SMT表面安裝技術在許多電子產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中被大量采用，本文就SMT表面安裝PCB設計時需考慮的一些制造工藝性問題進行了闡述，給SMT設計人員提供一個參考。

關鍵詞：印制電路板 基準標志 導通孔 波峰焊 再流焊 可測性設計

　　以前的電子產(chǎn)品，“插件＋手焊”是PCB板的基本工藝過程，因而對PCB板的設計要求也十分單純，隨著SMT表面安裝技術的引入，PCBA制造工藝逐步溶于設計技術之中，對PCB板的設計要求就越來越苛刻，越來越需要統(tǒng)一化、規(guī)范化。產(chǎn)品開發(fā)人員在設計之初除了要考慮電路原理設計的可行性，同時還要統(tǒng)籌考慮PCB的設計和板上布局、工藝工序流程的先后次序及合理安排。本文結(jié)合作者多年的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，對SMT表面安裝PCB設計中的制造工藝性問題進行了總結(jié)，提出來供廣大設計人員參考。

 

一、焊接方式與PCB整體設計

　　再流焊幾乎適用于所有貼裝元件的焊接，波峰焊則只適用于焊接矩形片狀元件、圓柱形元器件、SOT等和較小的SOP(管腳數(shù)少于28、腳間距1mm以上)。

　　鑒于生產(chǎn)的可操作性，PCB整體設計盡可能按以下順序優(yōu)化：

　　(1)單面混裝，即在PCB單面布放貼片元件或插裝元件。

　　(2)兩面貼裝，PCB單面或兩面均布放貼片元件。

　　(3)雙面混裝，PCB A面布放貼裝元件和插裝元件，B面布放適合于波峰焊的貼片元件。

　　根據(jù)上述推薦的PCB設計，以雙面混裝(如攝象機)為例，我們就可以設計如下生產(chǎn)工藝流程：

圖1　雙面混裝PCB生產(chǎn)工藝流程

　　 

二、PCB基板的選用原則

裝載SMD的基板，根據(jù)SMD的裝載形式，對基板的性能要求有以下幾點：

外觀要求：基板外觀應光滑平整，不可有翹曲或高低不平，基板表面不得出現(xiàn)裂紋，傷痕，銹斑等不良。 

熱膨脹系數(shù)的關系：表面貼裝元件的組裝形態(tài)會由于基板受熱后的脹縮應力對元件產(chǎn)生影響，如果熱膨脹系數(shù)的不同。這個應力會很大，造成元件接合部電極的剝離，降低產(chǎn)品的可靠性，一般元件尺寸小于3.2×1.6mm時，只遭受部分應力，尺寸大于3.2×1.6mm時，就必須注意這個問題。 

導熱系數(shù)的關系：貼裝與基板上的集成電路等期間，工作時的熱量主要通過基板給予擴散，在貼裝電路密集，發(fā)熱量大時，基板必須具有高的導熱系數(shù)。 

耐熱性的關系：由于表面貼裝工藝要求，一塊基板至組裝結(jié)束，可能會經(jīng)過數(shù)次焊接過程，通常耐焊接熱要達到260℃，10秒的要求。 

銅箔的粘合強度：表面貼裝元件的焊區(qū)比原來帶引線元件的焊區(qū)要小，因此要求基板與銅箔具有良好的粘合強度，一般要達到1.5kg/cm2以上。 

彎曲強度：基板貼裝后，由其元件的質(zhì)量和外力作用，會產(chǎn)生擾曲，這將給元件和接合點增加應力，或者使元件產(chǎn)生微裂，因此要求基板的抗彎強度要達到25kg/cm2以上。 

電性能要求：由于電路傳輸速度的高速化、要求基板的介電常數(shù)，介電正切要小，同時隨著布線密度的提高，基板的絕緣性能要達到規(guī)定的要求。 

基板對清洗劑的反應，在溶液中浸漬5分鐘，其表面不產(chǎn)生任何不良，并具有良好的沖裁性?；宓谋４嫘耘cSMD的保管條件相同。

 

三、PCB外形及加工工藝的設計要求

PCB工藝夾持邊:在SMT生產(chǎn)過程中以及插件過波峰焊的過程中，PCB應留出一定的邊緣便于設備夾持。這個夾持邊的范圍應為5mm，在此范圍內(nèi)不允許布放元器件和焊盤。 

定位孔設計:為了保證印制電路板能準確、牢固地放置在SMT表面安裝設備的夾具上，需要設置一對定位孔定位孔的大小為5＋0.1mm。為了定位迅速，其中一個孔可以設計成橢圓形狀。在定位孔周圍1mm范圍內(nèi)不能有元件。 

PCB厚度：從0.5mm - 4mm，推薦采用1.6mm - 2mm。 

PCB缺槽：印制電路板的一些邊緣區(qū)域內(nèi)不能有缺槽，以避免印制電路板定位或傳感器檢測時出現(xiàn)錯誤，具體位置會因設備的不同而有所變化。 

拼板設計要求：對PCB的拼板格式有以下幾點要求：

(1)拼板的尺寸不可太大，也不可太小，應以制造、裝配和測試過程中便于加工，不產(chǎn)生較大變形為宜。

(2)拼板的工藝夾持邊和安裝工藝孔應由印制電路板的制造和安裝工藝來確定。

(3)每塊拼板上應設計有基準標志，讓機器將每塊拼板當作單板看待。

(4)拼板可采用郵票版或雙面對刻Ｖ型槽的分離技術。在采用郵票版時，應注意搭邊應均勻分布于每塊拼板的四周，以避免焊接時由于印制電路板受力不均導致變形。在采用雙面對刻的Ｖ形槽時，Ｖ形槽深度應控制在板厚的1/6 - 1/8左右。

(5)設計雙面貼裝不進行波峰焊的印制電路板時，可采用雙數(shù)拼板正反面各半，兩面圖形按相同的排列方式可以提高設備利用率(在中、小批量生產(chǎn)條件下設備投資可減半)，節(jié)約生產(chǎn)準備費用和時間。 

PCB板的翹曲度。用于表面貼裝的印制電路板，翹曲度一律要求小于0.0075mm/mm，具體如下：

表1　PCB容許的翹曲

 

四、PCB焊盤設計工藝要求

焊盤設計是PCB線路設計的極其關鍵部分，因為它確定了元器件在印制電路板上的焊接位置，而且對焊點的可靠性、焊接過程中可能出現(xiàn)的焊接缺陷、可清洗性、可測試性和檢修量等起著顯著作用。 

阻焊膜設計時考慮的因素

(1)印制電路板上相應于各焊盤的阻焊膜的開口尺寸，其寬度和長度分別應比焊盤尺寸大0.05～0.25mm，具體情況視焊盤間距而定，目的是既要防止阻焊劑污染焊盤，又要避免焊膏印刷、焊接時的連印和連焊。

(2)阻焊膜的厚度不得大于焊盤的厚度 

焊盤與印制導線

(1)減小印制導線連通焊盤處的寬度，除非手電荷容量、印制電路板加工極限等因素的限制，最大寬度應為0.4mm，或焊盤寬度的一半(以較小焊盤為準)。

(2)焊盤與較大面積的導電區(qū)如地、電源等平面相連時，應通過一長度較細的導電線路進行熱隔離

(3)印制導線應避免呈一定角度與焊盤相連，只要可能，印制導線應從焊盤的長邊的中心處與之相連。 

導通孔布局

(1)避免在SMT表面安裝焊盤以內(nèi)，或在距SMT表面安裝焊盤0.635mm以內(nèi)設置導通孔。如無法避免，須用阻焊劑將焊料流失通道阻斷。

(2)作為測試支撐導通孔，在設計布局時，需充分考慮不同直徑的探針，進行自動在線測試時的最小間距。 

對于同一個元件，凡是對稱使用的焊盤(如片狀電阻、電容、SOIC、QFP等)，設計時應嚴格保持其全面的對稱性，即焊盤圖形的形狀與尺寸應完全一致。以保證焊料熔融時，作用于元器件上所有焊點的表面張力能保持平衡(即其合力為零)，以利于形成理想的焊點。 

凡多引腳的元器件(如SOIC、QFP等)，引腳焊盤之間的短接處不允許直通，應由焊盤加引出互連線之后再短接，以免產(chǎn)生橋接。另外還應盡量避免在其焊盤之間穿越互連線(特別是細間距的引腳器件)凡穿越相鄰焊盤之間的互連線，必須用阻焊膜對其加以遮隔。 

焊盤內(nèi)不允許印有字符和圖形標記，標志符號離焊盤邊緣距離應大于0.5mm。凡無外引腳的器件的焊盤，其焊盤之間不允許有通孔，以保證清洗質(zhì)量。 

當采用波峰焊接工藝時，插引腳的通孔，一般比其引腳線徑大0.05 - 0.3mm為宜，其焊盤的直徑應大于孔徑的3倍。 

焊盤圖形設計(見表2)

(1)片狀元件焊盤圖形設計

(2)SOP、QFP焊盤圖形設計:SOP、QFP焊盤尺寸沒有標準計算公式，所以焊盤圖形的設計相對困難。引用松下公司的SOP、QFP焊盤圖形設計標準參照執(zhí)行，如表3所示。 

表2　片狀元件焊區(qū)尺寸

表3　SOP、QFP焊盤圖形設計尺寸