微电子制造综合设计

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微电子制造综合设计

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告

指导老师：—

学生：

学号：—

桂林电子科技大学机电工程学院

《微电子制造综合设计》设计报告目录

一、设计内容与要求......................................1

二、设计目的意义........................................2

三、PCB设计............................................2

四、组装工艺设计........................................15

五'工艺实践方法与步骤..................................24

六、课程设计总结........................................26

七、参考文献............................................29

十、附录29

微电子制造综合设计

一、设计内容与要求

1.设计内容

按给定的设计参数，绘制电路原理图，完成相应的PCB设计，绘制PCB板图等。包含

怛接方式与PCB整体设计、PCB基板的选用、PCB外形及加工工艺的设计要求。PCB焊盘

设计及工艺要求确定。元案件布局要求及设计。基准点标记制作。用PROTELDXP制作印

照电路版.包含设计电路原理图、定义元器件的封装形式,PCB图纸的基本设置、生成网

表兄加我网表、设置布线规则、布线.编写贴装程序等.SMT设计与工艺文件的编写.分

析典型组装工艺，对典型组装工艺进行实践，

设计参数如:表1

表1设计参数表

元器件数量元器件数量

12066片FQFP481片

08057片DIP141个

S0J161片DIP201片

PLCC841片二极管10片

要求：PCB元件之间的连级总长不小于500nlm,有3种不一致的线宽。

2.综合设计要求

'：1）掌握印制电路板计算机辅助设计软件，包含：

1）通过电路原理图与印制电路版图的分析对比，提高识图能力：

2）掌握电路原理图与印制电路版图的特点、规律及识图方法：

3）掌握印制电路板计算机辅助设计软件（PROTEL）的应用；

4）根据指定的电路原理图，运用PROTEL完成原理图的输入、网络表生成、板图制

作及输出等操作。

•：2）掌握焊盘、模板的设计方法，包含：

1）DEM原理与基本应用、设计原则与相应的考核表；

2）熟悉焊盘设计标准（IPC-SM-782文件），掌握焊盘设计的基本原理与方法；

3）熟悉模板设计标准（IPC-7525文件），掌握辕板设计的基本原理与方法。

[3）掌握SMT工艺设计方法及其工艺文件的编写，包含：

1）掌握SMT工艺设计的基本原理与过程，对电路原理图进行相应的SMT工艺设计：

2）掌握SMT工艺文件的编写方法，后所设计的SMT工艺进行工艺文件的编写。

14）掌握典型匚艺的参数选取、操作步骤、操作要点，对典型I：艺进行操作实践.包含：

5）有利于机械化。自动化生产,能节约原材料与提高生产率，降低电子产品的成本。

6）提供集成电路元件IC等各类电子元器件的固定、组装与机械支撑的栽体，

7）为实现电路功能而提供了各类电子元器件之间的电器连接与电气绝缘，提供所要求

的电气特性。

8）为自动焊接提供了焊盘与阻焊图形。为元器件安装（包含插装及表面贴装）、检查、

冽试、维修提供识别字符与图形。

9）为大功率瑞件提供了良好的放热通遒.大大改善了电子产品整机的外观与性能.

2.PC8的分类及结构

对印制电路板而言，对其的分类有多种方法，目前按习惯通常有四种分类方式，即以用

途分类，以基板材料分类，以结构分类与以导电层数分类。

H）按照用途分类的分类

1）通信：2）耗用性电子：3）军用：4）计算机：5）半导体：6）电测板

'：2）按照印制电路板的地材性质进行分类

I）有机材质：酚醛树脂、玻璃纤维/%乳树脂、Polyimide（聚俄亚胺）、BT/EpoKy：

2）无机材质：铝、钢、陶兖等：要紧取其散热功能。

■：3）按照印制电路板的结构分类

1）刚性印制电路板

2）挠性电路板

3）刚挠结合印制电路板。

•：4）按照印制电路板的导电层数分类

D单面板.元整件集中在其中一面，导线则集中在另一面上。相对而言，单面板在设计

方面存在很多限制（由于只彳j一面，布线间不能交叉而务必绕独自的路径）,在处理复杂电路

时往往力不从心，现在已经很少使用了，除非电路确实卜分简单。

2）双面板：这种电路板的两面都有布线.只是要用上两面的导线，务必要在两面间有适

当的电路连接才行。这种电路间的「桥梁J叫做导孔（via）。导孔是在PCB上，充满或者涂

上金属的小洞，它能够与两面的导线相连接,由于双面板的面积比单面板大了一倍，而且由

于布线能够互相交错（能够绕到另一面），它更适合用在比单面板更史杂的电路上。

3）多层板：为「增加能够布线的面积,多层板用上「更多单或者双面的布线板.

■：5）PCB的结构构成

印制电路板的分类方式还以很多，但是午多都具有相同之处，与交叉的地方，比如，按

垢构分类的印制电路板之中又能够分为单面板，双面板与多层板。但是不管怎么分，PCB的

结构构成要紧有：

1）元器件：包含各类1源、无源元件，与提供电源、信号连接的接插件.这些元器件

包含插装件与片式元件.

2）基板材料：在导电层之间提供绝缘性与电路支握的刚、挠性材料.

3）金底导线：连接PCB上各元器件的引脚，完成电、信号连接.

-1）通孔：提供插装元件的安装位贸.，或者者的连接双面板、多层板之间电源、信号层

的镀侗的过孔，或者者是提供定位的定位孔，

5）敷铜：在PCB的某个区域内填充铜箔，改善性能，如散热性。

6）焊盘：用于提供固定元器件与提供电信号通道的钢箝。

7）阻焊膜：粳盖在印制电路上的不需要裸露的区域,提岛卬制电路的焊接性0

8）标志层：通常为白色的丝印字符图案，标志了元件标号与标称值，元件轮廓，厂家标志，

生产日期等，以方便电路安装与维修

3、PC8的制作工艺流程设计

■：1）目前PCB的制造工艺非常多，有加成法与减成法等，但是基本原理是一致的：

1）加成法：钻孔一成像一增粘处理（负相）一化学镀铜一去除抗蚀剂.

2）半加成法：层压板钻孔后用化学镀铜工艺使孔壁与板面沉积一层薄金属膜，然后负

相图形转移，进行图形电镀加厚，去掉抗蚀腴后进行快速刻蚀，非图形部分的铜层迅速被刻

但抻，留卜图形部分。（钻孔一催化处理与增粘处理一化学镀铜一成像（电被抗蚀剂）一图

形电镀铜（负相）一去除抗蚀剂一差分刻蚀）。

3）减成发：先用光化学法或者丝网印刷法或者电镀法在粉铜箔的钢表面上，将一定的

电路图形转移上去，这些图形由一定的抗蚀对料所构成,然后再用化学腐蚀的方法，将不必

要的部分刻蚀掉.

♦2）现代印制电路板的通常制作工艺流程如下：

1）单面板.山于单面板只有•层布线，电路图形也比校简单，因此通常使用“丝网漏

印”技术.在单面覆金属箔板上印刷“正相图形二然后进行腐蚀,去掉未被印料保护的金

展箔部分，留下部分即为所需要的电路图形.单面印制板工艺流程：单面覆钢板一下料一（刷

洗、干燥）一钻孔或者冲孔一网印线路抗蚀刻图形或者使用干膜―固化检查修板一蚀刻铜一

去抗蚀印料、干燥一刷洗、干燥一网印阳焊IS形（常用绿油）、固化一网印字符标记图形、固

化一预热、冲孔及外形一电气开、短路测试一刷洗、干燥一预涂助焊防氧化剂（干燥）以喷锡

热风整乎一检验包装一成品出厂.

2）双面板：双面板是现在使用最多的KB板，满足J'通常的消费电子产品的要求。生

产双面印制电路板的方法按其特点分类大约分为工艺导线法、堵孔法、掩蔽法与图形电镀一

蚀刻法四大类。双面印制板工艺流程：贯穿兀金属化法制造多层板工艺流程一内层班铜板双

面开料一刷洗一钻定位孔一贴光致抗蚀干膜或者涂覆光致抗蚀剂一曝光一显影一独到与去

膜一内层粗化、去氧化一内层检查一（外层单面/铜板线路制作、B一阶柏结片、板材粘结片

检查、钻定位孔）一层压一数操纵钻孔一孔修查一孔前处理与化学镀铜一全板镀薄铜一镀层

检查一贴光致耐电镀干股或者涂覆光致耐电遮剂一面层底板曝光一显影、修板一线路图形电

镀f电镀锡铅合金或者银/金镀一去膜与蚀刻一检查f网印阻焊图形或者光致阻焊图形f印

制字符图形一（热风整个或者有机保焊膜）一数控洗外形f清洗、干燥f电气通断检测f成

品检查f包装出厂.

3）多层板：制造多层印制电路板，苜先使用掩蔽法制出双面板与全板电镀铜加厚，在

将蚀刻后的双面板层叠起来，板与板之间用祜合剂将它们相互粘合在•起，之后再进行钻孔

与孔金属化、图形转移，这以后与双面板图形电镀一蚀刻工艺基本相同。多层印制板工艺流

程：双面粒铜板一下料一叠板一数控钻导通孔一检验、去毛刺刷洗一化学镀（导通孔金属化）

一（全板电镀薄铜）一检验刷洗一网印负性电路图形、固化（干膜或者湿膜、曝光、显影）一

检验、修板一线路图形电镀一电镀锡（抗蚀银监）一去印料（感光膜）一蚀刻铜一（退锡》一

清洁刷洗一网印阻焊图形常用热固化绿油（贴感光干膜或者湿膜、曝光、显影、热固化，常

用感光热同化绿油）一清洗、干馍一网印标记字符图形、固化—（喷锡或者彳j•机保焊膜）-

外形加工一清洗、干燥一电气通断检测一检脸包装一成品出厂。

4、PC8的设计要点

11）焊接方式与PCB整体设计

PCB的设计通用.都是根据原理图进行设计的，根据原理图中所选用的元涔件与封装模式

进行设计，使用何种PCB类型（如单面板或者者是双面板）.然后根据组装的方式选择焊接

形式，根据所选择元件的类型与引脚间距的大小来选择使用波峰焊还是再流焊。

通常来说，再流焊适用于所有的元件饵接.而波峰焊工艺则只适用于•插装元件，矩形片

式元件，圆柱型元件，与引脚数较少、引脚间距较大的IC（引脚数少于28,间距小于1mm

以上）。从可制造性设计方面考虑则要考虑使用何种组装方式。

1）单面混装.（先贴法）来料检测一饥装开始一B面涂粘接剂一贴SMC-粘接剂固

化一糊板一A面插THC一波峥焊一清洗一最终检测.

（后贴法）来料检测一组装开始一A面插THCf翻板一B面涂粘接剂一贴SMC-粘

接剂固化一翻板-波峰焊接一清洗最一终检测

2）双面混装：（SYD与THC同例）来料检测一组装开始一PCB的A面涂敷焊仔一贴

SHD一焊音烘干、粘接剂固化-再流焊接一《溶剂清洗一）THC插装一波峰焊接一清

洗一最终检测。

（SXD与THC分别在A、B面）来料检测一组装开始一PCB的A面涂敷焊膏一贴SMIC

一饵膏烘干一再流焊接一插装TK、引线打弯一翻板一PCB的B面涂粘接剂一贴装SYD一

粕接剂固化一醐板-双波峰焊接-溶剂清洗-最终检测。

3）双面贴装：来料检测一组装开始一PCB的八面涂敷焊•博一涂敷粘接剂（选用）一贴

产SMD一焊音烘干（粘接剂固化）一回流焊接一清洗一拥板一PCB的B面涂敷焊爵-贴

卢SMD-焊音烘干一再流焊接（B面）一清洗一最终检测。

⑵PCB基板的选用:

基板的作用,除J'提供组装所需的架构外,也提供电源与电信号所需的引线与散热的功

能”因此关于一个好的基板，我们要求它有下列的功能：

D足够的机械强度（附扭曲、振动与捡击等）。

2）能修承受组装工艺中的热处理与冲击，

3）足够的平整度以适合自动化的组装工艺。

4）能承受多次的返修（焊接）工作。

5）适合PCB的制造工艺。

6）良好的电气性能（如阻抗、介质常数等）。

在基板材料的选择工作匕设计部门能移将所有产品性能参数（如耐海性、布线密度、

信号频率或者速度等）与材料性能参数（如表面电阻、热导、温度膨胀系数等）的关系列下。

做为设计选择时的考虑用。

目前较常用的基板材料有XXXPC、FR2、FR3、FR4、FR5,G10与G11数种。XXXPC是低

成本的酚醛树脂，其他的为环氯树脂.FR2的特性与XXXPC接近，但付阻燃性，FR3是在ER2

的基础上提高了其机械性能。G10较即3的各方面特性都较强，特别是防潮、机械性能与电

介质方面。GU与G10接近，只是有较好的潞度稳固性。FR4最为常用，性能也接近于310,

能够说是在G10的基础加上了阻燃性。FR5则是在G11所基础上加了阻燃性.目前在成本与

性能垢量方面的考虑上，FR1可说是最适合通常电子产品的批量生产应用.关于有大与微间

题的元件，而由使用双面回流工艺的用户，服够选择FR5以求较可控的工艺与场量.

为熟悉决基板与元件之间温度膨胀系数匹配的问题，目前有使用一种金属层夹板技术

的。在基板的内层夹有是税与另一种金属（常用的为股钢，也有的用42号合金或者钳），这

中向层可用做电源与接地板。通过这种技术，基板的机械粒能，热导性能与湿度偿固性都能

够得到改善。及有用的是,通过对铜与殷钢金属比例的操纵.基板的温度膨胀系数能够得到

操纵，使其与使用的元件有较好的匹配，而膺加了产品的寿命”

⑶绿油设计

所使用绿油的化学特性，务必能符合基板的组装工艺（返修、点胶固化、油印等），

也务必能配合或者同意组装工艺上所使用的一切化学材料，如助焊剂与清洗剂等。这方面的

资料应向基板供应商要求。注意有些化学反应的资料未必有。但至少用户能够明白那方面是

可能存在问心的。在需要时能够要求基板或者绿油供应商协助试验分析.

基板业中常用的球油工艺有四种.分别为液态丝印工艺、液态光绘工艺、干膜工艺

与干湿混合工艺。液态丝印工艺成本最低，赳质量（精度与分析度）较差，用于面积较小与

密度较低的产品基板。干膜工艺精度与分析度很好，（H成本高与涂布后的序度较高，不利于

某些工艺。干湿混合工艺的强点是对接通孔的充填能力强，但固化工艺务必做得完整，否则

在SMT组装中会有泄气的不良问题。液态光绘工艺的进展潜能很高，他有很好的精度与分析

度，成本低于干股I：艺，而且能操纵较薄的厚度.对锡音丝印工艺有利.不足的是此I：艺对

接通孔的充填能力较弱。

在SMT组装工艺上常见的绿油有关问题很多，如绿油太厚造成锡膏丝印工艺的难控，绿

油在基板制造时固化不良而泄气（形成焊点气孔）或者裂开（腐蚀开始与应力集中），材料

啜湿而造成绿油层在回流时的脱离，基板绿油工艺不良造成绿油与焊盘界面的断裂，与某些

干膜材料容易引起焊球问题等等都是较常见的

⑷导通孔设计

1）应避免在吸盘内，或者施焊盘0.63WV内设置导通孔。如无法避免，须用阻焊剂将

癖料流失通道阻断。

2）设计测试导通孔时，需考虑不一致直径的探针与在线测试的最小间距。

对称有用焊盘的元器件（如片式电阻，电容，SOIC,QFP等），应严格保持对称性。即

焊盘形状与元器件尺寸完全一致，以保证焊朴焙融时，所有焊点的表面张力平衡而形成理想

焊点。多引脚元器件（如SOIC,QFP等）.•居盘间的短接处不同意直通.应由焊盘加引出线

再短接，以避免桥按。应避免在焊盘之间穿越互联线（特别是细间距元器件）.穿越相邻焊

世的互连线务必用阻焊朕遮隔。焊楸内不同意印刷字符与图形标志，标识符号离焊就边缘距

高应大于0.5MM。无引脚元器件的焊就之间不同意有通孔，以保证清洗质量。波峰焊的插引

脚通孔，应比引脚直接大0.05-0.3W,焊盘直径应大于通孔直径的3倍.

■：5）布线设计

布线原则:

I）最短走线原则。特别对小信号电路，线越短电阻理小，干扰理小。

2）印制板导线的最小宽度。印制板导线的坡小宽度要紧由导线与绝缘基板间的黏附强

度与流过她们的电流决定。当阳箔厚度为0.6mm时，通过2A的电流，温度不可能高于3度，

导线宽度为1.5mm即可满足要求.关于集成电路.通常选0.02-0.3mm的导线宽度,间距小

于5—&ni1。

3）走线方式。同一层的信号线改变方向时，应该走斜线：拐角处应尽量避免锐角。

4）多层板。每层的信号线走线方向与相邻板层的走线方向不一致。多层板走线要求相

第两层线条尽量垂直、走斜线、交叉布线、曲线，但不能平行，避免在高频时基板间的耦合

与干扰,在高频高速电路中，布线太密容易发生自激。

5）输入/输出端用的导线。应尽量避免相邻线平行,避免在窄间距元件焊盘之间穿越导

线,确实需要时应使用阻焊膜对其加以覆盖.

6）差分信号线.应该成对地走线，尽力使它们平行、靠近一些，同时长短相差不大。

7）高频信号。高频要注意屏蔽，在布线结构设计上进行变化。

正线要求：

1）板面布线应疏密得当,当疏密差别太大时应以网状铜箔填充。

2）为了保证KB加I：时不出现露铜的缺陷，要求所有的走线及钢箔距离板边：V-CLT

边大于0.75mm,铳槽边大于0.3刖（铜箔离板边的距离还应满足安装要求》。

3）考虑到PCB加工时钻孔的误差，所有走线距非安装孔都有最小距高要求：孔径＜

80mi1（2mm）,走线距孔边缘＞8mi1；80mi1（2im）V孔径V120mi1（3mm）,走线距孔边♦走

12mil：孔径＞l20mil（3mm）,走线距孔边缘。

4）金属外壳器件下不可有过也与表层走线。

5）满足各类螺丝孔的禁布区要求。

6）所有的走线拐弯处不同意有直角转折点.

7）SWT焊做引出的走线，尽量垂直引出，避免斜向拉线。

8）当从引脚宽度比走线细的SMT焊盘引线时，走线不能从岸盘上覆盖，应从焊他:末端

引线。

9）当密间距的SMT焊盘引线需要互连时.应在焊盘外部进行连接,不回意在焊盘中间

直接连接.

图1所示为焊盘走出线的示意图。

图1

■6）常用走线宽度与间距

导线宽度的设计，由四个方面的囚索决定：负载电海、同意温升、板材附着力与生产加

工难易程度。设计原则是，既能满足电性能要求，又便加工。

1）分界线。以0.2E为分界线。随着线条变细，生产加工困难，质量难以操纵，废

品率上升，因此选用线宽0.2及以上较好。

2）布线密度。设计务必考虑布线密变，布线密度最好不超过四级，选择密度越低，

加工月容易。

3）电源线与地线.电源线与地线尽量加粗，通常，地线宽度〉电源线〉宽度〉信号线宽度。

•I）考虑温升，导线宽度在大电流情况下还要考虑温开.通常要求同意温升为10度。

5）附若力。关于FR4部颁标准有一定侑规定，附着力为14N/cm,

6）导线间距。导线间距由板材的绝缘电阳、耐电压与导线加工工艺决定。

7）工艺性。毛刺的最大宽度不得超过导线间距的20k

在本设计中,由于电路板上分别有FQFP48（引脚间距为0.5m）,故对其选用0.5M线

宽：关于PI.CC84通常选用0.4面＞统宽：而关于其他连线（电源线、地战等）选用0.8mm

线宽.

5、Mark点设计

Mark点也叫基准点，与电路原理图同时生成，为装配工艺中的所有步骤提供共同的可

测试点，保证了每个设备能精确定位.Mark点设计规范（1K-SMT-782）如下：

1）形状：要求Mark点标记为实心国，

2）位置：Mark点最好分布在最长对角线位置：Mark点务必成对出现才能使用.

3）构成：一个完整Mark点包含标记点与空旷区域。

4）尺寸：Mark点最小直径为1.Oom,最大为3.0mm,同时在同•印制板上尺寸变化不

能超过25um.

5）边缘距离：由rk点距窗印制板边缘务必大于等于5.0加，同时满足最小的Mark点空

旷度要求。

6）空旷度要求：Mark点标记周国，务必有一块没有其他电路特征或者标志的空旷面积。

空旷区圆半径r»2R.R为Mark点半径,r达到3R时,机器识别效果更好.

7）材料：Mark点能够是褓桐、防氧化涂层保护的裸铜、镀锲或者镀锡、焊锡涂层，假

如使用阻焊（SolderMark）,不应该覆盖Mark点或者其空旷区.

8）平第度：Mark点标记的平整度应该在15um之内。

9）对比度：当Mark点与印制板的基材之间出现高对比度时可达到最佳的性能：关于所

有Mark点的内层背景务必相同。

6,可测试性设计

SMT的可测性设计要素是针对目前ICT装备情况。将后期产品制造的测试问座在电路与

表面安装印制板SMB设计时就考虑进去。提尚可测性设计要考虑工艺设计与电气设计两个方

面的要求。工艺设计的要求，定位的粘度、呆板制造程序、基板的大小、探针的类型都是影

响探测可靠性的因素.

1）精确的定位孔。在基板上.设定精确的定位孔，定位礼误差应在±0.05mm以内，至少

设置两个定位孔，且距离愈远愈好.使用非金属化的定位孔，以减少焊锡镀层的增厚而不能

达到公差要求。如基板是整片制造后再分开泅试,则定位孔就务必设在主板及各单独的基板

上。

2）测试点的直径不小于0.1mm,相邻测试点的间距最好在2.51mm以上,不要小于1.

3）在测试面不随放置高度越过64mm的大器件，过高的元器件将引起在线测试夹具探针

对测试点的接触不良°

4）最好将测试点放置在元器件周用1.05以外,避免探针与元器件撞击损伤。定位孔环

状周围3.2mm以内，不可有元器件或者测试点.

5）测试点不可设比在PCB边缘5nlm的范围内，这5nmi的空间用以保证夹具夹持。通常

在输送带式的生产设备与SMT设备中也要求有同样的工艺。

6）所有探测点最好镀锡或者选用质地较伏、易贯穿、不易氧化的金属传导物，以保证可

苑接触.延长探针的使用寿命。

7）测试点不可被明焊剂或者文字油般覆盖,否则将会缩小测试点的接触面积，降低测试

的可靠性。

7、电气设计的要求

1）要求尽量将元件面的SMC/SYD的测试点通过过孔引到焊接面，过孔直径应大于1mm。

这样可使在线测试使用单面针床来进行测试，从而降低了在线测试成本。

2）每个电气节点都务必有一个测试点，每个1C务必有POWER及GROUND的测试点，且尽

可能接近此元器件，最好在距离1C2.54mm范围内.

3）在电路的走线上设目.测试点时，可将其宽度放大到40mil宽，

4）将测试点均衡地分布在印制板上。假如探针集中在某一区域时，较高的压力会使待泄

板或者针床变形，进•步造成部分探针不能接触到测试点。

5）电路板上的供电线路应分区域设置测试断点，以便于电源去耦电容或者电路板上的其

它元器件出现对电源短路时，查找故障点更为快捷准确.设计断点时，应考虑恢豆测试断点

后的功率承栽能力.

8、元器件布局的设计

'：1）器件在PCB上的排列方式应遵衡一定制规则

1）关于使用自由对流空气冷却的设备，最好是将集成电路（或者其他㈱件）按纵长方

式排列，如图2所示.

2）关于使用强制空气冷却的设得,最好是将集成电路（或者其他器件）按横长方式排

歹1,如图3所示.

czn

CZZ]c=)

[=□cm

MUIULU

E2自由冷却图3强制冷却

3）同一块PCB上的器件应尽可能按其发热量大小及散热程度分区排列.发热量小或者

耐热性差的器件（如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容等）放在冷却气流的最上流

i入口处），发热2大或者耐热性好的器件：如功率晶体管、大规模集成电路等）放在冷却

气流最下游。

4）平方向上，大功率器件尽量靠近印制板边沿布置,以便缩短传热路径：在垂直方向

上，大功率器件尽批靠近PCB上方布置，以便减少这些器件工作时对共他器件温度的影响.

5）度比较敏感的器件鼓好安置在温度最低的区域（如设备的底部），千万不要将它放在

发热渊件的正上方，多个潇件最好是在水平面上交钻布同。

6）设备内PCB的散热要素依能空气流淌,因此在设计时要研究空气流淌路径，合理配

置案件或者PCB。空气流淌时总是趋向于阻力小的地方流淌，因此在PCB上留置器件时，要

避免在某个区域留有较大的空域，整机中多块PCB的配置也应注意同样的问翘。

7）避免PCB上热点的集中，尽可能地将功率均匀地分布在PCB上，保持PCB表面温度

性能的均匀与一致。往往设”过程中要达到严格的均匀分布是较为困难的，但一定装避免功

率密度太高的IX域，以免出现过热点影响整个电路的正常工作。假如有条件的话，进行印制

电路的热效能分析是很有必要的，如现在•与专业PCB设计软件中增加的热效能指标分析软

件模块，就能够帮助设计人员优化电路设计，

8）将功耗鼓高与发热燃大的器件布置右散热最佳位置邻近.不要将发热较高的器件放

置在PCB的角落与四周边缘，除非在它的邻近安排有散热装置，在设计功率电阻时尽可能选

把大一些的器件，且在调整印制板布局时使之有足够的散热空间。

9）高热耗散器件在与基板连接时应尽能减少它们之间的热阴。为了更好地满足热特性

要求，在芯片底面可使用一些热导材料（如涂抹•层导热硅胶）,并保持一定的接触区域供

器件散热.

10）器件与毡板的连接：尽量缩短器件引线长度：选择高功耗器件时，应考虑引级材料

的导热性，假如可能的话，尽量选择引线横段面最大：选择管脚数较多的器件。

11）器件的封装选取：在考虑热设计时应注意器件的封装说明与它的热传导率；应考

虑在基板与器件封装之间提供•个良好的热传导路径：在热传导路径上应避免有空气的断.

偿如布•这种情况可使用导热材料进行填充。

1：2）元器件分布

1）元器件均匀分布,特别要把大功率什J器件分散开.避免电路工作时PCB上局部过热

产生.应力,影响焊点的可靠性：

2）考虑大功率器件的散热设计；

3）在设计许可的条件下，元器件的布局尽可能做到同类元器件按相同的方向排列，相

同功能的模块集中在一起布置：相同封装的元器件等距离放置.以使元件贴装、焊接与检测：

4）丝印清晰可辨，极性、方向指示明确.且不被组装好后的器件遮挡住。

5）均匀，方向尽量统一：

6）使用回流焊工艺时，元落件的长轴应与工艺边方向（即板传送方向）垂直，这样能

够防止在焊接过程中出现元器件在板上漂移或者“立碑”的现象：

7）使用波峰焊工艺时,无源元件的长轴应垂直于工艺边方向,这样能够防止PCB受热

产生变形时导致元件破裂，特别片式陶瓷电容的抗拉能力比较差：

8）双面贴装的元器件,两面上体积较大的器件要错开安装位贪，否用J在焊接过程中会

由于局部热容量增大而影响焊接效果；

9）小、低元件不要埋在大、高元件群中,影咱检、修

10）0603下列、SOJ、PLCCxBGA、0.6回Pitch下列的SOP、本体托起高度（Standoff）

>0.15nm的器件不能放在波峰面；QFP器件在波峰而要成45°布局：

II）安装在波峰焊接面上的SMT大器件（含SOT23器件）,其长轴要与焊锡波峰流淌的

方向（即工艺边方向）平行，这样能够减少引脚间的焊锡桥接：

12）波峰焊接面上的大、小SMT无㈱件不能排成一条直跳，要忸开位置，较小的元件不

应排在较大的元件之后，这样能够防止焊接时因焊料波峰的“阴影”效应造成的虚焊与漏

帆

13）较轻的THT器件如二级管与"4W电阻等，布局时应使其轴线宁波峰焊方向垂直，

以防止过波峰焊时因一端先焊接凝固而使器件产生浮高现歙：

14）SMD元件间隔应满足设计标准，THT元件间隔应利于操作与咨换：

15）常插拔甥件或者板边连接器周围31ml范围内尽量不布置SMD,以防止连接器插拔时

产生的应力损坏器件：

16）为了保证可维修性，BGA器件周国需留有3mm禁布区，最佳为5加禁布区。通常

情况下BGA不同意放更在背面；当背面有即八涔件时，不能在正面RGR5M禁布区的投影

范围内布器件:

17）可调器件周围留仃足够的空间供阔氐与维修：

9、焊盘的设计

饵盘的尺寸，对SMT产品的可制造性与寿命有着很大的影响.因此它是SYT应用中一个

务必做得好的工作.影响焊盘尺寸的因案众多,务必全面的配合才能做得好。要在众多因索

条件中找到完全一样的机会很小.因此SMT用户应该开发适合自己的一套尺寸规范。而且务

必有良好的档案记录，全面记载各，R要的设计考虑与条件，以方便将来的优化与更换。由于

目前在一些因素与条件上还不能找出具体与有效的综合数学公式，用户还务必配合计算与试

验来优化本身的规范，而不能单更使用他人为规范或者计算得出的结果。

'：1）道好焊盘与影响因素

一个良好的焊盘设计，应该提供在工艺上容易组装、便于检查与测试、与组装后的墀点

有很长的使用寿命等条件。设计考虑上的焊盘定义，包含焊盘:本身的尺寸、绿油或者阻岸层

框框的尺寸、元件占地范围、元件下的布线与（在波峰焊工艺中）点胶用的虚设焊盘或者布

线的所有定义。

决定焊盘尺寸有五方面的要紧因素。他f］是元件的外形与尺寸、基板种类与质量、组装

设多能力、所使用的「艺种类与能力、与要求的品质水平或者标准.在考虑焊盘的设计时务

必配合以上五个因素整体考虑。计算尺寸公差时，假如使用及差情况方法（节上各公差加起

来做总公差考虑的方法〉，尽管是最保除的做法，但对微型化不利而又难照顾到目前统一不

足的巨大公差范围，因此工业界中较常用的是统计学中同意的有效值或者均方根方法。这做

法在各方面达到较好的平衡。

设计前的准备r.作，焊盘设计务必配合多方面的资料，因此在进行焊盘设计前有下列的

密备工作先得做好.

1）收集元件封装与热特性的资料.六海国际是对元件封装尽管有规范,但察西方提

范在某喳方面的相差还是挺大的。有的时候要以统一的焊盘尺寸来处理这巨大的规范范

困，同时乂要配合厂内的各类条件而做到最优化是不可能的。用户务必在元件范困卜.做出

选择或者把设计规范分成等级。

2）整理基板的规范。关于基板的质ht（如尺寸与温度稳固性）、材料、油印的工艺能

力与相对的供应商都务必有一清晰全面的H录。

3）制定厂内的工艺与设备能力规范。比如基板处理的尺寸范因、贴片希度、丝印精

度、回流原理与点股工艺使用的是什么注射泉等等。这方面的量化熟悉对焊盘的设计也仃

很重要的帮助.

4）对各制造工艺的问题与知识有足的的熟悉，这协助对设计焊盘时的考虑与取舍，

有些时候设计无法面面俱顾，这方面的知识与能力能鲂使设计人员做出较好的决策。

5）制定厂内或者某一产品上的品质标准。只有在熟悉到具体的产品品质标准后，焊

盘设计才能够*意义的推辞出来.品质标准是指如焊点的大小、需要怎么样的外形等等。

（：2）焊盘设计规则

I）SMT焊盘设计遵循有关标准，加【PC782标准。

2）波峰面上的SMT元器件，其较大元件的焊盘（如三极管.插座等）要适当加大，如SDT23

的焊盘可加长0.8-lmm,这样能够避免因元件的“阴影效应”而产生的空焊。

3）焊盘大小要根据元器件的尺寸确定，焊盘的宽度等于或并略大于元器件引脚的宽度.

焊接效果最好:。

4）关T,通孔来说.为了保证焊接效果最佳，引脚与孔径的缝隙应在0.25刖〜0.70nlm

之间。较大的孔径对插装有利，而想要得到好的毛细效果则要求有较小的孔径，因此需要在

这两者之间取得一个平衡。

5）在两个互相连接的SMD元件之间，要避免使用单个的大焊盘,由于大焊盘上的焊踢

将把两元器件拉向中问,正确的做法是把两元器件的片盘分开.在两个焊盘中问用牧闸的

心线连接,假如要求导线通过较大的电流可并联几根导线.导线卜.海盖绿油。

6）SMT元件的焊盘上或者其邻近不能有通孔，否则在同流岸过程中，焊盘上的焊锡熔

化后会沿若通孔流走，会产生虚库,少引.还可能流到板的另一面造成短路。

7）轴向器件与跳线的引脚间距（即焊盘间距）的种类应尽量减少，以减少器件成型的

调整次数，提高插件效率。

8）需波峰焊的贴片IC各脚焊盘之间要加阻焊漆,在最后一脚要设计偷锡焊盘.如图5

所示。

司8BBe管।-al

sc**IIIII

图4图5

9）未做特别要求时，元件孔形状、岸斑与元件脚形状务必匹配，并保证焊盘相关于孔

中心的对称性（方形元件脚配方形元件孔、方形焊盘；圆形元件脚配阀形元件孔、圆形焊盘：），

以保证焊点吃锡饱满。

10）需要过锡炉后才焊的元件，焊盘耍开走锡位,方向与过锡方向相反，宽度视孔的大小

为0.5~1.0mm,以防止过波峰后堵孔。

U）增大铜皮，增大边引脚的引力，便于回流焊自对中，如图6所示。

12）插件元件每揖引脚较多时，以焊盘排列方向平行于进板方向布置器件时，当相邻焊

盘边缘间距为0.6mm〜1.0mm时，推荐使用神削形焊盘或者加怖锡焊盘，受PCBLAY01T限

制无法设置嘉锡焊盘时,应将DIP后方与煤盘然近或者相连的线路绿漆开放为裸铜,作为窃

锡饵盘用,如图6所示.

图6

13）为防止过波峰时焊锡从通孔上溢到上板，导致零件对地短路或者零件脚之间短路，

设计多层板时要注意，金属外壳的元件，插件时外壳与印制板接触的，顶层的焊盘不可开，

一定要用绿油或者丝印油盖住（比如两脚的晶振、3只脚的LED）。

四、组装工艺设计

1、组装工艺流程制定

铅是仃毒性的金属元素,长期与铅接触将对人体健康造成危害。随着人类环保意识的LI

益增强，大范围禁用含铅物质的呼声越来越芮,这推进J'电子行业中的无铅化进程。促进J'

无铅饵料、无错饵接设备的研究，使PCB与元器件的无铅化也得到了很大的进展”本设计

老球讨论电子组装的无铅制程.组装工艺流程如E：

来料检查一丝印A面一贴装A面—＞再流焊A面一修正检查f制板

fB面点股一贴装B面-固化-＞翻板一A面插件—＞波峰焊一修整焊点

-＞检测

2、组装工艺材料选用

（1）焊料

组装工艺中的焊后由焊粉、粘合荆、溶剂、助焊剂与溶变剂等混合而成，在规定的存储

条件下，不凝聚，表面不出现硬壳、硬块。内部各类成分易搅拌均匀，确保特定的流体特性，

极佳的可印刷性与稔固的粘度。几种常见无的焊存的特性如下表2所示

表2

焊舒成分熠点范围性能

91Sn，9Zn199c渣多，有腐蚀性

93.5SaGSb..'2Bi/1.5Cu2isr高强度.温度疲劳特性很好

95.SSrV3.5Ag/lZn218-221T高强度

99.3SM.7Cu227-C高强度、高熔点

65Sn/25Afi/IOSb233C摩托罗拉专利、高强度

95Sn/5Sb232〜240C剪切强度与温度蕨劳特性好

97Sn/2Cu/0.8Sb/0.2Ag226-228V高熔点

96.5Sn/3.OAg.'O.5Cu218C高熔点、高强度、塑性好

综合焊音性能与成本两方面原因，本设计选用Sn96.5/3.0Ag/0.5Cu无铅焊口。

（2）助焊剂

助焊剂在焊接工艺中起若正要的作用，正确使用助焊剂，可焊性与焊接缺陷都可改进与

减少。传统助焊剂焊后固体残余物较多需清洗。而清洗工艺一直使用的CFC触氯炫及I,

1-三氯乙烷等清洗剂，尽管能鲂消除PCB表面残留的导电物质或者其它污染物，保证产品

可靠性，但CFC清洗剂中含力.的ODS（臭氧耗竭物质）破坏生态环境，严重威胁人类安全。

免清洗助焊剂是朋着电子工业进展及环境保护的需要而产生的一种新型助焊剂。它解决了使

fl]CFC清洗剂环境污染的问题，与因细间限、高密度元器件组装带来的清洗困难问题，本

设计选用免清洗助焊剂。

3、模板设计

-1）模板材料的选择

网框材料：空心铝框，厚度30±3mm。网框底部不平整度WL5M

钢网材料:不锈钢、黄铜、钥、锲，常用不锈钢与黄铜。

丝网分类：丝绢、尼龙丝、聚酩、不锈钢、镀保聚酣、防静电、平压、带色、银箔丝

网等。

12）模板的形成技术

钢网开口，较常见的加匚方式有光化学攻刻.电铸、激光切割、特殊处理.关丁不锈钢

与黄铜常用于化学蚀刻工艺材料，在模板材料上铝已经成为不锈钢或者黄铜金属的也代金

局。

对光化学腐蚀通常来说是双面腐蚀，由于制程的原因，会在内壁中间的位置形成外凸形

状,会给锡音的脱离与印刷毛刺的产生带来杉响。

时激光切割,是目前使用较为普遍的形式。它的好处是开口会自然形成上小下大的喇叭

n形状，利于锡膏的脱离，不足之处是内壁较为粗糙（切割毛刺），能够通过在切割完毕后

镜保，在开孔侧壁沉枳上7um12um的保层，或者者用化学抛光或者者电解抛光的方法除去

毛刺，达到改善脱模性能，消除印刷毛刺。图7中比较了各类不一致的开口工艺的效果。

腐诧工艺激光切割工艺

腐蚀工艺

（过蚀）电铸工艺

图7不一致工艺孔壁的比较

⑶模板的尺寸与标识

PCB中心、斜片中心、钢网外框中心需亘合，三者中心距最大值偏差W3.Omm。PCB、钢

户、钢网外框的轴线在方向上应一致，任意两条轴线的角度偏差£2度。

厂商标识：厂商标识位于钢片T面（背面）靠近胶布的右下角。

钢网标识：钢网标识应位于钢片T面靠近胶布的左下角.内容与格式（字体为标楮体，

4号字）为：

钢网编号：GW*****♦♦♦**

机种名称：**

版本：**TOP（BOTTOM）

钢网厚度：***mm

制造日期：****-♦*-*♦

钢网编号中各数字的含义：前四位为卬刻板编码的后四位，中间四位为钢网流水序号，

从0001开始；后两位为供应商汉语拼音字母的前两位。

设计中的PCB是两面SMT制程，对本设计的版本后注明TOP面。

钢网Mark点:为保证钢网与PCB对位准确，一网上Mark点位置应该与PCBhMark点

一致。

'：4）模板厚度设计

模板厚度与3MD引脚间距密切有关,当引脚间距为0.3«皿时,模板厚度通常取0.h:

当引脚间距为0.5mm时,模板厚度通常取OJO-O.15nn；引脚间距为I.27mm时，模板厚度

通常取0.15-0.25mnu关于本设计，考虑到SQFP7"-48（0.5mm间距）.因此取模板厚度为

0.15nm3

•：5）模板开口的设计

影响焊音印刷侦量的模板设计参数蛰紧是模板开口的宽厚比/面积比、开口形状、开口

孔壁的粗糙度”

1)模板开口的宽厚比/面枳比：

宽厚比=开口的宽度/模板厚度

面积比=开口的面枳/开口孔壁的面积

关于有铅焊接模板的开口通常要求宽厚比＞1.5.面积比＞0.66：而关于无铅焊接宽厚

bt＞1.6,面积比＞0.71.本设计中使用SnSb5337焊料，板模板开口满足宽厚比＞1.5,面枳

Lt＞0.66即可。

2)模板开口形状

关于本设计印刷模板开口设计参数如表3所示。

表3

元件

间距E焊盘宽焊盘长开口宽开口长模板厚宽厚比面积比

类型

(ran)X(mm)Y(nun)B(mo)L(mm)b(mm)

12062.802.701.602.651.501.50

SDT230.951.001.400.951.351.50

S0111.270.602.200.552.151.502.30-3.800.88-1.48

PLCC1.270.602.200.552.151.502.30-3.800.88-1.48

QFP0.50.31.600.241.551.501.70-2.000.69-0.83

4、印刷工艺设计

良好的印刷工艺是高质量焊接效果的保证.据统计，60〜70%的焊接缺陷都是由于印刷

工艺的不良导致的。因此印刷工艺应该很好地调节方能达到理想的效果。应该注意卜列三个

要点。

■：1)印刷工艺流程的设计

焊存准备一安装并校准模板一参数调节一印刷焊膏一结束/清洗模板。

•2)焊膏

将锡膏从冰箱取出，4小时恢更到室温后打开盖子，均匀搅拌10分钟左右就可使用。

本设计焊音黏度选择200Pa.s.由于设计中元器件引脚中心距0.65〜1.27m,故选择粒度

为40微米的焊膏.

⑶印刷工艺参数设置

I)刮刀类型：用于焊膏卬刷的刮刀的制作材料分为橡胶与金属两大类.椽股刮刀的硬

度比较低，在印刷时容易发生挖掘效果，使得实际的焊角印刷量变小，常用硬度为布氏90

度,使用寿命短。金属类刮刀通常由黄铜或势者不锈钢制成,硬僮较大，不可能产生挖掘现

象，使用寿命长，但是成本比较高.刮刀形状通常为菱形与裙形，如图9所示。本设计使用

菱形角度为60度的不锈钢刮刃（但试验时用橡胶刮刀）

2）刮刀速度：在印刷过程中，焊汗需要时间滚动并流进网板孔中，因此刮刀的速度操

纵非常要紧，最大印刷速度取决于PCB上最小的SMD间距，在进行高精度印刷时.，印刷速度

通常为20mln/s〜30tnn/s«,本设计使用25mm/s。

3）刮刀压力：压力的参数跟刮刀的长短与PCB的长度等有关，压力应适中，压力太低，

造成刮不干净，印锡厚度超标准，同时钢网与PCB可能贴合状况不一致，印锡厚度会不均匀；

太大,刮刀与钢网摩擦太大,降低它们的使用寿命。刮刀压力的设定如F：

第一步：住锤50mm的Squeegee长度上施加1kg的压力。

第二步：减少压力直到锡讦开始留在模板上刮不干净，在增加1kg的压力。

第三步：在锡帝刮不干净开始到挂班沉入丝孔内挖出锡膏之间有l-2kg的可同意范围即

可达到好的印制效果.

4）脱板速度：印制板与模板的脱离速度也会对印刷效果产生影响，因设计中有

FiHT7x7-18（引脚间距为0.5mm）,故本设计根据推荐值选择为0.5〜1.Ornm/s。

5）印刷厚度：印刷的厚度基本上由模板的厚度决定，只是通过刮刀的压力与刮刀的材

度进行微量调节。

6）钢网的清洗：由丁锡膏使用过程中,锡膏会向钢网孔下渗透,当钢网清洁效果差时.

生产一段时间以后就会在钢网下表面钢网开4周围残留一圈锡膏残留物,这一圈残招物将会

在此后的印刷过程中影响锡件的厚度，使该开孔对应的锡音厚度增加，同时易造成连胃，的

印度，使该开孔对应的锡膏厚度增加，同时易造成迂锡。♦国后出现锡渣，锡珠。因此保赤

的时候加强对钢网清沽机构的保养与状态检查，重点检查钢网清洁架上的塑料清洁刮刀片

;为易损件）与真空吸嘴是否堵塞，确保钢网清洁机构能够正常「•作，保证清洁效果.每隔

一定时间对钢网进行一次手工清洁.本设计设定为每印刷】0次就擦洗一次钢网.

7）印刷方式一本设计为小批量生产，考虑到成本因素，本设计使用单通道传送模式，

尽管在生产效率方面略低，但是却是一个经济的方法。

5、点胶工艺设计

由于本设计只包含少量:的插装件，且使用单面混装方式焊接，因此大步分的元器件都集

中再PCB的焊接面，而B面没有片式元件.因此本设计不必用到点胶工艺，此设计能够忽略，

不用考虑。

6、贴装工艺设计

•：1）贴装工艺流程一本设计贴装工艺流程：

编程f上料一核对物料一贴片一检测

-2）贴装参数

设计的无铅制程中，由于无铅焊爵的流淌性不如63/37焊膏好，元器件在焊接中的自

为校正能力比较弱，故要求贴片机的精度要更高一些.贴片速度选择8000片/小时“贴片

精度中的分辨率为0.05mm,。转角分辨率为0.0035度，步且精度为±0.01度”

7、再流焊工艺设计

用流焊机器是目前，SHT的最要紧设符之•,再流焊炉的焊接保护气於能够分为氮气与

歌开式c飙气气氛保护要紫用于高精度的焊接或者者是无铅制程中，由于能够提高焊接润湿

性与可焊性、降低焊后残余物。增大焊点的饱满度。但是氮气保护的设备价格比较昂贵，加

之本设计要求不是很高，故不必使用氯气焊接保护，以此降低生产成本。因此本设计中延气

保护设计忽略。

•1）焊接方式设计

再流焊的焊接方式非常多.能够分为：红外线焊接、红外+热风（组令）、气相焊（VPS）、

热风焊接热型芯板（很少使用）等。各类焊偻方式都具有自己的特点，如下表4比较.

表4各类原接方式比较

机器种类加热方式优点歌点

热效率高，温度陡度大，易操有阴影效应，时发不

红外回流焊辐射传导纵温度曲线，双面焊时PCB均匀、容易造成元件

上下温度易操纵。或者PCB局部烧坏

热风回流焊对流传导湿度均匀、焊接质量好。湿度梯度不易操圾

结合红外与热风炉的优点，在

强制热风回流

红外热风混合加热产品焊接时，可得到优良的焊会吹走小型元件

JS

接效果

气相回流焊惰性液体汽化加热焊接温度能够精确定义价格昂贵，保护两难

考虑到成本因素等，本设计使用强制热风对流焊接方式。

（2）冷却方式设计

由于高的温度会造成金属间化合物的增长，使得焊点脆化，管低电子产品的可琳性，因

此使用快速冷却就变得尤为要紧，在快速冷却的同时还能够提高生产效率，增加效益。本设

十•使用广泛使用的强制风冷的冷却方式。

-3）传输系统设计

传输系统是将组件传送通过网流炉的通用方法。对传输系统的设计要求的具有良好的平

行性与稔固性