)鍵詞：印制電路板 基準(zhǔn)標(biāo)志 導(dǎo)通孔 波峰焊 再流焊 可測性設(shè)計(jì)
五、元器件布局的要求
元器件布局要滿足
SMT生產(chǎn)工藝的要求。由于設(shè)計(jì)所引起的產(chǎn)品質(zhì)量問題在生產(chǎn)中是很難克服的；因此，
PCB設(shè)計(jì)工程師要了解基本的SMT工藝特點(diǎn)，根據(jù)不同的工藝要求進(jìn)行元器件布局設(shè)計(jì)，正確的設(shè)計(jì)可以焊接缺陷到最低。在進(jìn)行元器件布局時(shí)要考慮以下幾點(diǎn)：
PCB上元器件分布應(yīng)盡可能地均勻；大質(zhì)量器件再流焊時(shí)熱容量較大，因此，布局上過于集中容易造成局部溫度低而導(dǎo)致假焊；
大型器件的四周要留一定的維修空隙(留出SMD返修設(shè)備加熱頭能夠進(jìn)行操作的尺寸)；
功率器件應(yīng)均勻地放置在PCB邊緣或機(jī)箱內(nèi)的通風(fēng)位置上；
單面混裝時(shí)，應(yīng)把貼裝和插裝元器件布放在A面；采用雙面再流焊混裝時(shí)，應(yīng)把大的貼裝和插裝元器件布放在A面，PCB A、B兩面的大器件要盡量錯(cuò)開放置；采用A面再流焊，B面波焊混裝時(shí)，應(yīng)把大的貼裝和插裝元器件布放在A面(再流焊)，適合于波峰焊的矩形、圓柱形片式元件、SOT和較小的SOP(引腳數(shù)小于28，引腳間距1mm以上)布放在B面(波峰焊接面)。波峰焊接面上不能安放四邊有引腳的器件，如，QEP、PLCC等；
波峰焊接面上元器件封裝必須能承受260度以上溫度并是全密封型的；
貴重的元器件不要布放在PCB的角、邊緣，或靠近接插件、安裝孔、槽、拼板的切割、豁口和拐角等處，以上這些位置是印制電路板的高應(yīng)力區(qū)，容易造成焊點(diǎn)和元器件的開裂或裂紋。
波峰焊接元件的方向
所有的有極性的表面貼裝元件在可能的時(shí)候都要以相同的方向放置。在任何第二面要用波峰焊接的印制電路板裝配上，在該面的元件首選的方向如圖2所示。使用這個(gè)首選方向是要使裝配在退出焊錫波峰時(shí)得到的焊點(diǎn)質(zhì)量最佳。在排列元件方向時(shí)應(yīng)盡量做到：
(1) 所有無源元件要相互平行 ；
(2) 所有SOIC要垂直于無源元件的長軸 ；
(3) SOIC和無源元件的較長軸要互相垂直；
(4) 無源元件的長軸要垂直于板沿著波峰焊接機(jī)傳送帶的運(yùn)動(dòng)方向 。
(5) 當(dāng)采用波峰焊接SOIC等多腳元件時(shí)，應(yīng)于錫流方向最后兩個(gè)(每邊各1)焊腳處設(shè)置竊錫焊盤，防止連焊。
貼裝元件方向的考慮
類型相似的元件應(yīng)該以相同的方向排列在板上，使得元件的貼裝、檢查和焊接更容易。還有，相似的元件類型應(yīng)該盡可能接地在一起，如圖3所示。
圖2 波峰焊接應(yīng)用中的元件方向
圖3 相似元件的排列
在內(nèi)存板上，所有的內(nèi)存芯片都貼放在一個(gè)清晰界定的矩陣內(nèi)，所有元件的第一腳在同一個(gè)方向。這是在邏輯設(shè)計(jì)上實(shí)施的一個(gè)很好的設(shè)計(jì)方法，在邏輯設(shè)計(jì)中有許多在每個(gè)封裝上有不同邏輯功能的相似元件類型。在另一方面，模擬設(shè)計(jì)經(jīng)常要求大量的各種元件類型，使得將類似的元件集中在一起頗為困難。不管是否設(shè)計(jì)為內(nèi)存的、一般邏輯的、或者模擬的，都推薦所有元件方向?yàn)榈谝荒_方向相同。
六、基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)記(Fiducial Marks)制作的要求
為了精密地貼裝元器件，可根據(jù)需要設(shè)計(jì)用于整塊PCB的光學(xué)定位的一組圖形(全局基準(zhǔn)點(diǎn))，用于引腳數(shù)較多，引腳間距小的單個(gè)器件的光學(xué)定位圖形(局部基準(zhǔn)點(diǎn))，如圖4所示。若是拼板設(shè)計(jì)，則需要在每塊面板上設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，讓機(jī)器把每塊面板當(dāng)作單板看待，如圖5所示。
圖4 局部/全局基準(zhǔn)點(diǎn) 圖5 拼板/全局基準(zhǔn)點(diǎn)
在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)記時(shí)要考慮以下因素：
基準(zhǔn)標(biāo)志常用圖形有：■●▲╋等，推薦采用的基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)記是實(shí)心圓，直徑1mm。
基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)記最小的直徑為0.5mm[0.020″]。最大直徑是3mm[0.120″]。基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)記不應(yīng)該在同一塊印制電路板上尺寸變化超過25微米[0.001″]。
基準(zhǔn)點(diǎn)可以是裸銅、由清澈的防氧化涂層保護(hù)的裸銅、鍍鎳或鍍錫、或焊錫涂層(熱風(fēng)均勻的)。電鍍或焊錫涂層的首選厚度為5 - 10微米[0.0002 - 0.0004″]。焊錫涂層不應(yīng)該超過25微米[0.001″]。
基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)記的表面平整度應(yīng)該在15微米[0.006″]之內(nèi)。
在基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)記周圍，應(yīng)該有一塊沒有其它電路特征或標(biāo)記的空曠區(qū)(Clearance)。空曠區(qū)的尺寸最好等于標(biāo)記的直徑，如圖6所示。
基準(zhǔn)點(diǎn)要距離印制電路板邊緣至少5.0mm[0.200″](SMEMA的標(biāo)準(zhǔn)傳輸空隙?，并滿足最小的基準(zhǔn)點(diǎn)空曠度要求。
當(dāng)基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)記與印制電路板的基質(zhì)材料之間出現(xiàn)高對比度時(shí)可達(dá)到最佳的性能。
圖6 推薦的空曠區(qū) 圖7 測試點(diǎn)設(shè)計(jì)示例
七、可測性設(shè)計(jì)的考慮
SMT的可測性設(shè)計(jì)主要是針對目前ICT裝備情況。將后期產(chǎn)品制造的測試問題在電路和SMT表面安裝印制電路板SMB設(shè)計(jì)時(shí)就考慮進(jìn)去。提高可測性設(shè)計(jì)要考慮工藝設(shè)計(jì)和電氣設(shè)計(jì)兩個(gè)方面的要求。
工藝設(shè)計(jì)的要求
定位的精度、基板制造程序、基板的大小、探針的類型都是影響探測可靠性的因素。
(1)精確的定位孔。在基板上設(shè)定精確的定位孔，定位孔誤差應(yīng)在±0.05mm以內(nèi)，至少設(shè)置兩個(gè)定位孔，且距離愈遠(yuǎn)愈好。采用非金屬化的定位孔，以減少焊錫鍍層的增厚而不能達(dá)到公差要求。如基板是整片制造后再分開測試，則定位孔就必須設(shè)在主板及各單獨(dú)的基板上。
(2)測試點(diǎn)的直徑不小于0.4mm，相鄰測試點(diǎn)的間距最好在2.54mm以上，不要小于1.27mm。
(3)在測試面不能放置高度超過64mm的元器件，過高的元器件將引起在線測試夾具探針對測試點(diǎn)的接觸不良。
(4)最好將測試點(diǎn)放置在元器件周圍1.0mm以外，避免探針和元器件撞擊損傷。定位孔環(huán)狀周圍3.2mm以內(nèi)，不可有元器件或測試點(diǎn)。
(5)測試點(diǎn)不可設(shè)置在PCB邊緣5mm的范圍內(nèi)，這5mm的空間用以保證夾具夾持。通常在輸送帶式的生產(chǎn)設(shè)備與SMT設(shè)備中也要求有同樣的工藝。
(6)所有探測點(diǎn)最好鍍錫或選用質(zhì)地較軟、易貫穿、不易氧化的金屬傳導(dǎo)物，以保證可靠接觸，延長探針的使用壽命。
(7)測試點(diǎn)不可被阻焊劑或文字油墨覆蓋，否則將會縮小測試點(diǎn)的接觸面積，降低測試的可靠性。
電氣設(shè)計(jì)的要求
(1)要求盡量將元件面的SMC/SMD的測試點(diǎn)通過過孔引到焊接面，過孔直徑應(yīng)大于1mm。這樣可使在線測試采用單面針床來進(jìn)行測試，從而降低了在線測試成本。
(2)每個(gè)電氣節(jié)點(diǎn)都必須有一個(gè)測試點(diǎn)，每個(gè)IC必須有POWER及GROUND的測試點(diǎn)，且盡可能接近此元器件，最好在距離IC 2.54mm范圍內(nèi)。
(3)在電路的走線上設(shè)置測試點(diǎn)時(shí)，可將其寬度放大到40mil寬。
(4)將測試點(diǎn)均衡地分布在印制電路板上。如果探針集中在某一區(qū)域時(shí)，較高的壓力會使待測板或針床變形，進(jìn)一步造成部分探針不能接觸到測試點(diǎn)。
(5)電路板上的供電線路應(yīng)分區(qū)域設(shè)置測試斷點(diǎn)，以便于電源去耦電容或電路板上的其它元器件出現(xiàn)對電源短路時(shí)，查找故障點(diǎn)更為快捷準(zhǔn)確。設(shè)計(jì)斷點(diǎn)時(shí)，應(yīng)考慮恢復(fù)測試斷點(diǎn)后的功率承載能力。
圖7所示為測試點(diǎn)設(shè)計(jì)的一個(gè)示例。通過延伸線在元器件引線附近設(shè)置測試焊盤或利用過孔焊盤測試節(jié)點(diǎn)，測試節(jié)點(diǎn)嚴(yán)禁選在元器件的焊點(diǎn)上，這種測試可能使虛焊節(jié)點(diǎn)在探針壓力作用下擠壓到理想位置，從而使虛焊故障被掩蓋，發(fā)生所謂的“故障遮蔽效應(yīng)”。由于探針因定位誤差引起的偏晃，可能使探針直接作用于元器件的端點(diǎn)或引腳上而造成元器件損壞。
八、結(jié)束語
PCB工藝設(shè)計(jì)在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)過程中雖不是最關(guān)鍵部分，但它對產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率等起著至關(guān)重要的作用。若設(shè)計(jì)不當(dāng)，SMT根本無法實(shí)施或生產(chǎn)效率很低。因此，希望設(shè)計(jì)者務(wù)必注意本文所提出的幾個(gè)要求，使得設(shè)計(jì)的印制電路板達(dá)到性能最佳、質(zhì)量最優(yōu)。
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