SMT组装中可制造性设计技术内容

可加工性分析。对于以上两大类内容分别对应一些具体的分类,具体分类情况如下。
(1) PCB可组装性分析
基准点分析:基准点有无、基准点尺寸、基准点间距(基准点与板边缘间距、基准点与 元件间距、基准点与布线间距)。
元器件分析:元器件布局分析、元器件间距分析(元件与元件间距、元件与板边缘、元 件与布线、元件与丝印字符)、元器件高度、间距。
焊盘分析:焊盘尺寸设计、焊盘间距、过孔分析(SMD下方的过孔、过孔之间间距、过 孔与元件间距)。
测试点分析:测试点尺寸、测试点间距、布线上测试点检查;阻焊膜分析。 丝印分析:丝印位置检查、极性标号、位号重复性检查。
PCB分析:传送边有无、传送边尺 寸、传送边方向。
封装与焊盘匹配性分析：引脚与 焊盘长度比、引脚与焊盘宽度比、引脚 与焊盘面积比。
(2) PCB可加工性分析内容
PCB布线检查、过孔检查、工艺孔 检查、信号层的分析。
2. 可制造性设计分析软件系统
可制造性设计分析软件系统的架 构模型如图5.1所示。
3. 可制造性设计的关键技术点
(1) 对PCB基板的要求
基板的作用除了提供组装所需的 基础结构外，还提供电源和电信号所 需的引线以及散热的功能。要求具有 足够的机械强度(抗扭曲、振动和撞击 等)、能够承受组装工艺中的热处理和 冲击、具有足够的平整度、同时适合 PCB的制造工艺、具有良好的电气性 能(如阻抗、介质常数等)。
① PCB的尺寸范围
从生产角度考虑，最小的单板尺 寸不应小于250mm X 200mm; 一般理 想的尺寸范围是宽(200mm ~ 250mm) X长(250mm — 350mm),对于长边尺 寸小于125mm、或短边小于100mm、或尺寸范围小于125mm X 100mm的
PCB,宜采用拼板的方式，转换为符合 生产要求的理想尺寸,以便于组装。
② PCB的厚度
PCB厚度指的是其标称厚度（即绝缘层和铜箔的厚度）,PCB厚度的选取应该根据板 尺寸和所安装兀件的质量选取。推荐采用厚度有0.5mm、0.7mm、0.8mm、lmm、l .5mm、 1.6mm、（1.8mm）、2mm、2.4mm、（3.0mm）、3.2mm、4.0mm、6.4mm, 0.7mm 和］.5mm 板厚的PCB用于带金手指双面板的设计,1.8mm和3.0mm为非标准尺寸，尽可能少用。
③ PCB的外形要求
对于波峰焊来讲，要求外形应该是矩形的，如果有缺槽，应考虑用工艺拼板的方式将 缺槽补齐;对于纯SMT用板，允许有缺槽，但缺槽尺寸应小于所在边长度的1/3,以确保 PCB在链条上传送平稳。
④ PCB的传送要求
在传送方向方面要从减少PCB焊接时变形的角度考虑，对于不作拼板的PCB, 一般 将其长边方向作为传送方向;对于要作拼板的小板，将拼板的长边方向作为传送方向。在 传送边方面要将不作拼板的PCB应该留出不小于3.5mm宽度的传送边，通常将PCB或 拼板的长边作为传送边，以便在流水线上传送。如果是双面组装PCB,其正面在离边 3.5mm的范围内不能有任何元器件和焊盘，反面在离边6mm的范围内不能有任何元器 件和焊盘。
⑤ 拼板设计
在设计拼板时考虑小板如何摆放,作几拼，如何节省材料并保证拼后具有足够的刚 度。拼板时，所有小板最好采取同样的方向,异形板可以采用相对的方式拼板。拼板后的 尺寸应符合PCB板尺寸范围的要求，不宜过大，否则焊接时容易变形。
（2）对焊盘设计的要求
焊盘的设计是可制造性设计技术中关键的一项内容。焊盘的尺寸，对SMT产品的 可制造性和寿命有着很大的影响，所以它是SMT应用中一个必须做好的关键工作。常 用的元件焊盘可以参考一些标准进行设计，如IPC-SM-782o对于同一个元件,凡是对 称使用的焊盘（如片状电阻、电容、SOIC、QFP等），设计时应严格保持其全面的对称性， 即焊盘图形的形状与尺寸应完全一致。以保证焊料熔融时,作用于元器件上所有焊点的 表面张力能保持平衡（即其合力为零），以利于形成理想的焊点。
在SMC/SMD焊盘设计中，标准尺寸元器件的焊盘图形可以直接从CAD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。下面主要介绍的是几类常用元器件的焊盘设计。
① 矩形片式元器件焊盘设计
焊盘宽度:A = - K
焊盘长度（电阻）：B = H^+ 丁四+ K
焊盘长度（电容）：B = + T^- K
焊盘间距：G = - 2 - K
式中:L为元件长度（mm）; W为元件宽度（mm）;T为元件焊端宽度（mm）;H为焊端高 度（mm）; K为常数,一般取0.25mm。
② 晶体管（SOT）焊盘设计
单个引脚的焊盘设计要求：焊盘宽度2引脚宽度;焊盘长度=元件管脚的长度+ b、 +如。其中：饥=奶,取值范围为0.3mm~0.5mm。
对于小外形晶体管，应在保持焊盘间中心距等于引线间中心距的基础上，再将每个焊 盘四边的尺寸分别向外延伸至少0.35mm。
③ 翼形小外形封装器件(SOP)和四边扁平封装器件(QFP)的焊盘设计
一般情况下，焊盘的宽度 吧等于引脚宽度Wl，焊盘长度取2.0mm±0.5mmo焊盘 中心距等于引脚中心距。
单个引脚焊盘宽度设计的一般原则:器件引脚间距Wl.0mm时，Wl ;器件引脚 间距沐1.27mm时，Wp VI. 2吨;焊盘长度屁=引脚长度+们+ b2o bx=如取值范 围为 0.3mm~0.5mm。 .
相对两排焊盘的距离(焊盘图形内廓)按下式计算。
G = F - K
式中：G为两焊盘之间距离(mm);F为元器件壳体封装尺寸(mm);K为常数，一般取 0.25mm。
④ J形小外形封装器件(SOJ)和塑封有引线封装器件(PLCC)的焊盘设计
SOJ和PLCC的引脚均为J形,典型引脚中心间距为1.27mm。单个引脚焊盘设计一 般原则：(0.5mm〜0.8mm) X (1.85mm~2.15mm);引脚中心应在焊盘图形内侧1/3 至焊盘中心之间;SOJ相对两排焊盘之间的距离(焊盘图形内廓)一般为4.9mm。
⑤ 球栅阵列器件(BGA)的焊盘设计
BGA器件的焊盘形状为圆形，通常焊盘直径应比焊球直径小20 %。焊盘旁边的通 孔，在制板时须做好阻焊，以防引起焊料流失造成短路或虚焊。BGA焊盘间距应按公制 设计,由于元件手册会给出公制和英制两种尺寸标注,实际上元件是按公制生产的，按英 制设计焊盘会造成组装偏差。
(3) 对布线设计的要求
印制导线设计的基本原则:最短走线原则,尽量少通过焊盘,避免尖角设计，均匀、对 称的设计，充分合理地利用空间。
对于两个焊盘安装的元件,如电阻、电容，与其焊盘连接的印制线最好从焊盘中心位 置对称引出，且与焊盘连接的印制线必须具有一样宽度。与较宽的印制线连接的焊盘，中 间最好通过一段窄的印制线过渡,这一段窄的印制线通常称为“隔热路径”，否则对于 0805及其以下片式元件，焊接时容易出现“立碑”现象。线路与QFP、PLCC、SOT等器件 的焊盘连接时，一般建议从焊盘的两端引出,不要直接中间相连。当焊盘和大面积的地相 连时,应优选十字铺地法和45°铺地法。从大面积地或电源线处引出的导线长大于 0.5mm,宽小于0.4mm。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。在组装密度许可的情况下，尽量选用 较低密度布线设计，以提高可靠性。
PCB设计上按组装行业约定,以布线密度分为3种程度：
① 低密度。典型电路是插装线路板，其技术要求是在2.54mm元件引脚中心间距 内，穿过2条线径/间径为0.23mm的导线。
② 中密度。通常是表面贴装与插装混合线路板，在1.27mm元件引脚中心间距内, 穿过一条线径/间径0,15mm的导线。
③ 高密度。通常属表面贴装PCB设计，在1.27mm元件引脚中心间距内，穿过2 条〜3条更细线径/间径的导线。
(4) 对组装质量的要求
① 典型组装缺陷
典型组装缺陷有:焊锡球、锡珠、桥连、焊点不饱满、焊点太饱满、空洞、立碑、冷焊、浸 润不良等。设计中应有针对性地采取组装缺陷防止措施。
② 组装质量判定
可分为通用电子产品、专用电子产品和高可靠性电子产品三种类型，应分别以相应的 标准作为质量设计依据。从接收方面来看，分为最佳、可接受和不合格三个级别，设计应 以最佳为目标。

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