【摘 要】表面貼裝技術(shù)（SMT）的發(fā)展和新型器件的應(yīng)用，迫使了航天、航空、民用等領(lǐng)域的手工焊接產(chǎn)品不同程度地應(yīng)用了表面貼裝技術(shù)，研究PCB的可制造性設(shè)計(jì)對(duì)提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，減少制造成本具有重大意義。本文從SMT設(shè)備、工藝等方面闡述了PCB的可制造性設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】SMT 可制造性設(shè)計(jì) 質(zhì)量

一、引言

可制造性設(shè)計(jì)（DFM）就是從產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)起就考慮到可制造性，使設(shè)計(jì)和制造緊密聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)到制造一次成功的目的。HP公司關(guān)于DFM的統(tǒng)計(jì)調(diào)查表明，產(chǎn)品總成本的60%取決于最初的設(shè)計(jì)，75%的制造成本取決于設(shè)計(jì)說明和設(shè)計(jì)規(guī)范，70%-80%的生產(chǎn)缺陷是由于設(shè)計(jì)原因造成的，從中可見DFM在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的重要性。而當(dāng)前，航天、航空產(chǎn)品中的QFN、BGA的焊接，民用產(chǎn)品中的0201甚至01005元件的焊接，已必須應(yīng)用表面貼裝技術(shù)，因此PCB的可制造性設(shè)計(jì)是勢(shì)在必行。

二、SMT設(shè)備對(duì)PCB設(shè)計(jì)的要求

SMT設(shè)備主要包括絲網(wǎng)印刷機(jī)、貼片機(jī)、回流焊爐等，它們對(duì)PCB均有一定的設(shè)計(jì)要求。

（一）外形設(shè)計(jì)

PCB的外形應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，一般長(zhǎng)寬比例盡量小，推薦長(zhǎng)寬比3：2或4：3的矩形。細(xì)長(zhǎng)條、形狀不規(guī)則的異形PCB不利于軌道傳輸。

（二）尺寸設(shè)計(jì)：

PCB的尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮SMT設(shè)備允許的最小和最大尺寸。如日本JUKI貼片機(jī)允許的最小PCB尺寸為50mm×50mm，最大尺寸為460mm×360mm。當(dāng)PCB尺寸小于最小貼裝尺寸時(shí)，可設(shè)計(jì)成拼板或使用工裝協(xié)助生產(chǎn)，但后者增加了工藝難度和成本，不適合高質(zhì)量、大批量的生產(chǎn)。PCB也不宜設(shè)計(jì)過大，過大的PCB在回流焊接的過程中產(chǎn)生弓曲和扭曲，從而影響產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，尤其是細(xì)間距IC及BGA等器件的焊接質(zhì)量。

（三）工藝邊設(shè)計(jì)

為了保證PCB傳輸順暢和PCB傳輸時(shí)不碰到元器件，異型PCB或元器件靠近傳輸邊PCB需設(shè)計(jì)工藝邊，保證至少要有一對(duì)邊留有足夠的傳送帶位置空間，工藝邊寬度一般在3～10mm范圍之內(nèi)，推薦5mm，在此范圍內(nèi)不允許布放元器件和焊盤。

（四）基準(zhǔn)標(biāo)志設(shè)計(jì)（Mark）設(shè)計(jì)

基準(zhǔn)點(diǎn)主要用于印刷、貼片和自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)環(huán)節(jié)的自動(dòng)對(duì)位。PCB上應(yīng)至少有兩個(gè)不對(duì)稱的基準(zhǔn)點(diǎn)。對(duì)于BGA、CSP，引腳間距小于等于0.5mm的QFP等器件應(yīng)加局部基準(zhǔn)點(diǎn)。

1.基準(zhǔn)標(biāo)志的形狀和尺寸

（1）Mark形狀可以是實(shí)心圓、空心圓、三角形、空心三角形、棱形、方形、十字等都可以，優(yōu)選實(shí)心圓。

（2）MARK尺寸為直徑0.5mm-3mm，優(yōu)選1.5mm。

2. 基準(zhǔn)標(biāo)志的制作要求

（1） Mark應(yīng)與電路原圖同時(shí)生成，同時(shí)制作。

（2）Mark表面為裸銅、鍍鉛錫、鍍金均可，但要求鍍層均勻、不要過厚。

（3）為增加基準(zhǔn)點(diǎn)和基板之間的對(duì)比度，在MARK周圍要有1mm-2mm無(wú)阻焊區(qū)。

3.基準(zhǔn)標(biāo)志布放要求

（1）一般在PCB上放三個(gè)，均在PCB的角上，局部基準(zhǔn)標(biāo)志在元件的對(duì)角上。

（2）在導(dǎo)軌夾持邊近不能布放MARK，具體尺寸根據(jù)貼裝機(jī)而異。一般距板邊5mm內(nèi)不能布放基準(zhǔn)標(biāo)志。

三、貼裝元器件的焊盤設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)尺寸的元器件焊盤圖形可以直接從CAD軟件元件庫(kù)調(diào)用，若庫(kù)中焊盤尺寸不全、元件尺寸與標(biāo)準(zhǔn)有差異或采用不同的工藝，必須對(duì)元器件焊盤圖形進(jìn)行設(shè)計(jì)。下面以片式元器件的焊盤設(shè)計(jì)為例介紹一下貼裝元器件的焊盤設(shè)計(jì)。

（一）片式元器件焊盤設(shè)計(jì)應(yīng)掌握以下關(guān)鍵要素：

1.對(duì)稱性——兩端焊盤必須對(duì)稱，才能保證熔融焊錫表面張力平衡。

2.）焊盤剩余尺寸——搭接后的剩余尺寸必須保證焊點(diǎn)能夠形成彎月面。

（二） 矩形片式元器件焊盤設(shè)計(jì)

矩形片式元器件焊盤設(shè)計(jì)參考表1，其中A為焊盤寬度、B為焊盤長(zhǎng)度、G為焊盤間距。

四、SMT工藝對(duì)PCB設(shè)計(jì)的要求

（一）SMT元件布局要求

1.整體布局要求要求：

元器件分布應(yīng)盡可能均勻，疏密有序。大質(zhì)量器件回流焊時(shí)熱容量較大，過于集中容易造成局部溫度低而導(dǎo)致虛焊。距PCB長(zhǎng)邊邊緣5mm和短邊3mm的范圍內(nèi)不應(yīng)有貼裝元件。

2.元件布局要求

為了減少由于元器件兩側(cè)焊端不能同步受熱而產(chǎn)生立碑、移位、焊端脫離焊盤等焊接缺陷。對(duì)于大尺寸的PCB，長(zhǎng)邊應(yīng)平行于再流焊的傳送帶方向，減少PCB變形程度；片式元件的長(zhǎng)軸盡量與回流爐的傳送帶方向垂直，即片式元件的長(zhǎng)軸與PCB得長(zhǎng)邊相垂直；IC類元件與回流爐的傳送帶方向平行。

（二） 焊盤與印制導(dǎo)線連接的設(shè)置

為了避免元器件過回流焊后出現(xiàn)偏位、立碑現(xiàn)象，0805以及0805以下片式元件兩端焊盤應(yīng)保證散熱對(duì)稱性，這就要求焊盤兩端走線要均勻或熱容量盡量相當(dāng)，焊盤與印制導(dǎo)線連接的設(shè)置要求如下：

1.當(dāng)焊盤和大面積的地相連時(shí)，應(yīng)優(yōu)選十字鋪地法和45度鋪地法。

2.從大面積地或電源線處引出焊盤時(shí)，必須用導(dǎo)線引出，導(dǎo)線長(zhǎng)大于0.5mm，寬小于0.4mm。

3.不能把導(dǎo)通孔直接設(shè)置在焊盤上、焊盤的延長(zhǎng)部分和焊盤角上。

五、結(jié)束語(yǔ)

品質(zhì)既不是生產(chǎn)來(lái)的，也不是單靠設(shè)計(jì)來(lái)的，而應(yīng)該是配合來(lái)的。在PCB設(shè)計(jì)時(shí)就考慮可制造性，將對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性和減少成本大有裨益。