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          SMT實(shí)用工藝基礎-印制電路板設計技術(shù)
          
      
          作者：博維科技   時(shí)間：2018-08-03 13:20
          
印制電路板(以下簡(jiǎn)稱(chēng)PCB)設計水平是衡量表面組裝技術(shù)水平的一個(gè)重要標志，是保證表面組裝質(zhì)量的首要條件之一。SMT的組裝質(zhì)量與PCB的設計有著(zhù)直接的關(guān)系。
          

          
7．1 PCB設計包含的內容：
          
                                                   
          
     
          
         
          
7．2如何對SMT電子產(chǎn)品進(jìn)行PCB設計
          
一．總體目標和結構
          
1．首先確定電子產(chǎn)品功能、性能指標、成本以及整機的外形尺寸的總體目標
          
    新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設計時(shí)，首先要給產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和成本進(jìn)行定位。
          
   —般情況下，任何產(chǎn)品設計都需要在性能、可制造性及成本之間進(jìn)行權衡和折中，因此在設計時(shí)首先要給產(chǎn)品的用途、檔次定位。
          
1. 電原理和機械結構設計，根據整機結構確定PCB的尺寸和結構形狀。畫(huà)出SMT印制板外形工藝圖，標出PCB的長(cháng)、寬、厚，結構件、裝配孔的位置、尺寸，留出邊緣尺寸等，使電路設計師能在有效的范圍內進(jìn)行布線(xiàn)設計(見(jiàn)圖7-1)。
          
 
          
 
          
 
          
     
          
3．確定工藝方案
          
  (1)確定組裝形式
          
      組裝形式的選擇取決于電路中元器件的類(lèi)型、電路板的尺寸以及生產(chǎn)線(xiàn)所具備的設備條件。印制板的組裝形式的選原則：
          
遵循優(yōu)化工序、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的原則
          
    例如：
          
    能否用單面板代替雙面板；
          
    能否用雙面板代替多層板；
          
    盡量采用一種焊接方法完成；
          
    盡量用貼裝元件替代插裝元件；
          
    最大限度地不使用手工焊等等。
          
    (2)確定工藝流程
          
        選擇工藝流程主要根據印制板的組裝密度和本單位SMT生產(chǎn)線(xiàn)設備條件，當SMT生產(chǎn)線(xiàn)具備再流焊、波峰焊兩種焊接設備的條件下，可作如下考慮：
          
    a．盡量采用再流焊方式，因為再流焊比波峰焊具有以下優(yōu)越性：
          
    ——元器件受到的熱沖擊??；
          
    ——焊料組分一致性好，焊點(diǎn)質(zhì)量好；
          
    ——面接觸，焊接質(zhì)量好，可靠性高。
          
    ——有自定位效應(selfalignment)適合自動(dòng)化生產(chǎn)。生產(chǎn)效率高；
          
    ——工藝簡(jiǎn)單，修板的工作量極小。從而節省了人力、電力、材料。
          
  b．在一般密度的混合組裝條件下，當SMD和THC在PCB的同一面時(shí)，采用A面印刷焊膏、再流焊，B面波峰焊工藝：當THC在PCB的A面、SMD在PCB的B面時(shí)，采用B面點(diǎn)膠、波峰焊工藝。
          
  c．在高密度混合組裝條件下，當沒(méi)有THC或只有及少量THC時(shí)，可采用雙面印刷焊膏、再流焊工藝，及少量THC采用后附的方法：當A面有較多THC時(shí)，采用A面印刷焊膏、再流焊，B面點(diǎn)膠、波峰焊工藝。
          
    注意：在印制板的同一面，禁止采用先再流焊SMD，后對THC進(jìn)行波峰焊的工藝流程。
          

          
二．PCB材料和電子元器件選擇
          
    PCB材料和電子元器件要根據產(chǎn)品的功能、性能指標以及產(chǎn)品的檔次以及成本核算進(jìn)行選擇。
          
  1．PCB材料的選擇
          
  對于—般的電子產(chǎn)品采用FR4環(huán)氧玻璃纖維基板，對于使用環(huán)境溫度較高或撓性電路板采用聚酰亞胺玻璃纖維基板，對于高頻電路則需要采用聚四氟乙烯玻璃纖維基板；對于散熱要求高的電子產(chǎn)品應采用金屬基板。
          
    選擇PCB材料時(shí)應考慮的因素：
          
    (1)應適當選擇玻璃化轉變溫度(Tg)較高的基材，Tg應高于電路工作溫度。
          
    (2)要求熱膨脹系數(CTE)低。由于X、Y和厚度方向的熱膨脹系數不一致，容易造成PCB變形，嚴重時(shí)會(huì )造成金屬化孔斷裂和損壞元件。
          
    (3)要求耐熱性高。一般要求PCB能有250℃／50S的耐熱性。
          
    (4)要求平整度好。SMT的PCB翹曲度要求<0.0075mm／mm。
          
    (5)電氣性能方面，高頻電路時(shí)要求選擇介電常數高、介質(zhì)損耗小的材料。絕緣電阻，耐電壓強度，抗電弧性能都要滿(mǎn)足產(chǎn)品要求。
          
    2．電子元器件的選擇
          
    選擇元器件時(shí)除了滿(mǎn)足電器性能的要求以外，還應滿(mǎn)足表面組裝對元器件的要求。還要根據生產(chǎn)線(xiàn)設備條件以及產(chǎn)品的工藝流程選擇元器件的封裝形式、元器件的尺寸、元器件的包裝形式。例如高密度組裝時(shí)需要選擇薄型小尺寸的元器件：又如貼裝機沒(méi)有寬尺寸編帶供料器時(shí)，則不能選擇編帶包裝的SMD器件；
          
三．印制板電路設計
          
    這是PCB設計的核心。SMT工藝與傳統插裝工藝有很大區別，對PCB設計有專(zhuān)門(mén)要求。例如C1ip件的焊盤(pán)尺寸與焊盤(pán)間距設計正確的話(huà)，貼裝時(shí)少量的歪斜可以在再流焊時(shí)由于熔融焊錫表面張力的作用而得到糾正(稱(chēng)為自定位或自校正效應)；相反，如果焊盤(pán)尺寸與焊盤(pán)間距設計不正確，即使貼裝位置十分準確，再流焊時(shí)由于熔融焊錫表面張力不平衡而造成元件位置偏移、脫焊、吊橋等焊接缺陷，這是smt再流焊工藝特性決定的。
          
    由于SMT迅速發(fā)展，元器件越來(lái)越小、組裝密度越來(lái)越高，BGA、CSP、Flipchip、復合化片式元件等新封裝不斷出現，引起了SMT設備、焊接材料、印刷、貼裝和焊接工藝的變化。因此，對PCB設計也提出了更高的要求。雖然目前已經(jīng)有了PROTEL、POWER、PCB等功能較強的CAD設計軟件，可以直接將電原理圖轉換成布線(xiàn)圖，對于標準尺寸元器件的焊盤(pán)圖形可以直接從CAD軟件的元件庫中調用，但實(shí)際上還必須根據組裝密度、不同的工藝、不同的設備以及特殊元器件的要求進(jìn)行設計。
          
四．印制板電路設計時(shí)應著(zhù)重注意的內容：
          
    1．標準元器件應注意不同廠(chǎng)家的元器件尺寸公差非標準元器件必須按照元器件的實(shí)際尺寸設計焊盤(pán)圖形及焊盤(pán)間距。
          
    2．設計高可靠電路時(shí)應對焊盤(pán)作加寬處理(焊盤(pán)寬度＝1.1元件寬度)。
          
    3．高密度時(shí)要對CAD軟件中元件庫的焊盤(pán)尺寸進(jìn)行修正。
          
    4．各種元器件之間的距離、導線(xiàn)、測試點(diǎn)、通孔、焊盤(pán)與導線(xiàn)的連接、阻焊等都要按照SMT工藝要求進(jìn)行設計。
          
    5．應考慮到返修性要求，例如，大尺寸SMD周?chē)粲蟹敌薰ぞ哌M(jìn)行操作的尺寸。
          
6．應考慮散熱、高頻、電磁干擾等問(wèn)題。
          
7．元器件的布放位置與方向也要根據不同工藝進(jìn)行設計。例如，采用再流焊工藝時(shí)，元器件的布放方向要考慮到：PCB進(jìn)入再流焊爐的方向；采用波峰焊工藝時(shí)，波峰焊接面不能布放PLCC、QFP、接插件以及大尺寸的SOIC器件。為了減小波峰焊陰影效應提高焊接質(zhì)量，對各種元器件布放方向和位置有特殊要求，波峰焊的焊盤(pán)圖形設計時(shí)對矩形元器件、SOT、SOP元器件的焊盤(pán)長(cháng)度應作延長(cháng)處理，對SOP最外側的兩對焊盤(pán)加寬，以吸附多余的焊錫(俗稱(chēng)竊錫焊盤(pán))，小于3.2mmxl.6mm的矩形元件可在焊盤(pán)兩端作45°倒角處理等等。
          
 8．PCB設計還要考慮到設備，不同貼裝機的機械結構、對中方式、PCB傳輸方式都不同，因此對PCB的定位孔位置、基準標志(MARK)的圖形和位置、PCB板邊形狀以及PCB板邊附近不能布放元器件的位置都有不同的要求。如果采用波峰焊工藝，還要考慮PCB傳輸鏈需要留有的工藝邊，這些都屬于可生產(chǎn)性設計的內容。
          
 9．應注意相應的設計文件。因為SMT生產(chǎn)線(xiàn)的點(diǎn)膠(焊膏)機、貼裝機、在線(xiàn)測驗、X--RAY焊點(diǎn)測驗、自動(dòng)光學(xué)檢測等設備均屬于計算機控制的自動(dòng)化設備。這些設備在組裝PCB之前，均需要編程人員花費相當時(shí)間進(jìn)行準備和編程，因此在PCB設計階段就應考慮到：生產(chǎn)。一旦設計完成，則將設計所產(chǎn)生的有關(guān)數據文件輸入SMT生產(chǎn)設備，編程時(shí)直接調用或進(jìn)行相關(guān)的后處理就可以驅動(dòng)加工設備。
          
 10．在保證可靠性的前提下，還要考慮降低生產(chǎn)成本。
          


          
	
          
	
	
          
	
          
	


          

	
    
	
          

          








          

          


          

          

          


          

          


          


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