PCB板焊盤及通孔的設(shè)計規(guī)范分析3

PCB板焊盤及通孔的設(shè)計規(guī)范分析PCB板焊盤及通孔的設(shè)計規(guī)范分析/PCB板焊盤及通孔的設(shè)計規(guī)范分析PCB設(shè)計工藝規(guī)范1．概述與范圍本規(guī)范規(guī)定了印制板設(shè)計應(yīng)遵循的基本工藝規(guī)范，適合于公司的印制電路板設(shè)計。2．性能等級(Class)

在有關(guān)的IPC標(biāo)準(zhǔn)中建立了三個通用的產(chǎn)品等級(class)，以反映PCB在復(fù)雜程度、功能性能和測試/檢驗方面的要求。設(shè)計要求決定等級。在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品等級要求進行設(shè)計和選擇材料。第一等級通用電子產(chǎn)品包括消費產(chǎn)品、某些計算機和計算機外圍設(shè)備、以與適合于那些可靠性要求不高，外觀不重要的電子產(chǎn)品。第二等級專用服務(wù)電子產(chǎn)品包括那些要求高性能和長壽命的通信設(shè)備、復(fù)雜的商業(yè)機器、儀器和軍用設(shè)備，并且對這些設(shè)備希望不間斷服務(wù)，但允許偶爾的故障。第三等級高可靠性電子產(chǎn)品包括那些關(guān)鍵的商業(yè)與軍事產(chǎn)品設(shè)備。設(shè)備要求高可靠性，因故障停機是不允許的。2.1組裝形式PCB的工藝設(shè)計首先應(yīng)該確定的就是組裝形式，即SMD與THC在PCB正反兩面上的布局，不同的組裝形式對應(yīng)不同的工藝流程。設(shè)計者設(shè)計印制板應(yīng)考慮是否能最大限度的減少流程問題，這樣不但可以降低生產(chǎn)成本，而且能提高產(chǎn)品質(zhì)量。因此，必須慎重考慮。針對公司實際情況，應(yīng)該優(yōu)選表1所列形式之一。表1PCB組裝形式組裝形式示意圖PCB設(shè)計特征I、單面全SMD單面裝有SMDII、雙面全SMD雙面裝有SMDIII、單面混裝單面既有SMD又有THCIV、A面混裝B面僅貼簡單SMD一面混裝，另一面僅裝簡單SMDV、A面插件B面僅貼簡單SMD一面裝THC，另一面僅裝簡單SMD3.PCB材料3．1PCB基材：PCB基材的選用主要根據(jù)其性能要求選用，推薦選用FR－4環(huán)氧樹脂玻璃纖維基板。選擇時應(yīng)考慮材料的玻璃轉(zhuǎn)化溫度、熱膨脹系數(shù)（CTE）、熱傳導(dǎo)性、介電常數(shù)、表面電阻率、吸濕性等因素。3．2印制板厚度范圍為0.5mm～6.4mm，常用0.5mm,0.8mm,1mm,1.6mm,2.4mm,3.2mm幾種。3．3銅箔厚度：厚度種類有18u,35u,50u,70u。通常用18u、35u。3．4最大面積：X*Y=460mm×350mm最小面積：X*Y=50mm×50mm3．5在印刷板的上下兩表面印刷上所需要的標(biāo)志圖案和文字代號等，例如元件標(biāo)號和標(biāo)稱值、元件外廓形狀和廠家標(biāo)志、生產(chǎn)日期等等。絲印字符要有1.5~2.0mm的高度。字符不得被元件擋住或侵入了焊盤區(qū)域。絲印字符筆劃的寬度一般設(shè)置為10Mil。3．6常用印制板設(shè)計數(shù)據(jù):普通電路板：板厚為1.6mm，對四層板，內(nèi)層板厚用0.71mm,內(nèi)層銅箔厚度為35u。對六層板，內(nèi)層厚度用0.36mm,內(nèi)層銅箔厚度用35u。外層銅箔厚度選用18u,特殊的板子可用35u,70u(如電源板)。后板：板厚用3.2mm,銅箔厚度用18u或35u.對于四層板，內(nèi)層板厚用2.4mm,內(nèi)層銅箔用35u。3．7PCB允許變形彎曲量應(yīng)小于0.5％，即在長為100mm的PCB范圍內(nèi)最大變形量不超過0.5mm。3．8設(shè)計中鉆孔孔徑種類不要用的太多。應(yīng)適當(dāng)選用幾種規(guī)格孔徑。4．布線密度設(shè)計4．1在組裝密度許可的情況下，盡量選用低密度布線設(shè)計，以提高可制造性。推薦采用以下三種密度布線：4．11一級密度布線，適用于組裝密度低的印制板。特征：組裝通孔和測試焊盤設(shè)立在2.54mm的網(wǎng)絡(luò)上，最小布線寬度和線間隔為0.25mm。，通孔之間可有兩條布線。4．12二級密度布線，適用于表面貼裝器件多的印制板。特征：組裝通孔和測試焊盤設(shè)立在1.27mm的網(wǎng)絡(luò)上。最小布線寬度和線間隔為0.2mm。在表面貼裝器件引線焊盤1.27mm的中心距之間可有一條0.2mm的布線。4．13三級密度布線，適用于表面貼裝器件多，高密度的印制板。特征：組裝通孔和測試焊盤設(shè)立在1.27mm的網(wǎng)絡(luò)上。在表面貼裝器件引線焊盤1.27mm的中心距之間可有一條0.2mm的布線。2.54mm中心距插裝通孔之間可有三條0.15mm的布線。最小布線寬度、焊盤與焊盤，焊盤與線，線與線的最小間隔大于等于0.15mm。導(dǎo)通過孔最小孔徑為0.2mm，可不放在網(wǎng)格上。測試通孔直徑最小為0.3mm，焊盤直徑0.8mm，必須放在網(wǎng)格上。4．2線路，焊盤在布線區(qū)內(nèi)，布線區(qū)不允許緊靠板邊緣，須留出至少1mm的距離。4．3在印制板設(shè)計時，應(yīng)注意板厚、孔徑比應(yīng)小于6。5．焊盤與線路設(shè)計5．1焊盤：5．11焊盤選擇和修正:EDA軟件在封裝庫中給出了一系列不同大小和形狀的焊盤。選擇元件的焊盤類型要綜合考慮該元件的形狀、大小、布置形式、振動和受熱情況、受力方向等因素。一般情況下，可選擇庫中的優(yōu)選焊盤。對有特殊要求的情況，應(yīng)做適當(dāng)修正。5．12對使用波峰焊接和再流焊接的表面貼裝元器件的焊盤應(yīng)采用不同的焊盤標(biāo)準(zhǔn)。5．13對發(fā)熱且受力較大、電流較大的焊盤，可設(shè)計成“淚滴狀”。5．14對插件元器件，各元件通孔的大小要按元件引腳粗細分別編輯確定，原則是孔的尺寸比引腳直徑大0．2-0．4毫米。5．15在大面積的接地（電）中，如果元器件的腿與其連接，做成十字花焊盤，俗稱熱焊盤（Thermal），這樣，可使在焊接時因截面過分散熱而產(chǎn)生虛焊點的可能性大大減少。多層板的過孔在內(nèi)層接電（地）處的處理相同。5．2印制導(dǎo)線與焊盤5．21減小印制導(dǎo)線連通焊盤處的寬度，除非受電荷容量、印制板加工極限等因素的限制，最大寬度應(yīng)為0.4mm，或焊盤寬度的一半（以較小焊盤為準(zhǔn)）。5．22應(yīng)避免呈一定角度與焊盤相連。只要可能，印制導(dǎo)線應(yīng)從焊盤的長邊的中心處與之相連。5．23焊盤與較大面積的導(dǎo)電區(qū)，如地、電源等平面相連時，應(yīng)通過一長度較短細的導(dǎo)電線路進行熱隔離。5．24當(dāng)布線層有大面積銅箔時，應(yīng)設(shè)計成網(wǎng)格狀。5．3焊盤與阻焊膜5．31印制板上相應(yīng)于各焊盤的阻焊膜的開口尺寸，其寬度和長度分別應(yīng)比焊盤尺寸大0.10~0.25mm，防止阻焊劑污染焊盤，如果阻焊膜的分辨率達不到應(yīng)用于細間距焊盤的要求時，則細間距焊盤圖形范圍內(nèi)不應(yīng)有阻焊膜。5．32建議阻焊窗口與實際焊盤要有3mil間隔5．33阻焊膜的厚度不得大于焊盤的厚度。5．34如果兩個焊盤之間間距很小，因為絕緣需要中間必須有阻焊綠油。綠油橋應(yīng)大于7Mil間距。5．4導(dǎo)通孔布局5．41避免在表面安裝焊盤上設(shè)置導(dǎo)通孔，距焊盤邊緣0.5mm以內(nèi)也要盡量避免設(shè)置導(dǎo)通孔，如無法避免，則必須用阻焊劑將焊料流失通道阻斷，或?qū)⒖锥氯⒀谏w起來。6．布局6．1印制板元件面應(yīng)該有印制板的編號和版本號。6．2元件布置的有效范圍：PCB板X，Y方向均要留出傳送邊，每邊≥4mm。此區(qū)域里不得有孔、焊盤和走線。遇有高密度板無法留出傳送邊的，可設(shè)計工藝邊，以V形槽或長槽孔與原板相連，焊接后去除。6．3光學(xué)基準(zhǔn)點的使用6．3．1光學(xué)基準(zhǔn)點標(biāo)記為裝配工藝中的基準(zhǔn)點。允許裝配使用的每個設(shè)備精確地定位電路圖案。有兩種類型的基準(zhǔn)點標(biāo)記，它們是：全局基準(zhǔn)點(GlobalFiducials)，局部基準(zhǔn)點(LocalFiducials)6．3．2全局基準(zhǔn)點(GlobalFiducials)標(biāo)記用于在單塊板上定位所有電路特征的位置。當(dāng)一個圖形電路以拼板(panel)的形式處理時，全局基準(zhǔn)點叫做拼板基準(zhǔn)點。（見圖6.1圖6.2）6．3．3局部基準(zhǔn)點(LocalFiducials)用于定位單個元件的基準(zhǔn)點標(biāo)記。（見圖6.1）

圖4－1局部/全局基準(zhǔn)點

圖6－2拼板/全局基準(zhǔn)點6．4．4要求每一塊印制板至少設(shè)兩個全局基準(zhǔn)點，一般要求設(shè)三個點。這些點在電路板或拼板上應(yīng)該位于對角線的相對位置，并盡可能地距離分開。6．4．5對于引腳間距小于0.65mm(25mil)的器件，要求對角設(shè)兩個局部基準(zhǔn)點。如果空間有限，可設(shè)一個位于器件外形圖案中點的基準(zhǔn)點作為中心參考點。6．4．6常用的基準(zhǔn)點符號形狀有四種：■●▲＋，推薦使用●（實心圓）。6．4．7圓形基準(zhǔn)點直徑是推薦使用1.25mm（50mil）。在同一塊板上應(yīng)保持所有的基準(zhǔn)點為同一尺寸。6．4．8基準(zhǔn)點可以是由防氧化涂層保護的裸銅或鍍焊錫涂層（熱風(fēng)整平）。在PCBLayout時應(yīng)標(biāo)出。同時應(yīng)考慮材料顏色與環(huán)境的反差，通常留出比標(biāo)識符大1.5mm的無阻焊區(qū)（clearance）。(見圖4－3)圖6－3基準(zhǔn)點空曠度要求6．4．9邊緣距離：基準(zhǔn)點要距離印制板邊緣至少5.0mm[0.200"]，并滿足最小的基準(zhǔn)點空曠度要求。

6．5印制板設(shè)計前應(yīng)根據(jù)組裝密度、元器件情況考慮采用何種工藝流程進行焊接（如雙面再流捍、雙面混裝焊等）。根據(jù)工藝流程來決定主要元器件的位置。6．6板上元件需均勻排放，避免輕重不均。布局時應(yīng)考慮熱平衡，避免熱容量大的元器件集中在某個區(qū)域。6．7元器件在PCB上的排向，原則上應(yīng)隨元器件的類型改變而變化，即同類元器件盡可能按相同的方向排列，以便元器件的貼裝、焊接和檢測。所有的有極性的表面貼裝元件在可能的時候都要以相同的方向放置。(見圖4－4)圖6－4表面貼裝元器件的排列6．8元件間隔在PCB布局時要考慮到器件間距不得太小，以考慮維修時元器件方便拆卸。6．9在高密度組裝板中，為了焊后檢驗（人工或自動），元器件應(yīng)留出視覺空間。特別是在QFP、PLCC器件周圍不要有較高的器件。（如圖4－5）圖6－5視線考慮6.10采用波峰焊接時的元器件布局6．10．1適合于插裝元器件、片式阻容元件、SOT、引線中心距大于或等于1mm的SOP的焊接，不能用于QFP、PLCC、BGA、引線中心距小于1mm的SOP的焊接。6．10．1當(dāng)采用波峰焊時，盡量保證元器件的兩端焊點同時接觸焊料波峰。片狀元件，盡量保證元件的長軸要垂直于板沿著波峰焊接機傳送的方向且相互平行。SOIC必須保證長軸平行于傳送方向；QFP、PLCC應(yīng)斜45°布放。6．10．2當(dāng)尺寸相差較大的片狀元器件相鄰排列，且間距很小時，較小的元器件在波峰時應(yīng)排列在前面，先進入焊料波，否則尺寸較大的元器件遮蔽其后尺寸較小的元器件，造成漏焊。這種遮蔽效應(yīng)對于大小相等，交錯排列的元器件也是適用的。

圖6－6波峰焊接應(yīng)用中的元件方向

7．拼板設(shè)計7．1對于面積較小的PCB板，為了充分利用基板，提高生產(chǎn)效率方便加工，可以將多塊同種小型印制板拼成一張較大的板面。同種產(chǎn)品的幾種小塊印制板也可拼在一起。這時要注意各小印制板的參數(shù)和層數(shù)應(yīng)相同。7．2拼板的尺寸范圍控制在350mmX300mm以內(nèi)，外形應(yīng)為長方形。7．3對于異形板（外形非矩形）為了便于加工和節(jié)省成本，應(yīng)合理地拼合圖形，盡量減少板面積。7．3拼板的連接和分離方式，主要采用郵票孔或者雙面對刻的V型槽。7．3拼板設(shè)計時，應(yīng)考慮分離技術(shù)，防止分離時對元器件造成損壞。8．測試工藝要求8．1定位要求8．11對于測試前需要精確定位的印制板，應(yīng)在角落設(shè)置三個機械定位孔。定位孔直徑尺寸推薦為3.2mm、正公差0.1mm。8．12機械定位孔要求非孔化。8．13定位孔周圍應(yīng)留出的空間：采用密封技術(shù)ICT的測試夾具125mil;采用針床技術(shù)ICT的測試夾具375mil。真空測試夾具要求PCB的周邊離邊界距離至少留出125mil的空間，以確保好的真空密封性。8．2選擇測試點8．21測試點均勻分布于整個PBA板8．22測試點的分配最好都在同一面（焊接面）上，以便簡化測試夾具的制作。8．23保證測試焊盤遠離板子邊緣至少75mil，與測試定位孔間距應(yīng)不小于200mil，。測試焊盤尺寸最小0.040“，遠離鄰近焊盤或元件體至少45mil。8．24布線時每條網(wǎng)絡(luò)線要加上測試點(測試點離器件盡量遠,兩個測試點間的距離不要太近).8．25器件的引出管腳，測試焊盤，連接器的引出腳與過孔都可用作測試點，但過孔是不良的測試點。SMD器件最好選用測試焊盤作為測試點。8．25測試焊盤的中心間距應(yīng)有100mil,密度最大為30個/inch2。9．文件要求：9．1制作印制板需提供的文件：9．11GERBER文件（RS-274-X格式），鉆孔文件（可同時由EDA輸出），鉆孔文件要區(qū)分金屬化孔、非金屬化孔(特別是裝配孔要說明為非金屬化孔)，異形孔的位置。9．12外形尺寸與公差圖（包括定位孔尺寸與位置要求）。9．13說明文件應(yīng)表明加工工藝要求，如基板厚度、層數(shù)、銅箔厚度，是否拼板。對絲印油墨材料顏色與阻焊膜材料厚度有特殊要求也要說明。9．2PBA組裝前需要的文件：PCB的CAD文件、BOM表、電原理圖、組裝焊接要求等。附錄：常用術(shù)語元件面(ComponentSide)：印制板裝配大多數(shù)器件的一面。焊接面(SolerSide):元件面相反的一面。SMD（SurfaceMountedDevices）表面組裝元器件或表面貼片元器件。指焊接端子或引線制作在同一平面內(nèi)，并適合于表面組裝的電子元器件。THC（ThroughHoleComponents）通孔插裝元器件。指適合于插裝的電子元器件。裝配孔：用于裝配器件，或固定印制板的孔。導(dǎo)通孔（ViaHole）：用于導(dǎo)線轉(zhuǎn)接的金屬化孔。也叫中繼孔、過孔。金屬化孔（PlatedthroughHole）是經(jīng)過金屬化處理的孔，能導(dǎo)電。非金屬化孔是（NuPlatedthrouhtHole）沒有金屬化處理，通常為裝配孔。異形孔是形狀不為原形，如為橢圓形，正方形的孔。PCB(PrintCircuitBoard):即是印制板。PBA(PrintedBoardassembly):指裝配完元器件后的電路板。波峰焊(WaveSolder)：將熔化的軟釬焊料，經(jīng)過機械泵或電磁泵噴流成設(shè)計要求的焊料波峰，使預(yù)先裝有電子元器件的PCB通過焊料波峰，實現(xiàn)元器件焊端或引腳與PCB焊盤之間機械和電氣連接的一種軟釬焊工藝?；亓骱?ReflowSoldering)：通過熔化預(yù)先分配到PCB焊盤上的膏狀軟釬焊料，實現(xiàn)表面組裝元器件焊端或引腳與PCB焊盤之間機械和電氣連接的一種軟釬焊工藝。適合于所有種類表面組裝元器件的焊接。光學(xué)基準(zhǔn)點(FiducialMark)：印制板上