《現(xiàn)代電子裝聯(lián)質(zhì)量管理》課件第7章

第7章現(xiàn)代電子裝聯(lián)的可制造性設(shè)計7.1概述7.2可制造性設(shè)計的重要性7.3制造工藝能力7.4可制造性設(shè)計過程7.5PCB電子裝聯(lián)可制造性設(shè)計7.6可制造性設(shè)計的實(shí)施

可制造性設(shè)計(DesignForManufacture，DFM)也稱為面向可制造性設(shè)計，它是一種產(chǎn)生穩(wěn)健性設(shè)計的方法，是指產(chǎn)品設(shè)計在保證電氣性能的前提下，盡可能使產(chǎn)品在已有的生產(chǎn)條件下制造出來，最大限度地提高產(chǎn)品的利潤。7.1概述工藝是將相應(yīng)的原材料、半成品加工或裝配成為產(chǎn)品或新的半成品的方法和過程。設(shè)計可制造性表現(xiàn)了設(shè)計與工藝符合的程度，也就是設(shè)計出來的產(chǎn)品到生產(chǎn)時加工的難易程度。因為任何用于制造的設(shè)備都存在著最佳性能發(fā)揮的問題，通常表征它們的參數(shù)有精度、公差、偏差等，一旦設(shè)計偏離設(shè)備能力要求，那就意味著最終制造出來的產(chǎn)品或部件存在質(zhì)量或者成本、效率等方面的問題。一個產(chǎn)品如能開展可制造性設(shè)計，則可以達(dá)成以下結(jié)果：

(1)產(chǎn)品對制造過程中長期的動態(tài)變化(工序)不敏感。

(2)產(chǎn)品對制造過程中使用的材料不敏感。

(3)產(chǎn)品在使用環(huán)境方面的可預(yù)見使用不當(dāng)造成的影響很小。

電子產(chǎn)品開發(fā)一般從預(yù)研階段開始，經(jīng)歷設(shè)計性試制階段、生產(chǎn)性試制階段和批量生產(chǎn)階段，而工藝工作則貫穿于設(shè)計和制造全過程?？芍圃煨栽O(shè)計屬于設(shè)計工藝性的范疇。圖7.1給出了可制造性設(shè)計與設(shè)計工藝性的關(guān)系。

圖7.1可制造性設(shè)計與設(shè)計工藝性的關(guān)系

對于開發(fā)一個產(chǎn)品而言，客戶的要求通常都是一致的。它通常包括三方面，即良好的質(zhì)量(交付的產(chǎn)品沒有缺陷、在產(chǎn)品使用初期不出現(xiàn)故障、產(chǎn)品在使用期中不出大故障)、相對較低的成本(或價格)和短而及時的交貨期。這一客戶要求客觀上使得設(shè)計人員不僅僅是把產(chǎn)品的功能和性能設(shè)計出來，而是必須對影響質(zhì)量、成本、交貨期的各個方面負(fù)責(zé)。同時，由于設(shè)計人員對這三個方面具有絕對的影響和控制能力，也使得可制造性設(shè)計成為可能。7.2可制造性設(shè)計的重要性站在客戶的立場看，在價格一定的情況下，質(zhì)量是首要因素。一般影響質(zhì)量的過程有兩個：首先通過設(shè)計過程(進(jìn)行穩(wěn)健的產(chǎn)品設(shè)計)保證質(zhì)量(實(shí)現(xiàn)客戶滿意)；其次通過制造過程保證質(zhì)量(實(shí)現(xiàn)客戶滿意)。由于設(shè)計是保證產(chǎn)品質(zhì)量的第一步，從效益學(xué)觀點(diǎn)上來說，問題越早解決，其成本效益也就越高，對產(chǎn)品造成的損失也就越低。在生產(chǎn)管理上，國外曾作過統(tǒng)計，即在每一個主要工序上，后工序的解決費(fèi)用為前一道工序的10倍以上。而如果沒法在試制時解決，當(dāng)它流到再下一個主要階段——批量生產(chǎn)時，其解決費(fèi)用就可能高達(dá)100倍以上。而且，對于因設(shè)計而產(chǎn)生的制造問題，即使擁有最好的設(shè)備和工藝，有些也未必能夠很好地解決。所以設(shè)計是保證產(chǎn)品質(zhì)量的首要因素。質(zhì)量不是檢驗出來的，而是設(shè)計和制造出來的，因此兩個過程的協(xié)調(diào)非常重要。好的質(zhì)量是通過良好的設(shè)計(配合工藝和生產(chǎn)能力的設(shè)計)、優(yōu)良的工藝規(guī)劃和生產(chǎn)線良好的工藝管理而獲得的。要確保產(chǎn)品高而穩(wěn)定的質(zhì)量、高生產(chǎn)效率和低生產(chǎn)成本以及準(zhǔn)確的交貨時間，必須要有一套所謂的穩(wěn)定的工藝(RobustProcess)。而穩(wěn)定工藝又是必須通過設(shè)計、工藝能力和設(shè)備性能之間的完好配合才能實(shí)現(xiàn)的。因此設(shè)計是保證產(chǎn)品制造質(zhì)量的基礎(chǔ)。在現(xiàn)代電子裝聯(lián)中，與傳統(tǒng)插件技術(shù)相比，隨著SMT技術(shù)的普遍應(yīng)用，諸如元件封裝、散熱設(shè)計、組裝能力、工藝原材料、元件等對質(zhì)量的影響越來越明顯。如果在設(shè)計時不綜合考慮這些因素，將會帶來較高的制造成本、較高的維護(hù)成本以及導(dǎo)致投入檢驗、測試和返工的資源增加、制造周期延長的問題。Motorola公司的一項統(tǒng)計表明，若未進(jìn)行可制造性設(shè)計，則花費(fèi)在維護(hù)和返工上的費(fèi)用將達(dá)銷售收入的10％～20％。

盡管技術(shù)不斷進(jìn)步，電子產(chǎn)品不斷向高密度、多功能、小型化方向發(fā)展，但其設(shè)計方法基本上沒有變化，電子產(chǎn)品的制造工藝仍然集中在PCB制造、PCBA裝配、機(jī)械加工等環(huán)節(jié)。電子產(chǎn)品制造工藝的簡易流程如圖7.2所示。7.3制造工藝能力

圖7.2電子產(chǎn)品制造工藝的流程

電子產(chǎn)品是通過工藝制造來完成各種材料的組合的，設(shè)計人員給材料、工藝特性確定了產(chǎn)品的標(biāo)稱值。如圖7.3所示，正常情況下，產(chǎn)品特性的最大變動范圍決定了相對于標(biāo)稱值的公差，而公差區(qū)間則由公差上限(USL)和下限(LSL)表示。

制造工藝的離散性通?？捎镁郸毯蜆?biāo)準(zhǔn)偏差的正態(tài)函數(shù)表示。工藝能力定義為對指定特性常規(guī)制造工藝的整個變動范圍。制造工藝離散性應(yīng)在產(chǎn)品的公差區(qū)間內(nèi)，工藝能力和公差區(qū)間的交集決定了廢品率的水平，如圖7.4所示。

圖7.3工藝能力指數(shù)

圖7.4廢品率水平由工藝能力和公差區(qū)間決定

工藝能力指數(shù)可把制造和設(shè)計人員提高質(zhì)量的目標(biāo)結(jié)合起來。設(shè)計和制造人員之間典型的可制造性利益沖突是質(zhì)量和成本。設(shè)計人員要求盡可能嚴(yán)格工藝限制，并規(guī)定最小的設(shè)計公差，以保證產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)；而制造人員則要求設(shè)計人員給出的制造公差要寬，且能連續(xù)操作，并盡量減少廢品。此時，采取工藝能力指數(shù)可平衡二者關(guān)系。

工藝能力指數(shù)Cp的計算公式為

(7-1)

由Cp可預(yù)測產(chǎn)品廢品率，Cp值高，說明工藝制造能精確地重復(fù)制造，產(chǎn)品質(zhì)量高。因此，設(shè)計人員應(yīng)最大限度地增加允許公差，而制造人員則要盡可能減少制造工藝的變化。例如，在PCB設(shè)計過程中，設(shè)計人員可以選擇更多的PCB層數(shù)，因為層數(shù)增加可縮短布線時間；而層數(shù)減少會增加布板難度，延長時間。但PCB制造人員反倒不喜歡層數(shù)的增加，因為加工難度會增加，廢品率也會增加。根據(jù)工藝能力的概念，可以得出提高產(chǎn)品質(zhì)量的兩種策略：

(1)放寬產(chǎn)品的規(guī)格限制，保持同樣的制造變化水平，使缺陷更少。

(2)減少制造過程的變化，主要提高原材料質(zhì)量，保證加工過程，加強(qiáng)維護(hù)，減少變化源。

PCB是電子產(chǎn)品的關(guān)鍵材料，它是連接單個電子元器件的載體。PCB一般是用標(biāo)準(zhǔn)工藝制造的，通常用自動化設(shè)備來提高它們的質(zhì)量，降低成本。為最大限度地利用PCB廠設(shè)備，PCB鉆孔、綠油、絲印、拼版、疊層等工序都必須設(shè)置具體的公差要求，這些要求是規(guī)范設(shè)計人員進(jìn)行PCB設(shè)計的必要條件。針對PCB上不同材料的封裝類別，PCBA的裝配流程和要求是不一樣的。帶有插件器件的PCB必須考慮成型、波峰焊接、傳送等要求；帶有表面貼裝器件的PCB則要考慮自動傳送、自動識別、單雙面器件布局、焊膏、貼片、回流等工序的要求。要從質(zhì)量、效率、成本、加工周期等多方面權(quán)衡工藝能力對設(shè)計的影響。

裝配工藝主要包括人工裝配、半自動化裝配和全自動化裝配。人工裝配對設(shè)計的約束較小，但裝配的一致性和質(zhì)量得不到保證；采用半自動化設(shè)備進(jìn)行裝配，基本上能夠彌補(bǔ)人工裝配一致性差的問題，對設(shè)計有一定的約束，如壓接模具往往會要求一定的無元件PCB空間；而全自動裝配的效率、質(zhì)量是最高的，但靈活性不足，往往對設(shè)計要求較多，如SMT等。

按照并行工程方法設(shè)計合理的實(shí)現(xiàn)流程，在PCB設(shè)計中是首先要考慮的。一般來講，PCB設(shè)計會經(jīng)過項目立項、系統(tǒng)設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、產(chǎn)品試制和量產(chǎn)等階段，每個階段需要開展的具體工作如下：7.4可制造性設(shè)計過程

(1)立項。該階段屬于項目組收集可制造性需求階段?？尚行匝芯咳蝿?wù)書下達(dá)后，工藝人員應(yīng)隨同并行工程小組一起進(jìn)行新項目調(diào)研、用戶訪問(市場調(diào)研或質(zhì)量改進(jìn))，側(cè)重點(diǎn)是國內(nèi)外同行和競爭對手方面的工藝信息收集，同時參加項目可行性評審。依據(jù)公司工藝水平進(jìn)行新項目可生產(chǎn)性論證，提供項目的工藝可行性報告。報告應(yīng)包含研發(fā)產(chǎn)品的信息、尺寸、重量、同行生產(chǎn)情況、公司工藝能力、經(jīng)驗教訓(xùn)、同行分析、該項目的獨(dú)特需求、可能遇到的工藝難點(diǎn)等內(nèi)容(含需要解決的新工藝、新材料、新設(shè)備、新封裝)。

(2)系統(tǒng)設(shè)計階段。在系統(tǒng)設(shè)計階段，工藝人員應(yīng)結(jié)合項目研制規(guī)范，參與項目組需求開發(fā)，提出可制造性設(shè)計要求，制定項目裝聯(lián)工藝方案，對于需要進(jìn)行工藝導(dǎo)入研究的，負(fù)責(zé)組織相關(guān)人員，制定試驗方案，實(shí)施工藝試驗。在PCB設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)有PCB組成狀況的基本描述，這些描述至少提供以下工藝設(shè)計信息：

①產(chǎn)品的使用條件、功能要求和品質(zhì)要求；

②關(guān)鍵元器件封裝特征(封裝類別、引腳數(shù)量/間距、封裝體尺寸)及數(shù)量；

③PCB的基材性能要求、尺寸、最大允許厚度、數(shù)量；

④每種的元器件數(shù)量的大致范圍(500、1000、1500、2000)。電路系統(tǒng)設(shè)計是結(jié)構(gòu)設(shè)計及PCB設(shè)計的依據(jù)，在系統(tǒng)設(shè)計階段PCB工藝工程師應(yīng)參與系統(tǒng)電路的劃分工作，從工藝角度做好服務(wù)，力求使每塊PCB的元器件布放密度均衡、工藝性能優(yōu)化。工藝人員應(yīng)協(xié)助電路設(shè)計人員做好關(guān)鍵元器件選型工作，這是做好工藝設(shè)計的前提條件。元器件的選用應(yīng)盡可能采用已有材料代碼的。同時，工藝人員應(yīng)開展新工藝試驗，對試驗結(jié)果進(jìn)行分析和評估。

(3)詳細(xì)設(shè)計階段。PCB設(shè)計前，工藝人員應(yīng)確定單板組裝方式，力求工藝流程最少，手工作業(yè)最少。裝聯(lián)工藝經(jīng)理在必要時給予協(xié)助，應(yīng)與EDA人員、硬件開發(fā)人員共同確定PCB的基材材質(zhì)、厚度，審查PCB的外形圖；同時負(fù)責(zé)工藝試驗報告結(jié)論的實(shí)施。

元器件布局時，應(yīng)采用統(tǒng)一的元器件焊盤庫進(jìn)行PCB設(shè)計，工藝人員負(fù)責(zé)元器件的布局工作。PCB布線時，應(yīng)按照PCB廠家和組裝廠家推薦的工藝能力進(jìn)行布線設(shè)計，以滿足工藝性要求。PCB設(shè)計完成后，PCB設(shè)計人員向PCB工藝人員提供評審必需的有關(guān)文件，供初審使用。審查時，要嚴(yán)格按照PCB可制造性設(shè)計檢查單(Cheklist)進(jìn)行工藝審核。同時，設(shè)計人員須對審核人員提出的問題進(jìn)行修改。

(4)產(chǎn)品試制階段。試制前，必須進(jìn)行全面的可制造性評審。試制后，將評審問題和生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題匯總，通過IT系統(tǒng)知會設(shè)計人員，再進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)。試制結(jié)束后，工藝人員應(yīng)提供工藝評審報告。

(5)量產(chǎn)階段。設(shè)計方面主要涉及硬件級的改進(jìn)和系統(tǒng)級改進(jìn)；工藝上則需要不斷穩(wěn)定和優(yōu)化。

7.5.1PCB可制造性設(shè)計需要考慮的內(nèi)容

對現(xiàn)代電子裝聯(lián)來講，印刷電路板(PCB)是其中關(guān)鍵的部件之一。隨著電子產(chǎn)品向小型化、多功能方向發(fā)展，PCB設(shè)計已經(jīng)變得越來越復(fù)雜，制約PCB設(shè)計的因素也越來越多，因此其設(shè)計的好壞，會直接影響到最終產(chǎn)品的制造能力和質(zhì)量水平，也成為可制造性設(shè)計水平的集中體現(xiàn)。做好印刷電路板的可制造性設(shè)計工作，是整個電子產(chǎn)品設(shè)計的重中之重。7.5PCB電子裝聯(lián)可制造性設(shè)計

PCB設(shè)計受到許多因素的約束。一般來講，設(shè)計越合理，其制造、測試、可靠性就越優(yōu)越。PCB設(shè)計過程中，通常涉及基材和元器件的選擇、散熱設(shè)計、焊盤設(shè)計、PCB布局、布線和生產(chǎn)測試等方面。

組裝形式即SMD(SurfaceMountingDevice)與THC(ThroughHoleComponent)在PCB正反兩面上的布局。選擇合理的組裝形式，是PCB設(shè)計前首先需要考慮的，因為組裝形式會直接影響后續(xù)的制造過程。不同的組裝形式對應(yīng)不同的工藝流程，它受現(xiàn)有生產(chǎn)線的限制。通常，PCB組裝形式如表7.1所示。

表7.1PCB組裝形式注：(1)簡單SMD主要指CHIP、SOT(SmallOutlineTransistor)、引線中心距大于1mm的SOP(SmallOutlinePackage)。

(2)注意：在波峰焊的板面上(Ⅳ、Ⅴ組裝方式)應(yīng)盡量避免出現(xiàn)僅幾個SMD的情況，因為它增加了組裝流程。組裝方式說明：

(1)關(guān)于雙面純SMD板(Ⅱ)。兩面全SMD，這類板采用兩次再流焊工藝，在焊接第二面時，已焊好的第一面上的元件焊點(diǎn)同時再次熔化，僅靠焊料的表面張力附著在PCB下面，較大較重的元件容易掉落。因此，元件布局時盡量將較重的元件集中布放在A面，較輕的布放在B面。

(2)關(guān)于混裝板(Ⅳ)。混裝板B面(即焊接面)采用波峰焊進(jìn)行焊接，在此面所布元件的種類、位向、間距一定要滿足設(shè)備工藝能力。

一旦確定好合適的組裝形式后，從可制造性角度來講，接下來需要考慮以下幾個主要方面：

(1)自動化生產(chǎn)所需的傳送邊、定位孔、光學(xué)定位點(diǎn)。

(2)與生產(chǎn)效率有關(guān)的拼板。

(3)與焊接合格率有關(guān)的元件封裝選型、基板材質(zhì)選擇、組裝方式、元件布局、焊盤設(shè)計、阻焊層設(shè)計。

(4)與檢查、維修、測試有關(guān)的元件間距、測試焊盤設(shè)計。

(5)與PCB制造有關(guān)的導(dǎo)通孔徑和元件孔徑設(shè)計、焊盤環(huán)寬設(shè)計、隔離環(huán)寬設(shè)計、線寬和線距設(shè)計。

(6)與裝配、調(diào)試、接線有關(guān)的絲印或腐蝕字符。

(7)與壓接、焊接、螺裝、鉚接工藝有關(guān)的孔徑、安裝空間。

(8)與熱設(shè)計、EMC等可靠性設(shè)計有關(guān)的焊盤、導(dǎo)線要求。

下面將結(jié)合這些方面，介紹如何進(jìn)行DFM考慮。7.5.2基板的設(shè)計

1．設(shè)計可制造性考慮

選擇適當(dāng)?shù)牟牧鲜请娮赢a(chǎn)品設(shè)計工作中的重要組成部分?；牡倪x擇必須考慮到其壽命和可制造性。許多設(shè)計人員只注重元件的電氣性能、供貨能力和成本的做法是不全面的。在電子產(chǎn)品中，大部分所用的基材都對溫度有一定的反應(yīng)或敏感性。而在單板的組裝過程中，有時會經(jīng)過不止一次的高溫沖擊。因此，元件和基材的性質(zhì)是否會變化，元件原有的壽命是否會縮短等，這些都是需要加以考慮的。在電子產(chǎn)品的使用壽命周期內(nèi)，產(chǎn)品本身也會經(jīng)歷一些熱變化，如環(huán)境的溫度變化、產(chǎn)品本身電源的接通和切斷產(chǎn)生的電沖擊等，這些變化對電子產(chǎn)品起著不利的影響，是影響電子產(chǎn)品主要壽命的根源之一，這些因素的存在要求基材的選用必須受到重視?；宓淖饔茫颂峁┙M裝所需的架構(gòu)外，也提供電源和電信號所需的連接和散熱的功能。所以對于一個好的基板，要求其具有以下的功能：足夠的機(jī)械強(qiáng)度(耐扭曲、振動和撞擊等)；能承受組裝工藝中的熱沖擊；具有足夠的平整度，以適應(yīng)自動化的組裝工藝；能承受多次的返修(焊接)工作；適合PCB的制造工藝；良好的電氣性能(如阻抗、介質(zhì)常數(shù)等)和耐潮濕性能。在基板材料的選擇工作中，可以將所有產(chǎn)品性能參數(shù)(如耐濕性、布線密度、信號頻率或速度等)和材料性能參數(shù)(如表面電阻、熱導(dǎo)、溫度膨脹系數(shù)等)的對應(yīng)關(guān)系一一列出，作為設(shè)計參考使用。目前，較常用的基板材料有XXXPC、FR2、FR3、FR4、FR5、G10和G11等數(shù)種。

XXXPC是低成本的酚醛樹脂，其余的為環(huán)氧樹脂；FR2的特性和XXXPC接近，但有阻燃性；FR3是在FR2的基礎(chǔ)上提高了其機(jī)械性能；G10較FR3的各方面特性都要強(qiáng)，尤其在防潮、機(jī)械性能和電介質(zhì)方面；G11和G10接近，不過有較好的溫度穩(wěn)定性；FR4最為常用，性能也接近于G10，可以說是在G10的基礎(chǔ)上加上了阻燃性；FR5則是在G11基礎(chǔ)上加上了阻燃性。從成本和性能質(zhì)量方面考慮，目前，F(xiàn)R4可以說是最適合一般電子產(chǎn)品批量生產(chǎn)應(yīng)用的材料。根據(jù)電子產(chǎn)品的特點(diǎn)，一般推薦采用FR4基板。表7.2列出了在電子通信領(lǐng)域中幾種常用基板材料的性能。

表7.2常見基材性能

表7.2常見基材性能注：表中基板類型代號為(美)NEMA中的代號。

PCB厚度指的是其標(biāo)稱厚度(即絕緣層加銅箔的厚度)。PCB的厚度應(yīng)該根據(jù)其尺寸大小和所安裝元件的重量選取。從DFM角度考慮，選取合適的板厚可以防止其在制造時的翹曲變形。

PCB銅箔厚度指成品厚度，圖紙上應(yīng)該明確標(biāo)注為成品厚度(FinishedConductorThickness)。需要注意的是，銅箔厚度要與設(shè)計的線寬/線距相匹配。表7.3列出了基銅厚度(底銅厚度)可蝕刻的最小線寬和線間距。

表7.3PCB銅箔的選擇

2．常見因基材選取不當(dāng)引發(fā)的可制造性問題

因基材選取不當(dāng)可能造成的DFM問題如表7.4所示。表7.4因基材選取不當(dāng)可能造成的DFM問題

【案例7-1】

材質(zhì)選取不當(dāng)。圖7.5所示單板選取的基材是微波復(fù)合介質(zhì)雙面覆銅箔基片TP-2，雖然滿足了電氣性能要求，但是該基材有一個顯著特點(diǎn)，就是耐溫性能很差，只能承受30

W恒溫烙鐵在200℃、20

s下焊接，無法進(jìn)行大批量自動化生產(chǎn)。

【案例7-2】

板厚設(shè)計不合理引起的過爐后變形。如圖7.6所示，這樣可能會造成某些器件焊接不良。

圖7.5材質(zhì)選取不當(dāng)

圖7.6板厚設(shè)計不當(dāng)7.5.3元器件的選擇

1．一般設(shè)計考慮

從可制造性角度考慮，元件的選擇始于對封裝的了解。元件的封裝種類繁多，也各有各的長短處。作為設(shè)計人員，對這些封裝技術(shù)應(yīng)該有一定的認(rèn)識，才有能力在可選擇的范圍內(nèi)作出最優(yōu)化(即適合高質(zhì)量、高效率的生產(chǎn))、最適當(dāng)?shù)倪x擇。要作出合理的選擇，設(shè)計人員應(yīng)該要有最基礎(chǔ)的知識。比如要了解元件封裝的目的，如果了解到封裝的目的之一是提供散熱，那在設(shè)計時會自然而然地考慮到不同封裝的散熱性能。了解到散熱與IC的引腳材料有關(guān)后，便自然而然地會考慮到是否需要采用銅而放棄42號合金的引腳之類的問題。對元件的選擇，一般必須做到以下幾方面：電氣性能；占地效率(三維)；成本和供應(yīng)；元件可靠性能和使用環(huán)境條件；和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的吻合；適合廠內(nèi)的工藝和設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)；可組裝性、可測試性(包括目視檢查)、可返修性；和制造相關(guān)的資料是否完整可得(如元件的完整、詳細(xì)的外形尺寸、引腳材料、工藝溫度限制等)?？紤]元件封裝和組裝工藝相關(guān)的問題，已不只是工藝或生產(chǎn)工程師的事了，設(shè)計人員和元器件供應(yīng)商也應(yīng)該有所了解，比如在“爆米花效應(yīng)(Pop-CornEffect)”(一種因元件吸濕而在回流焊接過程中爆裂的現(xiàn)象)的考慮上和在SOIC(SmallOutlineIntegratedCircuit)的底部浮起高度的考慮上。對于后一種情況，市面上有不太統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計人員應(yīng)該了解到不同高度指標(biāo)對廠內(nèi)現(xiàn)有的工藝和設(shè)備將會造成什么問題。如當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計較大，廠內(nèi)工藝采用清洗工藝時，在元件選擇上就應(yīng)該對元件浮起的高度有所規(guī)定。元件的引腳端點(diǎn)也是考慮點(diǎn)之一。目前SMD中有較常用的無引腳端點(diǎn)、扁平引腳、翼形引腳、J形引腳、I形引腳和球形引腳幾種，圖7.7列出了這些引腳的形式。

(a)無引腳端點(diǎn)(b)扁平引腳(c)翼形引腳圖7.7常見元器件引腳形式

(d)

J形引腳(e)

I形引腳(f)球形引腳

圖7.7常見元器件引腳形式

無引腳端點(diǎn)元件的優(yōu)點(diǎn)是體形小、結(jié)構(gòu)堅固(無引腳損壞的可能)和便于進(jìn)行目視焊點(diǎn)檢查；缺點(diǎn)是在溫度系數(shù)失配下較其他引腳的壽命短，焊點(diǎn)的相對穩(wěn)定性較差。

扁平引腳的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品的組裝高度可以較低，引腳可通過引腳框來保護(hù)；缺點(diǎn)是需要特別的包裝，組裝前可能需要額外的引腳成型工序，壽命不如翼形和J形引腳，供應(yīng)商較少。

翼形引腳是最常用的引腳技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是檢查容易、適用于各種焊接技術(shù)、壽命相當(dāng)好、測試容易和可以處理較小的間距；缺點(diǎn)有引腳較易損壞、元件體形較大以及不良的平界面問題。

J形引腳技術(shù)和I形引腳一樣具有體形較小的優(yōu)點(diǎn)，引腳結(jié)構(gòu)也堅固，元件有較好的清洗效益；缺點(diǎn)是不適用于非回流焊接技術(shù)，目視檢查較困難，元件體形較高，波峰焊接難度較高和壽命不比翼形引腳長。

I形引腳的優(yōu)點(diǎn)是體積較小，引腳相當(dāng)堅固，較J形引腳的壽命長，可以改自插件引腳；缺點(diǎn)是供應(yīng)商少，可能需要成型后的額外鍍錫工序(成本高)，工藝管制要求較高。另外還有一種新發(fā)展起來的引腳(稱為端點(diǎn)可能更合適)，即使用在BGA、FC和CSP上的矩陣式球形端點(diǎn)。這類技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是微型化效率高(不需微間距設(shè)計而可以有較多的端點(diǎn)尋引線)，相當(dāng)堅固，間距較大(相對同數(shù)目的引腳而言)，回流過程中有較好的自動對中性能；缺點(diǎn)是基板的布線較復(fù)雜，焊后難以檢查，測試較困難，工藝要求較高和不可能實(shí)行非回流的返修，返修工作較難而設(shè)備投資也較大。在翼形引腳中，雖然同為翼形引腳，但有長短之分，而且引腳長度的范圍相當(dāng)廣，各國際標(biāo)準(zhǔn)也不同。長引腳有較強(qiáng)的垂直抗拉力和抗橫切力，回流前的吸附能力強(qiáng)，也適合于雙面回流的應(yīng)用，但占用面積較大且較易損壞。

另一個應(yīng)該注意的問題是標(biāo)準(zhǔn)。市面上有公制和英制的兩種尺寸，美國用戶和標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)多采用英制，日本則全采用公制，其他區(qū)域則兩者都用。由于兩者間的尺寸對換不能夠做到完全吻合，例如公制標(biāo)準(zhǔn)中的0.8

mm并不完全相等于英制標(biāo)準(zhǔn)中的30

mil。如果設(shè)計焊盤時采用的是一種尺寸制度而元件采購又是另一種制度，就會造成元件在組裝時所有引腳無法完全對中的問題，這對大和細(xì)間距的元件來講，問題更嚴(yán)重。

對于國際標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)注意的一點(diǎn)就是，各國際標(biāo)準(zhǔn)都有些出入，沒有得到統(tǒng)一和認(rèn)同。如對于SOT封裝，流行于日本的EIAJ標(biāo)準(zhǔn)和流行于美國的JEDEC標(biāo)準(zhǔn)對元件寬度和底部高度便有很大的差距。設(shè)計和采購如不配合，有可能在生產(chǎn)線上造成不穩(wěn)定甚至高故障的現(xiàn)象。在設(shè)計工作中的元件選擇上，設(shè)計人員應(yīng)該對廠內(nèi)設(shè)備是否能有效地處理所選的元件封裝有足夠的認(rèn)識，否則選中的元件不是需要特別定制吸嘴，就是拾放不穩(wěn)定，而拋料太多，對日后的生產(chǎn)效率和成本都不利。同樣，目前貼片設(shè)備采用了好幾種不同的元件對中系統(tǒng)，它們的性能和針對性都不一致。所選的元件是否最適合制造設(shè)備，也是設(shè)計時應(yīng)注意的。元件的選擇也應(yīng)考慮元件的包裝。不同的包裝有不同的生產(chǎn)效率和成本，應(yīng)按廠內(nèi)設(shè)備和管理的情況加以選擇。為了優(yōu)化工藝流程，提高產(chǎn)品檔次，在市場可穩(wěn)定供貨的條件下，盡可能選用表面貼裝元器件(SMD/SMC)。對連接器類的機(jī)電元件，元件體的固定(或加強(qiáng))方式盡可能優(yōu)選壓接安裝結(jié)構(gòu)，其次才選焊接型、鉚接型的連接器。此外還需考慮器件耐溫及高度對生產(chǎn)工藝的限制要求。元器件選型不當(dāng)將影響器件的精確貼片，甚至無法生產(chǎn)、檢焊和返修。

2．元器件選擇常見問題

選型不當(dāng)?shù)闹饕问胶涂赡茉斐傻闹圃烊毕萑绫?.5所示。

表7.5因元器件選型不當(dāng)可能造成的DFM問題

【案例7-3】

圖7.8左圖為相鄰管腳間距僅為0.4

mm的QFP(QuadFlatPackage，四方扁平封裝)，右圖器件為“J”形引腳器件，均返修困難。為保證當(dāng)前生產(chǎn)的高良品率，如果有其他常規(guī)封裝形式的器件可選，盡量少選此類器件。

圖7.8元器件返修困難

【案例7-4】

很多單板中有電感線圈插件，如圖7.9中左、中圖所示。該類插件的成型難度較大，且很難保證引腳的間距，建議選用帶有支架板的器件，如右圖所示。

圖7.9元器件成型難

【案例7-5】

圖7.10中左圖所示的器件雖執(zhí)行了盡量選用貼片器件的原則，但該器件的返修很困難，故需綜合考慮。中圖和右圖所示的分別為2個單板中的兼容器件，由于封裝絲印不兼容，導(dǎo)致一個器件可行，另一個器件要求旋轉(zhuǎn)180°，易導(dǎo)致生產(chǎn)缺陷。

圖7.10元器件兼容性不好

【案例7-6】

圖7.11所示的器件為輕觸開關(guān)(長柄型)，由于長柄的元件離側(cè)面刀口距離前腳較近(0.8mm左右)，故而如有手工焊錫或透錫過多，易從PCB元件面與刀口短接。建議改為短柄的支架設(shè)計。

圖7.11元器件工藝性不好7.5.4定位孔和基準(zhǔn)點(diǎn)

1．一般設(shè)計考慮

PCB的定位孔如果是用做基準(zhǔn)對位用途或不起固定作用的話，設(shè)計時應(yīng)該讓基準(zhǔn)孔是正圓形的。一般設(shè)備的定位針都有兩根，所以定位孔也最少有兩個。除了基準(zhǔn)孔外，另外的孔就不應(yīng)該是正圓形，而應(yīng)該是在基準(zhǔn)孔同一方向上延伸式的設(shè)計。此外，為了避免錯位時損壞基板，可考慮在基板的對邊也開出對稱孔的設(shè)計。如果基板尺寸是正方形的，那也得確保四邊對稱。注意：這里所要防止的是基板因錯位而被損壞，自動設(shè)備應(yīng)該還要有能力辨別錯位，停止進(jìn)行無謂的加工?；鶞?zhǔn)點(diǎn)是供自動化設(shè)備作自動對位用的，按精度需求可采用板基準(zhǔn)(PanelFiducial或GlobalFiducial)、電路基準(zhǔn)(Circuit或ImageFiducial)或個別基準(zhǔn)(LocalFiducial)。在不采用拼板設(shè)計(即每一塊板是一個線路)時，前兩者是相同的。對于尺寸較小、精度要求不高的PCB板，則可以不使用個別基準(zhǔn)點(diǎn)。值得注意的是，采用基準(zhǔn)點(diǎn)對中不是必需的，所以設(shè)計時可以給予考慮。基準(zhǔn)點(diǎn)(Mark點(diǎn))的形狀可以有很多種。設(shè)備供應(yīng)商常說其設(shè)備可以處理各種各樣的基準(zhǔn)圖形，甚至可采用焊盤圖形。其實(shí)多數(shù)的設(shè)計對不同的圖形都有不同的能力。為了做到最好(準(zhǔn)確而穩(wěn)定)，設(shè)計人員應(yīng)對廠內(nèi)設(shè)備對不同圖形的識別和計算能力有足夠的了解，并采用相應(yīng)最優(yōu)化的圖形作基準(zhǔn)點(diǎn)。為了達(dá)到最準(zhǔn)確，基準(zhǔn)點(diǎn)的位置最好是在基板的對角上，并且距離越遠(yuǎn)越好?；鶞?zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量也很重要，最少有兩點(diǎn)。但如果要處理非線性的補(bǔ)償，則必須要有三點(diǎn)(應(yīng)該確保所使用設(shè)備的補(bǔ)償計算有此功能)，還可以采用第四點(diǎn)作為后備用途(也需確保設(shè)備能處理)。

為了確保有足夠和良好的光學(xué)反差，基準(zhǔn)點(diǎn)的平整度應(yīng)給予關(guān)注。如果PCB采用熱風(fēng)整平技術(shù)，基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)該設(shè)計得較大。綠油不可覆蓋基準(zhǔn)點(diǎn)，以免造成反差不良?；鶞?zhǔn)點(diǎn)周邊也應(yīng)該有足夠的空位，以免布線或綠油等影響識別的穩(wěn)定性。有一種好的做法是在基準(zhǔn)點(diǎn)位置的下方(基板背后或內(nèi)層)設(shè)置足夠大小的銅來增加反差。

基準(zhǔn)點(diǎn)的位置也應(yīng)該被用做是整個PCB坐標(biāo)的零點(diǎn)。許多設(shè)計還是將板的一角作為零點(diǎn)，這樣的做法對日后的工藝管制沒有幫助。

2．常見設(shè)計不良案例

光學(xué)定位點(diǎn)設(shè)置不當(dāng)將導(dǎo)致機(jī)器無法正常找到基準(zhǔn)點(diǎn)，其主要形式和可能造成的制造缺陷如表7.6所示。

表7.6光學(xué)定位點(diǎn)設(shè)計不當(dāng)可能造成的DFM問題

【案例7-7】

圖7.12中左、中圖為單板的3個基準(zhǔn)點(diǎn)背景色不一致，主要原因是底層覆銅的密度不均，可能導(dǎo)致機(jī)器識別錯誤。右圖為單板的基準(zhǔn)點(diǎn)中心到傳送板邊不符合標(biāo)準(zhǔn)(5

mm)要求(以下只是示例)，導(dǎo)致印刷機(jī)無法找到基準(zhǔn)點(diǎn)而無法生產(chǎn)。

圖7.12基準(zhǔn)點(diǎn)問題7.5.5PCB傳送設(shè)計

1．一般設(shè)計考慮

PCB設(shè)計應(yīng)從基板如何在自動化設(shè)備中處理開始。比如，設(shè)備自動傳送帶所需的留空寬度，基板在每一處設(shè)備中的定位方式和需求(如邊定位需要一定的厚度和平整度等)，定位孔的位置、形狀和尺寸要求等，都應(yīng)該給予清楚的確定，以免設(shè)計出的產(chǎn)品不適合處理或在處理中會有對質(zhì)量和效率產(chǎn)生不利的影響。

(1)尺寸范圍。外形尺寸不能太大，也不能太小。外形尺寸太大、太小，都會超過設(shè)備的加工能力。

(2)傳送方向的選擇。為減少焊接時PCB的變形，對不作拼版的PCB，一般將其長邊方向作為傳送方向；對于拼版，也應(yīng)將長邊方向作為傳送方向。對于短邊與長邊之比大于80％的PCB，可以用短邊傳送。傳送邊設(shè)計要求：如采用ERSA波峰機(jī)，作為PCB的傳送邊的兩邊應(yīng)分別留出不小于3.5

mm(138

mil)的寬度，傳送邊正反面在離邊3.5mm(138mil)的范圍內(nèi)不能有任何元器件或焊點(diǎn)；能否布線視PCB的安裝方式而定，導(dǎo)槽安裝的PCB一般經(jīng)常插拔，所以不要布線，以其他方式安裝的PCB可以布線。對于雙面回流，B面?zhèn)魉瓦叺膬蛇厬?yīng)留出不少于5

mm寬的傳送邊。

為保證傳送平穩(wěn)，對某些PCB通常會采取拼版設(shè)計，具體可參見本書7.5.6小節(jié)。

2．常見的設(shè)計問題

傳送邊設(shè)計不當(dāng)可能導(dǎo)致單板無法上生產(chǎn)線加工，其主要形式和可能造成的制造缺陷如表7.7所示。

表7.7傳送邊設(shè)計不當(dāng)可能造成的DFM問題

【案例7-8】

圖7.13為單板傳送方向，很明顯，插裝器件后無傳送邊，無法完成波峰焊接。

【案例7-9】圖7.14所示單板靠近傳送邊的發(fā)光二極管HL3～HL9與板邊距離不足2

mm，無法生產(chǎn)。

【案例7-10】

圖7.15所示單板邊有幾個DB插座，采用波峰焊接時，如按長邊傳送則無工藝邊，只能按短邊傳送，這樣易導(dǎo)致板彎曲變形。

圖7.13插裝器件后無傳送邊

圖7.14板邊距不足

圖7.15長邊無法傳送7.5.6拼版設(shè)計

1．拼版設(shè)計的一般要求

拼版的目的是為了提高生產(chǎn)效率，使不能滿足工藝能力的設(shè)計符合加工要求，降低制造缺陷，從而達(dá)到大規(guī)模生產(chǎn)的目的。

采用拼版結(jié)構(gòu)時，當(dāng)將經(jīng)過多次安裝和焊接的PCB板進(jìn)行分割時，對靠近轉(zhuǎn)角的邊緣區(qū)的元器件必然產(chǎn)生較大的扭曲變形，從而附加較大的應(yīng)力而可能導(dǎo)致焊點(diǎn)和元器件開裂或出現(xiàn)裂紋。由于SMC/SMD沒有柔性引線來吸收板子產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力，故更易造成SMC/SMD的損傷。因此，采用預(yù)刻線的拼版結(jié)構(gòu)形式可使分板時的翹曲變形最小，使元器件所受的應(yīng)力最小，缺陷最少。

拼版的連接和分離可采用雙面對刻V形槽(V-CUT)，V形槽深度(兩面槽深之和)一般為板厚的1/3左右，要求刻槽尺寸精確，且深度均勻。

2．拼版設(shè)計常見問題

拼版設(shè)計不當(dāng)將造成單板組裝過程中的變形，也可能降低單板加工的效率和質(zhì)量。拼版設(shè)計不當(dāng)?shù)闹饕问胶涂赡茉斐傻闹圃烊毕萑绫?.8所示。

表7.8拼版設(shè)計不當(dāng)可能造成的DFM問題

【案例7-11】

圖7.16中左圖為兩塊完全不同的單板拼版在一起，導(dǎo)致兩塊板有相同的位號，機(jī)器無法貼片，無法生產(chǎn)發(fā)料及現(xiàn)場跟蹤等。右圖為拼版設(shè)計不合理，單板為TEFLON材質(zhì)，0.8

mm板厚，材質(zhì)比較軟而易變形。應(yīng)采取用郵票孔補(bǔ)全，以防單板貼片和回流變形。

圖7.16拼版設(shè)計不當(dāng)(1)

【案例7-12】

圖7.17中左圖所示拼版設(shè)計不合理，四周無刀片入口處，無法用現(xiàn)有系統(tǒng)單板的切割機(jī)自動分割。由于公司生產(chǎn)線的系統(tǒng)板分割為人工扶板切割，故需在單板四周增加V形槽以便切割、分板。右圖所示單板采用V刻和長槽設(shè)計工藝傳送邊，由于連接條部分寬度只有3

mm，而且板上有較重的插裝器件(晶振、插座等)，單板在回流焊接時會斷裂，在插裝時有時也會出現(xiàn)傳送邊斷裂的現(xiàn)象(插件員和QC員工需要將器件往下按，以檢查插裝到位情況)。

圖7.17拼版設(shè)計不當(dāng)(2)

【案例7-13】

圖7.18所示拼版尺寸為270mm×190

mm，符合工藝性要求，但單板上布放有電源模塊和線圈等較重器件，且布放在拼版的寬度中間，單板厚度只有1.6

mm，這樣在過波峰打雙波時容易出現(xiàn)翻錫的現(xiàn)象。

圖7.18拼版設(shè)計不當(dāng)(3)7.5.7PCB阻焊設(shè)計

1．阻焊可制造性設(shè)計的一般要求

阻焊層的主要目的是防止波峰焊焊接時橋連現(xiàn)象的產(chǎn)生。

在考慮基板技術(shù)的可制造性時，阻焊層(綠油)的應(yīng)用是其中的一個重點(diǎn)。一般設(shè)計師很少去了解基板制造商對綠油材料的選擇和應(yīng)用，也缺乏這方面的知識。所使用阻焊層的化學(xué)特性，必須能符合基板的組裝工藝(返修、點(diǎn)膠固化、油印等)，也必須能兼容或接收組裝工藝上所采用的一切化學(xué)材料，如助焊劑和清洗劑等。這方面的資料應(yīng)向基板供應(yīng)商索取。在需要時可以要求基板或綠油、助焊劑供應(yīng)商協(xié)助進(jìn)行試驗分析。阻焊層的設(shè)計主要是確定開窗方式和焊盤余隙。

通常，對通信電子類產(chǎn)品來講，一般采取以下開窗方式：

(1)當(dāng)表面組裝元件焊盤間隙大于等于0.25

mm(10

mil)時，采用單焊盤式窗口設(shè)計；間隙小于0.25mm(10

mil)時，采用群焊盤式窗口設(shè)計，如圖7.19所示。

(2)對金手指，應(yīng)該開大窗口(類似群焊盤式)，且金手指頂部與附近焊盤間距離須大于等于0.5

mm(20

mil)。

(3)導(dǎo)通孔阻焊方式應(yīng)根據(jù)PCB的生產(chǎn)工藝流程來設(shè)計。

(4)連接導(dǎo)線焊盤時，如果導(dǎo)線需要無阻焊設(shè)計(如射頻電路)，建議在器件焊盤處加阻焊窗(框)。若采用雙面回流工藝，過孔的阻焊方式可以采用塞孔、開滿窗的設(shè)計。對于BGA(BallGridAray)下的過孔，元件面可以采用覆蓋方式。如采用波峰焊接工藝，則只能采用塞孔的方式。同樣，對通信電子類產(chǎn)品來講，焊盤余隙應(yīng)作如下設(shè)計考慮：

表面組裝PCB的阻焊涂層大多數(shù)是采用液體光致成像阻焊劑工藝來實(shí)現(xiàn)的。采用這種工藝，阻焊窗口的尺寸一般比PCB上對應(yīng)焊盤單邊大0.1mm(4

mil)，如圖7.20所示，以防止阻焊劑污染焊盤。對細(xì)間距器件，單邊可以小至0.075

mm(3

mil)。

群焊盤式單焊盤式圖7.19阻焊層的涂覆方式

圖7.20阻焊層的尺寸

2．導(dǎo)通孔的阻焊設(shè)計

1)導(dǎo)通孔阻焊的幾種方式

(1)覆蓋(單面綠油入孔)，如圖7.21所示。由于PCB在制造和焊接時會有氣泡產(chǎn)生，影響可靠性，因此除非在不得已情況下，盡量不要采用這種方式。

(2)開小窗，如圖7.22所示。

(3)開滿窗，如圖7.23所示。

(4)塞孔，如圖7.24所示。

圖7.21覆蓋(綠油入孔)

圖7.22開小窗

圖7.23開滿窗

圖7.24塞孔

2)

BGA導(dǎo)通孔阻焊設(shè)計

(1)

BGA區(qū)域的導(dǎo)通孔阻焊設(shè)計，見表7.9。

表7.9BGA區(qū)域的導(dǎo)通孔阻焊設(shè)計注：元件面是指BGA器件所在的那一面，焊接面是指與元件面相對的那一面。

(2)

BGA區(qū)域外的導(dǎo)通孔阻焊設(shè)計，見表7.10。

表7.10BGA區(qū)域外的導(dǎo)通孔阻焊設(shè)計

3．常見的阻焊設(shè)計問題

阻焊層(綠油)設(shè)計不良可能會導(dǎo)致器件少錫或短路，影響單板的可靠性，其主要形式和可能造成的制造缺陷如表7.11所示。表7.11綠油(阻焊層)設(shè)計不良可能造成的DFM問題

【案例7-14】

圖7.25所示為波峰焊接設(shè)計的單板，其BGA底部存在過孔，過波峰焊后，過孔內(nèi)的焊料可能會影響B(tài)GA焊接的可靠性，也可能會造成器件短路。

【案例7-15】

圖7.26所示為波峰焊接設(shè)計的單板，SO16的IC下面有無阻焊的過孔，過波峰焊后，過孔內(nèi)的焊料可能會影響IC焊接的可靠性，也可能會造成器件短路。

圖7.25BGA底部存在過孔

圖7.26IC下有無阻焊過孔7.5.8絲印設(shè)計

1．一般設(shè)計考慮

字符圖應(yīng)包括元器件的圖形符號、位號、PCB編碼、安全標(biāo)識等符號。字符圖不僅作為PCB上絲印字符的模板，也是PCB裝配圖的一部分，必須仔細(xì)繪制，以便正確指導(dǎo)PCB的裝配、接線和調(diào)試。繪制時須注意下列幾點(diǎn)：

(1)一般在每個元器件上必須標(biāo)出位號(代號)。對于高密度SMT板，如果空間不夠，可以采用引出的標(biāo)注方法或標(biāo)號標(biāo)注的方法，將位號標(biāo)在PCB其他有空間的地方；如果實(shí)在無空間標(biāo)注位號，在得到PCB工藝評審人員許可后可以不標(biāo)，但必須出字符圖，以便指導(dǎo)安裝和檢查。

(2)字符圖中的絲印線、圖形符號、文字符號不得壓住焊盤，以免焊接不良。

(3)元器件的表示方法。元器件一般用圖形符號或簡化外形表示。圖形符號多用于插裝元件的表示，簡化外形多用于表面貼片元器件、連接器以及其他自制件的表示。IC器件、極性元件、連接器等元件要表示出安裝方向，一般用缺口、倒腳邊或用與元件外形對應(yīng)的絲印標(biāo)識來表示。對立式安裝的元件，為了方便裝配，建議將元件側(cè)的孔用實(shí)芯圈標(biāo)出，若有極性還要在引線側(cè)標(biāo)注極性。IC器件一般要表示出1號腳位置，用小圓圈表示。對于BGA器件，用英語字母和阿拉伯?dāng)?shù)字構(gòu)成的矩陣方式表示。極性元件要表示出正極，用“+”表示。二極管采用元件的圖形符號表示，并表示出“+”極。對于轉(zhuǎn)接插座，有時為了調(diào)試和連接方便，也需要標(biāo)出針腳號。

2．常見絲印設(shè)計不良帶來的制造問題

基板絲印設(shè)計不良將導(dǎo)致生產(chǎn)加工時檢焊困難，甚至貼片錯誤，使單板無法正常工作，也可能發(fā)生短路而燒毀單板。其主要形式和可能造成的制造缺陷如表7.12所示。

表7.12基板絲印設(shè)計不良可能造成的DFM問題

【案例7-16】圖7.27所示為絲印重疊或被過孔打斷，導(dǎo)致生產(chǎn)時無法正確檢焊。

【案例7-17】圖7.28的左圖顯示器件絲印在大面積焊料面上，絲印字符易脫落；右圖為R19位號缺失器件外框絲印。以上均不符合工藝要求。

【案例7-18】

圖7.29中左圖的單板絲印漏掉了位號R148。中圖的R533和R527的絲印與器件位置不符。右圖顯示的是器件絲印外框與實(shí)物外形不一致(器件絲印外框顯示的是彎式插座，而實(shí)際采用的物料是直式插座)。

(a)(b)

圖7.27絲印重疊或被打斷

(a)大面積錫面(b)無絲印外框圖7.28絲印工藝性

圖7.29絲印錯誤

【案例7-19】

圖7.30中左圖表示器件位號絲印壓焊盤，中圖表示器件位號絲印殘缺，右圖表示器件位號絲印重疊，以上均為絲印不良缺陷。

圖7.30絲印不良7.5.9插裝器件設(shè)計

1．一般設(shè)計考慮

插裝器件設(shè)計需考慮插裝器件的布局和種類，應(yīng)盡量保持插裝器件布置相對集中，以方便焊接。對于插件通孔來說，為了保證焊接效果最佳，引腳與孔徑的縫隙一般應(yīng)在0.25

mm到0.70

mm之間。較大的孔徑對機(jī)器插裝有利，而想要得到好的毛細(xì)效果則要求有較小的孔徑。因此，需要在這兩者之間找到一個平衡點(diǎn)。

2．設(shè)計不良案例

插裝器件設(shè)計不良將直接影響可生產(chǎn)性，其主要形式和可能造成的制造缺陷如表7.13所示。

表7.13插裝器件設(shè)計不良可能造成的DFM問題【案例7-20】圖7.31中左圖為插件電感，其器件管腳與PCB管腳不完全一致，導(dǎo)致生產(chǎn)無法插裝。右圖為早期設(shè)計的單板，插件封裝與PCB設(shè)計封裝不一致(PCB焊盤設(shè)計為直型，器件管腳為側(cè)開型，器件無法直接插裝)，導(dǎo)致器件必須在前加工段強(qiáng)行折彎，對器件的可靠性有一定影響。

【案例7-21】

圖7.32中左圖為早期設(shè)計的單板，同一PCB上，同一插件有兩種不同的跨距，生產(chǎn)準(zhǔn)備需要兩種成形工藝，影響效率。右圖的單板中，插件焊盤無隔熱設(shè)計，會導(dǎo)致生產(chǎn)中無法焊接(尤其手工焊接)，應(yīng)盡量設(shè)計隔熱路徑。

圖7.31管腳不匹配

圖7.32焊盤工藝性

【案例7-22】圖7.33中左圖單板上的插件(軸向元件)的安裝孔距未按照所規(guī)定的引線直徑比元件體長的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，導(dǎo)致器件體前加工無法標(biāo)準(zhǔn)化，效率降低。中圖所示單板上水泥電阻應(yīng)盡量設(shè)計為臥式，以方便前加工成型。右圖為腳徑大于等于1.3

mm的二極管，其設(shè)計為立式時成型困難，應(yīng)盡量設(shè)計為臥式，提升加工效率和質(zhì)量。

壓接器件設(shè)計不良將直接影響可生產(chǎn)性，并可能造成其他相關(guān)的工藝缺陷。其主要形式和可能造成的制造缺陷如表7.14所示。

圖7.33加工工藝性

表7.14壓接器件設(shè)計不良可能造成的DFM問題

【案例7-23】

圖7.34中左、中圖所示PCBTOP面為壓接連接器，其與PCBBOTTOM面的chip器件間距非常近(不足5

mm)，導(dǎo)致壓接時損壞周圍器件，不符合工藝要求。右圖TOP面為壓接SFP連接器，BOTTOM面為chip器件，由于BOTTOM面的chip器件與壓接光口的安裝孔非常近，易在生產(chǎn)中損壞chip器件。

圖7.34壓接工藝性7.5.10元器件布局設(shè)計

1．布局設(shè)計一般考慮

元件的布局可以影響以后的工作效率，如檢驗和返修工作等。在有能力的情況下，設(shè)計人員應(yīng)該盡量按照以下布局進(jìn)行設(shè)計：元件方位的標(biāo)記適當(dāng)(盡量做到同類封裝元件方位一致)；將同類功能的線路集中在一起；同類封裝元件的距離相等；所有元件編號的印刷方位相同。設(shè)計元件的方位時，除了考慮散熱外，還得注意方位對組裝工藝是否有不良的影響。如在波峰焊接工藝中，許多IC的方位對工藝的成功率都有些影響。除非在焊盤設(shè)計上有能力做到十分完善的補(bǔ)償，否則在元件布局時應(yīng)盡量采用最佳方位來布局。

元器件在PCB上的正確安裝布局設(shè)計是降低釬接缺陷率的極重要的一環(huán)。在進(jìn)行元器件布局時應(yīng)盡量遠(yuǎn)離撓度很大的區(qū)域和高應(yīng)力區(qū)，元件分布應(yīng)盡可能均勻，特別是對熱容量較大的元器件，應(yīng)盡量避免采用過大尺寸的PCB，以防止翹曲。

2．布局不良帶來的問題舉例

布局設(shè)計不良將直接影響單板的可生產(chǎn)性和可靠性。其主要形式和可能造成的制造缺陷如表7.15所示。

表7.15布局設(shè)計不良及可能造成的DFM問題

【案例7-24】圖7.35中左、中圖為吸收磁珠嚴(yán)重破損的生產(chǎn)問題，原因在于單板設(shè)計完成后發(fā)現(xiàn)電磁性能達(dá)不到要求，所以批量生產(chǎn)時要求在三極管引腳部位增加磁珠。由于磁珠的高度高于下面的絕緣墊片高度，因此用螺釘將絕緣墊片固定在PCB上時，力度稍有偏大，便會造成磁珠碎裂。右圖為PBGA17×15共4顆，分別在TOP面和BOTTOM面完全對稱放置，如返修，則比較難以控制上、下兩面BGA的錫球焊接工藝，建議不要使用。

圖7.35布局產(chǎn)生工藝?yán)щy

【案例7-25】

圖7.36為靠近板邊的系列插針距離板邊距離不足1

mm，而此邊為V-CUT拼版邊，影響V槽機(jī)器的自動分板。

圖7.36板邊距不足

【案例7-26】圖7.37的左圖為單板A面的D32/D35的管腳被包含在B面器件X2的絲印框內(nèi)，造成了生產(chǎn)中由于過波峰B面需要貼膠紙，擋住了D32/D35的管腳。中、右圖為31120001的器件0603封裝，其最大高度為0.6

mm。而位號為L1～L12的器件(代碼為34300090)的塑封體下表面到引腳的最大高度差約為0.3

mm，故不能在料單中同時出現(xiàn)；且電阻設(shè)計在電感器件下方，也不利于焊點(diǎn)質(zhì)量的檢查。

圖7.37器件布局矛盾

【案例7-27】

圖7.38的左、中圖所示單板的組裝形式為一面有插件，一面有貼裝器件。適用的工藝流程為：B面點(diǎn)紅膠→插裝；A面器件→過波峰焊。但B面的D3器件本體下方有長槽腰孔，無法對該器件進(jìn)行紅膠固定。生產(chǎn)線只能采取手工焊接D3。右圖所示單板的發(fā)光二極管(HL23-26、HL28-32、HL34、HL35)的引腳方向與面板垂直，因此插裝后沒辦法裝入面板中，應(yīng)將二極管的焊盤及絲印旋轉(zhuǎn)90°。

圖7.38焊接工藝性

【案例7-28】

圖7.39所示為單板上下重量和密度分布不均勻，導(dǎo)致單板加工時可能變形等工藝缺陷。

圖7.39工藝質(zhì)量差7.5.11PCB布線設(shè)計

1．布線設(shè)計的一般考慮

PCB導(dǎo)線線型設(shè)計的優(yōu)劣，不僅對PCB的機(jī)電性能有較大影響，而且還是造成波峰焊

接缺陷(如橋連、拉尖、釬料瘤等)的重要因素。

PCB導(dǎo)線線型設(shè)計要求導(dǎo)線應(yīng)平滑均勻，漸變過渡，切忌成直角或銳角的急轉(zhuǎn)彎，以避免在波峰焊接中，在尖角處出現(xiàn)附加應(yīng)力而引起銅箔斷裂、起翹、剝離及形成焊疤或釬料過分堆集等疵病。大面積的銅箔面可通過設(shè)置網(wǎng)孔或窗口來避免波峰焊接時極易形成的“焊料瘤”。

2．布線不良帶來的問題舉例

布線設(shè)計不良將直接影響單板的可生產(chǎn)性和可靠性，其主要形式和可能造成的制造缺陷如表7.16所示。

表7.16布線設(shè)計不良可能造成的DFM問題

【案例7-29】

立碑是一種焊接缺陷，即矩形片式元件的一端在PCB的焊盤上，另一端翹起離開焊盤的現(xiàn)象，如圖7.40所示。立碑又稱為曼哈頓現(xiàn)象，英文名為tombstone或manhattan。立碑缺陷發(fā)生的根本原因是元件兩邊的潤濕力不平衡，主要與焊盤設(shè)計與布局不合理、焊膏與焊膏的印刷、貼片以及溫度曲線有關(guān)。

【案例7-30】圖7.41的左圖所示覆銅(走線)與PCB板邊完全一致(間距為0)，右圖器件NA2的焊盤與挖空槽邊間距為0，不符合加工工藝要求，易導(dǎo)致漏銅氧化并影響導(dǎo)電性能。

圖7.40布線不良引起的立碑缺陷

圖7.41布線與板邊無間距

【案例7-31】圖7.42左圖所示的SO(SmallOutline)器件(引腳間距小于0.65

mm)的引線沒有從焊盤兩端引出，而直接在焊盤中心處引線。中圖所示的D44器件，其元件引線直接從焊盤管腳處引出，形成不對稱的引線，是不規(guī)范的，應(yīng)盡量在焊盤中央引線。右圖所示的元件引線有銳角和不合理的直角，不符合走線要求。

圖7.42布線不符合標(biāo)準(zhǔn)7.5.12布線焊盤設(shè)計

1．布線焊盤設(shè)計的一般考慮

元件焊盤的尺寸對SMT產(chǎn)品的可制造性和壽命有著很大的影響，所以它是SMT應(yīng)用中一個必須做好的工作。影響焊盤尺寸的因素眾多，必須全面地配合才能做得好。所以SMT用戶應(yīng)該開發(fā)適合自己的一套尺寸標(biāo)準(zhǔn)，而且必須有良好的檔案記錄，詳細(xì)記載各種重要的設(shè)計考慮和條件，以方便將來的優(yōu)化和更改。由于目前在一些因素和條件上還不能找出具體和有效的綜合數(shù)學(xué)公式，用戶還必須配合計算和試驗來優(yōu)化本身的標(biāo)準(zhǔn)，而不能單靠采用他人的標(biāo)準(zhǔn)或計算得出結(jié)果。一個良好的焊盤設(shè)計，應(yīng)該提供在工藝上容易組裝、便于檢查和測試以及組裝后的焊點(diǎn)有很長的使用壽命的條件。設(shè)計考慮上的焊盤定義，包括焊盤本身的尺寸、綠油或阻焊層尺寸、元件占地范圍、元件下的布線和(在波峰焊工藝中)點(diǎn)膠用的虛設(shè)焊盤或布線的所有定義。

決定焊盤尺寸的主要因素有五個：元件的外形和尺寸、基板種類和質(zhì)量、組裝設(shè)備能力、所采用的工藝種類和能力、要求的品質(zhì)水平或標(biāo)準(zhǔn)。在考慮焊盤的設(shè)計時必須配合以上五個因素整體考慮。計算尺寸公差時，如果采用最差情況方法(即將各公差加起，考慮總公差的方法)，雖然是最保險的做法，但對微型化不利且難照顧到目前統(tǒng)一不足的巨大公差范圍。所以工業(yè)界中較常用的是統(tǒng)計學(xué)中的有效值或均方根方法。

貼片器件的焊盤設(shè)計需考慮的因素很多，必要的釬料量是確保接合部可靠性的前提，元器件的貼裝精度可防止元器件的貼裝位置偏差。在不影響PCB布線間隙和安裝密度的前提下，焊盤尺寸通常應(yīng)盡量往大的允差靠近。對在再流焊接過程中可能出現(xiàn)的橋連、翹立等現(xiàn)象，在設(shè)計時要采取一定的預(yù)防措施。

2．布線焊盤設(shè)計不良案例

布線焊盤設(shè)計不良將產(chǎn)生很多工藝缺陷，影響單板可靠性。其主要形式和可能造成的制造缺陷如表7.17所示。

表7.17布線焊盤設(shè)計不良可能造成的DFM問題

【案例7-32】圖7.43的左圖中，0.5

mm間距QFP焊盤設(shè)計太長，造成嚴(yán)重短路。右圖為PLCC插座焊盤設(shè)計偏短，虛焊較多，且焊后無法檢焊，建議采用標(biāo)準(zhǔn)庫設(shè)計。

【案例7-33】圖7.44所示均為焊盤與大面積銅箔直接相連，易導(dǎo)致立碑、虛焊等工藝缺陷。

圖7.43焊盤設(shè)計缺陷

圖7.44焊盤與大面積銅箔相連7.5.13過孔設(shè)計

1．過孔設(shè)計的一般考慮

過孔設(shè)計也是導(dǎo)致產(chǎn)品壽命縮短的主要原因之一。較常見的問題是過孔鍍層的斷裂最終導(dǎo)致開路的現(xiàn)象。斷裂的現(xiàn)象常出現(xiàn)在孔的內(nèi)壁中間和孔上、下面的轉(zhuǎn)彎處?？變?nèi)壁中間的問題是由于基板在制造時電鍍工藝做的不好：在轉(zhuǎn)彎處是因為熱循環(huán)造成的(FR4基板的垂直溫度膨脹系數(shù)較水平面的要高得多)。雖然這些和PCB基板的制造工藝有關(guān)，但不良的設(shè)計使PCB的可制造性差而引起問題是常見的事。過孔電鍍工藝是否能做得好，除了與制造商的工藝能力有關(guān)外，還和過孔的尺寸也很有關(guān)系。比如一般的工藝，對小于0.5

mm孔徑和外形比(孔深對孔徑)大于3的過孔，是較難有很可靠工藝的。所以為了確保較可靠的產(chǎn)品，設(shè)計過孔時就必須注意到這些。鍍層的厚度應(yīng)該要求在25～40

m之間。

為彌補(bǔ)這方面的不足，有一個有效的做法是將過孔完全充填?？梢圆捎煤稿a或綠油充填，對于充填工藝，在尺寸設(shè)計上也有具體的要求。設(shè)計人員應(yīng)該向PCB制造商了解他們的個別需求。對于采用焊錫充填的，應(yīng)避免不完整的充填，因為這樣有可能使應(yīng)力更集中而縮短壽命。由于過孔具有吸錫的能力，因此孔的位置設(shè)計應(yīng)該盡量避免太靠近焊盤和看不見的元件封裝底部。

過孔的主要作用是實(shí)現(xiàn)PCB各層之間的電氣互連。由于現(xiàn)代安裝密度大幅度提高，PCB不斷地向多層化發(fā)展，因此過孔的作用愈來愈重要，數(shù)量也在不斷增多。在設(shè)計時不允許將過孔設(shè)置在焊盤區(qū)內(nèi)，以避免軟釬接中釬料流失；應(yīng)盡量避免將過孔設(shè)置在SMC/SMD元器件體的下面，以防釬接中釬料流失及截留助焊劑和污物而無法清除；此外，過孔與電源線或地線相連時應(yīng)采用寬度不大于0.25

mm的細(xì)頸導(dǎo)線連接，細(xì)頸線長度應(yīng)大于等于過孔直徑0.5

mm。

2．過孔設(shè)計不良案例

過孔設(shè)計不良可能導(dǎo)致生產(chǎn)加工時產(chǎn)生一些工藝缺陷，其主要形式和可能造成的制造缺陷如表7.18所示。

表7.18過孔設(shè)計不良及可能造成的DFM問題

【案例7-34】

圖7.45中左圖所示為單板B面X1連接器一個焊接引腳與旁邊一過孔距離很近，導(dǎo)致引腳與過孔短路,單板被燒毀。右圖為鍵盤按鍵處的過孔直徑(0.6

mm)過大，在PCB制作時無法全部進(jìn)行塞孔處理，在器件返修時容易導(dǎo)致助焊劑和清洗劑流入過孔，從而腐蝕鍵盤。

【案例7-35】

圖7.46的單板過孔雖然有綠油(阻焊)，但是焊環(huán)沒有用綠油覆蓋。由于過孔焊環(huán)與BGA焊盤之間的距離小，導(dǎo)致焊點(diǎn)和過孔相連。

圖7.45過孔位置和尺寸問題

圖7.46過孔阻焊問題

【案例7-36】

圖7.47的C77、C79鉭電容焊盤上存在無阻焊的金屬通孔，直接導(dǎo)致器件管腳少錫的工藝缺陷，并影響器件的可靠性。

圖7.47過孔無阻焊7.5.14生產(chǎn)測試設(shè)計

1．生產(chǎn)測試設(shè)計考慮

測試的本意是用來確保產(chǎn)品是合格的，但應(yīng)用不當(dāng)卻會影響產(chǎn)品的壽命，所以在設(shè)計時不得不小心加以考慮。測試用的探針對產(chǎn)品不利，但很多時候我們還是得使用它，尤其是在線測試(InCircuitTest，ICT)上使用的較多。飛針測試對產(chǎn)品的破壞性較小，但目前的速度還不理想。在使用針床夾具時，因為探針的數(shù)目可能相當(dāng)可觀，而每一個探針都需要一定的力度來確保可靠的電氣接觸性，所以壓力很大。如果加上壓力的分布不均等問題，有可能給測試中的產(chǎn)品造成內(nèi)在的損壞，縮短其使用壽命。為了減少這方面的破壞，應(yīng)該在設(shè)計測試點(diǎn)時使其均勻分布，應(yīng)采用虛設(shè)測試點(diǎn)、正反面平衡測試點(diǎn)或設(shè)置足夠的支撐等。

雖然占用面積，但還是應(yīng)該盡量采用個別的測試點(diǎn)而不是采用元件焊盤或引腳作為測試點(diǎn)。在密度較大的組裝板上可以考慮使用過孔兼作測試點(diǎn)的做法以及雙面測試。測試點(diǎn)的大小應(yīng)依夾具和探針的精度而定，采用壓縮距離較短的探針有利于精度的提升。測試點(diǎn)可以考慮用方形來取代一般的圓形，以增加接觸的可靠性。如果精度不是問題，也可以考慮用六邊形或八邊形的測試點(diǎn)，以方便辨認(rèn)。由于測試點(diǎn)不能有綠油覆蓋，因此要注意它們對周圍焊盤的影響。測試點(diǎn)的布置最好是采用標(biāo)準(zhǔn)的柵陣排列，即坐標(biāo)間距跟隨一定的標(biāo)準(zhǔn)，這樣可以方便日后測點(diǎn)的改變和針床夾具的重復(fù)使用或修改。

SMC/SMD的電極和引線不推薦直接作為測試點(diǎn)，以避免造成元器件的潛在損傷。對關(guān)鍵部位所設(shè)置的測試焊盤應(yīng)與元器件的安裝焊盤分開。對測試焊盤的基本要求為：測試焊盤應(yīng)放在PCB坐標(biāo)網(wǎng)格的交點(diǎn)上，并以布線圖的基準(zhǔn)標(biāo)志為基準(zhǔn)點(diǎn)；測試焊盤可以是方形盤，以與通孔盤或元器件的安裝焊盤相區(qū)別；不允許用通孔或金屬化孔作測試點(diǎn)，因為測試探針可能損壞孔壁與焊盤的交界面而導(dǎo)致斷續(xù)性通斷故障；大型元器件的四周要留出一定的維修空隙，以利返修設(shè)備的頭部能方便地接近它。

2．生產(chǎn)測試設(shè)計常見問題

測試點(diǎn)設(shè)計不良將導(dǎo)致單板無法測試，其主要形式和可能造成的制造缺陷如表7.19所示。

表7.19測試點(diǎn)設(shè)計不良可能造成的DFM問題

【案例7-37】

表7.20中的上例圖為Valor軟件(一種CAM軟件)對設(shè)計單板的測試結(jié)果，顯示為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)無測試點(diǎn)。中例圖顯示為當(dāng)前測試點(diǎn)距離器件太近，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。下例圖顯示為測試點(diǎn)與測試點(diǎn)之間的距離太近，不符合DFM標(biāo)準(zhǔn)要求。

表7.20Valor檢查結(jié)果7.5.15機(jī)械裝配設(shè)計

1．機(jī)械裝配設(shè)計的一般考慮

裝配設(shè)計應(yīng)盡量避免用一些需要機(jī)器壓力的零部件，如導(dǎo)線別針、鉚釘?shù)龋税惭b速度慢以外，這些部件還可能損壞線路板，而且它們的可維護(hù)性也不好。應(yīng)盡量減少板上使用元件的種類，如兩個元件的值很相似，但公差不同，則優(yōu)選公差較低的那一個。如使用相同的螺釘固定板上的各種散熱器等。應(yīng)避免使用卡扣安裝較小的座架和散熱器，因為這樣安裝速度很慢且需要工具。

2．機(jī)械裝配設(shè)計常見不良案例

裝配設(shè)計不良將直接影響可裝配性和單板可靠性，其主要形式和可能造成的制造缺陷如表7.21所示。

表7.21裝配設(shè)計不良及可能造成的DFM問題【案例7-38】圖7.48中左圖為過孔上飛電容，右圖為SOP器件引腳之間飛線，其可靠性不好，無法按正常流程生產(chǎn)。

【案例7-39】圖7.49中左圖為散熱器設(shè)計選擇不合理，導(dǎo)致安裝后引起PCB變形，線路開路；右圖器件為散熱器，其與PCB的螺釘連接方式導(dǎo)致大量器件需手工焊接，生產(chǎn)效率很低，應(yīng)與PCB之間以(非)金屬定位柱(銷)連接，實(shí)現(xiàn)器件波峰焊接。

圖7.48飛器件或飛線

圖7.49散熱器安裝問題

【案例7-40】圖7.50左圖為RF單板，其SMA(SurfaceMountingAssembly)微帶插座與PCB板接觸時的高度不匹配，且插座與焊盤有明顯偏差，導(dǎo)致對焊接可靠性存在影響。中圖為單板螺釘孔離元件焊盤和電路走線太近，打上螺釘后會壓住元件焊盤，造成短路。右圖為在安裝螺釘時，螺釘墊片很容易與插座沖突而無法裝配，可靠性降低，存在嚴(yán)重安全隱患。

圖7.50器件安裝工藝性

【案例7-41】

圖7.51左圖的單板輔助加強(qiáng)筋離周邊的SMD器件太近，或加強(qiáng)筋有走線、過孔，對可靠性有潛在影響，導(dǎo)致器件在裝配螺釘時受損，且器件絲印被覆蓋；本體較近，造成返修困難。中、右圖的手機(jī)板，其屏蔽罩罩住器件后，內(nèi)部BGA等器件無法檢焊，由于屏蔽罩本體無孔，用X-ray檢查BGA也無法實(shí)現(xiàn)。另外，屏蔽罩體與板上連接器的高度一致，即屏蔽罩貼片時必然碰到連接器，從而造成無法貼片，而且返修困難。

圖7.51結(jié)構(gòu)件安裝問題

【案例7-42】

圖7.52為螺釘安裝孔由金屬化孔改為非金屬化孔設(shè)計。周圍小孔過波峰焊時上焊料，這主要是為了減少波峰焊接時PCB貼膠紙工作量和膠紙脫落所造成的不良后果。

圖7.52星月孔工藝7.5.16散熱設(shè)計

產(chǎn)品壽命是另一個在設(shè)計上應(yīng)該注意的地方。由于產(chǎn)品在服務(wù)期內(nèi)會承受各種不同的環(huán)境壓力(如熱變化、機(jī)械振動等)，產(chǎn)品設(shè)計必須確保能經(jīng)得起使用環(huán)境中的各種應(yīng)力。另一個要注意的是制造方面，可制造性與壽命是有關(guān)系的。一個設(shè)計得非常難組裝的產(chǎn)品，其使用壽命也不會長到哪里去，而制造工藝上的小變化常常也會縮短其使用壽命。舉個例子，一個散熱設(shè)計做得不好的產(chǎn)品，其制造過程中所受到的焊接熱沖擊會較大，使得焊點(diǎn)的可靠性得不到保證，從而影響了產(chǎn)品的壽命。影響壽命的因素很多，可分為主要因素和次要因素兩大類。主要因素如元件引腳種類、元件的尺寸大小、元件的使用溫度和耐熱沖擊特性、元件和基本材料的匹配等，對壽命的影響較明顯；次要因素雖然影響不很明顯，但幾個次要因素的作用疊加起來，其整體影響也比較大。次要因素如焊點(diǎn)的形狀、產(chǎn)品的三防涂覆涂層(conformalcoating)、基板的外形比等。在影響產(chǎn)品壽命的種種因素之中，熱設(shè)計的考慮應(yīng)該算是SMT應(yīng)用中比較重要的。因為在SMT應(yīng)用上，許多和壽命有關(guān)的問題都是和熱設(shè)計有關(guān)的。它同時也是影響可制造性的重要因素。所以在熱問題的考慮上，用戶應(yīng)該同時兼顧到制造工藝和產(chǎn)品壽命。另外一個值得關(guān)注熱設(shè)計的原因，是絕大多數(shù)在電子產(chǎn)品上使用的材料的性能都會隨溫度的變化(即關(guān)系到熱設(shè)計)而發(fā)生變化，輕則使產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，重則使產(chǎn)品失效(暫時性)甚至被損壞(永久性)。

SMT在設(shè)計應(yīng)用上很有講究。原因之一是SMT技術(shù)在組裝密度上不斷增加，而在元件體形上不斷縮小，造成單位體積內(nèi)的熱量不斷提高。另一原因是SMT的元件和組裝結(jié)構(gòu)，對因尺寸變化引起的應(yīng)力的消除或分散能力不佳，造成因熱變化引起的問題特別嚴(yán)重。常見的故障是經(jīng)過一定時間的熱循環(huán)后(環(huán)境溫度和內(nèi)部電功率溫度升高)，焊點(diǎn)發(fā)生斷裂。在設(shè)計時考慮熱處理問題有兩方面，一是半導(dǎo)體本身界面的溫度，另一是焊點(diǎn)界面的溫度。在分析熱性能的時候，有兩大注意方面：一是溫度的變化幅度和速率；二是處在高低溫度下的時間。前者關(guān)系到和溫差有關(guān)的故障，如熱應(yīng)力斷裂等，而后者關(guān)系到和時間長短有關(guān)的故障，如蠕變之類。所以它們的影響是不同的，故障分析時都要進(jìn)行個別測試和分析。因為受熱而危害產(chǎn)品的其中一種方式是熱沖擊。產(chǎn)品在其使用期間，尤其是在組裝過程中若對熱沖擊(來自焊接和老化)處理不當(dāng)，將會大大影響其質(zhì)量和壽命。這種熱沖擊，由于來得較快，即使材料在溫度系數(shù)上完全配合，也會因溫差而造成問題。除了制造上的熱沖擊，產(chǎn)品在服務(wù)期間也會經(jīng)歷程度不同的熱沖擊，比如汽車電子在寒冷天氣下啟動而升溫等。所以一件產(chǎn)品在其壽命期間，將會面對制造、使用環(huán)境(包括庫存和運(yùn)輸)和本身的電功率耗損三方面的熱磨損。為確保壽命而進(jìn)行的熱設(shè)計考慮，對于半導(dǎo)體或元件供應(yīng)商、設(shè)計和組裝工廠、元件產(chǎn)品的用戶各方面都有責(zé)任。元件商的責(zé)任在于確保良好的封裝設(shè)計、使用優(yōu)良的封裝材料和工藝，并提供完整、有用的設(shè)計數(shù)據(jù)給他的用戶(即產(chǎn)品設(shè)計和組裝工廠)；產(chǎn)品設(shè)計和組裝工廠的責(zé)任則在于設(shè)計時的熱處理考慮，正確和足夠的散熱措施，以及正確的組裝工藝應(yīng)用和管制；而產(chǎn)品用戶應(yīng)根據(jù)供應(yīng)商建議的使用方法來使用、維護(hù)和保養(yǎng)產(chǎn)品。從插件技術(shù)(ThroughHoleTechnology，THT)到SMT的轉(zhuǎn)變中，元件的體形縮小了，產(chǎn)品的組裝密度增加了，元件底部和基板間的距離縮短了，這些都導(dǎo)致通過對流和輻射散熱功效的降低，而通過基板的傳導(dǎo)來散熱就更重要了(雖然基板因密度增加也使得傳導(dǎo)散熱效率降低)。在元件封裝技術(shù)上，表面貼裝1C方面的設(shè)計通過不同引腳材料的選用和內(nèi)部引腳底盤的尺寸設(shè)計而大有改善(較插件DIP的效果好)，但這些改進(jìn)很多時候還應(yīng)付不了組裝密度的增加、元件的微型化和信號速度快速增加等方面所帶來的散熱問題。熱失配的問題，除了材料外也和元件封裝的大小有關(guān)。比如2220①的矩形件在這方面的壽命就較1206要短，而LCCC156②也會較LCCC16的壽命短許多。

很多時候，單靠正確的材料選擇和設(shè)計還不足以完全解決散熱問題，因此額外的散熱設(shè)計就必須被用上。一般配合基板材料的選用和設(shè)計(如金屬內(nèi)夾板)，可使熱能通過基板傳導(dǎo)擴(kuò)散到基板外，如傳到板邊的金屬支架或機(jī)殼上。散熱能力可以達(dá)到每250kW/m3(自然對流的20倍)。

可制造性設(shè)計的基本理念是在計劃引進(jìn)一條生產(chǎn)線時，必須確保此生產(chǎn)線的工藝能力滿足所要制造的產(chǎn)品要求。但當(dāng)有了生產(chǎn)線后，其工藝窗口就確定下來，此時則應(yīng)該盡力使產(chǎn)品設(shè)計適合于此生產(chǎn)線。7.6可制造性設(shè)計的實(shí)施①chip類器件的封裝尺寸，編號越大，表示外形尺寸越大，具體可參考元器件相關(guān)書籍。

②LCCC是LeadlessCeramicChipCarri