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SMT實用工藝基礎(chǔ)-印制電路板設(shè)計技術(shù)

作者：博維科技時間：2018-08-03 13:20

印制電路板(以下簡稱PCB)設(shè)計水平是衡量表面組裝技術(shù)水平的一個重要標(biāo)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(shè)計有著直接的關(guān)系。

7．1 PCB設(shè)計包含的內(nèi)容：

7．2如何對SMT電子產(chǎn)品進(jìn)行PCB設(shè)計
一．總體目標(biāo)和結(jié)構(gòu)
1．首先確定電子產(chǎn)品功能、性能指標(biāo)、成本以及整機(jī)的外形尺寸的總體目標(biāo)
    新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計時，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(shè)計都需要在性能、可制造性及成本之間進(jìn)行權(quán)衡和折中，因此在設(shè)計時首先要給產(chǎn)品的用途、檔次定位。
1. 電原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)整機(jī)結(jié)構(gòu)確定PCB的尺寸和結(jié)構(gòu)形狀。畫出SMT印制板外形工藝圖，標(biāo)出PCB的長、寬、厚，結(jié)構(gòu)件、裝配孔的位置、尺寸，留出邊緣尺寸等，使電路設(shè)計師能在有效的范圍內(nèi)進(jìn)行布線設(shè)計(見圖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型、電路板的尺寸以及生產(chǎn)線所具備的設(shè)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(jù)印制板的組裝密度和本單位SMT生產(chǎn)線設(shè)備條件，當(dāng)SMT生產(chǎn)線具備再流焊、波峰焊兩種焊接設(shè)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?。?br />     ——焊料組分一致性好，焊點質(zhì)量好；
    ——面接觸，焊接質(zhì)量好，可靠性高。
    ——有自定位效應(yīng)(selfalignment)適合自動化生產(chǎn)。生產(chǎn)效率高；
    ——工藝簡單，修板的工作量極小。從而節(jié)省了人力、電力、材料。
  b．在一般密度的混合組裝條件下，當(dāng)SMD和THC在PCB的同一面時，采用A面印刷焊膏、再流焊，B面波峰焊工藝：當(dāng)THC在PCB的A面、SMD在PCB的B面時，采用B面點膠、波峰焊工藝。
  c．在高密度混合組裝條件下，當(dāng)沒有THC或只有及少量THC時，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(dāng)A面有較多THC時，采用A面印刷焊膏、再流焊，B面點膠、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(jù)產(chǎn)品的功能、性能指標(biāo)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(yīng)采用金屬基板。
    選擇PCB材料時應(yīng)考慮的因素：
    (1)應(yīng)適當(dāng)選擇玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)較高的基材，Tg應(yīng)高于電路工作溫度。
    (2)要求熱膨脹系數(shù)(CTE)低。由于X、Y和厚度方向的熱膨脹系數(shù)不一致，容易造成PCB變形，嚴(yán)重時會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，高頻電路時要求選擇介電常數(shù)高、介質(zhì)損耗小的材料。絕緣電阻，耐電壓強(qiáng)度，抗電弧性能都要滿足產(chǎn)品要求。
    2．電子元器件的選擇
    選擇元器件時除了滿足電器性能的要求以外，還應(yīng)滿足表面組裝對元器件的要求。還要根據(jù)生產(chǎn)線設(shè)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。例如高密度組裝時需要選擇薄型小尺寸的元器件：又如貼裝機(jī)沒有寬尺寸編帶供料器時，則不能選擇編帶包裝的SMD器件；
三．印制板電路設(shè)計
    這是PCB設(shè)計的核心。SMT工藝與傳統(tǒng)插裝工藝有很大區(qū)別，對PCB設(shè)計有專門要求。例如C1ip件的焊盤尺寸與焊盤間距設(shè)計正確的話，貼裝時少量的歪斜可以在再流焊時由于熔融焊錫表面張力的作用而得到糾正(稱為自定位或自校正效應(yīng))；相反，如果焊盤尺寸與焊盤間距設(shè)計不正確，即使貼裝位置十分準(zhǔn)確，再流焊時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，元器件越來越小、組裝密度越來越高，BGA、CSP、Flipchip、復(fù)合化片式元件等新封裝不斷出現(xiàn)，引起了SMT設(shè)備、焊接材料、印刷、貼裝和焊接工藝的變化。因此，對PCB設(shè)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(qiáng)的CAD設(shè)計軟件，可以直接將電原理圖轉(zhuǎn)換成布線圖，對于標(biāo)準(zhǔn)尺寸元器件的焊盤圖形可以直接從CAD軟件的元件庫中調(diào)用，但實際上還必須根據(jù)組裝密度、不同的工藝、不同的設(shè)備以及特殊元器件的要求進(jìn)行設(shè)計。
四．印制板電路設(shè)計時應(yīng)著重注意的內(nèi)容：
    1．標(biāo)準(zhǔn)元器件應(yīng)注意不同廠家的元器件尺寸公差非標(biāo)準(zhǔn)元器件必須按照元器件的實際尺寸設(shè)計焊盤圖形及焊盤間距。
    2．設(shè)計高可靠電路時應(yīng)對焊盤作加寬處理(焊盤寬度＝1.1元件寬度)。
    3．高密度時要對CAD軟件中元件庫的焊盤尺寸進(jìn)行修正。
    4．各種元器件之間的距離、導(dǎo)線、測試點、通孔、焊盤與導(dǎo)線的連接、阻焊等都要按照SMT工藝要求進(jìn)行設(shè)計。
    5．應(yīng)考慮到返修性要求，例如，大尺寸SMD周圍要留有返修工具進(jìn)行操作的尺寸。
6．應(yīng)考慮散熱、高頻、電磁干擾等問題。
7．元器件的布放位置與方向也要根據(jù)不同工藝進(jìn)行設(shè)計。例如，采用再流焊工藝時，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，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(yīng)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，波峰焊的焊盤圖形設(shè)計時對矩形元器件、SOT、SOP元器件的焊盤長度應(yīng)作延長處理，對SOP最外側(cè)的兩對焊盤加寬，以吸附多余的焊錫(俗稱竊錫焊盤)，小于3.2mmxl.6mm的矩形元件可在焊盤兩端作45°倒角處理等等。
8．PCB設(shè)計還要考慮到設(shè)備，不同貼裝機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、對中方式、PCB傳輸方式都不同，因此對PCB的定位孔位置、基準(zhǔn)標(biāo)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(shè)計的內(nèi)容。
9．應(yīng)注意相應(yīng)的設(shè)計文件。因為SMT生產(chǎn)線的點膠(焊膏)機(jī)、貼裝機(jī)、在線測驗、X--RAY焊點測驗、自動光學(xué)檢測等設(shè)備均屬于計算機(jī)控制的自動化設(shè)備。這些設(shè)備在組裝PCB之前，均需要編程人員花費相當(dāng)時間進(jìn)行準(zhǔn)備和編程，因此在PCB設(shè)計階段就應(yīng)考慮到：生產(chǎn)。一旦設(shè)計完成，則將設(shè)計所產(chǎn)生的有關(guān)數(shù)據(jù)文件輸入SMT生產(chǎn)設(shè)備，編程時直接調(diào)用或進(jìn)行相關(guān)的后處理就可以驅(qū)動加工設(shè)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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SMT實用工藝基礎(chǔ)-印制電路板設(shè)計技術(shù)

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