smt印制板的电子装焊设计思路及问题

SMT印制板的电子装焊设计摘 要：本文首先指出SMT印制板设计的实质是印制板的电子装联工艺设计，同时强调要抓SMT焊接质量，就必须首先从SMT印制板设计开始。其次提出一种进行SMT印制板装焊设计的思路，并简述了其焊装设计中需注意的若干问题。关键词：SMT焊接，印制板设计，电子装联，焊装质量，电子组装中图分类号：TN305.94 文献标识码：A 文章编号：1681-1070(2005)09-13-041 SMT印制板设计的重要性与实质 印制板设计与制造的优劣，往往是印制板焊装质量和电子产品的电气性能优劣、制造成本的高低和使用寿命的长短的关键所在。抓SMT焊接质量，就必须首先从抓SMT印制板设计开始。这已逐渐成为SMT业界有识之士的共识。不符合SMT焊装工艺要求的印制板，因其在电子装联设计上的先天不足或失误造成的焊接问题，往往很难通过焊装工艺方面的努力而获得全部有效的解决。在大批量生产中更是如此。特别是某些设计上的失误，严重者会造成焊装合格率极大下降，或使焊装根本无法进行。SMT印制板设计，其实质是印制板电子装联工艺设计(即电子装联的可制造可生产性的设计)。任何产品质量的优劣，首先取决于设计质量的优劣，其次才与制造或生产的过程有关。为此，对于SMT印制板自身设计的优劣，人们应首先将其作为极其重要的一个环节给予特别重视。2 SMT印制板装焊设计要点众所周知，不遗漏地对设计所涉及的内容进行缜密的思考与正确的思维逻辑是获得正确而完善的技术文件的基础。电路设计师不仅要对已十分熟悉的电功能线路的装联进行精心设计(如元器件与基板的选择、电路功能的布局，导电线的宽度、厚度与间距的确定以及电子线路的相互连接等)，还应对仍较为生疏的焊装装联设计给予特别的关注，并使两者很好地结合起来，使所设计的印制板不仅电性能一流，而且生产工艺性也最佳。这里结合设计与焊接实践以及参阅国内外SMT有关资料，归纳并提出SMT印制板的电子装焊装联工艺设计要点，作为设计的一种思路，供电路设计师与电装工艺师们参考：(1)装联类型选择装联类型选择包括装联方式和焊接工艺类型的选择。在装联方式方面，分为单面装联(如单面贴装、单面混装)和双面装联(如双面贴装、双面混装)；焊接工艺类型则可选用手工焊、波峰焊、回流焊或汽相焊等其中一种或若干种。 (2)元器件选择元器件选择包括电气特性参数和封装方式、封装特性等方面的选择。电气特性参数一般按产品电路要求确定；封装方式包括表面贴装元器件和表面贴装与插装元器件混用；封装特性则指外形、尺寸、共面性、可焊性、耐热性、可清洗性、可靠性等。(3)基板选择基板的选择要考虑基材、铜箔厚度、阻焊膜和基板表面状态处理类型。基材方面要考虑材质(包括刚性-如纸基、玻璃布基、复合基、陶瓷基、金属基等；柔性-如聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜等；以及柔-刚性)、层数(如单层、多层)和材料特性(如玻璃转化温度；X、Y、Z的膨胀系数；热传导性；X、Y抗拉模数；弯曲率；介电常数；体积电阻；表面电阻；吸湿性；阻燃性等)；铜箔厚度按所需通过的电流强度与获得优质焊点的要求来确定；阻焊膜需清洗时，所选者应满足其要求；基板表面状态处理类型指裸铜、镀金、银、锡铅合金、防氧化助焊剂等。(4)清洗方式选择(指不清洗、清洗、免清洗等)(5)导电图设计导电图设计首先要考虑版面设计，它包括版面形式、基板外形尺寸、工艺边与定位基准等。版面形式包括单块板式版面，即单块板整幅式版面设计和多块板拼联式版面，即各子板与母板之间的拼联和分离方式设计；基板外形与尺寸设计时，其几何形状、长宽、厚度、孔槽等都应与产品相关结构统筹考虑；工艺边指装配边、夹送边、定位边、拼联边；定位基准指边、孔以及定位标志符或双面板的正、反面标志符等。 导电图设计还要考虑以下几个方面：各类焊盘图形以及位向布局设计，如焊接焊盘、测试焊盘、工艺辅助性焊盘等都应符合贴装、焊接、测试的工艺要求；涉及元器件返工返修以及清洗工艺要求的布局设计；各类互导孔形式、尺寸以及位置布局设计；各类印刷导线的宽度、间距与走向布局设计；接地、散热与屏蔽的铜箔设计；能保持应力平衡或热平衡的铜箔设计等。(6)标记符号图设计(如各类元器件图形符号以及与设计和生产有关的文字或图符等)(7)孔位图设计(如各类孔槽的几何形状、尺寸以及位向布局-主要指在PCB板上需要通过钻、冲、铣加工去除的那部分)(8)阻焊膜图设计(9)漏印模板图设计(指漏印焊膏或贴片胶)(10)经济性在满足产品的结构与电气性能要求的前提下，生产成本应最低。3 SMT印制板焊装设计中应注意的若干问题印制板的电子焊接装联设计的优劣对于确保电子组装件焊装制品的优质、高产、低耗是至关重要的。作为焊装质量链中的第一节点，必须给予特别的关注。SMT印制板的电子焊装设计是一个理论与生产实践相结合的问题。它要求电路设计师们应对SMT生产制造与SMB组件的焊装生产工艺全过程有一定的了解，然后在SMT的焊接理论与规范或标准的指导下，经综合考虑之后进行设计。同时，还应力争电装工艺师给予指导和帮助，使之更合理、更完善、更加符合生产工艺规范。从总体上说，印制板焊装设计中应注意的问题如下：1.由于SMT与传统的通孔插装技术，在电子装联上有着质的差异，因此要设计好SMT印制板，除应遵循印制板常规设计标准规范外，还应了解和掌握与SMT有关的新的、特殊要求与规范，并采用网格化进行设计，以保证制造精度及便于自动化生产(即让CAD的资源充分地用于CAM)。2.所选择的印制板基板不仅应满足产品电路电性能的要求，还应符合SMT焊装工艺对其特性的要求(如耐热性、可焊性、绝缘性、抗剥离性、平整性翘曲度、制作精度等等)。另外，印制板设计和制造者还应考虑基板材质的纹向对印制板制造精度与尺寸的一致性、稳定性所产生的影响。特别是当用覆铜板(CCL)制作大尺寸板或拼连板时，更应充分利用其纵向(也称经向)的机械特性(如尺寸变化小、弯曲强度高、翘曲度小等)明显地优于其横向(也称纬向)特性，按照纵对纵、横对横的原则进行设计和加工(应在图纸上标注其纹向要求)，以获得尺寸精度高而稳定、机械强度好、电性能优的印制板。3.印制板的外形尺寸能小勿大，外形的长宽比应与其板厚相匹配，以使其板面的翘曲度控制在0.31。为此，通常板厚：对于波峰焊接应不小于1.5mm，对于再流焊接应不小于0.8mm，而外形长宽比应小于3：1。4.对于外形尺寸小的印制板，一般应采取拼联技术处理(即进行拼板)；对于外形几何形状不便于装夹的印制板，则应视其具体情况，既可以增设焊接后易于分离的工艺装夹边，也可以进行拼板处理。总之，都应处理成符合印、贴、焊、测等设备的夹装与传送要求的印制板，以确保生产能正常进行或提高生产效率。另外，当进行拼板设计时，应对其最大尺寸、工艺装夹边的尺寸与位向、易分离的方式、各子板拼连块数与位向等等加以统筹考虑，以求印制板在焊装时所产生的变形量最小。5.印制板应留有焊装工艺所需的夹送边(即夹送边内不允许有焊盘)，其宽度一般为38mm(具体因生产设备要求而异)，其内必须设有定位孔或定位标志符号(若为双面板，还应具有不同的正、反面标志符号)，还可增设焊接方向箭标；对于不可分离的工艺装夹边，还可以增设印制板的单位名称(图标)、板名、图号、代码、版本号等等内容。6.印制板上，凡位阻焊膜下的导电图形(如互连线、接地线、互导孔盘等)和所需留用的铜箔之处，均应为裸铜箔。即绝不允许涂镀熔点低于焊接温度的金属涂层(如锡铅合金等)，以避免引发位于涂镀层处的阻焊膜破裂或起皱，以保证PCB板的焊接和外观质量。7.各类焊盘图形的设计应与所需焊装的元器件的封装外形、焊端、引脚、中心距等相匹配。切忌不加分析对照就随意抄用或调用所见到的资料或软件库中的焊盘图形尺寸(因表面贴装元器件尚未有统一标准，不同国家甚至同一国家不同厂商的元器件都会有差异)。另外，设计、查选或调用焊盘图形尺寸时，还应分清自己所选的元器件代码(如片状电阻、电容)和与焊接有关的尺寸(如SOIC、QFP、BGA等)，是英制的还是公制的(两者之间差异较大)。8.印制板上元器件的总体布局，位向、间距等设计，除应关注电气性能对其的要求之外，还应综合考虑印刷、贴片、焊接、清洗、检测、返工返修等装联工艺的有关要求，以求最佳。9.凡需要进行双面焊接的PCB板，所有形状大或自身重的元器件都必须安排位于PCB板的同一侧面上，绝不允许将这些元器件分置于PCB的两个面上(因无法进行自动化焊接，特别当要求低成本焊接时，就更无法可想了)。10.所有的测试焊盘，只要有可能都应尽量地安排位于PCB板的同一侧面上(这样不仅便于检测，对于自动化检测，还会成倍地降低检测成本)；若采用探针方式进行检测，凡用于焊接表面贴装元器件的焊盘(即焊接点处)，绝不允许兼作检测点(即测试焊盘与焊接焊盘应分开单独设计)。另外，测试焊盘不仅应涂锡合金，而且大小、间距及其布局还应与所采用的测试设备有关要求相匹配。11.为了确保焊接质量和防止或减少PCB板的翘曲，对各类元器件、接地、散热、拼板等在PCB板上的分布以及多层板的各层间的导电图铜箔都要特别关注其热容量与内应力的均衡问题，必要时还应增设能具有保持热平衡或应力平衡的铜箔，以求其总体的均衡。12.印制板上各类字符与图形不得印在焊盘、测试盘以及定位标志(如GLoabcl fiducial mask、panelImage fiducial mask、Local fiducial mask)之内，各类字符与图形都应离其相应边缘一定的距离(如离焊盘或测试盘的边缘应大于0.5mm；离