某公司PCB布局元件装配管理设计(ppt 39页).ppt

PCB布局及元件装配的设计规范 Rev 01 制造部 黄锋 二OO六年12月27日 Introduction 导言 此文献提供了关于可制造性设计 DFM DesignForManufacturability 规范的总体要求 设计一个最有价值 品质性能兼优的可靠性产品是研发部门的职责 为了保证产品的可制造性 研发部门必须充分考虑到当前的制造能力 在设计执行阶段应经常集会回顾当前的设计及制造问题以提高制造能力 请研发人员严格按照本文所制定的规范履行职责 有任何改变必须经SMT部门NPE Newprogramengineer 同意 Dimensions 尺寸 全文所使用的度量单位 mm Scope 范围 此标准定义了PCB及装配最基本的设计要求 如下几点 PCBLayout及元件装配线路设计异形元件LayoutPCB外形尺寸多层PCB Applicability 应用 此文提到的所有标准应用于HYT所有产品中 除非另有说明 1 PCBLayout及元件装配 1 1通常考虑因素 Layout和元件 因为表面贴装的焊接点大多都比较小 并且在元器件与PCB之间要提供完整的机械连接点 由此在制造过程中保持连接点的可靠性就显得非常重要 通常在产品制造 搬运 处理当中大PCB贴大元器件要比小PCB贴小元器件更冒险 因此越密集分布的PCB板对其厚度及硬度有更高的要求以避免在加工 测试及搬运过程中受弯曲而损坏焊接点或元器件本体 因此在设计过程要充分考虑到PCB的材质 尺寸 厚度及元件的类型是否能满足在加工 测试及搬运过程中所承受的机械强度 1 1 1在对PCB布局时应考虑按元件的长与PCB垂直的方向放置 尤其避免将元器件布在不牢固 高应力的部分以免元器件在焊接 分板 振动时出现破裂 具体见以下图示 1 1 2元件热膨胀性不匹配表面贴片元件特别是无铅元器件在焊接过程中最主要的因素是热膨胀的冲击 元器件的焊端与元件本体如果在高温焊接及大电流流过时热膨胀不匹配将导致元件本体与焊端破裂 总的来说 大的元器件比小的元器件更易受热膨冷缩的影响 一般在焊接加工工艺中只允许电容尺寸等于1812 1 2元件装配 1 2 1元件贴片相似的元器件应按同一方向整齐地排列在的PCB板上以方便SMT贴片 检查 焊接 建议所有有方向的元器件本体上的方向标示在PCB板的排列是一致的 见如下图 1 2元件装配 1 2 2SMT元件手焊 补焊要求 由于大多SMT元器件在手工焊接过程中极易受热冲击的影响而损坏 因此不允许对SMD料进行手工焊接 在生产当中出现的不良应尽量在低温下焊接 1 2 3SMT元器件不应放置在有DIP Doublein linepackage双列直接式组装 通孔元件的下面 目前公司无波烽焊接工艺 以手工替代 这一条可不执行 1 2 4SMT料应远离PCB定位边缘5mm 1 2 5SMT加工必须与焊接工艺相匹配 如回流焊接只适用于PCBA的回流焊接 波烽焊接也只适用于PCBA的波烽焊接 1 3波烽焊接 略 1 4回流焊接 1 4 1回流条件 为确保元件在回流焊接前后性能的一致性 要求元器件的参数要求必须达到HYT的回流要求 回流焊温度曲线 斜率 Ramprate 4C Sec峰值温度 peaktemp 235C leadproduct 270C lead freeproduct 液化时间 Timeaboveliquidus 应能承受120Sec 1 4 2元件间隔 PP PadtoPadBB BodytoBodyBP BodytoPad Chip料 1 4 3线路布局1 4 3 1使用绝缘及不可焊接材料覆盖在裸露 无需焊接的铜箔及线路上以防止在回流焊接时焊锡流到裸露的铜箔及线路上而造成焊盘无锡 少锡或虚焊等 1 4 3 2Pad位的对称性避免焊盘与大的铜箔相接或用隔热材料将焊盘与大铜箔连接部分小化以免在回流焊接时由于散热太快而导致冷焊的出现 对于单个形状的元件 其焊盘的设计应成对称 以免在回流焊接时出现立碑的现象 1 4 3 3通孔的位置设计方针通孔应远离元件的焊盘以免在回流焊接时焊料通过通孔流出焊盘而造成无锡 少锡等现象 通孔与焊盘的最小距离为0 63mm 通孔仅仅在大的元器件上的焊盘上才可以使用 例如像DPAK D PAK 但是必须要求通孔的的直径不大于0 3mm或者更小 并且为避免在回流焊接过程中出现锡通过通孔流到另外一面造成凸状而影响另一面的生产 应考虑在另一边塞住通孔 DPAK D PAK 1 4 4回流装配要求1 4 4 1有机械支撑装置的焊接 在PCB上提供较多的铜箔可焊面积以使元件与PCB的焊接点有足够的机械强度去支撑 尤其是导线与铜箔相接的位置 1 4 4 2针对有支撑柱的情况下 易碎的陶瓷电容应放置在应力最小的位置 1 4 4 3特殊元器件的装配 a 在焊接工艺中 特别是无铅工艺 不要选用与PCB与热膨胀不相符的并热膨胀较大的元件器 除非已经证实了试验成功及确认无任何问题 否则板变形及焊接点破裂可能发生而影响可靠性 b 在回流焊接过程中 除非已经证实了测试成功及确认对结果无害 否则不要选择非SMT物料在SMT进行表面装配而在炉后手工补锡 c 当然针对一些元器件对其引脚进行修正也可以作为SMT物料进行焊接 d 当非SMT元器件使用于SMT贴片时 对其引脚的弯曲度及平整度有一定的要求 如果需要弯曲 其弯曲部分不能延伸到脚与本体的相接处 而是弯曲点与本体的距离 L 为元件引脚的直径或厚度但至少不能小于1 0mm 具体可参照以下图及表格 如果对其引脚进行整平 整平的厚度应不少于引脚直径的40 e 异形元器件引脚成形加工的共面度要求 最大0 15mm 1 5基准校正点 Fiducialmarks 1 5 1基准校正点的应用 1 5 1 1总体考虑基准点是位于PCB板上的类似于焊盘的小薄片 通常基准点的制作与SMT元器件的焊盘制作在同一时间进行蚀刻处理 由于基准点与SMT元器件焊盘在同一加工过程中进行 因此其相对位置比定位孔与焊盘的相对位置更稳定准确 在SMT加工过程中 通过SMT贴片机的照相系统对PCB基准点坐标的读取 以及通过计算机系统对坐标偏差的计算准确定位PCB的位置 因此 元件贴片精度得到很大的提高 1 5 1 2基准点的类型这里有两种类型 一种是 PCB基准点 另外一种根椐不同元器件的需要而设的 元件基准点 1 PCB基准点 对于单板的Layout 建议使用三个基准点来作为角度 线性及非线性失真的补偿 如果PCB板的元件间距或脚间距有小于50milpitch的就必须要使用三个基准点 三个基准点位于PCB板上的三个角落位置 在PCB长度及对角线的范围之内 三个基准点的距离应尽量最大 基准点一定不要放置在如上图所示的受限制的区域 必须放置在距离PCB边缘的4mm以上的位置 如上图如示 每块板的两个基准点是进行角度及线性补偿的最低要求 两个基准点应确立在PCB对角线的位置上 在生产过程中基准点通常作为参考点来检测板的存在及校正板与板之间的细微的偏差 SMT元件应尽量放置在基准点的范围内 对于PCB拼板的Layout 最好用三个 如果元件Pitch小于50mil必须采用三个 或两个基准点以补偿PCB拼板的偏差 在回流焊接加工过程中 PCB基准点必须包涵到PCB拼板的Gerberfile中 对于一些高密度分布的PCB板中如果没有多余的空间放置基准点 可以考虑将基准点放置在拼板之间的连接材料上 但为了考虑基准点与PCB元件分布的精度 必须将基准点与PCB元件分布一起设计在Gerberfile中 2 个别元件的基准点对于那些元件脚Pitch比较纤细 小于25mil 如QFP BGA元器件 建议使用两个元件基准点分别放置在元件的对角线的两个位置 以此作为此类元件的参考点并为元件在SMT加工过程中修正其偏差 1 5 2基准校正点的结构 a 根据不同的铜垫厚度而选用不同的基准点的尺寸 A 以及基准点与绝缘材料之间的相距尺寸 B 也将选用不同的尺寸 如下图 b 不应选择绝缘材料 孔作为基准点 或在基准点周围设置一个与基准点尺寸相近的图案 此图案还包括多层板中的里层图案 2 设备的局限性对物料规格及元器件包装的影响 2 1P C B厚度在波烽焊接加工过程中 那么PCB的厚度标准要求为 1 6mm 最薄不能低于1 0mm 不然PCB在过波峰焊接时易弯曲变形而导致PCB上的元器件损坏及焊接点破裂 影响产品的可靠性 在回流焊接加工过程中 薄的PCB可以被使用倘若在PCB两边增加均衡性铜箔及通过拼板适当的设计而减少PCB的弯曲可能性 2 2表面贴片元件1 SMT现有的贴片机所能处理的表面贴片元件包装有8mm 12mm 16mm 24mm 32mm及44mm的卷装料及支装料 散装物料在SMT加工过程中是不允许采用的 2 SOIC的标准包装应优先选择卷装形式 减小支装包装方式从而减少对机器贴片效率的影响 3 包装那些异形元器件或非SMD元器件作为SMT贴片元件时 像屏蔽罩之类 应采用胶材质的拖盘或其它方式进行包装以避免在运输及加工过程中使元器件变形而影响其共面性 4 可贴装的元件高度不能大于15mm 3 线路设计规范 3 1加强焊端的独立性 减弱焊端之间的影响 如下图 3 2如果焊端位于较大的铜箔上 那么必须修整较大的可焊区焊端面积以避免出现短路等不良 如下图 3 3为了达到较好的机械强度尤其是对于 OZ铜的 及有手工焊接要求的 经常加大铜箔的面积 如下图 3 通孔不允许位于底部为金属物质的元器件下面 除非他们之间有绝缘体隔开 并且此绝缘体能承受焊接时的高温冲击而不被损坏 3 铜路与焊端连接的颈部位置应加宽以避免在焊接的过程中出现断裂的现象 3 焊盘不允许位于与大铜箔的附近 他们之间最小间隔应不小于 mm 3 线路宽度及线路之间的间隔定义 对于 oz或2oz铜的 3 线路转角定义 4 PCB外形尺寸 这个设计规范为SMT加工制造 单面或双面板PCB 定义了其的外形尺寸要求 4 1外形尺寸 1 所有的PCB的外形轮廓必须是直的 这样可以减少PCB在SMT加工过程中上板 出板及中途传输过程中的出错率 从而缩短PCB的传输时间 增强PCB的固定及提高SMT加工品质 SMT不能接受 SMT能接受的 通过在空余的地方增加如下图所示的DummyPCB以增强PCB的固定及提高SMT加工品质 2 PCB最大的外形尺寸 SMT设备的最大允许外形尺寸 SMT生产线的最大允许外形尺寸 考虑到SMT生产的通用性 建议LayoutPCB板时长 宽不大于330mm 250mm 最小尺寸不小于50mm 50mm 4 3 PCB定位孔及受限区域 PCB板上的Toolingholes Toolingholes是PCB上的两个定位孔 用于贴片机较好的固定PCB以方便机器精确的贴片 单面PCB的Toolingholes基本规范 1 Toolingholes应位于PCB最长的一边以减少角度差 2 Toolingholes圆孔的直径应为 4mm 0 1 0 3 Toolingholes拉长孔的尺寸为 宽为4mm 0 1 0 长为5mm 4 对于拼板的PCB 每块小板的数据必须统一以位于左下角的Toolingholes圆孔为基准 5 两个Toolingholes在PCB上之间的距离应PCB长度的允许下最大分离 双面PCB的Toolingholes基本规范 1 Toolingholes应位于PCB最长的一边以减少角度差 2 Toolingholes圆孔的直径应为 4mm 0 1 0 3 对于拼板的PCB 每块小板的数据必须统一以位于左下角的Toolingholes圆孔为基准 并两面对称 4 两个Toolingholes在PCB上之间的距离应PCB长度的允许下最大分离 PCB板上元件贴片的受限区域 单面PCB 单面PCB 双面PCB PCB板上元件贴片的受限区域 双面PCB 4 4元器件 焊盘 线路在Layout时所考虑的受限区域定义 所有的元器件 焊盘及线路在LayoutPCB时与PCB的边缘都有一个最小的间隔 为了避免在分板及搬运过程中损坏 A 焊盘及线路与边的最小间隔 1 与V CUT之间的最小间隔 0 5mm2 与冲孔之间的最小间隔 0 3mm3 与内部线路之间的间隔 0 25mm4 与邮票孔边之间的最小间隔 1 27mm B 元器件与边的最小间隔 1 与V CUT之间的最小间隔 1 27mm如果是通孔元器件则是 2 0mm2 与冲孔之间的最小间隔 0 3mm3 与内部线路之间的间隔 0 5mm4 尺寸为1820的元器件及更大的元器件与PCB边缘之间的最小间隔应为 mm 4 拼板及分板 总的来说有三种拼板方式 即单面拼板 家族式拼板 familypanel 双面拼板 阴阳拼板 5 1单面拼板总的要求 A 单面拼板应按同一方向排列 这样有利于减少 做程式的步骤及便用机器固定 B 如果小板中有超出小板边缘的元器件 那么与之相邻的小板必须要考虑避位 如下图 如果小板没有办法避位 也可以通过在小板之间增