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SMT實(shí)用工藝基礎(chǔ)-印制電路板設(shè)計(jì)技術(shù)

作者：博維科技 時(shí)間：2018-08-03 13:20
印制電路板(以下簡稱PCB)設(shè)計(jì)水平是衡量表面組裝技術(shù)水平的一個(gè)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(jì)有著直接的關(guān)系。

7．1 PCB設(shè)計(jì)包含的內(nèi)容：
                                                   
     
         
7．2如何對SMT電子產(chǎn)品進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)
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(jì)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(shè)計(jì)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(jì)時(shí)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(jì)，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(jì)師能在有效的范圍內(nèi)進(jìn)行布線設(shè)計(jì)(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?yàn)樵倭骱副炔ǚ搴妇哂幸韵聝?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(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(shí)，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(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(dāng)沒有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(dāng)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(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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)，則不能選擇編帶包裝的SMD器件；
三．印制板電路設(shè)計(jì)
    這是PCB設(shè)計(jì)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(jì)有專門要求。例如C1ip件的焊盤尺寸與焊盤間距設(shè)計(jì)正確的話，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(jì)不正確，即使貼裝位置十分準(zhǔn)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(jì)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(jì)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(shí)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(jì)。
四．印制板電路設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)際尺寸設(shè)計(jì)焊盤圖形及焊盤間距。
    2．設(shè)計(jì)高可靠電路時(shí)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(shí)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(diǎn)、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(jì)。
    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(jì)。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(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(jì)時(shí)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(jì)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(jì)的內(nèi)容。
 9．應(yīng)注意相應(yīng)的設(shè)計(jì)文件。因?yàn)镾MT生產(chǎn)線的點(diǎn)膠(焊膏)機(jī)、貼裝機(jī)、在線測驗(yàn)、X--RAY焊點(diǎn)測驗(yàn)、自動光學(xué)檢測等設(shè)備均屬于計(jì)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(fèi)相當(dāng)時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)備和編程，因此在PCB設(shè)計(jì)階段就應(yīng)考慮到：生產(chǎn)。一旦設(shè)計(jì)完成，則將設(shè)計(jì)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(shí)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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