SMT对PCB设计的要求

1第四节SMT工艺对PCB设计的要求一、元器件整体布局设置二、间距设计三、再流焊工艺的元器件排布方向四、波峰焊工艺要求五、布线设计要求六、焊盘与印制导线连接的设置七、孔设计八、阻焊、丝网设置九、印制板的热设计一.元器件整体布局设置工艺要求布局是一个重要的环节。布局结果的好坏将直接影响布线的效果，所以合理的布局是PCB设计成功的第一步。1.元器件分布应尽可能均匀，疏密有序。大质量器件再流焊时热容量较大，过于集中容易造成局部温度低而导致虚焊；同时布局均匀也有利于重心平衡，在震动冲击实验中，不容易出现元件、金属化孔和焊盘被拉坏的现象。2.元器件在PCB上的方向排列，同类元器件尽可能按相同的方向排列，特征方向应一致，便于元器件的贴装、焊接和检测。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。23.大型器件的四周要留一定的维修空隙（留出SMD返修设备加热头能够进行操作的尺寸）；4.发热元件应尽可能远离其他元器件，一般置于边角、机箱内通风位置。发热元件应该与电路板表面保持一定距离，最小距离为2mm。一般用其引线或其他支撑物作支撑，如散热片等。发热元件在多层板中将发热元件体与PCB连接，设计时做金属焊盘，加工时用焊锡连接，使热量通过PCB散热。5.对于温度敏感的元器件要远离发热元件。例如三极管、集成电路、电解电容和有些塑壳元件等应尽可能远离桥堆、大功率器件、散热器和大功率电阻（插件）。6.对于需要调节或经常更换的元件和零部件，如电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关、保险管、按键、插拔器等元件的布局，应考虑整机的结构要求，置于便于调节和更换的位置。若是机内调节，应放在印制板上方便于调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应，防止三位空间和二位空间发生冲突。如纽子开关的面板开口和PCB上开关孔的位置应当相匹配。7.接线端子、插拔件附近、长串端子的中央以及经常受力作用的部位设置固定孔，并且固定孔周围应留有相应的空间。防止因受热膨胀而变形。如长串端子热膨胀比PCB还严重，波峰焊时发生翘起现象。38.对于一些体（面）积公差大、精度低，需二次加工的插装元器件、零部件（如变压器、电解电容、压敏电阻、桥堆、散热器等）与其他元器件之间的间隔在原设定的基础上再增加一定的富裕量，建议电解电容、压敏电阻、桥堆、涤纶电容等增加富裕量不小于1mm，变压器、散热器和超过5W（含5W）的电阻不小于3mm。9．所有元件编号的印刷方位相同。10.贵重元器件不要布放在PCB的角、边缘、或靠近接插件、安装孔、槽、拼板的切割、豁口和拐角等处，以上这些位置是印制板的高应力区，容易造成焊点和元器件的开裂或裂纹。11.元件布局要满足再流焊、波峰焊的工艺要求以及间距要求。12．应留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。13．PCB面积过大时，为防止过锡炉时PCB板弯曲，应在PCB板中间留一条5～10mm宽的空隙不布放元器件，用来在过炉时加上防止PCB弯曲的压条或支撑。14．轴向元器件重量超过5g有高振动要求时，或元器件重量超过15g的一般要求时，应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件，不宜装在印制板上，而应装在整机的机箱底板上，4电路设计布局要求：1.元件布局对PCB的性能有很大的影响，电路上设计一般大电路分成各单元电路，并按照电路信号流向安排各单元电路的位置，避免输入输出，高低电平部分交叉。流向要有一定规律，并尽可能保持一致的方向，出现故障容易查找。如高、中、低频分开。2.以每个单元电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。数字、模拟器件分开，尽量远离等。3．去藕电容尽量靠近器件VCC，走线时尽量与VCC直接相连。4．同功能的线路集中在一起，并印下方框。5．高地压之间的隔离：PCB上有高、低压电路的同时，高、低压的元器件要分开放置，隔离距离与板材承受的耐压有关，国家标准FR4的PCB板材的耐压为1000V/mm。设计时留有余量，如承受3000V耐压，高低压线路之间的距离在3.5mm以上。许多情况下，为了避免爬电，还在PCB上高低压之间开槽。6．就近原则：当板上对外连接确定后，相关电路部分应就近安放，避免走远路，绕弯子，尤其忌讳交叉穿插。7．在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样不但美观，而且装焊容易，易于批量生产。5二.元件间距设计1元器件间距设计考虑的相关因素：（1）元器件外型尺寸的公差,元器件释放的热量;（2）贴片机的转动精度和定位精度;（3）布线设计所需空间,已知使用层数；（4）焊接工艺性和焊点肉眼可测性；（5）自动插件机所需间隙;（6）测试夹具的使用;（7）组装和返修的通道；（8）同类封装元件的距离相等.（9）插装元件IC间的间距最小0.1mm,一般0.2mm-0.3mm.(印制板制造要求)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）62IPC－782焊盘间距的规定标准密度设计标准7标准密度设计标准标准密度设计标准8三.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设计时尽量满足一下要求：a)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，b)片式元件的长轴应垂直于再流焊炉的传送带方向，即片式元件的长轴与PCB的长边相垂直;c)SMD器件的长轴与PCB的长边平行；d)双面组装的PCB两个面上的元器件取向一致。四.波峰焊工艺工艺要求（1）元器件排布方向a）Chip元件的长轴应垂直于波峰焊机的传送带方向；•波峰焊料方向9b）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。c）SOT元件方向排列，其引脚与波峰流动方向垂直。10•••d）SMD器件排列图。SMD器件长轴应平行于波峰焊机的传送带方向。(2).采用波峰焊工艺时PCB设计的几个要点a)高密度布线时应采用椭圆焊盘图形，以减少连焊。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：第一：延伸元件体外的焊盘长度，作延长处理；参考尺寸：SOIC=15mil；SOT=35mil11减小阴影效应的措施第二：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）；第三：小于3.2mm×1.6mm的矩形元件，在焊盘两侧可作45°(10*10mil)倒角处理。•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。•12d)波峰焊接面上尽量不安放QFP、PLCC等四边有引脚的器，如果需要，最好45°角排列。e)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，因此对贴装要求很高，而对焊盘的形状、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。五.布线设计要求1.布线宽度、间距及加工难易程度•线宽线间距备注•0.010″0.010″简便•0.007″0.008″标准•0.005″0.005″困难•0.002″0.002″极困难132.外层线路线宽和线距•功能*0.012/0.0100.008/0.0080.006/0.0060.005/0.005•线宽0.012″0.008″0.006″0.005″•焊盘间距0.010″0.008″0.006″0.005″•线间距0.010″0.008″0.0060.005″•线—焊盘间距0.010″0.008″0.006″0.005″•环形图**0.008″0.008”0.007″0.006″•*线宽/间距•**为孔边缘到焊盘边缘的距离3.内层线路线宽和线距•功能0.012/0.0100.008/0.0080.006/0.0060.005/0.005•线宽0.012″0.008″0.006″0.005″•焊盘间距0.010″0.008″0.006″0.005″•线间距0.010″0.008″0.006″0.005″•线—焊盘间距0.010″0.008″0.006″0.005″•环形图0.008″0.008″0.007″0.006″•线—孔边缘0.018″0.016″0.013″0.010″•板—孔边缘0.018″0.016″0.013″0.010″144.一般设计标准•项目间距•孔—板边缘大于板厚•线—板边缘≥0.03或1mm•焊盘—线min0.075•焊盘--焊盘min0.025•焊盘—板边缘≥0.035.五种不同布线密度的布线规则一级布线密度二级布线密度三级布线密度四级布线密度五级布线密度15一级布线密度二级布线密度16三级布线密度四级布线密度17五级布线密度一级二级三极四级五级通孔间距2.542.542.542.542.54钻孔孔径1.171.171.171.170.99金属化后孔径11110.89焊盘直径1.651.651.52(修窄)1.52(修窄)1.4（方）最小布线宽度0.250.20.20.1270.1最小线距0.250.20.20.1270.1插装通孔间通过的导线数11234表贴焊盘1.27间距通过的导线数011232.54网格上放置测试通孔/过孔有/有有/有有/无1/2间距1/2间距通孔孔径/焊盘尺寸0.45/0.890.45/0.890.45/0.890.45/0.890.45/0.89过孔孔径/焊盘尺寸0.356/0.6350.356/0.6350.356/0.6350.356/0.6350.254/0.51186.布线工艺要求(1).走线宽度：导线宽度的设计，由四个方面的因素决定，负载电流、允许温升、板材附着力以及生产加工难易程度。设计原则既能满足电性能要求，又能便于加工。•导线宽度与负载电流的关系：（关系图）FR4的板材，35μm的铜箔厚度，0.2mm的导线宽度，板材基材厚度≥25μm，板材总厚度要求大于60μm，允许通过的电流0.7A的电流。而内层的电流考虑散热不好，允许电流设计时要降低20％－30％。如0.7A×0.7＝0.49A-0.56A为内层设计允许0.2mm的导线通过的最大电流。线宽、线距以0.2mm为分界线,随着线条变细，生产加工困难，质量难以控制，废品率上升，所以选用线宽、线距0.2mm以上较好。通常情况选用0.3mm的线宽和线距。导线最小线宽0.1mm，航天0.2mm。DIP封装的IC走线，可用简便加工工艺10mil的线宽线距或1－3级布线密度。设计必须考虑布线密度，布线密度的选择最好不超过4级，目前部分加工厂商可以实现4级布线密度，但5级就很难。选择密度越低，加工越方便。•电源和地线尽量加粗，一般情况地线宽度电源线宽度信号线宽度，通常信号线宽度为0.2mm-0.3mm，最精细宽度为0.05mm-0.07mm，电源线宽度为1.2mm-1.5mm，公共地线尽可能使用大于2mm－3mm的线宽，这点在微处理器中特别重要，因为地线过细，电流的变化，地电位的变动，微处理器定时信号的电平不稳，会使噪声容限劣化。•导线宽度在大电流情况下还要考虑温升。一般要求允许温升为10°C。例如铜箔厚度为50μm，导线宽度1mm－1.5mm通过2A电流时，温升很小，所以常采用1mm－1.5mm的线宽，防止温升。但注意导线的宽度和铜箔厚度是相对应的，铜箔厚度、宽度发生变化，温升也会发生变化。•板材附着力：对FR4部颁标准有一定的规定，附着力为14N（板材保证）。19•(2).导线间距：导线间距由板材的绝缘电阻、耐电压、和导线的加工工艺决定。导线间电压越大，间距也越大，间距越小，导线的压差越小。一般FR4板材