表面组装技术（SMT）及印制板可制造性设计.ppt

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1、 SMT工艺对工艺对PCB设计的要求设计的要求 广东科学技术职业学院广东科学技术职业学院 学习情境学习情境82021/9/171PCBPCB焊盘结构设计要满足再流焊工艺特点焊盘结构设计要满足再流焊工艺特点“再流动再流动”与自定位效应与自定位效应 从再流焊与波峰焊工艺最大的差异是：从再流焊与波峰焊工艺最大的差异是：波波峰峰焊焊工工艺艺是是通通过过贴贴片片胶胶粘粘接接或或印印制制板板的的插插装装孔孔事事先先将将贴贴装装元元器器件件及及插插装装元元器器件件固固定定在在印印制制板板的的相相应应位位置置上上，焊焊接接时时不不会会产产生生位位置移动。置移动。而而再再流流焊焊工工艺艺焊焊接接时时的的情情况况

2、就就大大不不相相同同了了，元元器器件件贴贴装装后后只只是是被被焊焊膏膏临临时时固固定定在在印印制制板板的的相相应应位位置置上上，当当焊焊膏膏达达到到熔熔融融温温度度时时，焊焊料料还还要要“再再流流动动”一一次次，元元器器件件的的位位置置受受熔熔融融焊焊料料表表面面张张力力的的作作用发生位置移动。用发生位置移动。2021/9/172 如果焊盘设计正确（焊盘位置尺寸对称，焊盘间距恰当），如果焊盘设计正确（焊盘位置尺寸对称，焊盘间距恰当），元器件端头与印制板焊盘的可焊性良好，元器件的全部焊端或元器件端头与印制板焊盘的可焊性良好，元器件的全部焊端或引脚与相应焊盘同时被熔融焊料润湿时，就会产生自定位或称

3、引脚与相应焊盘同时被熔融焊料润湿时，就会产生自定位或称为自校正效应（为自校正效应（self alignmentself alignment）当元器件贴放位置有少当元器件贴放位置有少量偏离时，在表面张力的作用下，能自动被拉回到近似目标位量偏离时，在表面张力的作用下，能自动被拉回到近似目标位置。置。但是如果但是如果PCBPCB焊盘设计不正确，或元器件端头与印制板焊盘焊盘设计不正确，或元器件端头与印制板焊盘的可焊性不好，或焊膏本身质量不好、或工艺参数设置不恰当的可焊性不好，或焊膏本身质量不好、或工艺参数设置不恰当等原因，即使贴装位置十分准确，再流焊时由于表面张力不平等原因，即使贴装位置十分准确，再流

4、焊时由于表面张力不平衡，焊接后也会出现元件位置偏移、吊桥、桥接、润湿不良、衡，焊接后也会出现元件位置偏移、吊桥、桥接、润湿不良、等焊接缺陷。这就是等焊接缺陷。这就是SMTSMT再流焊工艺最大的特性。再流焊工艺最大的特性。2021/9/173 由于再流焊工艺的由于再流焊工艺的“再流动再流动”及及“自定位效应自定位效应”的特的特点，使再流焊工艺对贴装精度要求比较宽松，比较容易实点，使再流焊工艺对贴装精度要求比较宽松，比较容易实现高度自动化与高速度。同时也正因为现高度自动化与高速度。同时也正因为“再流动再流动”及及“自自定位效应定位效应”的特点，再流焊工艺对焊盘设计、元器件标准的特点，再流焊工艺对焊

5、盘设计、元器件标准化有更严格的要求。化有更严格的要求。2021/9/174ChipChip元件焊盘设计应掌握以下关键要素：元件焊盘设计应掌握以下关键要素：a a 对称性对称性两端焊盘必须对称，才能保证熔融焊锡表面张力平衡。两端焊盘必须对称，才能保证熔融焊锡表面张力平衡。b b 焊盘间距焊盘间距确保元件端头或引脚与焊盘恰当的搭接尺寸。确保元件端头或引脚与焊盘恰当的搭接尺寸。c c 焊盘剩余尺寸焊盘剩余尺寸搭接后的剩余尺寸必须保证焊点能够形成弯月面。搭接后的剩余尺寸必须保证焊点能够形成弯月面。d d 焊盘宽度焊盘宽度应与元件端头或引脚的宽度基本一致。应与元件端头或引脚的宽度基本一致。B S A B

6、 S A焊盘宽度焊盘宽度 A B A B焊盘的长度焊盘的长度 G G焊盘间距焊盘间距 G S G S焊盘剩余尺寸焊盘剩余尺寸 矩形片式元件焊盘结构示意图矩形片式元件焊盘结构示意图2021/9/175 标标准准尺尺寸寸元元器器件件的的焊焊盘盘图图形形可可以以直直接接从从CADCAD软软件件的的元元件件库库中中调调用用，但但实实际际设设计计时时还还必必须须根根据据具具体体产产品品的的组组装装密密度度、不同的工艺、不同的设备以及特殊元器件的要求进行设计。不同的工艺、不同的设备以及特殊元器件的要求进行设计。2021/9/176 下面介绍几种常用元器件的焊盘设计：下面介绍几种常用元器件的焊盘设计：(1)

7、矩形片式元器件焊盘设计矩形片式元器件焊盘设计 (a)(a)0805、1206矩形片式元器件焊盘尺寸设计原则矩形片式元器件焊盘尺寸设计原则 (b)1206、0805、0603、0402、0201焊盘设计焊盘设计 (c)钽电容焊盘设计钽电容焊盘设计(2)晶体管（晶体管（SOT）焊盘设计焊盘设计(3)翼形小外形翼形小外形ICIC和电阻网络（和电阻网络（SOPSOP）和四边扁平封装器件（）和四边扁平封装器件（QFPQFP）(4)J J形引脚小外形集成电路（形引脚小外形集成电路（SOJSOJ）和塑封有引脚芯片载体）和塑封有引脚芯片载体（PLCCPLCC）的）的焊盘设计焊盘设计(5)(5)BGA焊盘设焊盘

8、设2021/9/177(1)矩形片式元器件焊盘设计矩形片式元器件焊盘设计(a)(a)0805、1206矩形片式元器件焊盘尺寸设计原则矩形片式元器件焊盘尺寸设计原则 L L W W H H B T B T A A G G 焊盘宽度：焊盘宽度：A=Wmax-KA=Wmax-K 电阻器焊盘的长度：电阻器焊盘的长度：B=Hmax+Tmax+KB=Hmax+Tmax+K 电容器焊盘的长度：电容器焊盘的长度：B=Hmax+Tmax-KB=Hmax+Tmax-K 焊盘间距：焊盘间距：G=Lmax-2Tmax-KG=Lmax-2Tmax-K 式中：式中：LL元件长度元件长度,mm,mm；W W元件宽度元件宽度

9、,mm,mm；T T元件焊端宽度元件焊端宽度,mm,mm；H H元件高度元件高度(对塑封钽电容器是指焊端高度对塑封钽电容器是指焊端高度),mm),mm；K K常数，一般取常数，一般取0.25 mm0.25 mm。2021/9/178 01005焊盘设计焊盘设计 0201焊盘设计焊盘设计 最新推出最新推出01005（0402）01005C已经有样品已经有样品,01005R正在试制正在试制2021/9/179(2)晶体管（晶体管（SOT）焊盘设计焊盘设计 a a 单个引脚焊盘长度设计要求单个引脚焊盘长度设计要求W=引脚宽度引脚宽度WL22021/9/1710 对对于于小小外外形形晶晶体体管管，应应

10、在在保保持持焊焊盘盘间间中中心心距距等等于于引引线线间间中中心心距距的的基基础上，再将每个焊盘四周的尺寸分别向外延伸至少础上，再将每个焊盘四周的尺寸分别向外延伸至少0.35mm0.35mm。2.7 2.6 2.7 2.6 0.7 0.7 2.0 0.7 0.7 2.0 0.8 0.8 0.8 0.82.9 3.0 4.42.9 3.0 4.4 0.8 0.8 1.1 1.2 1.1 1.2 3.8 3.8 SOT 23 SOT 143 SOT 89 SOT 23 SOT 143 SOT 89 小外形小外形SOTSOT晶体管焊盘示意图晶体管焊盘示意图2021/9/1711(3)翼形小外形翼形小外

11、形ICIC和电阻网络（和电阻网络（SOPSOP）和四边扁平封装器件（）和四边扁平封装器件（QFPQFP）一般情况下：焊盘宽度一般情况下：焊盘宽度W2W2等于引脚宽度等于引脚宽度W W，焊盘长度取，焊盘长度取2.0 mm0.5 mm2.0 mm0.5 mm。G G b1L b2b1L b2 L2 L2 b1 L b2b1 L b2 W W2 L2 W W2 L2 W2 W2 设计原则：设计原则：F L2F L2 a)a)焊盘中心距等于引脚中心距；焊盘中心距等于引脚中心距；b)b)单个引脚焊盘宽度设计的一般原则单个引脚焊盘宽度设计的一般原则器件引脚间距器件引脚间距1.0 mm1.0 mm时：时：W

12、2 WW2 W，器件引脚间距器件引脚间距1.27 mm1.27 mm时：时：W2 1.2WW2 1.2W，L2=L+b1+b2L2=L+b1+b2，b1=b2=0.3 mmb1=b2=0.3 mm0.5 mm0.5 mm；c)c)相对两排焊盘的距离（焊盘图形内廓）按下式计算（单位相对两排焊盘的距离（焊盘图形内廓）按下式计算（单位mmmm）：）：G=F-K G=F-K 式中：式中：GG两焊盘之间距离，两焊盘之间距离，F F元器件壳体封装尺寸，元器件壳体封装尺寸，K K系数，一般取系数，一般取0.25mm0.25mm，d)d)一般一般SOPSOP的壳体有宽体和窄体两种，的壳体有宽体和窄体两种，G

13、G值分别为值分别为7.6 mm 7.6 mm、3.6 mm3.6 mm。2021/9/1712(4)J J形引脚小外形集成电路（形引脚小外形集成电路（SOJSOJ）和塑封有）和塑封有引脚芯片载体（引脚芯片载体（PLCCPLCC）的）的焊盘设计焊盘设计SOJSOJ与与PLCCPLCC的引脚均为的引脚均为J J形，典型引脚中心距为形，典型引脚中心距为1.27 mm1.27 mm。a)a)单个引脚焊盘设计（单个引脚焊盘设计（0.50 mm0.50 mm0.80 mm0.80 mm）（1.85 mm1.85 mm2.15 mm2.15 mm）；）；b)b)引脚中心应在焊盘图形内侧引脚中心应在焊盘图形内

14、侧1/31/3至焊盘中心之间；至焊盘中心之间；c)SOJc)SOJ相对两排焊盘之间的距离（焊盘图形内廓）相对两排焊盘之间的距离（焊盘图形内廓）A A值一般为值一般为4.9 mm4.9 mm；d)PLCCd)PLCC相对两排焊盘外廓之间的距离：相对两排焊盘外廓之间的距离：J=C+K J=C+K（单位（单位mmmm）式中：式中：JJ焊盘图形外廓距离；焊盘图形外廓距离；CPLCC CPLCC最大封装尺寸；最大封装尺寸；K K系数，一般取系数，一般取0.750.75。C C A A A A J J 引脚在焊盘中央引脚在焊盘中央 引脚在焊盘内侧引脚在焊盘内侧1/31/3处处 J=C+KJ=C+K（K=0

15、.75mmK=0.75mm）2021/9/1713 (1)(1)再流焊工艺的元器件排布方向再流焊工艺的元器件排布方向 为为了了减减少少由由于于元元器器件件两两侧侧焊焊端端不不能能同同步步受受热热而而产产生生竖竖碑碑、移移位位、焊焊端端脱脱离离焊焊盘盘等等焊焊接接缺缺陷陷，要要求求PCBPCB上上两两个个端端头头的的片片式式元元件件的的长长轴轴应应垂垂直直于于再再流流焊焊炉炉的的传传送送带带方方向向；SMDSMD器器件件长长轴轴应应平平行行于于传传送送带带方方向。向。再流焊炉传送带方向再流焊炉传送带方向 对对于于大大尺尺寸寸的的PCBPCB，为为了了使使PCBPCB两两侧侧温温度度尽尽量量保保持

16、持一一致致，PCBPCB长长边边应应平平行行于于再再流流焊焊炉炉的的传传送送带带方方向向，因因此此当当PCBPCB尺尺寸寸大大于于200mm200mm时时要要求：求：a a 两个端头两个端头ChipChip元件的长轴与元件的长轴与PCBPCB的长边相垂直的长边相垂直;b SMD b SMD器件的长轴与器件的长轴与PCBPCB的长边平行；的长边平行；c c 双面组装的双面组装的PCBPCB两个面上的元器件取向一致。两个面上的元器件取向一致。11.再流焊与波峰焊贴片元件的排列方向设计再流焊与波峰焊贴片元件的排列方向设计2021/9/1714(2)2)波峰焊工艺的元器件排布方向波峰焊工艺的元器件排布

17、方向 波峰焊料流动方向波峰焊料流动方向 PCBPCB运行方向运行方向 a a ChipChip元元件件的的长长轴轴应应垂垂直直于于波波峰峰焊焊机机的的传传送送带带方方向向；SMDSMD器器件件长长轴轴应平行于波峰焊机的传送带方向。应平行于波峰焊机的传送带方向。b b 为为了了避避免免阴阴影影效效应应，同同尺尺寸寸元元件件的的端端头头在在平平行行于于焊焊料料波波方方向向排排成成一一直直线线；不不同同尺尺寸寸的的大大小小元元器器件件应应交交错错放放置置；小小尺尺寸寸的的元元件件要要排排布布在在大大元元件件的的前前方方；防防止止元元件件体体遮遮挡挡焊焊接接端端头头和和引引脚脚。当当不不能能按按以以上

18、上要要求求排布时，元件之间应留有排布时，元件之间应留有3 35mm5mm间距。间距。(3)(3)元元器器件件的的特特征征方方向向应应一一致致如如：电电解解电电容容器器极极性性、二二极极管管的的正正极极、三极管的单引脚端、集成电路的第一脚等。三极管的单引脚端、集成电路的第一脚等。2021/9/1715采用波峰焊工艺时采用波峰焊工艺时PCBPCB设计的几个要点设计的几个要点b)b)为了减小阴影效应提高焊接质量，波峰焊的焊盘图形为了减小阴影效应提高焊接质量，波峰焊的焊盘图形设计时要对矩形元器件、设计时要对矩形元器件、SOTSOT、SOPSOP元器件的焊盘长度作元器件的焊盘长度作如下处理：如下处理：a

19、)a)高密度布线时应采用椭圆焊盘图形，以减少连焊。高密度布线时应采用椭圆焊盘图形，以减少连焊。延伸元件体外的焊盘长度，作延长处理延伸元件体外的焊盘长度，作延长处理,；对对SOPSOP最外侧的两对焊盘加宽，以吸附多余的焊锡最外侧的两对焊盘加宽，以吸附多余的焊锡（俗称窃锡焊盘）；（俗称窃锡焊盘）；小于小于3.2mm1.6mm3.2mm1.6mm的矩形元件，在焊盘两侧可作的矩形元件，在焊盘两侧可作4545倒角处理。倒角处理。2021/9/1716 减小阴影效应的措施减小阴影效应的措施 延伸元件体外的焊盘长度延伸元件体外的焊盘长度4545倒角处理倒角处理窃锡焊盘窃锡焊盘2021/9/1717 c)c)

20、波峰焊时，应将导通孔设置在焊盘的尾部或靠近焊盘。导通孔的波峰焊时，应将导通孔设置在焊盘的尾部或靠近焊盘。导通孔的位置应不被元件覆盖，便于气体排出。当导通孔设置在焊盘上时，位置应不被元件覆盖，便于气体排出。当导通孔设置在焊盘上时，一般孔与元件端头相距一般孔与元件端头相距0.254mm0.254mm。d)d)元器件的布排方向与顺序：元器件的布排方向与顺序：*元器件布局和排布方向应遵循较小的元件在前和尽量避免互相遮元器件布局和排布方向应遵循较小的元件在前和尽量避免互相遮挡的原则；挡的原则；*波峰焊接面上的大小元器件应交错放置，不应排成一直线；波峰焊接面上的大小元器件应交错放置，不应排成一直线；*波峰

21、焊接面上不能安放波峰焊接面上不能安放QFPQFP、PLCCPLCC等四边有引脚的器。等四边有引脚的器。*由于波峰焊接前已经将片式元器件用贴片胶粘接在由于波峰焊接前已经将片式元器件用贴片胶粘接在PCBPCB上了，波峰上了，波峰焊时不会移动位置，因此对焊盘的形状、尺寸、对称性以及焊盘和焊时不会移动位置，因此对焊盘的形状、尺寸、对称性以及焊盘和导线的连接等要求都可以根据印制板的实际情况灵活一些。导线的连接等要求都可以根据印制板的实际情况灵活一些。2021/9/171812.12.元器件的间距设计元器件的间距设计(1)与元器件间距相关的因素：与元器件间距相关的因素：元器件外型尺寸的公差元器件外型尺寸的公差,元器件释放的热量元器件释放的热量;贴片机的转动精度和定位精度贴片机的转动精度和定位精度;布线设计所需空间布线设计所需空间,已知使用层数；已知使用层数；焊接工艺性和焊点肉眼可测性；焊接工艺性和焊点肉眼可测性；自动插件机所需间隙自动插件机所需间隙;测试夹具的使用测试夹具的使用;组装和返修的通道；组装和返修的通道；2021/9/1719(2)(2)一般组装密度的焊盘间距一般组装密度的焊盘间距元器件间相邻焊盘最小间距示意图（单位：元器件间相邻焊盘最小间距示意图（单位：mmmm）PLCCPLCCQFPSOPSOT2021/9/1720