[信息与通信]PCB设计与工艺技术3.ppt

SMT技术与PCB设计工艺,四方公司,2003.04,2,SMT技术与PCB设计工艺,PCB设计的重要性SMT的应用PCB设计工艺电子组装技术的应用应用实例,3,培训测试题,在PCB设计工艺应考虑那几个方面安装孔、定位孔应采用金属化孔还是非金属化孔,4,参考文献,IPC-SM-782A 表面安装设计及连接焊盘图形标准IPC-2221 刚性有机印制板设计分标准IPCD-279高可靠性表面安装印制板组装件技术设计导则QB/SF 40.003-2003印制电路板（PCB）设计的规定GB 4588.3-88 印制电路板设计和使用表面安装技术原理与应用,谢谢!Thank you!,6,Bye Bye,7,PCB工艺设计的重要性,对电子产品设计师尤其是线路板设计人员来说，产品的可制造性(工艺性)是一个必须要考虑的因素，如果线路板设计不符合可制造性(工艺性)要求，将大大降低产品的生产效率，严重的情况下甚至会导致所设计的产品根本无法制造出来,8,SMT技术的应用,SMT技术概况SMT组装技术,9,SMT技术概况,SMT表面组装技术SMT的英文全称Surface Mount Technology,即表面贴装技术或表面安装技术。狭义地说：将元器件安装在印制板或其它基面上。并非传统的将元器件插入印制板的导通孔中的技术（THTThrough hole technology）,10,SMT技术概况,SMT在80年代作为国际最热门的新一代电子组装技术，首先使用在军事及尖端产品，在90年代广泛使用在计算机、通信、工业自动化及消费类电子产品中。,11,SMT组装技术,SMT特点SMT组装方式焊接方式,12,SMT组装技术SMT特点,组装密度高、电子产品体积小重量轻由于SMC、SMD的体积及重量只有传统插装器件的十分之一的重量，并且可以安装在PCB的两面，有效地利用了印制板，并有效地减轻了表面贴装板的重量,13,SMT组装技术SMT特点,可靠性高、抗振能力强由于SMC、SMD无引线或短引线。又牢固地焊接在PCB表面上，因此可靠性高、抗振能力强。SMT的焊接缺陷率比THT至少低一个数量级,14,SMT组装技术SMT特点,高频特性好由于SMC、SMD减少了引线分布特性的影响，而且在PCB表面焊接牢固，大大降低了寄生电容和引线间的寄生电感，在很大的程度上减少了电磁干扰和射频干扰。,15,SMT组装技术SMT特点,易于实现自动化，提高生产效率由于SMT的贴装设备具有视觉系统、贴装器件的广泛性等优点，使得利用SMT与THT相比更适合自动化的生产,16,SMT组装技术SMT特点,可降低成本SMT使PCB布线密度增加、钻孔数目减少、孔径更细、PCB面积缩小、同功能的PCB层数减少，这些使制造PCB的成本降低。同时可靠性高使维修成本降低。电子设备采用SMT后，可使产品的总成本降低30%50%,17,SMT组装技术组装方式,全表面组装双面混插单面混插,18,SMT组装技术焊接方式,热熔焊接波峰焊手工焊接,19,SMT组装技术焊接方式,热熔焊接热熔焊接也可叫做回流焊接，先通过印刷机将锡膏印刷在印制板上，利用贴片机将表贴器件安装在印制板上，再利用回流炉进行焊接,20,SMT组装技术焊接方式,波峰焊接波峰焊接利用波峰焊炉的焊料波对通孔直插器件进行焊接，也可对表面分立元件（片电阻、片电容、片二级管），而对于PLCC或SOIC一般不采用波峰焊,21,SMT组装技术焊接方式,手工焊接对于返修板、试验板或不能利用回流、波峰等设备焊接时，可采用手工焊接使用的工具有：防静电烙铁、焊接机器人,22,PCB设计工艺,PCB设计是SMT总统设计中的第一个环节，且是关键的环节，PCB板设计直接影响后续环节的可行性,23,PCB设计工艺,元器件的选择元器件焊盘的设计元器件放置的方向元器件间距的设计布线的设计,24,PCB设计工艺,定位孔、和基准标准工艺边及拼板的设计,25,PCB设计工艺,元器件的选择元器件的先进性元器件的可贴装性元器件可靠性,26,PCB设计工艺元器件的选择,元器件可靠性表贴器件比通孔直插器件的集成化高，重量轻，可靠性高，应尽量选用表贴器件。,27,PCB设计工艺元器件的选择,选择片式元器件时，应尽量选用外形封装形式适当大的，外形封装尺寸过小可导致需使用专用的贴装设备，同时增加了成本并且不利用产品的检验及返修,28,PCB设计工艺元器件的选择,选择SMD器件时，应尽可能选用SOP、QFP的封装形式，PLCC的封装形式焊接可靠性比SOP、QFP底，检验和返修的难度大,29,PCB设计工艺元器件的焊盘设计,元器件的焊盘设计 芯片、片电阻、片电容等器件应按国际标准规定或厂商规定的焊盘尺寸。对于自行设计的焊盘，应符合SJ/T 10670的规定。,30,PCB设计工艺元器件焊盘的设计,对于具有较高引脚数的器件如接线座或扁平电缆，应使用椭圆形焊盘而不是圆形以防止波峰焊时出现锡桥,31,PCB设计工艺,元器件的放置和方向的设计整个电路板的元器件分布密度应均匀，不要出现过于稠密和空旷的区域，功率器件在板面上力求分散布置，防止电路板局部过热，导致线路板变型或影响可靠性。重量大的元器件不要集中放置，以免焊接时热容量太大形成局部温度偏底，越大的越高的元器件需留出大的空间元件排列的方向最好一致,32,PCB设计工艺元器件放置的方向,相似的元件在板面上应以相同的方式排放。这样可以加快插装的速度并更易于发现错误。,33,PCB设计工艺元器件放置的方向,34,PCB设计工艺 元器件放置的方向,元器件排列应遵循一定的原则，以最大限度克服焊料的遮蔽效应，避免不均匀焊点或脱焊现象,35,PCB设计工艺元器件放置的方向,36,PCB设计工艺 元器件放置的方向,在印制板的周围应提供一些边框，尤其在板边缘有元件时，大多数自动装配设备要求板边至少要预留5mm以上的区域,37,PCB设计工艺 元器件放置的方向,38,PCB设计工艺元器件间距的设计,影响元器件间距的因素标准间距的设计高密度间距的设计,39,PCB设计工艺元器件间距的设计,影响元器件间距的因素元器件的外形尺寸的公差，元器件的释放的热量贴片机的旋转精度和定位精度布线设计所需空间，已知使用的层数,40,PCB设计工艺元器件间距的设计,焊接工艺性和焊点目测的可检验性自动插件机的所需空间测试夹具的使用组装和返工的通道,41,PCB设计工艺 元器件间距的设计,标准间距的设计与高密度间距的设计在设计区域允许的情况下，尽可能采用标准间距采用波峰焊接工艺时应使器件的间距尽量大。减少焊接缺陷采用回流焊接工艺时器件的间距可适度减小。,42,PCB设计工艺 元器件间距的设计,器件间距的设计SOICPLCCQFPSOTCHIPDIP到SMD连接器,43,PCB设计工艺 元器件间距的设计,44,PCB设计工艺,布线的设计焊盘与印制导线焊盘与导通孔安装孔印制导线器件、组件印制导线的布局多层板的电源层,45,焊盘与印制导线与焊盘连通的印制导线，除受电荷容量等限制外，一般宽度为0.3mm或1/2焊盘宽度，最小宽度不小于0.15mm,PCB设计工艺 布线的设计,46,PCB设计工艺 布线的设计,焊盘与较大面积的导电区（如地、电源等平面）相连时，应通过一长度较短细的导电电路进行热隔离,47,PCB设计工艺 布线的设计,导线与焊盘以斜交方式相连，应从焊盘的长边的中心处或短边的中心处（尽量少使用）与之垂直相连,48,PCB设计工艺,SMD与线路连线图形将影响回流焊中元件脉动的发生，焊接热量的控制以及焊锡沿焊锡布线的迁移,49,PCB设计工艺 布线的设计,焊盘与导通孔不允许直接在元器件焊盘上打导通孔，导通孔中心距焊盘边缘距离不应小于1mm,50,PCB设计工艺 布线的设计,51,PCB设计工艺 布线的设计,导通孔的最小孔径为0.25mm，外环最小直径为0.7mm应避免在除SOIC和PLCC器件外的元件下打导通孔,52,PCB设计工艺 布线的设计,安装孔PCB上的器件需要紧固安装孔时，多层板内的电源层应内缩至离安装孔边大于2mm的区域 对于电压等级小于等于63V的，印制导线与地(或外壳、机箱)绝缘的距离不应小于1mm,53,PCB设计工艺 布线的设计,对于电压等级大于63V并小于等于250V范围内的，印制导线与接地(或接外壳、机箱、机盖)安装金属件的距离不应小于3mm安装孔一般采用非金属化孔 紧固件（螺钉、螺母、垫圈、连接器的镶嵌式螺母、支柱等）外径距印制导线的距离应符合上述两条的要求,54,PCB设计工艺 布线的设计,印制导线导线的间距印制导线的宽度,55,PCB设计工艺 布线的设计,导线的间距为满足抗电磁干扰要求，导线的间距应不小于3W（W为导线宽度）同时还应满足其绝缘间距的要求,56,PCB设计工艺 布线的设计,印制导线的宽度印制导线的宽度设计应从承受的载流量和抗电磁干扰等因素考虑。为了保证可靠，在布线允许的情况下导线可尽量宽一些，导线最小的宽度为0.15mm,57,PCB设计工艺 布线的设计,器件、组件印制导线布局导线的间距器件、组件的最大外形距PCB边缘应大于5mm由于其它原因而达不到上述要求时可采取加工艺边的措施以满足加工工艺的要求,58,PCB设计工艺 布线的设计,导轨为金属材料的，印制导线距导轨边缘不应小于3mm；导轨为绝缘材料的，印制导线距导轨边缘不应小于1mm,59,PCB设计工艺 布线的设计,印制导线与器件焊盘的间距不应小于0.3mm。印制导线应避免90直角折线，应以45转角或圆角过渡,60,PCB设计工艺 布线的设计,多层板的电源层电源为两组和两组以上时，电源层应划区隔离，元器件应尽量按区布置 电源隔离带宽应在1mm以上 在特殊情况下，且电源电压等级较低（如5V）时，隔离带最小为0.5mm,61,PCB设计工艺 布线的设计,为了保证安全，电源层离印制板边缘应大于2mm 电源层距安装孔、定位孔的孔边应大于2mm 有工艺边侧的PCB，基内层离工艺边应大于4mm,62,PCB设计工艺,定位孔和基准标志定位孔是为SMT生产设备设计的基准定位孔，它使用在印刷机和贴片机上，作为丝网印刷和元器件贴装的原始基准 定位孔应为非金属化孔 印制导线距定位孔应大于1mm,63,PCB设计工艺 定位孔和基准标志,为了保证丝印、贴片精度，应在印制电路板的对角线上设置两个标志（MARK）点，作为整块印制板的基准标志,64,PCB设计工艺 定位孔和基准标志,当所贴元器件引脚较多、间距较小时，为了保证器件的贴装精度，应在器件中心点或中心点的延长线上设置局部基准标志，一般可设置12个标志 印制导线距基准标志应大于1mm,65,PCB设计工艺 定位孔和基准标志,基准点形状,66,PCB设计工艺 定位孔和基准标志,基准点的空旷度的设计（clearance）,67,PCB设计工艺 定位孔和基准标志,基准点尺寸局部、全局、组合板的基准点直径最小为1.0mm，最大直径为3mm基准点的材料：清澈的防氧化涂层保护的裸铜、镀镍、镀锡或焊锡涂层（热风均匀）阻焊层不应覆盖基准点或其空旷区域。基准点距离印制板边缘最少5.0mm,68,PCB设计工艺,工艺边工艺边的使用当定位孔与机械安装孔相交或重叠时当机械零件占据定位孔位置时当元器件最大外框尺寸距离印制电路板上、下边缘（导轨边）小于5mm时当焊盘距离印制电路板上下边缘小于5mm时,69,PCB设计工艺 工艺边,工艺边的加工方法V形刻槽开槽的,70,电子组装技术的应用,电子组装的环境要求机械组装元器件的安装定位焊接插件的清洗涂覆分立导线,71,电子组装技术的应用,接插件的装焊在印制板上应开有安装接插件的定位孔及安装孔,72,电子组装技术的应用,在装焊接插件时应先将接插件用螺钉或铆结的形式固定在印制板上，再进行焊接,73,应用实例,主要接插件应标注位置尺寸，标注尺寸的单位应统一使用公制,74,应用实例,印制板边应至少有R0.5的倒圆角，以避免在生产运输中因尖角造成的印制板、或人的磕碰损伤。不应在导通孔上进行元器件符号的标注,75,应用实例,印制导线与芯片管脚之间的连接,76,应用实例,片电阻、片电容下不要走印制导线，导通孔尽可能远离器件焊盘，以提高安全及焊接可靠性,77,应用实例,器件、组件的最大外形尺寸距PCB边应大于5mm，导轨为金属导轨时，220V 以上时，印制导线距印制板边应不小于5mm,78,应用实例,紧固件外径距印制导线的距离根据额定电压的不同而确定,79,应用实例,避免印制导线与焊盘以斜交的方式相连,80,应用实例,对于额定电压等级为5V，敷铜层与印制导线的间距应大于等于0.3mm,81,应用实例,在设计定位孔及安装孔时，应设计为非金属化孔，不应做电镀，因为电镀孔的直径很难控制,82,应用实例,芯片的极性指示应标在丝印图上，并在器件插入后仍然可见，这在检查和故障排队时很有帮助，并且也是一个很好的维护性工作。,