SMT印制电路板的可制造性设计与审核

SMT印制电路板的可制造性设计及审核,顾霭云,基板材料选择布线元器件选择焊盘印制板电路设计测试点PCB设计可制造（工艺）性设计导线、通孔可靠性设计焊盘与导线的连接降低生产成本阻焊散热、电磁干扰等,印制电路板（以下简称PCB）设计是表面组装技术的重要组成之一。PCB设计质量是衡量表面组装技术水平的一个重要标志，是保证表面组装质量的首要条件之一。,PCB设计包含的内容：,可制造性设计DFM（DesignForManufacture）是保证PCB设计质量的最有效的方法。DFM就是从产品开发设计时起，就考虑到可制造性和可测试性，使设计和制造之间紧密联系，实现从设计到制造一次成功的目的。DFM具有缩短开发周期、降低成本、提高产品质量等优点，是企业产品取得成功的途径。,DFM的发展史,创始于70年代初，在机械行业用于简化产品结构和减少加工成本。1991年，DFM的应用对美国制造业竞争优势的形成做出贡献，美国总统布什给创始人G.布斯劳博士和P.德赫斯特博士颁发了美国国家技术奖。DFM很快被汽车、国防、航空、计算机、通讯、消费类电子、医疗设备等领域的制造企业采用。1994年SMTA首次提出DFX概念。1995年DFX是表面贴装国际会议的主题，1996年SMTA发表了6篇相关性文章。作为一种科学的方法，DFX将不同团队的资源组织在一起，共同参与产品的设计和制造过程。通过发挥团队的共同作用，实现缩短产品开发周期，提高产品质量、可靠性和客户满意度，最终缩短从概念到客户手中的整个时间周期。,现代设计DFX系列介绍,DFM:DesignforManufacturing可制造性设计DFT:DesignforTest可测试性设计DFD:DesignforDiagnosibility可分析性设计DFA:DesignforAseembly可装配性设计DFE:DesibnforEnviroment环保设计DFF:DesignforFabricationofthePCBPCB可加工性设计DFS:DesignforSourcing物流设计DFR:DesignforReliability可靠性设计,HP公司DFM统计调查表明:产品总成本60%取决于产品的最初设计，75的制造成本取决于设计说明和设计规范，7080的生产缺陷是由于设计原因造成的。,新产品研发过程方案设计样机制作产品验证小批试生产首批投料正式投产,传统的设计方法与现代设计方法比较,传统的设计方法串行设计重新设计重新设计生产1#n#现代设计方法并行设计CE重新设计生产及DFM1#,内容,一.不良设计在SMT生产制造中的危害二.目前国内SMT印制电路板设计中的常见问题及解决措施三.SMT工艺对PCB设计的要求四.SMT设备对PCB设计的要求五.提高PCB设计质量的措施六.SMT印制板可制造性设计（工艺性）审核七.产品设计人员应提交的图纸、文件八.外协加工SMT产品时需要提供的文件九.IPC-7351表面贴装设计和焊盘图形标准通用要求简介,一.不良设计在SMT生产制造中的危害,1.造成大量焊接缺陷。2.增加修板和返修工作量，浪费工时，延误工期。3.增加工艺流程，浪费材料、浪费能源。4.返修可能会损坏元器件和印制板。5.返修后影响产品的可靠性6.造成可制造性差，增加工艺难度，影响设备利用率，降低生产效率。7最严重时由于无法实施生产需要重新设计，导致整个产品的实际开发时间延长，失去市场竞争的机会。,二.目前国内SMT印制电路板设计中的常见问题及解决措施,1.PCB设计中的常见问题（举例）,(1)焊盘结构尺寸不正确（以Chip元件为例）a当焊盘间距G过大或过小时，再流焊时由于元件焊端不能与焊盘搭接交叠，会产生吊桥、移位。焊盘间距G过大或过小,b当焊盘尺寸大小不对称，或两个元件的端头设计在同一个焊盘上时，由于表面张力不对称，也会产生吊桥、移位。,(2)通孔设计不正确导通孔设计在焊盘上，焊料会从导通孔中流出，会造成焊膏量不足。不正确正确印制导线,(3)阻焊和丝网不规范阻焊和丝网加工在焊盘上，其原因：一是设计；二是PCB制造加工精度差造成的。其结果造成虚焊或电气断路。,(4)元器件布局不合理a没有按照再流焊要求设计，再流焊时造成温度不均匀。,b没有按照波峰焊要求设计，波峰焊时造成阴影效应。,(5)基准标志(Mark)、PCB外形和尺寸、PCB定位孔和夹持边的设置不正确a基准标志(Mark)做在大地的网格上，或Mark图形周围有阻焊膜，由于图象不一致与反光造成不认Mark、频繁停机。b导轨传输时，由于PCB外形异形、PCB尺寸过大、过小、或由于PCB定位孔不标准，造成无法上板，无法实施机器贴片操作。c在定位孔和夹持边附近布放了元器件，只能采用人工补贴。d拼板槽和缺口附近的元器件布放不正确，裁板时造成损坏元器件。,(6)PCB材料选择、PCB厚度与长度、宽度尺寸比不合适a由于PCB材料选择不合适，在贴片前就已经变形，造成贴装精度下降。bPCB厚度与长度、宽度尺寸比不合适造成贴装及再流焊时变形，容易造成焊接缺陷，还容易损坏元器件。特别是焊接BGA时容易造成虚焊。虚焊,(7)BGA的常见设计问题a焊盘尺寸不规范，过大或过小。b通孔设计在焊盘上，通孔没有做埋孔处理c焊盘与导线的连接不规范d没有设计阻焊或阻焊不规范。,A面再流焊，B面波峰焊工艺时，BGA的导通孔应设计盲孔,A面再流焊,B面波峰焊由于二次熔锡造成BGA焊点失效,(8)元器件和元器件的包装选择不合适由于没有按照贴装机供料器配置选购元器件和元器件的包装，造成无法用贴装机贴装。(9)齐套备料时把编带剪断。(10)PCB外形不规则、PCB尺寸太小、没有加工拼板造成不能上机器贴装等等。,三.SMT工艺对PCB设计的要求,1.印制板的组装形式及工艺流程设计2选择PCB材料3选择元器件4.SMC/SMD（贴装元器件）焊盘设计5THC（通孔插装元器件）焊盘设计6.布线设计7.焊盘与印制导线连接的设置8.导通孔、测试点的设置9.阻焊、丝网的设置,10.元器件整体布局设置11.再流焊与波峰焊贴片元件的排列方向设计12.元器件的间距设计13.散热设计14.高频及抗电磁干扰设计15.可靠性设计16.降低生产成本设计,1.印制板的组装形式及工艺流程设计1.1印制板的组装形式,1.2工艺流程设计1.2.1纯表面组装工艺流程(1)单面表面组装工艺流程施加焊膏贴装元器件再流焊。(2)双面表面组装工艺流程A面施加焊膏贴装元器件再流焊翻转PCBB面施加焊膏贴装元器件再流焊。,A,B,A,B,1.2.2表面贴装和插装混装工艺流程(1)单面混装（SMD和THC都在同一面）A面施加焊膏贴装SMD再流焊A面插装THCB面波峰焊。(2)单面混装（SMD和THC分别在PCB的两面）B面施加贴装胶贴装SMD胶固化翻转PCBA面插装THCB面波峰焊。或：A面插装THC（机器）B面点胶贴装固化再波峰焊。,A,B,A,B,(3)双面混装（THC在A面，A、B两面都有SMD）A面施加焊膏贴装SMD再流焊翻转PCBB面施加贴装胶贴装SMD胶固化翻转PCBA面插装THCB面波峰焊。（应用最多）,A,B,(4)双面混装（A、B两面都有SMD和THC）A面施加焊膏贴装SMD再流焊翻转PCBB面施加贴装胶贴装SMD胶固化翻转PCBA面插装THCB面波峰焊B面插装件后附。,A,B,1.3选择表面贴装工艺流程应考虑的因素1.3.1尽量采用再流焊方式，再流焊比波峰焊具有以下优越性；(1)元器件受到的热冲击小。(2)能控制焊料量，焊接缺陷少，焊接质量好，可靠性高；(3)焊料中一般不会混入不纯物，能正确地保证焊料的组分；有自定位效应（selfalignment）(4)可在同一基板上，采用不同焊接工艺进行焊接；(5)工艺简单，修板量极小。从而节省了人力、电力、材料。,1.3.2一般密度的混合组装时尽量选择插装元件、贴片元件在同一面。当SMD和THC在PCB的同一面时，采用A面印刷焊膏、再流焊，B面波峰焊工艺；（必须双面板）当THC在PCB的A面、SMD在PCB的B面时，采用B面点胶、波峰焊工艺。（单面板）,A,B,A,B,1.3.3高密度混合组装时a)高密度时，尽量选择表贴元件；b)将阻、容、感元件、晶体管等小元件放在B面，IC和体积大、重的、高的元件（如铝电解电容）放在A面，实在排不开时，B面尽量放小的IC；c)BGA设计时，尽量将BGA放在A面，两面安排BGA时将小尺寸的BGA放在B面。d)当没有THC或只有及少量THC时，可采用双面印刷焊膏、再流焊工艺，及少量THC采用后附的方法；e)当A面有较多THC时，采用A面印刷焊膏、再流焊，B面点胶、波峰焊工艺。f)尽量不要在双面安排THC。必须安排在B面的发光二极管、连接器、开关、微调元器件等THC采用后附（焊）的方法。,注意：在印制板的同一面，禁止采用先再流焊SMD，后对THC进行波峰焊的工艺流程。,2选择PCB材料,a)应适当选择g较高的基材玻璃化转变温度g是聚合物特有的性能，是决定材料性能的临界温度，是选择基板的一个关键参数。环氧树脂的Tg在125140左右，再流焊温度在220左右，远远高于PCB基板的g，高温容易造成PCB的热变形，严重时会损坏元件。Tg应高于电路工作温度,b)要求CTE低由于X、Y和厚度方向的热膨胀系数不一致，容易造成PCB变形，严重时会造成金属化孔断裂和损坏元件。c)要求耐热性高一般要求PCB能有250/50S的耐热性。d）要求平整度好,e)电气性能要求高频电路时要求选择介电常数高、介质损耗小的材料。绝缘电阻，耐电压强度，抗电弧性能都要满足产品要求。,3选择元器件,3.1元器件选用标准,a元器件的外形适合自动化表面贴装，元件的上表面应易于使用真空吸嘴吸取，下表面具有使用胶粘剂的能力；b尺寸、形状标准化、并具有良好的尺寸精度和互换性；c包装形式适合贴装机自动贴装要求；d具有一定的机械强度，能承受贴装机的贴装应力和基板的弯折应力；,e元器件的焊端或引脚的可焊性要符合要求；2355，20.2s或2305，30.5s，焊端90%沾锡。f符合再流焊和波峰焊的耐高温焊接要求；再流焊：2355，20.2s。波峰焊：2605，50.5s。g可承受有机溶剂的洗涤；,3.2选择元器件要根据具体产品电路要求以及PCB尺寸、组装密度、组装形式、产品的档次和投入的成本进行选择。,a）SMC的选择注意尺寸大小和尺寸精度，并考虑满足贴片机功能。钽和铝电解电容器主要用于电容量大的场合薄膜电容器用于耐热要求高的场合云母电容器用于Q值高的移动通信领域波峰焊工艺必须选择三层金属电极焊端结构片式元件,无引线片式元件端头三层金属电极示意图,外部电极（镀铅锡）,中间电极（镍阻挡层）,内部电极（一般为钯银电极）,b)SMD的选择小外形封装晶体管：SOT23是最常用的三极管封装，SOT143用于射频SOP、SOJ：是DIP的缩小型，与DIP功能相似QFP：占有面积大，引脚易变形，易失去共面性；引脚的柔性又能帮助释放应力，改善焊点的可靠性。QFP引腿最小间距为0.3mm，目前0.5mm间距已普遍应用，0.3mm、0.4mm的QFP逐渐被BGA替代。选择时注意贴片机精度是否满足要求。PLCC：占有面积小，引脚不易变形，但检测不方便。LCCC：价格昂贵，主要用于高可靠性的军用组件中，而且必须考虑器件与电路板之间的CET问题BGA、CSP：适用于I/O高的电路中。,c)片式机电元件：用于高密度、要求体积小、重量轻的电子产品。对于重量和体积大的电子产品应选用有引脚的机电元件。d)THC（插装元器件）大功率器件、机电元件和特殊器件的片式化尚不成熟，还得采用插装元器件从价格上考虑，选择THC比SMD较便宜。,、,4.SMC/SMD（贴装元器件）焊盘设计,a再流焊工艺印刷焊膏贴装元器件再流焊,b波峰焊工艺印刷贴片胶贴装元器件胶固化插装元器件波峰焊,再流焊与波峰焊工艺比较,PCB焊盘结构设计要满足再流焊工艺特点“再流动”与自定位效应,Chip元件焊盘设计应掌握以下关键要素：a对称性两端焊盘必须对称，才能保证熔融焊锡表面张力平衡。b焊盘间距确保元件端头或引脚与焊盘恰当的搭接尺寸。c焊盘剩余尺寸搭接后的剩余尺寸必须保证焊点能够形成弯月面。d焊盘宽度应与元件端头或引脚的宽度基本一致。BSA焊盘宽度AB焊盘的长度G焊盘间距GS焊盘剩余尺寸矩形片式元件焊盘结构示意图,标准尺寸元器件的焊盘图形可以直接从CAD软件的元件库中调用，也可自行设计。在实际设计时，有时库中焊盘尺寸不全、元件尺寸与标准有差异或不同的工艺，还必须根据具体产品的组装密度、不同的工艺、不同的设备以及特殊元器件的要求进行设计。,贴装元器件的焊盘设计,下面介绍几种常用元器件的焊盘设计：,(1)矩形片式元器件焊盘设计(a)0805、1206矩形片式元器件焊盘尺寸设计原则(b)1206、0805、0603、0402、0201焊盘设计(c)钽电容焊盘设计(2)半导体分立器件焊盘设计（MELF、片式、SOT、TOX系列）(3)翼形小外形IC、电阻网络（SOP）(4)四边扁平封装器件（QFP）(5)J形引脚小外形集成电路（SOJ）和塑封有引脚芯片载体（PLCC）的焊盘设计(6)BGA焊盘设计(7)新型封装PQFN的焊盘设计,(1)矩形片式元器件焊盘设计,(a)0805、1206矩形片式元器件焊盘尺寸设计原则LWHBTAG焊盘宽度：A=Wmax-K电阻器焊盘的长度：B=Hmax+Tmax+K电容器焊盘的长度：B=Hmax+Tmax-K焊盘间距：G=Lmax-2Tmax-K式中：L元件长度,mm；W元件宽度,mm；T元件焊端宽度,mm；H元件高度(对塑封钽电容器是指焊端高度),mm；K常数，一般取0.25mm。,0201（0.6mm0.3mm）焊盘设计,模板开口设计,0.26,0.30,0.24,0.15,0.31,0.20,0.15,0.60,0.08,0.23,0.35,0.26,01005焊盘设计,0201焊盘设计,最新推出01005（0.4mm0.2mm）01005C、01005R已经模块工艺中,(b)1206、0805、0603、0402、0201焊盘设计,英制公制A（mil）B(mil)G(mil)182545642507012018124532120701201210322510070801206（3216）6070700805（2012）5060300603（1508）2530250402（1005）2025200201（0603）121012,(c)钽电容焊盘设计,代码英制公制A（mil）B(mil)G(mil)A12063216506040B14113528906050C231260329090120D28177243100100160,(2)半导体分立器件焊盘设计,分类：MELF：LL系列和08052309片式：J和L型引脚SOT系列：SOT23、SOT89、SOT143等TOX系列：TO252,Z=L+1.3L为元件的公称长度,MELF焊盘设计（MetalElectrodeLeadlessFace）,（a）GULLWINDSOD123SOD323焊盘设计Z=L+1.3（L=元件的公称长度）SOD123Z=5X=0.8Y=1.6SOD323Z=3.95X=0.6Y=1.4（b）J-LeadDO214(AA/AB/AC)/SMBZ=A+1.4（A=元件的公称长度）X=1.2W1系列号ZXYDO214AA6.82.42.4DO214AB9.33.62.4DO214AC6.51.742.4,片式小外形二极管焊盘设计（SOD：SmallOutlineDiode）,分类:SOT23/SOT323/SOT523SOT89/SOT223SOT143/SOT25/SOT153/SOT353SOT223TO-252,SOT系列焊盘设计（SOT:SmallOutlineTransistor）,单个引脚焊盘长度设计原则：,焊盘设计,（a）SOT23,元件尺寸,（b）SOT-89,元件尺寸,焊盘设计,（c）SOT-143,元件尺寸,焊盘设计,（d）SOT223,元件尺寸,焊盘设计,（e）T0252,元件尺寸,焊盘设计,对于小外形晶体管，应在保持焊盘间中心距等于引线间中心距的基础上，再将每个焊盘四周的尺寸分别向外延伸至少0.35mm。2.72.60.70.72.00.80.82.93.04.40.81.11.23.8SOT23SOT143SOT89小外形SOT晶体管焊盘示意图,SOT设计最新变化,(3)翼形小外形IC和电阻网络（SOP）,分类：SOICSSOICSOPTSOPCFP,SOP设计原则：a)焊盘中心距等于引脚中心距；b)单个引脚焊盘设计的一般原则Y=T+b1+b2=1.52mm（b1=b2=0.30.5mm）X=11.2Wc)相对两排焊盘内侧距离按下式计算（单位mm）G=F-K式中：G两排焊盘之间距离，F元器件壳体封装尺寸，K系数，一般取0.25mm，,G,F,（a）SOIC焊盘设计（SmalOutlineIntegratedCircuits）,元件参数：Pitch1.27(50mil)封装体尺寸A：3.9、7.5、8.9(mm).PIN:8、14、16、20、24、28、32、36、SO16/SO16W、SO20W、SO24W/S024X设计考虑的关键几何尺寸：元件封装体尺寸A引脚数间距E,焊盘设计：A.焊盘外框尺寸Z封装ZASO8/14/167.4mm3.9SO8WSO36W11.47.5SO24X36X138.9B.焊盘长宽（YX）2.20.6(mm)C.没有公英制累积误差,元件参数：Pitch1.27(50mil)PIN:6、10、12、18、22、30、40、42表示方法：SOP10设计考虑的关键几何尺寸：引脚数，不同引脚数对应不同的封装体宽度。,（b）SOP焊盘设计（SmalOutlinePackages）,焊盘设计：焊盘外框尺寸SOP61416/18/2022/2428/3032/3640/42(Z）7.49.411.213.21517B.焊盘长宽（YX）2.20.6没有公英制累积误差,a)SOIC有宽窄体之分，SOP无宽窄体之分，b)SOP元件厚（1.54.0mm），SOIC薄（1.352.34mm）。c)SOP16以上PIN的焊盘，由于封装体的尺寸不一样，因此Z也不一样。,SOP与SOIC焊盘设计的区别,元件参数：Pitch0.8/0.635mm封装体尺寸A：12、7.5mmPIN:48、56、64共3种：SSO48、SSO56、SO64,（c）SSOIC焊盘设计（ShrinkSmalOutlineIntegratedCircuitsShrinkSmal）,焊盘设计：A.焊盘尺寸(mm)封装ZXYP/EDSSO4811.60.352.20.63514.61SSO5611.60.352.20.63517.15SO6415.40.52.00.824.8C.0.8mm存在公英制累积误差,（d）TSOP焊盘设计ThinSmalOutlinePackages,元件参数：Pitch0.65/0.5/0.4/0.3(FinePitch)元件高度H=1.27mm16种PIN，1676短端A有6、8、10、12mm4个尺寸长端L有14、16、18、20mm4个尺寸表示方法：TSOPALPIN数TSOP82052,焊盘设计：焊盘外框尺寸ZL+0.8mmL元件长度方向公称尺寸B.焊盘长宽（YX）0.65焊盘长宽（YX）1.60.4mm0.5焊盘长宽（YX）1.60.3mm0.4焊盘长宽（YX）1.60.25mm0.3焊盘长宽（YX）1.60.17mmTSOP0.5/0.4/0/3的焊盘设计同QFP/SQFPC.验证焊盘内侧距离：GS-0.30.6，一般每边余0.5mm有公英制累积误差，,封装:CFP/SOPSSOICTSOPSSOICTSOP或SOIC器件引脚间距:1.270.80.650.6350.50.40.3焊盘宽度:0.65/0.60.50.40.40.30.250.17焊盘长度:2.22.01.62.21.61.61.6,总结(SOP焊盘设计),（4）四边扁平封装器件（QFP）,分类：PQFPSQFP/QFP(TQFP)CQFP(方形、矩形),QFP设计总则:a)焊盘中心距等于引脚中心距；b)单个引脚焊盘设计的一般原则Y=T+b1+b2=1.52mm（b1=b2=0.30.5mm）c)相对两排焊盘内侧距离按下式计算（单位mm）：G=A/B-K式中：G两排焊盘之间距离A/B元器件壳体封装尺寸K系数，一般取0.25mm,G,元件参数：Pitch0.635(FinePitch)(25mil)PIN:84、100、132、164、196、244表示方法：PQFP84,(a)PQFP元件焊盘设计(PlasticQuadFlatPack),焊盘设计：焊盘外框尺寸（Z）=LMAX+0.6焊盘外框尺寸Z=L+0.8LMAX：元件长（宽）方向最大尺寸L：元件长（宽）方向公称尺寸B.焊盘长宽（YX）1.80.35C.验证焊盘内侧距离：GS的最小值,元件参数：QFP：Pitch0.8/0.65SQFP：Pitch0.5/0.4/0.3(FinePitch)TQFP=THINQFPPIN：24576表示方法：QFP引脚数（例QFP208）SQFPAB引脚（A=B）,(b)QFP/SQFP焊盘设计(PlasticQuadFlatPack),焊盘设计：A.Pitch=0.8/0.65mm焊盘外框尺寸Z=L+0.6L：元件长（宽）方向公称尺寸0.8焊盘长宽（YX）1.80.50.65焊盘长宽（YX）1.80.4B.Pitch=0.5/0.4/0.3mm焊盘外框尺寸Z=L+0.8或焊盘外框尺寸ZA/B+2.8L：元件长/宽方向公称尺寸A/B：元件封装体尺寸0.5焊盘长宽（YX）1.60.30.4焊盘长宽（YX）1.60.250.3焊盘长宽（YX）1.60.17,注意事项：a)验证相对两排焊盘内、外侧距离GSmin-0.30.6mm（0.5）ZLmix-0.30.6(mm（0.3）b)存在公英制累积误差（Pitch=0.8/0.65/0.5/0.4/0.3）,(c)QFP/SQFP（矩形）元件焊盘设计,元件参数：QFP：Pitch0.8/0.65SQFP：Pitch0.5/0.4/0.3(FinePitch)TQFP=THINQFPPIN：32440表示方法：QFP引脚数（例QFP8）SQFPAB引脚（AB）,焊盘设计:A.Pitch=0.8/0.65mm（QFP80/100）Z1=L1+0.8Z2=L2+0.8L1、L2元件长/宽方向公称尺寸0.8焊盘长宽（YX）1.80.50.65焊盘长宽（YX）1.80.4B.PITCH=0.5/0.4/0.3mm焊盘外框尺寸Z1/Z2=L1/L2+0.8或Z1/Z2A/B+2.8L1/L2元件长/宽方向公称尺寸A/B元件封装体尺寸0.5焊盘长宽（YX）1.60.30.4焊盘长宽（YX）1.60.250.3焊盘长宽（YX）1.60.17,注意事项：a)验证相对两排焊盘内、外侧距离GSmin-0.30.6mm（0.5）ZLmix-0.30.6(mm（0.3）b)存在公英制累积误差,器件引脚间距:1.270.80.650.6350.50.40.3焊盘宽度:0.650.50.40.350.30.250.17焊盘长度:2.41.81.81.81.61.61.6封装:CQFPQFPPQFPSQFP封装体尺寸相同的情况下，Z是相同的，但间距和焊盘宽度不同0.8、0.65、0.5、0.4、0.3存在公英制转换误差。,总结（QFP）,FinePitch（QFP160P=0.635元件焊盘设计),Pitch=0.635mm（25mil）单个焊盘设计：长宽=（60mil78mil）（12mil13.8mil）(1.5mm2mm）（0.3mm0.35mm),FinePitchQFP208P=0.5元件焊单个盘设计,Pitch=0.5mm（19.7mil）长宽=（60mil78mil）（10mil12mil）(1.5mm2mm）（0.25mm0.3mm),FinePitchPitch=0.4mm或.03mm元件单个焊盘设计,Pitch=0.4mm长宽=70mil9mil(1.78mm0.23mm)Pitch=0.3mm长宽=50mil7.5mil(1.27mm0.19mm),(5)J形引脚小外形集成电路（SOJ）和塑封有引脚芯片载体（PLCC）的焊盘设计,分类：SOJPLCC(方形、矩形)LCC,SOJ与PLCC的引脚均为J形，典型引脚中心距为1.27mm；a)单个引脚焊盘设计（0.500.80mm）（1.852.15mm）；b)引脚中心应在焊盘图形内侧1/3至焊盘中心之间；c)SOJ相对两排焊盘之间的距离（焊盘图形内廓）A值一般为5、6.2、7.4、8.8(mm)；d)PLCC相对两排焊盘外廓之间的距离：J=C+K（单位mm）式中：J焊盘图形外廓距离；CPLCC最大封装尺寸；K系数，一般取0.75。,设计总则,（a）SOJ元件焊盘设计（SmalOutlineIntegratedCircuitsJ引脚）,元件参数：Pitch1.27mm元件宽度：300、350、400、450（0.300英寸）PIN：14、16、18、20、22、24、26、28表示方法：SOJ引脚数/元件封装体宽度:SOJ14/300；SOJ14/450,焊盘设计：A.焊盘尺寸设计元件封装系列300350400450焊盘外框尺寸Z9.410.611.813.2焊盘长宽（YX）2.20.6B.注意：验证相对两排焊盘内、外侧距离：GSmin-0.30.6mmZLmix+0.30.6mm,元件参数：Pitch1.27mmPIN：20、28、44、52、68、84、100、124表示方法：PLCC-引脚数PLCC-100,（b）PLCC(方形)焊盘设计（PlasticLeadedChipCarriersJ引脚）,焊盘设计：A.焊盘尺寸设计长宽2.2mm0.6mmB.注意：验证相对两排焊盘内、外侧距离,（c）PLCC(矩形)元件焊盘设计,元件参数：Pitch1.27mm元件PIN：28124表示方法：PLCC/R-引脚数PIN分布PLCC/R-3279,焊盘设计：A.焊盘尺寸设计长宽=2.0mm0.6mm,PLCC焊盘图焊盘原标准:长=75mil25mil(1.9mm0.635mm)A=C+30mil（C为元件外形尺寸,0.762）IPC标准:长宽1.9mm0.635mm)A=C+35mil(平均0.9mm),间距为1.27（50mil）的SOP、SOJ的焊盘设计,单个焊盘：长宽=75mil25milSOP8SOP16A=140milSOP14SOP28A=300milSOJ16SOJ24A=230milSOJ24SOJ32A=280mil,(6)BGA焊盘设计,BGA的分类和结构特点BGA焊盘设计原则焊盘及阻焊层设计引线和过孔几种间距BGA焊盘设计表BGA焊盘设计注意事项,BGA的分类和结构特点,a)BGA是指在器件底部以球形栅格阵列作为I/O引出端的封装形式。分为：PBGA（PlasticBallGridArray塑料BGA）CBGA(CramicBallGridArray陶瓷BGA)TBGA（TapeBallGridArray载带BGA）BGA（ChipscalePackage微型BGA），又称CSP。BGA的外形尺寸范围为7mm50mm。一般共面性小于0.2mm。b)PBGA是最常用的，它以印制板基材为载体。PBGA的焊球间距为1.50mm、1.27mm、1.0mm、0.8mm，焊球直径为0.89mm、0.762mm、0.6mm、0.5mm；,c)BGA底部焊球有部分分布和完全分布两种分布形式部分分布完全分布,PBGA结构,1.载体:FR4BT（bismaleimidetriazine)树脂（含有聚合物）Tg(玻璃化转变温度)115-125170-215Tg高、封装尺寸稳定好2.连接方式：金属丝压焊3.封装：塑料模压成形4.焊球：63Sn/37Pb0.50.89mm5.间距：0.81.01.271.5mm元件尺寸：750mm6.导通孔作用：互连、散热PBGA的缺点：容易吸潮,CBGA和CCGA结构,CBGA是为解决PBGA吸潮性，底部是90Pb/10Sn焊球，直径0.89mm；CCGA是解决CBGA的尺寸（CBGA3232；CCGA3232）CCGA底部是90Pb/10Sn的柱，直径0.5mm、高2.21mmCBGA和CCGA都可以采用有铅共晶焊料或无铅焊料进行焊接，焊接时底部的球和柱均不熔化。1.载体:多层陶瓷载体2.连接方式：倒装芯片焊接（环氧树脂填充）3.间距：1.0、1.27mm,TBGA的结构,1.载体:“铜/聚酰亚胺/铜”双金属带，上表面：信号传输铜导线，下表面为地层。2.连接方式：倒装芯片焊接，焊后用环氧树脂填充，以防机械损伤3.加固层：载体顶部用胶连接，提供封装体的刚性和共面性。4.散热片：芯片背部用导热胶连接，提供芯片良好的散热性。5.焊球：90Pb/10Sn直径0.65mm6.间距：1.0、1.27、1.5mm尺寸：7mm-50mm,CSP结构,CSP结构与PBGA相同，有正装、倒装两种形式。CSP的封装尺寸与芯片尺寸之比.1.载体:树脂基板（陶瓷+环氧树脂或BT树脂）2.连接方式：金属丝压焊（不利于小型化）、倒装芯片焊接（凸点达到20m、环氧树脂填充，广泛应用）3.间距：0.8、0.5、0.4mm,BGA焊盘设计原则,a)PCB上每个焊球的焊盘中心与BGA底部相对应的焊球中心相吻合；b)PCB焊盘图形为实心圆，导通孔不能加工在焊盘上；焊盘最大直径等于BGA底部焊球的焊盘直径最小直径等于BGA底部焊盘直径减去贴装精度例如：BGA底部焊盘直径为0.89mm，贴装精度为0.1mm，PCB焊盘最小直径等于0.89mm-0.2mm。（BGA器件底部焊球的焊盘直径根据供应商提供的资料）c)与焊盘连接的导线宽度要一致，一般为0.150.2mm；d)阻焊尺寸比焊盘尺寸大0.10.15mm。,e)导通孔在孔化电镀后，必须采用介质材料或导电胶进行堵塞（盲孔），高度不得超过焊盘高度；f)设置外框定位线，这一点对贴片后的检查很重要。定位框尺寸和芯片外形相同；丝印最大公差为0.25mm；线宽为0.2mm0.25mm；45倒角表示芯片方向；外框定位线可以是丝印，也可以用做敷铜。前者会产生误差，后者更精确。必须注意敷铜线不要影响到BGA布线；在定位框外设置2个MARK点也是必要的。,焊盘及阻焊层设计,焊盘分类：（按照阻焊方法不同）SMD(soldermaskdefined)NSMD（non-soldermaskdefined）焊盘结构：SMD：阻焊层压在焊盘上，焊盘铜箔直径比阻焊开孔直径大；NSMD：阻焊层比焊盘大（类似标准的表面贴装焊盘）。,SMD,NSMD,NSMD与SMD焊盘的应用,NSMD：大多情况下推荐使用。优点是铜箔直径比阻焊尺寸容易控制，热风整平表面光滑、平整。且在BGA焊点上应力集中较小，增加了焊点的可靠性，特别是BGA芯片和PCB上都使用NSMD焊盘时，可靠性优势明显。SMD：优点是铜箔焊盘和阻焊层交迭，因此焊盘与环氧玻璃板有较大的附着强度。在无铅过度期有利于气体排出，可减少“空洞”现象。当PCB极其弯曲和加速热循环的条件下，焊盘和PCB的附着力极其微弱，很可能造成失效从而导致焊点断裂，所以采用SMD结构。,BGA焊盘设计的一般规则,（a）焊盘直径既能影响焊点的可靠性又能影响元件的布线。通常焊盘直径小于焊球直径的20%-25%。焊盘越大，两焊盘之间的布线空间越小。如1.27mm间距的BGA封装，采用0.63mm直径焊盘，在焊盘之间可以安排2根导线通过，线宽125微米。如果采用0.8mm的焊盘直径，只能通过1根线宽为125微米的导线。（b）下列公式给出了计算两焊盘间布线数，其中P为封装间距、D为焊盘直径、n为布线数、x为线宽。P-D（2n+1）x（c）通用规则：PBGA的焊盘直径与器件基板上的焊盘相同。（d）CBGA的焊盘设计要保证模板开口使焊膏漏印量0.08mm3。这是最小要求，才能保证焊点的可靠性。所以CBGA的焊盘要比PBGA大。,引线和过孔,.导通孔不能加工在焊盘上，导通孔在孔化电镀后，必须采用介质材料或导电胶进行堵塞，高度不得超过焊盘高度；与焊盘连接的导线宽度要一致，一般为0.150.2mm,焊盘直径（mm）：0.65；阻焊直径：0.85(0.1mm间隙)；过孔（mm）：过孔孔径0.35，过孔焊盘0.635，0.3的完成孔；引线（mm）：0.15-0.2（最大的导线宽度为0.2mm）,NSMD,SMD,Pitch为1.27mm、焊球直径为0.762mmBGA的哑铃形焊盘设计：,Pitch为1.0mm，焊球直径为0.5mmBGA/CSP元件焊盘设计,焊盘结构：NSMD焊盘直径：19.621.6mil(0.50.55mm)阻焊开口直径：23.625.6mil(0.60.65mm)过孔：过孔孔径11.8mil(0.3mm)过孔焊盘23.6mil(0.61mm)9.8mil(0.25mm)的完成孔；引线：5-6mil,PCB层数及焊盘走线设计,球距为1.0mm的BGA/CSP最小层数一般为6层；PCB每一层走2圈信号线，一层电源，一层地；两焊盘之间走一根线。,几种间距BGA焊盘设计表,BGA焊盘设计注意事项,（a）采用NSMD的阻焊形式，以获得好的可靠性。因为产生较大的焊接面积，和较强的连接。,BGA焊盘设计注意事项,（b）每一个BGA焊球必须采用独立焊盘。焊盘与焊盘之间用最短的导线连接，有利于机、电性能。（c）有大面积连接时，去掉一些铜面积（网格形设计）,正确的焊盘设计,BGA焊盘设计注意事项,（d）焊盘表面处理采用镀焊料热风整平或OSP，这样能保证安装表面的平整度，允许元件适当的自对中。镀金是应当避免的，因为在再流焊时，焊料和金之间会发生反应，削弱焊点的连接。（e）过孔不要在焊盘上，正、反面过孔都要阻焊。（f）外形定位线画法不标准。（g）当有多个BGA时，在布置芯片位置时，要考虑加工性（h）考虑返修性，通常BGA周边留35mm，特别是CBGA间隙越大越好。,(7)新型封装PQFN的焊盘设计,PlasticQuadFlatPackNoLeads(PQFN)方形扁平无引脚塑料封装,QFN封装具有良好的电和热性能、体积小、重量轻，已成为许多新应用的理想选择。LLP（LeadlessLeadframepackage）MLF（MicroLeadlessFrame）QFN(QuadFlatNo-lead),PQFN导电焊盘有两种类型,一种只裸露出封装底部的一面，其它部分被封装在元件内,另一种焊盘有裸露在封装侧面的部分,焊盘设计原则,大面积热焊盘的设计器件大面积暴露焊盘尺寸,还需考虑避免和周边焊盘桥接等因素。导电焊盘与器件四周相对应的焊盘尺寸相似，但向四周外恻稍微延长一些（0.30.5mm）。,0.30.5mm,器件示意图,焊盘的设计示意图,QFN封装尺寸,QFN焊盘设计尺寸X、Y单个周边焊盘的宽度和长度。D2、E2热焊盘尺寸。ZDmax、ZEmax相对两排周边焊盘的最大外廓距离。GDmin、GEmin相对两排周边焊盘的最大内廓距离。CLL周边焊盘内侧顶角点相邻焊盘间的最小距离。CPL外围焊盘内顶角与热焊盘的最小距离。（定义CLL、CPL目的：避免焊桥）,QFN焊盘设计尺寸,热过孔设计,QFN封装底部大面积暴露的热焊盘提供了可靠的焊接面积，PCB底部必须设计与之相对应的热焊盘以及传热过孔。过孔提供散热途径，能够有效地将热从芯片传导到PCB上。热过孔设计：孔的数量及尺寸取决于器件的应用场合、芯片功率大小、电性能要求，根据热性能仿真，建议传热过孔的间距在1.01.2mm，尺寸为0.30.33mm。过孔的阻焊形式,PCB的阻焊层结构,建议使用NSMD阻焊层，阻焊层开口应比焊盘开口大120150微米，即焊盘铜箔到阻焊层的间隙有6075微米，这样允许阻焊层有一个制造公差，通常制造公差在5065微米之间。当引脚间距小于0.5mm时，引脚之间的阻焊可以省略。,PQFN封装尺寸与焊盘设计对照表,5THC（通孔插装元器件）焊盘设计（ThrougHoleComponent）,(1)元件孔径和焊盘设计,a)元件孔径元件孔径=D+(0.20.5)mm（D为引线直径）。孔与引线间隙=0.20.3mm之间。自动插装机的插装孔比引线大0.4mm。如果引线需要镀锡，孔还要加大一些。通常焊盘内孔不小于0.6mm，否则冲孔工艺性不好元件孔径设计考虑的因素：元件引脚直径、公差和镀层厚度；孔径公差、金属化镀层厚度。插装元器件焊盘。,b)连接盘（焊环）焊盘直径孔的直径最小尺寸要求：国标：0.2mm，最小焊盘宽度大于0.1mm。航天部标准：0.4mm，一边各留0.2mm的最小距离。美军标准：0.26mm,一边各留0.13mm的最小距离。连接盘直径考虑的因素：打孔偏差；焊盘附着力和抗剥强度。,c)焊盘与孔的关系孔直径0.4mm的焊盘设计：D=(2.53)d孔直径2mm的焊盘设计：D=(1.52)d,d)连接盘的形状连接盘的形状由布线密度决定，一般有：圆形、椭圆、长方形、方形、泪滴形，可查标准。当焊盘直径为1.5mm时，为了增加抗剥强度，可采用椭圆形焊盘，尺寸为长1.5mm，宽1.5mm。这在集成电路引脚中常见。同时也好走线、焊接、提高附着力。当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成泪滴形，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。,e)焊盘设计在2.54栅格上。f)焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。g)焊盘的开口：有些器件需要在波峰焊后补焊的，由于经过波峰焊后焊盘内孔被锡封住，使器件无法插下去，解决办法是在印制板加工时对该焊盘开一小口，这样波峰焊时内孔就不会被封住，而且也不会影响正常的焊接。h)相邻的焊盘要避免成锐角或大面积的铜箔，成锐角会造成波峰焊困难，而且有桥接的危险；大面积铜箔因散热过快会导致不易焊接。,i)多层板外层、单双面板上大的导电面积，应局部开设窗口，并最好布设在元件面；如果大导电面积上有焊接点，焊接点应在保持其导体连续性的基础上作出隔离刻蚀区域。防止焊接时热应力集中。,插装元器件孔距应标准化，不要齐根成型。跨接线通常只设7.5mm，10mm。元件名孔距R-1/4W、1/2W10mm;12.5mm;17.5mm；R1/2W(L+(23)mm（L为元件身长）IN41487.5mm，10mm，12.5mm1N400系列10mm，12.5mm小瓷片、独石电容2.54mm小三极管、3发光管2.54mm,(2)元器件孔（跨）距,IC孔径=0.8mm；焊盘尺寸2.2mm。引脚间距2.54(0.1英寸)，封装体宽度有2种，成形器有宽窄2种，焊盘孔跨距宽度2种，尺寸为：7.6mm（0.3英寸）和15.2mm（0.6英寸）。,(3)IC焊盘设计,对于IC、排电阻、接线端子、插座等等：孔距5.08mm（或以上）的，焊盘直径不得小于3mm；孔距为2.54mm的元件，焊盘直径最小不应小于1.7mm；电路板上连接220V电压的焊盘间距，不应小于3mm；流过电流超过0.5A（含0.5A）的焊盘直径应4mm；焊盘以尽可能大一点为好，对于一般焊点，其焊盘直径最小不得小于2mm。,(4)其他设计经验,6.布线设计,布线宽度和间距线宽线间距备注0.0100.010简便0.0070.008标准0.0050.005困难0.0020.002极困难,外层线路线宽和线距,功能*0.012/0.0100.008/0.0080.006/0.0060.005/0.005线宽0.0120.0080.0060.005焊盘间距0.0100.0080.0060.005线间距0.0100.0080.0060.005线焊盘间距0.0100.0080.0060.005环形图*0.0080.008”0.0070.006*线宽/间距*为孔边缘到焊盘边缘的距离,内层线路线宽和线距,功能0.012/0.0100.008/0.0080.006/0.0060.005/0.005线宽0.0120.0080.0060.005焊盘间距0.0100.0080.0060.005线间距0.