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)計時需考慮的一些制造工藝性問題進行了闡述,給SMT設(shè)計人員提供一個參考。
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
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)計工程師要了解基本的SMT工藝特點,根據(jù)不同的工藝要求進行元器件布局設(shè)計,正確的設(shè)計可以焊接缺陷到最低。在進行元器件布局時要考慮以下幾點:
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)備加熱頭能夠進行操作的尺寸);
功率器件應(yīng)均勻地放置在PCB邊緣或機箱內(nèi)的通風(fēng)位置上;
單面混裝時,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,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開放置;采用A面再流焊,B面波焊混裝時,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。使用這個首選方向是要使裝配在退出焊錫波峰時得到的焊點質(zhì)量最佳。在排列元件方向時應(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傳送帶的運動方向 。
(5) 當(dāng)采用波峰焊接SOIC等多腳元件時,應(yīng)于錫流方向最后兩個(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清晰界定的矩陣內(nèi),所有元件的第一腳在同一個方向。這是在邏輯設(shè)計上實施的一個很好的設(shè)計方法,在邏輯設(shè)計中有許多在每個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)計為內(nèi)存的、一般邏輯的、或者模擬的,都推薦所有元件方向為第一腳方向相同。
六、基準(zhǔn)點標(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)計用于整塊PCB的光學(xué)定位的一組圖形(全局基準(zhǔn)點),用于引腳數(shù)較多,引腳間距小的單個器件的光學(xué)定位圖形(局部基準(zhǔn)點),如圖4所示。若是拼板設(shè)計,則需要在每塊面板上設(shè)計基準(zhǔn),讓機器把每塊面板當(dāng)作單板看待,如圖5所示。
圖4 局部/全局基準(zhǔn)點 圖5 拼板/全局基準(zhǔn)點
在設(shè)計基準(zhǔn)點標(biāo)記時要考慮以下因素:
基準(zhǔn)標(biāo)志常用圖形有:■●▲╋等,推薦采用的基準(zhǔn)點標(biāo)記是實心圓,直徑1mm。
基準(zhǔn)點標(biāo)記最小的直徑為0.5mm[0.020″]。最大直徑是3mm[0.120″]?;鶞?zhǔn)點標(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)點可以是裸銅、由清澈的防氧化涂層保護的裸銅、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)??諘鐓^(qū)的尺寸最好等于標(biāo)記的直徑,如圖6所示。
基準(zhǔn)點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)點空曠度要求。
當(dāng)基準(zhǔn)點標(biāo)記與印制電路板的基質(zhì)材料之間出現(xiàn)高對比度時可達到最佳的性能。
圖6 推薦的空曠區(qū) 圖7 測試點設(shè)計示例
七、可測性設(shè)計的考慮
SMT的可測性設(shè)計主要是針對目前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)計時就考慮進去。提高可測性設(shè)計要考慮工藝設(shè)計和電氣設(shè)計兩個方面的要求。
工藝設(shè)計的要求
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)置兩個定位孔,且距離愈遠愈好。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)在主板及各單獨的基板上。
(2)測試點的直徑不小于0.4mm,相鄰測試點的間距最好在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的接觸不良。
(4)最好將測試點放置在元器件周圍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。
(5)測試點不可設(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)測試點不可被阻焊劑或文字油墨覆蓋,否則將會縮小測試點的接觸面積,降低測試的可靠性。
電氣設(shè)計的要求
(1)要求盡量將元件面的SMC/SMD的測試點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行測試,從而降低了在線測試成本。
(2)每個電氣節(jié)點都必須有一個測試點,每個IC必須有POWER及GROUND的測試點,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)置測試點時,可將其寬度放大到40mil寬。
(4)將測試點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,較高的壓力會使待測板或針床變形,進一步造成部分探針不能接觸到測試點。
(5)電路板上的供電線路應(yīng)分區(qū)域設(shè)置測試斷點,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,查找故障點更為快捷準(zhǔn)確。設(shè)計斷點時,應(yīng)考慮恢復(fù)測試斷點后的功率承載能力。
圖7所示為測試點設(shè)計的一個示例。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,測試節(jié)點嚴(yán)禁選在元器件的焊點上,這種測試可能使虛焊節(jié)點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或引腳上而造成元器件損壞。
八、結(jié)束語
PCB工藝設(shè)計在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計過程中雖不是最關(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)計不當(dāng),SMT根本無法實施或生產(chǎn)效率很低。因此,希望設(shè)計者務(wù)必注意本文所提出的幾個要求,使得設(shè)計的印制電路板達到性能最佳、質(zhì)量最優(yōu)。
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