SMT电子产品基板之设计与装配之整合.doc

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1、SMT电子产品基板之设计与装配之整合SMT高級工程師教案3SMT電子產品基板之設計與裝配之整合SMT電子產品基板之設計與裝配之整合設計與製造為何需要整合？l 時效因素n 零件選擇n PCB LAYOUTn PILOT RUN (EVP，MVP.)n DEBUGn RE-LAYOUTn 量產l 成本因素n 開發成本 (設計，試產，材料，修改)n 量產成本 (人力需求，加工需求，重工需求)n 材料成本 (共用材料，專用材料，庫存材料 設計變更，呆料)SMT電子產品基板之設計與裝配之整合l 量產因素n 製造困難度 (零件種類，製程方式，加工方式，設備需求，技術需求，.)n 測試方式 (測試點尺寸及數

2、量，PCB尺寸)n 維修困難度 (零件形態，零件位置，零件密度，製程方式，)l 品質因素n 電氣特性需求 (高電壓，大電流，高頻，安規)n 製造品質需求 (PCB加工方式，零件加工方式， 零件腳長，零件傾斜)n 產品可靠度n 零件可靠度SMT電子產品基板之設計與裝配之整合基板PCB開發流程產品規格確認 線路確認零件確認PCB外型尺寸確認 零件LIBRARY建立 COMPONENT PLACEMENT TRACE ROUTING TAPEOUTSMT電子產品基板之設計與裝配之整合生產線參與LAYOUT時機 產品LAYOUT完成甚致試產後不易因量產性而再做大幅修改，因此產品設計與生產線相關人員必須

3、先行討論，以改善產品製造性，或協調設計與製造之需求與限制。生產線參與LAYOUT時機可分為LAYOUT前與第一次試產後，LAYOUT前主要在確認零件位置及後續製程方式：n PCB零件層面 (上/下層)及製程方式n 零件密度 (QFP，BGA，較大型零件)n PTH零件SMT製程n CONNECTOR數量，型式及位置n 板邊預留n 異形零件或特殊零件試產後則詳細確認成效及修正其它誤差後，導入下次RE-LAYOUT時一併修正直至量產SMT電子產品基板之設計與裝配之整合生產線參與LAYOUT時機l 零件確認 零件使用除R/D所要求之電氣規格外，生產線 相關人員必須同時就”生產線需求”先確認，以 決定

4、製程方式及條件，如PDG建立，鋼板厚 度選擇，甚致迴焊條件等：n 零件外形及尺寸n 零件腳數量與密度(QFP)n 錫球腳數量及密度(BGA)n 零件重量n 零件耐溫(PTH零件SMT製程)n 零件封裝方式(JLEAD，GULL WING QFP，BGA，)n 零件包裝方式(TAPE AND REEL，LOSE FORM，)SMT電子產品基板之設計與裝配之整合生產線參與LAYOUT時機l PCB外形尺寸確認 PCBA組裝過程中所使用之設備如錫爐或SMT 製程設備等，主要皆以PCB兩對邊做為承載 ，且設備最大操作範圍有一定極限，因此決定 PCB外形及尺寸或有特殊需求時，有下列因素 須與生產線相關人

5、員討論：n 錫爐/SMT製程PCB尺寸*設備最大/小操作範圍*PCB併板方式*PCB焊接方向(彎曲變形)*PCB承載平衡(2側)*PCB外形(前後)*浴盆效應/溢錫*零件掉落(SMT製程)*特殊設計/需求(治/夾具，高架)SMT電子產品基板之設計與裝配之整合生產線參與LAYOUT時機l 零件LIBRARY建立零件LIBRARY之建立對零件焊接品質有絕對之影響，如焊墊長度、寬度、間距，形式與零件空焊、短路、錫球甚至墓碑效應等皆有一定之關連性。現有之零件LIBRARY主要由零件廠商提供或由其它使用者直接套用，但由於標準各有不同易產生混淆，且其中許多並未因製程之不同而加以分類，混用之結果，造成分析不

6、良原因時產生誤判，因此在建立LIBRARY時應協同生產線相關人員共同確立，甚至取得實際零件加以確認雖零件種類極多但以逐步建立或於零件承認時一併導入，將可建立一套利於設計且易於生產線及品質之自有標準FOR REFLOW SIDE10mil 30mil 40mil 95mil 060337mil 65mil 108mil 08051206 FOR WAVE SOLDER SIDE (PREFERRED).040 .060 .025 .075.025 LEVELING PAD CAN BEUSED AS A CONNECTION TRACE .085 .1151210 FOR REFLOW SIDE

7、 .15015 .037 TYP 1206 FOR REFLOW SIDE0.037TYP 0.075 0.150 1206 FOR WAVE SOLDER SIDE (ALTERNATE)0.0150.015X0.025 4 PLACES(LEVELING PADS).060 0.0150.040 0.0150.015 0.075 1210 FOR WAVE SOLDER SIDE.080 .060 .195 A- CASE TANTALUM FOR REFLOW SIDE.060 SQTYP.060 .180REF 1812 FLAT CHIP FOR REFLOW SIDE.130 TY

8、P0.060TYP.220REF.100 C-CASE TANTALUM FOR REFLOW SIDE.100.080TYP .110 REF.270 D-CASE TANTALUM FOR REFLOW SIDE0.080 0.125 0.190 REF PANASONIC 25V CAPACITOR0.175 0.060 0.290REF0.170 2225 FLAT CHIP PACKAGE .250 0.050 0.170.270 REF 1825 FLAT CHIP PACKAGE.250 0.072 .086 REF.230 FLAT CHIP FERRITE BEAD WAVE

9、 SIDE .300.100 .80 2 PLACES .075 FLAT CHIP FERRITE BEAD FOR WAVE SIDE.1352 PLACES .060 .110 .220REF MINI-MELF (MLL34)FOR REFLOW SIDE.060 .060 .140 MELF (MLL41)FOR REFLOW SIDE.090 .090 .215 SOT-23 FOR REFLOW SIDE0.035 SQ TYP.110.040 REFREF.040.110SOT-23 FOR WAVE SIDE.050 TYP3 PLACES 0.075 TYP.020X.02

10、5 PAD.045 REF .195REF.035.135 .090SOT-89 FOR REFLOW SIDE(.XX) .230.070.059SOT-89 FOR WAVE SIDE.080.250.034.050 2PLCS.067.125REF.1602 PLACESTYP.040.059REF.170.100.080.067D-PAK FOR REFLOW SIDE.240.240.430.070REF.120.0702 PLACES.090.090D-PAK FOR WAVE SIDE.220.380REF.080.120.200.500.180B-45 FOR REFLOW S

11、IDE.090.125.035.070.040.059.TYP.1189B-45 FOR WAVE SIDE.080.100.250.170.060TYP.118.080 SOIC 16 PIN WIDE BODY0.050” CENTERS，REFLOW SIDE.050 .406.012 LEAD EXTENSION.446 .025X.080 SOIC 32 PIN，0.050” CENTERS，REFLOW SIDE.575 MAXLEAD EXTENTION.050 0.025X0.080 TYP 0.600 SOIC 8，14，16 PIN0.050” CENTERS ,REFLO

12、W SIDE 8 PIN .05014 PIN .236+-.008DIMENSIONS SHOWN ARE TYPICAL.025X.080.275LEAD EXTENSION SOIC 8，14，16 PIN0.050” CENTERS，WAVE SIDE，SMALL BOARDS 14 PIN8 PIN 0.0580.058.050 0.022X0.0800.290 .236+-0.008 LEAD EXTENSION BOTH ENDS0.040X0.080 16 PINTHROUGH WAVE SOIC 8，14，16 PIN0.050” CENTERS，WAVE SIDE，LARG

13、E BOARDS8 PIN.050.05014 PIN.275LEAD EXTENSION.236+-.0082 EXTRA 0.040X.080THROUGH WAVEPADS TRAILING END.022X.080 SOIC 20 PIN WIDE BODY，0.050” CENTERS，REFLOW .406.012 .446LEAD EXTENSION .050TYP.025X.080 SOIC 20 PIN，0.050” CENTERS(SPECIAL WIDE BODY)LEAD EXTENTION.477MAX .505 TYP0.025X0.080 0.500 SOJ 20

14、 PIN，0.050” CENTERS，REFLOW SIDE.050TYP0.2100.025X0.080 SOJ 20 PIN(26 PIN PACKAGE)，0.050” CENTERS，REFLOW SIDETYP.0500.200 CL OF LFAD0.210 .2680.012 0.025X0.080 RESISTOR PACK，SOIC 14、16 PIN，0.050” CENTERS 14 PIN TYP.050 LEAD EXTENSION0.3000.0130.340 .025X.080 TYP 16 PIN PLCC 52 PIN，0.050” CENTERS.600.

15、050.025X.080 0.710 SQ.REF CL OF CONTACT 0.814 SQ PLCC 52 PIN，0.050” CENTERS.356CL OF LEADS.253 REF1 18.050TYP.025X.0800.556 0.453 REF CL OF LEADS TYP 0.414 SQPLCC 20 PIN，0.050” CENTERS0.200 0.0500.310 REF CL OF CONTACT 0.025X0.080 TYP PLCC 28 PIN，0.050” CENTERS0.518 SQ0.300 0.050 0.025X0.080 TYPCL O

16、F CONTACT.415 REF PLCC 44 PIN，0.050” CENTERS0.5000.025X0.0800.050 0.615 REF CL OF CONTACT 0.718 SQ PLCC 100 PIN，0.050” CENTERS.050.025X.080TYPTYP1.310 SQ REF0.020 CENTERLINE OF CONTACT1.2001.414 SQ PLCC 84 PIN，0.050” CENTERS.0501.110 SQ REF LINE OF CONTACT0.006 CENTER 0.025X0.080TYP 1.00 1.214 SQ PL

17、CC 68 PIN，0.050” CENTERS0.025X0.0800.050TYPTYP0.915 SQ REF+-0.006 CENTERLINE OF CONTACT 0.800 1.018 SQ CONDUCTOR TO FOOTPRINTSPACING REQUIREMENT0.010 MINTYP 0.030FOOT PRINT PADSVCC/GND0.0151TEACE 0.023MIN FOOT PRINT 0.023MIN 0.023MIN -VIAPADSFOOT PRINTVIANOTES：1THIS APPLIES TO 0.025 WIDE FOOTRPINTS

18、OR LARGWR.WHEN USINGSMALLER FOOTPRINTS THE TRACE SHOULD BE REDUCED ACCORDINGLY.TRY TO AVOID PUTTING POWER(VCC)AND GROUND(GND)SIGNALS ONADJACENT PADS WHEN USING REDUCED FOOTPRINTS OR PAD SIZESREFER TO PARAGRAPH 3.9 FOR SIZE MINIMUM DIMENSIONS.CONDUCTOR TO FOOTPRINTSPACING REQUIREMENT0.010 MIN10.015TY

19、P0.030FOOT PRINT PADSVCC/GNDBOTTOM BOARD (WAVE SIDE)COMPONENT ORIENTATION(COMPONENTS CANNOT BE CHANGED)CAPACITORS/RESISTORSALTERNATEROTATIONPREFERRED(FLAT CHIPS) SOT23DATUM0DATUM0WAVF FOLOW SMT電子產品基板之設計與裝配之整合生產線參與LAYOUR時機l COMPONENT PLACEMENT正確之COMPONENT PLACEMENT亦能有效改善產品製造品質，零件位置之決定，應與SMT相關人員事先確認，如

20、有必要生產線可增加人力或改變製程予以配合，與其有關之因素如下：stndstn 1 REFLOW或2 REFLOW較重零件不宜置於1 REFLOW或改以增加點膠製程n PTH零件SMT製程零件(如CONNECTOR)，位置之確認此類CONNECTOR製程可選擇人工手焊或印錫膏迴焊，但取決於零件位置(PCB上下層)及零件耐溫SMT電子產品基板之設計與裝配之整合生產線參與LAYOUT時機l COMPONENT PLACEMENTn PCB過錫爐/REFLOW方向性選擇n 零件過錫爐方向性選擇*CONNECTOR類零件*多焊點零件*IC類零件n QFP類IC過錫爐方向性選擇n 接腳較寬零件過錫爐方向選

21、擇n 陰影效應之考量*本體陰影*遮避陰影SMT電子產品基板之設計與裝配之整合BAABPCB 過錫爐方向PCB 及零件過錫爐方向選擇SMT電子產品基板之設計與裝配之整合SMD零件PCB陰影效應錫波流向PCB過錫爐方向陰影效應之產生SMT電子產品基板之設計與裝配之整合A零件厚度A PITCH大於前置零件厚度PCB過錫爐方向本體陰影效應之產生SMT電子產品基板之設計與裝配之整合PCB過錫爐方向遮避（陰影）效應之產生SMT電子產品基板之設計與裝配之整合生產線參與LAYOUT時機l TRACE ROUTINGn PCB插件孔尺寸選擇（PTH零件） 插件孔尺寸 插件孔形狀n 導錫塊應用（錫爐製程）n 焊墊

22、形狀（錫爐製程）n 盜錫塊應用（錫爐製程）n 文字漆之應用（錫爐製程）n 導通孔（VIA）之應用（REFLOW製程） 導通孔與焊墊之間隔 導通孔蓋綠漆 導通孔噴錫/鍍金n 郵票孔與TRACE之配合n 絕緣漆厚度之選擇SMT電子產品基板之設計與裝配之整合生產線參與LAYOUT時機n PCB插件孔尺寸選擇（PTH零件） 插件孔尺寸 插件孔形狀插件孔尺寸選擇一般以零件以零件腳（圓形及正方形）直徑加0.2-0.3mm為原則，軟腳及接腳較少之零件，可選擇零件腳加0.2mm，硬腳及接腳較多之零件可選擇0.3mm，扁腳(長方形)零件應使用橢圓形孔徑，尺寸則以零件腳對角線長度加0.2-0.3原則，以插件時阻力

23、不致過大(造成插件困難)為原則，多腳零件可選擇僅將其中一支接腳孔徑縮小插件孔形狀選擇除非有特殊需求應將方形孔(正方形或長方形)改為橢圓形SMT電子產品基板之設計與裝配之整合 盜/導錫塊之應用PCB過錫爐方向 SMT電子產品基板之設計與裝配之整合 盜/導錫塊 盜/導錫塊之應用PCB 過錫爐方向 SMT電子產品基板之設計與裝配之整合 盜/導錫塊 PCB過錫爐方向 盜/導錫塊之應用 SMT電子產品基板之設計與裝配之整合LAYOUT與製程共通之不良成因l 浴盆效應PCB過錫爐時由於錫波之溫度，造成PCB接觸錫波後下沉，但PCB 2側由錫爐軌道之勾爪承載，因PCB會由中心部份下沉至最低。PCB脫離錫波時

24、2側錫波因重力而流至PCB中心區域(最低點)，稱之為浴盆效應。浴盆效應之產生造成大量之錫波集中於PCB底部中心區域，而形成較大之內聚力與錫槽內錫波相抗衡，而不易將PCB底部殘留之錫波脫離而形成短路，且PCB面積越大，零件接腳或焊點越多則越明顯。此問題可利用將零件轉向，使用導錫設計或盜錫塊等方法改善SMT電子產品基板之設計與裝配之整合LAYOUT與製程共通之不良成因l 森林效應接腳較多，較長及接腳密度較高之零件(如CONNECTOR)，在過錫爐時錫波流經(入)零件接腳後，因受零件接腳本身所形成之焊接內聚力所牽引或阻力而停留形成短路(如同霧氣易停留於森林中不易被風吹散)因此稱之為”森林效應”改善森

25、林效應之產生可將零件接腳剪短，零件轉向或同時使用導錫設計等方法改善SMT電子產品基板之設計與裝配之整合LAYOUT與製程共通之不良成因l 墓碑效應REFLOW製程中當零件在迴焊後，未焊接於兩端焊墊上而形成直立，稱之為”墓碑效應墓碑效應通常發生在”無接腳零件”且由許多成因所共同產生，與LAYOUT有關之成因，主要在於焊墊長寬尺寸比例之選擇錯誤，或兩端焊點尺寸不一所形成，且分為”直立”與”側翻”焊墊寬度在零件焊點前方之面積較寬而另一焊墊在零件後方面積較寬，零件焊點後方之面積產生較大之拉力(向後)，而零件焊點前方較寬之焊墊，錫膏熔化後產生之內聚力而將零件上推，在一推一拉同時產生下而使零件直立(未形成

26、直立則有可能產生錫球)SMT電子產品基板之設計與裝配之整合零件焊點拉力推力產生區(向上)焊墊零件焊點內聚力形成之拉力支點內聚力形成之推力焊墊墓碑效應之產生 SMT電子產品基板之設計與裝配之整合零件焊點焊錫 焊墊 焊錫 零件焊點焊墊 墓碑效應之產生 SMT電子產品基板之設計與裝配之整合焊墊 墓碑效應(側翻)之產生焊墊零件焊點 SMT電子產品基板之設計與裝配之整合LAYOUT與製程共通之不良成因l 墓碑效應焊墊寬度在零件焊點2側面積較寬時造成焊墊側拉力較大而直接將零件拉至側翻墓碑效應之產生除直立及側翻外，實際上零件雖未被拉至直立而稍有傾斜並產生空焊，此類不良仍有可能為墓碑效應所造成(推力產生但拉力

27、不足)改善墓碑效應在PCB LAYOUT方面可將焊墊面積適度縮小，減少錫膏印刷量，使零件重力大於錫膏熔化後產生之內聚力(推力及拉力)SMT電子產品基板之設計與裝配之整合LAYOUT與製程共通之不良成因l 錫球錫球產生與PCB LAYOUT有關之成因主要為”無接腳零件”迴焊後在零件本體兩側所殘留之錫球焊墊面積過大錫膏印刷量增加，尤其是零件焊點以外區域之錫膏(零件本體下方)由於無法被零件焊點及焊墊所吸收，熔化後之錫受零件擠壓而排出並附著於零件本體2側，形成錫球改善錫球之方式，主要將焊墊面積縮小，減少錫膏印刷量即可改善SMT電子產品基板之設計與裝配之整合錫球焊墊 零件焊點零件焊點錫球 零件本體下過多之錫膏無法被焊墊所吸收 錫球之產生 SMT電子產品基板之設計與裝配之整合如何整合產品設計與製造？l 建立PM(PROJECT MANAGEMENT)模式n 選定TEAM MENMBER及LEADERn 確認進度及時程n 定期及非定期討論n 執行文件與資料之建立n 討論與執行n 變更與再執行n 成效分析及改善