東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王志兵 魏海紅廣東創(chuàng)新科技職業(yè)學(xué)院 李杏清

電子產(chǎn)品PCB設(shè)計及其可制造性分析

東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王志兵 魏海紅
廣東創(chuàng)新科技職業(yè)學(xué)院 李杏清

【摘要】本文提出了一種電子產(chǎn)品PCB設(shè)計及其可制造性分析方法，該方法針對回流焊時由于表面張力不平衡產(chǎn)生的元器件位置偏移、立碑、橋接等焊接缺陷，通過布局設(shè)計、布線設(shè)計、元器件間距設(shè)計和焊盤設(shè)計對PCB設(shè)計提出了更嚴(yán)格的要求，并通過物理參數(shù)檢測、焊接質(zhì)量檢測和可裝配性檢測來對電子產(chǎn)品進行可制造性分析。實驗表明，該方法可以有效克服由于表面張力不平衡產(chǎn)生的回流焊接缺陷，有利于提高組裝質(zhì)量，增強產(chǎn)品可靠性。

【關(guān)鍵詞】電子產(chǎn)品；PCB設(shè)計；表面張力；檢測；可制造性分析

引言

作為電子元器件組裝使用的印制電路板必須適用當(dāng)前表面組裝技術(shù)的快速發(fā)展，表面組裝印制電路板已成為PCB設(shè)計與制造的主流產(chǎn)品，其功能與通孔插裝印制電路板相同，但對工藝、密度和精度等要求要比插裝PCB高得多，設(shè)計制造也復(fù)雜很多。

SMT生產(chǎn)設(shè)備具有全自動、高精度、高速度等特點，PCB設(shè)計與制造必須滿足SMT設(shè)備的工藝、密度和精度等要求，否則會影響組裝質(zhì)量和生產(chǎn)效率，嚴(yán)重時可能無法實現(xiàn)自動貼裝，實踐表明，即使電路原理圖設(shè)計正確，印制電路板設(shè)計不當(dāng)或者精度不夠時，回流焊由于表面張力不平衡會產(chǎn)生元器件位置偏移、立碑、橋接等焊接缺陷。

一、電子產(chǎn)品PCB設(shè)計

由于表面貼裝元器件體積小，質(zhì)量輕，組裝密度高，能夠滿足自動化生產(chǎn)設(shè)備高密度，高精度的組裝要求，可實現(xiàn)電子產(chǎn)品體積小型化、功能多樣化的發(fā)展要求，因此，對PCB的設(shè)計提出了更高的要求。為了提高組裝質(zhì)量和生產(chǎn)效率，設(shè)計出更好的PCB，本文主要通過對PCB布局設(shè)計、布線設(shè)計、元器件間距設(shè)計和焊盤設(shè)計四方面來對PCB設(shè)計提出了更嚴(yán)格的要求：

1、布局設(shè)計：

（1）PCB外形長寬比和板面不宜過大，回流焊時容易產(chǎn)生翹曲變形，長寬比一般設(shè)置為3：2或4：3。

（2）PCB上應(yīng)有適應(yīng)SMT生產(chǎn)的定位孔、工藝邊和Mark點，定位孔和工藝邊方便夾持；Mark點有PCB Mark點和IC Mark點兩類，PCB Mark點方便糾正PCB制作過程中產(chǎn)生的誤差，IC Mark點保證貼裝精度。

（3）元器件要均勻分布，平行排列，同類器件盡可能按相同的方向排列，便于貼裝、焊接和檢測。

（4）元器件布局要滿足回流焊工藝間距要求，大功率元器件周圍布置熱敏等其它元器件時要有足夠的距離，低頻和高頻電路、低電位和高電位電路的元器件不能靠得太近。

（5）多引腳元器件焊盤之間的短接處不允許直通，以免產(chǎn)生橋接。

2、布線設(shè)計：

（1）通孔孔徑、過孔孔徑和焊盤尺寸之間應(yīng)該有一定的比例，一般為1：2。

（2）布線應(yīng)短而直，應(yīng)避免長距離平行走線，必要時采用跨接線，最小線距不應(yīng)小于0.1mm。

（3）低頻導(dǎo)線和公共地線布置在板邊緣，高頻線路放在板面中間，要設(shè)置地線。

（4）導(dǎo)線不應(yīng)有急彎或尖角，過渡部分宜用圓弧連接，輸入導(dǎo)線要遠(yuǎn)離輸出導(dǎo)線，引出線要相對集中設(shè)置。

3、間距設(shè)計：

（1）波峰焊工藝要略寬于回流焊工藝，PLCC之間為4mm。

（2）PLCC與片式元件、SOP、QFP之間為2.5mm。

（3）SOP之間，SOP與QFP之間為2mm。

（4）片式元件之間，SOT之間，SOP與片式元件之間為1.25mm。

4、焊盤設(shè)計：

（1）焊盤設(shè)計主要包括矩形片式元件、小外形封裝和四方扁平封裝焊盤設(shè)計，PCB焊盤不僅與焊接后焊點強度有關(guān)，而且與焊接工藝，與元器件連接的可靠性有關(guān)。

（2）矩形片式元件焊盤長度、寬度和間距主要和元件長度、寬度和高度有關(guān)。

（3）小外形封裝和四方扁平封裝焊盤設(shè)計要注意焊盤中心距等于引腳中心距。

二、電子產(chǎn)品可制造性分析

1、物理參數(shù)檢測

物理參數(shù)檢測主要是針對PCB密度設(shè)計、PCB設(shè)計參數(shù)錯誤和錯誤率進行檢測。其中PCB密度設(shè)計可以設(shè)定元件密度等級，計算焊盤間的最小間距、焊盤與過孔最小間距、焊盤與通孔最小間距和通孔之間最小間距；PCB設(shè)計參數(shù)錯誤主要是檢測并顯示錯誤類型、錯誤元件、錯誤位置以及錯誤原因說明；錯誤率檢測主要是通過焊盤數(shù)量和錯誤數(shù)量計算出錯誤率。

2、焊接質(zhì)量檢測

焊接質(zhì)量檢測主要是針對元器件排列設(shè)計、SMT焊盤寬度設(shè)計、PCB設(shè)計影響焊接質(zhì)量分析進行檢測。其中元器件排列設(shè)計可以對PCB板正反面采用回流焊還是波峰焊工藝進行檢測，并顯示Chip元件和QFP器件回流焊最小間距或者Chip元件和SOP器件波峰焊最小間距；SMT焊盤寬度設(shè)計主要檢測SOP、SOJ、PLCC、LCCC、BGA 和CSP等的焊盤寬度，并確定性能等級；PCB設(shè)計影響焊接質(zhì)量分析主要是根據(jù)錯誤代號來分析錯誤元件、錯誤類型及其錯誤位置，并進行錯誤原因說明。

3、可裝配性檢測

可裝配性檢測主要針對間距、尺寸邊緣，PCB可裝配性錯誤、錯誤率進行檢測。其中間距、尺寸邊緣主要檢測元件最小間距，PCB最大、最小尺寸，中心距邊緣和定位孔距邊緣；PCB可裝配性錯誤主要檢測可裝配性的錯誤類型、錯誤元件和錯誤位置，并進行錯誤原因說明；錯誤率檢測主要進行可裝配性的錯誤率和累計錯誤率的統(tǒng)計。

三、結(jié)束語

本文提出了一種電子產(chǎn)品PCB設(shè)計及其可制造性分析方法。該方法針對回流焊時由于表面張力不平衡產(chǎn)生的元器件位置偏移、立碑、橋接等焊接缺陷，通過布局設(shè)計、布線設(shè)計、元器件間距設(shè)計和焊盤設(shè)計對PCB設(shè)計提出了更嚴(yán)格的要求，并通過物理參數(shù)檢測、焊接質(zhì)量檢測和可裝配性檢測來對電子產(chǎn)品進行可制造性分析。實驗表明，該方法可以有效克服由于表面張力不平衡產(chǎn)生的回流焊接缺陷，有利于提高組裝質(zhì)量，增強產(chǎn)品可靠性。

參考文獻

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基金項目：東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研基金資助，課題項目：電子SMT虛擬制造系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)的研究，項目編號：2015a04。