电子产品可制造性设计DFM培训讲座PPT公开课课件.ppt

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1、欢迎参加欢迎参加电子产品可制造性设计电子产品可制造性设计DFM培训培训-Design For Manufacturing彭有鹏彭有鹏一一.目的：目的：1.推行推行DFM 降低制造成本降低制造成本 缩短开发周期缩短开发周期2.愿景目标：愿景目标：DFM问题造成版本更改小于问题造成版本更改小于?%DFM设计一次通过率大于设计一次通过率大于?%单板试制综合直通率大于单板试制综合直通率大于?%注：为了占领市场，公司一般会推行注：为了占领市场，公司一般会推行N年质保。故在设计之初年质保。故在设计之初就要考虑到就要考虑到N年后，产品大量失效的风险。而年后，产品大量失效的风险。而DFM可以从源头可以从源头上

2、降低这一风险。上降低这一风险。3.回报回报任何工作启动阶段总是低回报任何工作启动阶段总是低回报DFM工作也不例外工作也不例外二二.基础：基础：电子产品的可制造性，特指电子产品的可制造性，特指PCB的设计、制作和制造。的设计、制作和制造。曲棍球效应 设 计 制 作 制 造2.DFM的基础：设计规范的基础：设计规范ERFs：Engineering technology Rule Files，工程技，工程技术规则文件，即术规则文件，即DFM规则。规则。目录：目录：第一章第一章 电子产品工艺设计概述电子产品工艺设计概述1.可制造性设计概念可制造性设计概念生产线的规划生产线的规划 设备满足公司产品、工艺

3、和品质要求。设备满足公司产品、工艺和品质要求。生产线的应用生产线的应用 产品、工艺和品质要求配合生产线。产品、工艺和品质要求配合生产线。设计是整个产品的第一站设计是整个产品的第一站设计缺陷流到后工序，其解决费用会成百倍的增加设计缺陷流到后工序，其解决费用会成百倍的增加再好的设备也弥补不了设计缺陷再好的设备也弥补不了设计缺陷 可制造性设计3.品质来自设计品质来自设计优良的品质：优良的品质：优良的现场工艺管制优良的现场工艺管制(6)-重复性、稳定性重复性、稳定性 良好的设计良好的设计(DFSS)-与工艺能力良好配合与工艺能力良好配合DFSS=Design For Six Sigma，6设计设计DF

4、MDFADFRDFTDFSDFVDFx功能：越来越多功能：越来越多 元件尺寸越来越小元件尺寸越来越小价格：越来越低价格：越来越低 组装密度越来越高组装密度越来越高外形：越来越小外形：越来越小 制造对设计的依赖越来越强制造对设计的依赖越来越强环保：推行无铅环保：推行无铅 逐步由有铅过渡到无铅工艺逐步由有铅过渡到无铅工艺消费类电子因销量大、用户多，是电子行消费类电子因销量大、用户多，是电子行业发展的风向标业发展的风向标，引领着微电子、网络、，引领着微电子、网络、通信等产品向前发展。通信等产品向前发展。5.客户的需求客户的需求品质品质功能、性能、可靠性、外观等等功能、性能、可靠性、外观等等价格价格价

5、值，良好的性价比价值，良好的性价比快而及时的交货快而及时的交货体现为生产周期体现为生产周期一个设计人员能影响以上各项一个设计人员能影响以上各项!6.技术整合的必要性技术整合的必要性从一个电容立碑开始分析：从一个电容立碑开始分析：焊盘设计：焊盘设计：不对称不对称;太长太长reflow时张力大时张力大;太宽易漂移太宽易漂移可焊性：可焊性：焊盘或焊盘或PIN污染、氧化，锡膏不润湿污染、氧化，锡膏不润湿散热面积：散热面积：没加花焊盘；走线不对称。如图没加花焊盘；走线不对称。如图锡膏：锡膏：滚动性不好；搅拌不均匀；放置时间太久滚动性不好；搅拌不均匀；放置时间太久回流焊的温度：升温速率太快；预热时间短回流

6、焊的温度：升温速率太快；预热时间短贴片精度：贴片精度：贴偏贴偏钢网：钢网：清洗频率太低，堵孔清洗频率太低，堵孔7.各设计阶段考虑因素各设计阶段考虑因素设计步骤和内容设计步骤和内容 注意点注意点电路电路 DFV,DFM,DFT,DFRPCB DFA,DFM,DFT,DFR,DFS 热设计热设计 DFR EMC,EMI,ESD DFT,DFR 机械设计机械设计 DFV,DFA,DFM,DFT,DFR,DFS软件软件 DFT,DFS材料选择材料选择 DFA,DFM,DFT,DFR,DFS封装及包装封装及包装 DFA,DFR设计者应明白在设计中考虑何种内容，不同的产品有不同的考虑重点。设计者应明白在设

7、计中考虑何种内容，不同的产品有不同的考虑重点。DFV价格设计Design for Value(performance/price ratio)DFR可靠性设计(Design for Reliability)DFM可制造性设计(Design for Manufacturability)DFA 可装配性设计(Design for Assembly)DFT 可测试设计(Design for Testability)DFS 可维护性设计(Design for Servicability)8.制造工艺的坚固性（健壮性）制造工艺的坚固性（健壮性）指在某一生产环境下，其特性不会随外界因素的变化而产生大的改变

8、。能保指在某一生产环境下，其特性不会随外界因素的变化而产生大的改变。能保证产品的重复性、稳定性。证产品的重复性、稳定性。尽量使用成熟的工艺，做精密的产品。尽量使用成熟的工艺，做精密的产品。eg：选用：选用pitch0.8mm的的BGA；pitch0.5mm的的QFN/QFP；使用；使用 10mil的的过孔；全贴片的设计；有铅工艺过孔；全贴片的设计；有铅工艺9.优良制造性的标准优良制造性的标准产品的可制造性：高生产效率产品的可制造性：高生产效率 高稳定性高稳定性 可接受的缺陷率，零缺陷会使投入与产出不成比例可接受的缺陷率，零缺陷会使投入与产出不成比例产品的高可靠性：适应不同环境的变化产品的高可靠

9、性：适应不同环境的变化 产品维持一定的使用周期产品维持一定的使用周期第二章第二章 SMT制造过程制造过程1.THT与与SMT工艺工艺THTSMT是发展趋势是发展趋势THT：通孔插入安装技术，通孔插入安装技术，Through Hole Technology的简写。的简写。SMT：表面贴装技术，表面贴装技术，Surface Mounted Technology的简写。的简写。THT工艺工艺优点：优点：缺点：缺点：焊点变化不大焊点变化不大 不利于产品的微型化不利于产品的微型化 焊接时元件温度较低焊接时元件温度较低 自动化程度不高自动化程度不高容易目检容易目检 生产总成本较高生产总成本较高元件功率大元

10、件功率大焊点的机械强度大焊点的机械强度大主要应用在对可靠性要求非常高的航空、航天等产品上。主要应用在对可靠性要求非常高的航空、航天等产品上。SMT工艺工艺优点：优点：缺点：缺点：适于微型化适于微型化 技术、工艺和检测较复杂技术、工艺和检测较复杂电气性能好（引脚短电气性能好（引脚短,寄生参数小）寄生参数小）设备投资大设备投资大生产成本低生产成本低 焊接强度小焊接强度小 对员工素质要求提高对员工素质要求提高主要应用在高密度、高效率、大批量的消费和工业级产品上。主要应用在高密度、高效率、大批量的消费和工业级产品上。2.SMT是一门依赖技术整合的科技是一门依赖技术整合的科技在电路设计前，就要考虑到工艺

11、、基板和元件选型相关的内容。在电路设计前，就要考虑到工艺、基板和元件选型相关的内容。3.工艺线路设计工艺线路设计常用的组装方式常用的组装方式1a.单面单面THT自动插件自动插件手动插件手动插件波峰焊接波峰焊接b.单面单面SMT印刷锡膏印刷锡膏元件贴装元件贴装 回流焊接回流焊接这两种组装方式不能适应高密度产品的发展，已较少采用这两种组装方式不能适应高密度产品的发展，已较少采用常用的组装方式常用的组装方式2a.双面双面SMT印刷锡膏印刷锡膏元件贴装元件贴装回流焊接回流焊接翻板翻板印刷锡膏印刷锡膏元件贴装元件贴装回流焊接回流焊接优点：组装密度很高优点：组装密度很高缺点：对元件选择和缺点：对元件选择和

12、PCB设计有一定要求设计有一定要求推荐选用。推荐选用。板面积不是太大，精度要求也不是太高时，可以不用LOCAL尽量使用成熟的工艺，做精密的产品。4）应具备温度曲线测试功能，否则应外购温度曲线采集器当大焊盘的距离不够时，可对大焊盘进行切角处理。产品对信号传输质量的要求越来越高板面积不是太大，精度要求也不是太高时，可以不用LOCAL脚跟（HEEL）作用：机械强度、锡球的形成预热时间短贴片精度：贴偏钢网：清洗频率太低，堵孔CSP/BGA过炉后，用x射线照射发现，靠边缘的一个锡珠总是莫名其妙的消失了。概念阶段的DFM1.当大焊盘的距离不够时，可对大焊盘进行切角处理。FR-4基板性能主要成分为环氧玻璃布

13、常用半固化片型号1080、2116、7628厚度分别为0.是衡量产品耐热性能的指标。如何提高电子产品工艺质量?如何提高电子产品工艺质量?能承受多次焊接（返修）高温.基板选取的三准则-成本、性能和质量脚跟（HEEL）作用：机械强度、锡球的形成eg：大尺寸的芯片（30 x30mm的cpu）与小尺寸的chip器件（0201、ERFs：Engineering technology Rule Files，工程技术规则文件，即DFM规则。建立工艺和设备能力规范-内容.常用的组装方式常用的组装方式3a.双面双面SMT+THT印刷锡膏印刷锡膏元件贴装元件贴装回流焊接回流焊接翻板翻板点胶点胶 元件贴装元件贴装胶

14、固化胶固化 翻板翻板手插件手插件 波峰焊波峰焊特点：工艺较为灵活、当前主流组装方式特点：工艺较为灵活、当前主流组装方式为加强理解，附上波峰焊工艺简要流程为加强理解，附上波峰焊工艺简要流程派生组装方式派生组装方式单面单面SMT+THT双面双面SMT+手工补焊手工补焊正面正面THT+反面反面SMT等等新型组装方式新型组装方式Flip-ChipCOB(chip on board)MCM(multichip module)等等工艺线路设计：工艺线路设计：1.公司内部规定公司内部规定x种工艺线路。种工艺线路。2.参考基板、元件的相关内容，选择一种合适的工艺路线。参考基板、元件的相关内容，选择一种合适的工

15、艺路线。3.按照该工艺路线，合理布局、合理设计电路和封装。按照该工艺路线，合理布局、合理设计电路和封装。eg：双面：双面SMT工艺时，工艺时，BGA、大的、大的/重的元件摆在同一面，非重的元件摆在同一面，非BGA、小的、小的/轻的元件轻的元件摆另一面；如果同一元件需要过波峰焊和回流焊两种工艺，则在设计时要选择对摆另一面；如果同一元件需要过波峰焊和回流焊两种工艺，则在设计时要选择对应的封装，因为两种工艺对应的元件封装完全不同；应的封装，因为两种工艺对应的元件封装完全不同；chip元件过波峰焊时，要设元件过波峰焊时，要设置点胶孤立焊盘置点胶孤立焊盘4.SMT典型工序一：锡膏涂布典型工序一：锡膏涂布

16、方法有三：点锡、印刷和喷印方法有三：点锡、印刷和喷印印刷方法是主流，点锡不适合批量生产，喷印太贵。印刷方法是主流，点锡不适合批量生产，喷印太贵。点锡点锡 点锡的应用点锡的应用印刷印刷a.丝网印刷丝网印刷 不适合于细间距，很少使用。不适合于细间距，很少使用。b.模板印刷模板印刷 精度高、平整度好，适于细间距，目前普通采用。精度高、平整度好，适于细间距，目前普通采用。锡膏印刷方法锡膏印刷方法锡膏印刷步骤锡膏印刷步骤1）刮刀与）刮刀与PCB之间要有一定距离。因为：之间要有一定距离。因为：a.放置锡膏放置锡膏 b.锡膏是滚动前进锡膏是滚动前进的，的，给滚动留有助跑空间，这样有向下的力，填锡才能好。给滚

17、动留有助跑空间，这样有向下的力，填锡才能好。2）大的热焊盘要采用）大的热焊盘要采用井字状开孔井字状开孔，以免锡膏塌陷。，以免锡膏塌陷。控制上述四个步骤，需要好的基板平整度、焊盘设计和加工质量、钢网加控制上述四个步骤，需要好的基板平整度、焊盘设计和加工质量、钢网加工质量。工质量。预热时间短贴片精度：贴偏钢网：清洗频率太低，堵孔用于ICT等自动设备用于载板安装、裁板和压接等注意：PCB进板时，要靠机器挡块挡住PCB来定位，相应PCB位置不能有凹口。玻璃脆性态转化为粘流态或高弹态时的温基板设计从设备对基板的处理开始考虑eg：选用pitch0.3：焊盘本身的尺寸（考虑器件的三维尺寸和焊端形状）如何提高

18、电子产品工艺质量?派生组装方式单面SMT+THT双面SMT+手工补焊正面THT+反面SMT等新型组装方式Flip-ChipCOB(chip on board)MCM(multichip module)等要想做好产品开发还需要什么?新问题案例库 提炼规范 加入形成动态规范库规范永远不做，永远是空白。01005的阻容）就不搭配；能保证产品的重复性、稳定性。对员工素质要求提高1：SMD元件占地范围3）孔径120mil(3mm)，走线距孔边缘12milFOV=Field Of View，视场Vision FOV即机器视觉范围要优于w1=12mil，w2=8mil的设计，因为后者短路eg：双面SMT工艺

19、时，BGA、大的/重的元件摆在同一面，非BGA、小的/轻的元件摆另一面；有铅工艺9.第六章 电子工艺技术平台的建立当大焊盘的距离不够时，可对大焊盘进行切角处理。焊盘设计案例器件焊端形状对焊盘设计的影响锡膏印刷对基板的要求锡膏印刷对基板的要求：尺寸准确、稳定尺寸准确、稳定 绿油不高于绿油不高于SMT焊盘焊盘焊盘加工为正公差焊盘加工为正公差 绿油绿油/丝印不上焊盘丝印不上焊盘板面清洁板面清洁 焊盘表面平整焊盘表面平整锡膏喷印锡膏喷印不需要钢网不需要钢网每分钟可喷印每分钟可喷印3万点万点换线快换线快锡膏涂敷效果好锡膏涂敷效果好无脱模难问题，保证细间距印刷无脱模难问题，保证细间距印刷全编程控制，锡厚可

20、控全编程控制，锡厚可控锡膏颗粒小，价格昂贵锡膏颗粒小，价格昂贵MY5000MYDATA公司，上海有售，焊盘加工为正公差,特别注意CSP、BGA等IC的焊盘size和pitch5.SMT典型工序二：贴片典型工序二：贴片贴片的工序流程图贴片的工序流程图贴片机的基本结构：贴片机的基本结构：基板处理系统基板处理系统传送基板、基板对位传送基板、基板对位/定位定位贴片头贴片头内装吸嘴，用于真空拾内装吸嘴，用于真空拾/放元件放元件供料系统供料系统 即即feeder，有机械式和电子式，有机械式和电子式元件对中系统元件对中系统 利用影像识别系统，制作零件资料利用影像识别系统，制作零件资料和零件吸取后的识别和零件

21、吸取后的识别比较好的贴片设备有松下、西门子，可比较好的贴片设备有松下、西门子，可以识别出器件引脚的变形和污染。以识别出器件引脚的变形和污染。贴片精度贴片精度影响贴片的主要因素有下面影响贴片的主要因素有下面4个：个：6.SMT典型工序三：回流焊典型工序三：回流焊回流焊技术要点：回流焊技术要点：找出最佳的温度曲线找出最佳的温度曲线温度曲线处理良好的受控状态温度曲线处理良好的受控状态回流焊原理：回流焊原理：回流焊技术分类回流焊技术分类加热区域可分为两大类：加热区域可分为两大类：1 1）对）对PCBPCB局部加热。局部加热。分为激光回流焊、聚焦红外回流焊、光束回流焊、热气流回流焊。分为激光回流焊、聚焦

22、红外回流焊、光束回流焊、热气流回流焊。2 2）对）对PCBPCB整体加热。整体加热。分为热板回流焊、红外回流焊、分为热板回流焊、红外回流焊、热风回流焊热风回流焊、热风加红外回流焊、气相回流焊。、热风加红外回流焊、气相回流焊。可分为三大类：可分为三大类：可分为三大类：可分为三大类：传导传导热板、热丝回流焊、气相回流焊热板、热丝回流焊、气相回流焊对流对流热风、热气流回流焊热风、热气流回流焊辐射辐射激光、红外、光束回流焊激光、红外、光束回流焊1 1）传导：它具有依靠物体内部的传导：它具有依靠物体内部的温度差温度差或两个不同物体或两个不同物体直接接触直接接触，在不产生相对运动，在不产生相对运动，仅靠物

23、体内部微粒的热运动传递了热量。仅靠物体内部微粒的热运动传递了热量。2）对流：）对流：流体中温度不同流体中温度不同的各部分之间发生相对位移时所引起的的各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递热量传递的过程。的过程。3）辐射：物体通过）辐射：物体通过电磁波传递能量电磁波传递能量的过程称为辐射，由于热的原因，物体的内能转化的过程称为辐射，由于热的原因，物体的内能转化为电磁波的能量而进行的辐射过程。比如冬天烤火。为电磁波的能量而进行的辐射过程。比如冬天烤火。对流和传导最大的区别是对流是流体中的热传递过程，比如液体和气体。而传导是固体对流和传导最大的区别是对流是流体中的热传递过程，比如液体和气体。而传导

24、是固体和固体或者固体和流体之间的，比如水中的菜被加热。和固体或者固体和流体之间的，比如水中的菜被加热。热风回流炉基本结构热风回流炉基本结构回流炉子按回流炉子按PCBA温度变化可分为温度变化可分为4个区个区预热预热区区:使元器件使元器件/基板快速获得热量。基板快速获得热量。恒温恒温区区:使基板各处元器件焊接前一瞬间尽量彼此温差最小。使基板各处元器件焊接前一瞬间尽量彼此温差最小。回流回流区区:焊膏熔化，形成良好焊点。焊膏熔化，形成良好焊点。冷却冷却区区:使基板使基板/元器件温度降低到室温。元器件温度降低到室温。7.工艺窗口工艺窗口各个器件的温度曲线不同，增加了焊接的难度。各个器件的温度曲线不同，增

25、加了焊接的难度。曲线曲线2的器件形成良好焊接时的器件形成良好焊接时,曲线曲线1的器件过热的器件过热,曲线曲线3的器件则焊接不充分。的器件则焊接不充分。板上只有一种器件时板上只有一种器件时,不管数量有多少不管数量有多少,焊接都很简单因为温度曲线只有一种。焊接都很简单因为温度曲线只有一种。b.实际的温度特性曲线实际的温度特性曲线热风回流焊不能控制局部的温度热风回流焊不能控制局部的温度不耐高温器件不能加工不耐高温器件不能加工各器件的热容量尽量相近，热容各器件的热容量尽量相近，热容量大的器件可能虚焊量大的器件可能虚焊单板上的温度特性一般都是一个宽带，选型时我们尽量使器件温度的带宽最单板上的温度特性一般

26、都是一个宽带，选型时我们尽量使器件温度的带宽最窄，以获得好的焊接效果。即选择温度曲线窄，以获得好的焊接效果。即选择温度曲线/热容量相近的器件。热容量相近的器件。eg：大尺寸的芯片（：大尺寸的芯片（30 x30mm的的cpu）与小尺寸的）与小尺寸的chip器件（器件（0201、01005的阻容）就不搭配；的阻容）就不搭配；ublox模块（低温曲线）与模块（低温曲线）与marvell的的CPU（高温（高温曲线）也不搭配。曲线）也不搭配。要优于w1=12mil，w2=8mil的设计，因为后者短路树脂成份越多、r值越小FR-4纯树脂r2）80mil(2mm)孔径120mil(3mm)，走线距孔边缘10

27、mil；18mm型号越大、纤维越多、树脂越少层间最小厚度3.元件方向PCB上应力与元件方向的关系焊接PCB板时产生的曲翘，对不同布局方向的元件会产生不同的应力分板时也是一样。元件重量与焊盘面积之比是用来衡量是否能进行这种成功焊接一个标准。概念阶段的DFM1.脚指（TOE）作用：机械强度、目检、立碑及阴影效应而DFM可以从源头上降低这一风险。第二章 SMT制造过程1.如果同一元件需要过波峰焊和回流焊两种工艺，则在设计时要选择对应的封装，因为两种工艺对应的元件封装完全不同；影响焊盘尺寸的因素众多，必须全面的配合才能做好。足够的机械强度.热点，一般在炉膛中间,无元件或元件稀少及小元件处；3）孔径12

28、0mil(3mm)，走线距孔边缘12mil基准点的数量最少两点回流炉子按PCBA温度变化可分为4个区预热区:使元器件/基板快速获得热量。建立基板的规范.DFM的基础：设计规范元件方向PCB上应力与元件方向的关系焊接PCB板时产生的曲翘，对不同布局方向的元件会产生不同的应力分板时也是一样。1 1）传输带横向温度均匀，）传输带横向温度均匀，无铅焊接要求无铅焊接要求222 2）加热区长度越长、加热区数量越多，越容易调整和控制温度曲线，）加热区长度越长、加热区数量越多，越容易调整和控制温度曲线，无铅无铅焊接应选择焊接应选择7 7温区以上温区以上3 3）要求传送带）要求传送带运行平稳运行平稳，震动会造成

29、移位、吊桥、冷焊等缺陷，震动会造成移位、吊桥、冷焊等缺陷4 4）应）应具备温度曲线测试具备温度曲线测试功能，否则应外购温度曲线采集器功能，否则应外购温度曲线采集器热电偶测温仪准备一块焊接好的实准备一块焊接好的实际的际的PCB产品产品测试点数测试点数3-9。分别。分别为高为高(热点热点)、中、低、中、低(冷冷点点)有代表性的温度测有代表性的温度测试点。试点。热点热点热点热点，一般在炉膛中间一般在炉膛中间,无元件或元件稀少及小元件处；无元件或元件稀少及小元件处；冷点冷点冷点冷点，一般在大型元器件一般在大型元器件(如如PLCC、BGA)、大面积铺铜、传输导轨或炉膛的边缘、热风对流吹不到的位置。、大面

30、积铺铜、传输导轨或炉膛的边缘、热风对流吹不到的位置。d.双面回流焊介绍双面回流焊介绍存在的问题：存在的问题：底部的大元件可能会在第二次回流焊过程中掉落；底部焊点底部的大元件可能会在第二次回流焊过程中掉落；底部焊点经过第二次回流焊后部分熔融而造成焊点的可靠性问题。经过第二次回流焊后部分熔融而造成焊点的可靠性问题。方法方法1 1：用胶粘住第一面元件（炉温、锡膏不变）用胶粘住第一面元件（炉温、锡膏不变）特点：特点：元件不会掉落。元件不会掉落。很常用，但工艺复杂、同时需额外的设备和操作步很常用，但工艺复杂、同时需额外的设备和操作步骤，增加了成本。骤，增加了成本。方法方法2：应用不同熔点的焊锡合金（锡膏

31、改变，炉温不变）：应用不同熔点的焊锡合金（锡膏改变，炉温不变）第一面采用较高熔点合金，第二面采用较低熔点合金。第一面采用较高熔点合金，第二面采用较低熔点合金。特点：高熔点合金的锡膏势必要提高回流焊的温度，那就可能会对元件与特点：高熔点合金的锡膏势必要提高回流焊的温度，那就可能会对元件与PCB本身造成损伤。低熔点合金的锡膏可能受到最终产品的工作温度的限本身造成损伤。低熔点合金的锡膏可能受到最终产品的工作温度的限制，也会影响产品可靠性。制，也会影响产品可靠性。方法方法3：第二次回流焊时将炉子底部温度调低，并吹冷风。第二次回流焊时将炉子底部温度调低，并吹冷风。（锡膏不变，炉温改变）（锡膏不变，炉温改

32、变）特点：这种方法在第二次回流焊时，可以使特点：这种方法在第二次回流焊时，可以使PCBPCB底部焊点温度低于熔点。但底部焊点温度低于熔点。但是由于上、下面温差产生内应力，也会影响可靠性。是由于上、下面温差产生内应力，也会影响可靠性。实际上很难将实际上很难将PCBPCB上、下拉开上、下拉开30 30 以上的距离，可能会引起二次熔融不充以上的距离，可能会引起二次熔融不充分，造成焊点质量变差。分，造成焊点质量变差。方法方法4：双面采用相同温度曲线（锡膏不变，炉温不变）：双面采用相同温度曲线（锡膏不变，炉温不变）对于大多数小元件，由于熔融的焊点的表面张力足够抓住底部元件，二次对于大多数小元件，由于熔融

33、的焊点的表面张力足够抓住底部元件，二次熔融后完全可以形成可靠的焊点。熔融后完全可以形成可靠的焊点。元件重量与焊盘面积之比是用来衡量是否能进行这种成功焊接一个标准。元件重量与焊盘面积之比是用来衡量是否能进行这种成功焊接一个标准。元件重量（元件重量（DgDg）与焊盘面积（）与焊盘面积（P P）之比）之比30g/in30g/in2 2工艺控制：工艺控制：PCB设计应将大元件布放在主（设计应将大元件布放在主（A）面，小元在辅（）面，小元在辅（B）面。）面。设计时遵循原则：设计时遵循原则：Dg/P30g/in2 不符合以上原则的元件，设计时增加不符合以上原则的元件，设计时增加假假焊盘，用胶粘住。焊盘，用

34、胶粘住。先焊先焊B面，后焊面，后焊A面。面。双面贴装双面贴装BGA时，大时，大BGA在在主主面，小面，小BGA在辅面。在辅面。双面都有大双面都有大BGA时，尽量交叉排布。时，尽量交叉排布。双面都有大双面都有大BGA时，应缓慢升温，尽量减小时，应缓慢升温，尽量减小PCB表面的温差表面的温差 T T。e.回流焊的总结回流焊的总结1）PCBPCB设计设计(焊盘、走线和布局）、元器件选型焊盘、走线和布局）、元器件选型(可焊性、封装和尺寸）、可焊性、封装和尺寸）、焊膏质量、焊膏质量、PCBPCB制作质量是保证回流焊品质的基础，因为这些问题在生产工制作质量是保证回流焊品质的基础，因为这些问题在生产工艺中是

35、很难甚至是无法解决的。艺中是很难甚至是无法解决的。2 2）与生产线设备、）与生产线设备、SMTSMT每道工序的工艺参数和操作人员的操作也有密切的每道工序的工艺参数和操作人员的操作也有密切的关系。关系。3 3）因此只要）因此只要PCBPCB设计正确，元器件、焊膏和设计正确，元器件、焊膏和PCBPCB都是合格的，回流焊质量是都是合格的，回流焊质量是可以通过印刷、贴装、回流焊每道工序的工艺来控制的。可以通过印刷、贴装、回流焊每道工序的工艺来控制的。波峰焊的介绍暂略波峰焊的介绍暂略第三章第三章.基板与元件的工艺设计和选择基板与元件的工艺设计和选择主要内容主要内容1.介绍基板和元件的基本知识介绍基板和元

36、件的基本知识2.基板、元件的选用准则基板、元件的选用准则3.基板、元件使用情况基板、元件使用情况4.组装（封装）的发展组装（封装）的发展设计人员职责设计人员职责a.基板基板/元件影响品元件影响品质（可靠性）、可质（可靠性）、可制造性、价格和交制造性、价格和交货期。货期。b.合理选用基板合理选用基板/元元件是设计人员的份件是设计人员的份内事。内事。1.基板的选择基板的选择产品对信号传输质量的要求越来越高产品对信号传输质量的要求越来越高必须合理选择基材必须合理选择基材b.基材种类基材种类硬质印刷电路板的常用基材硬质印刷电路板的常用基材公司常用的基材为公司常用的基材为FR-4温度高、需多次返工、多于

37、温度高、需多次返工、多于20层时，宜用层时，宜用BT、PI、CEBT、PI、CE成本高于成本高于FR-4PI不具有阻燃性能不具有阻燃性能CE含氰，不利于环保含氰，不利于环保介电常数（介电常数（r）越低，传输速率越快，特性阻抗越高）越低，传输速率越快，特性阻抗越高.Tg：玻璃态转化温度。为非晶态聚合物从：玻璃态转化温度。为非晶态聚合物从玻璃脆性态转化为粘流态或高弹态时的温玻璃脆性态转化为粘流态或高弹态时的温度。是衡量产品耐热性能的指标。度。是衡量产品耐热性能的指标。Tg值越高，越耐高温。值越高，越耐高温。c.FR-4基板性能基板性能主要成分为环氧玻璃布主要成分为环氧玻璃布常用半固化片型号常用半固

38、化片型号1080、2116、7628厚度分别为厚度分别为0.07mm、0.13mm、0.18mm型号越大、纤维越多、树脂越少型号越大、纤维越多、树脂越少层间最小厚度层间最小厚度3.5mil常用外层导体初始厚度常用外层导体初始厚度1oz完工厚度大于完工厚度大于0.033mm常用内层导体初始厚度常用内层导体初始厚度1ozr值一般在值一般在1MHz下测量下测量测试频率越高，测试频率越高，r值越小值越小树脂成份越多、树脂成份越多、r值越小值越小FR-4纯树脂纯树脂r 树脂含量为树脂含量为55%时，时，rd.8层板层压结构层板层压结构芯板由铜箔、介质层和铜箔组成芯板由铜箔、介质层和铜箔组成半固化片即介质

39、层半固化片即介质层。介质层由树脂。介质层由树脂(肉肉)、补强材料、补强材料(骨胳骨胳)及其它功能补强添及其它功能补强添加物加物(组织组织)组成。组成。多层板的材料：多层板的材料：铜箔有：铜箔有：18um、35um、70um、105um.芯板有芯板有:0.10mm、0.13mm、0.15mm、0.20mm、0.25mm、0.36mm、0.51mm、0.71mm、0.80mm、1.0mm、1.2mm、1.5mm、1.6mm、1.9mm、2.0mm、2.4mm.板厚公差的控制板厚公差的控制:1.0mm以下的成品板厚以下的成品板厚,板厚公板厚公差按照差按照+/-0.1mm控制控制;2.5mm以上的成品

40、板厚，板厚以上的成品板厚，板厚公差按照公差按照+/-8%控制控制;其余板厚公差要求为其余板厚公差要求为+/-10%。为控制板厚有时要使用多个半为控制板厚有时要使用多个半固化片叠加。固化片叠加。e.SMT对基板的要求对基板的要求.足够的机械强度足够的机械强度.能承受组装中的热冲击能承受组装中的热冲击.有足够的平整度，适应细间距器件的需求有足够的平整度，适应细间距器件的需求.能承受多次焊接（返修）高温能承受多次焊接（返修）高温.具有良好的电气性能（介电常数等）具有良好的电气性能（介电常数等）f.基板选取的三准则基板选取的三准则-成本、性能和质量成本、性能和质量电气性能：信号速率、频率、阻抗电气性能

41、：信号速率、频率、阻抗物理性能：层数、厚度、布线密度、热膨胀系数、物理性能：层数、厚度、布线密度、热膨胀系数、Tg值值成本：低端产品（纸基、复合基板材）成本：低端产品（纸基、复合基板材）5mm的QFN/QFP；PCB热膨胀时，其Z方向的膨胀量是X、Y方向的十几倍。（波峰焊比回流焊的焊盘尺寸大，且要加偷锡焊盘，要注意阴影效应）元件孔径及焊盘大小的计算方法：元件孔（drill）的孔径=元件引脚直径(对角线）+(1020mil)元件焊盘直径元件孔直径+18mil过孔（via）焊盘直径过孔直径+12mil板厚：厚径比12:1（保守设计是10：1）脚边（SIDE）及脚底（BOTTOM）作用：机械强度r值

42、一般在1MHz下测量测试频率越高，r值越小基准点特性要求：基准点的平整度绿油不可覆盖基准点基准点周边也应该有足够的空位良好的光学反差。制定厂内或对某一产品上的品质标准标记标记的作用-便于生产、检测、维护和可追溯性等标记的内容-产品型号-版本号-基板制造商标记和批号（周/年，以免PCB批量问题时可以召回。与元件封装、组装工艺相关的问题，不再只是工艺生产工程师的事，设计人员也应有所了解.量产阶段工艺重点责任转移到现场工艺直通率及质量指标器件替代评估PCB转换评估EMS厂商能力评估积极配合的代工厂和供应商（索取工艺能力的数据、参数和公差等）制 造另一可能原因：靠板边，炉温低。(板)厚(孔)径比10常

43、用的组装方式3a.5mm以上的成品板厚，板厚公差按照+/-8%控制;熔融后完全可以形成可靠的焊点。如何提高电子产品工艺质量?5mm细间距QFP/QFN封装）埋、盲孔技术已成熟，埋阻、埋电容技术国外已较成熟埋、盲孔技术已成熟，埋阻、埋电容技术国外已较成熟更小的线宽、线间距更小的线宽、线间距新材料和夹层技术，减小温度系数新材料和夹层技术，减小温度系数辐射散热方式使基板有更好的热传导性辐射散热方式使基板有更好的热传导性尺寸有更好的稳定性尺寸有更好的稳定性基板特性阻抗可严格受控基板特性阻抗可严格受控表面处理的改进以适应表面处理的改进以适应FPT加工方式会借用微电子工业的方法加工方式会借用微电子工业的方

44、法如等离子刻蚀如等离子刻蚀虽然虽然国内厂商的线宽国内厂商的线宽/线间距可达线间距可达3mil，但是不要挑战极限，尽量使用成熟工艺：，但是不要挑战极限，尽量使用成熟工艺：线宽线宽/线间距线间距4mil/4mil孔径孔径 10mil(板板)厚厚(孔孔)径比径比10过孔镀铜后中间铜薄、两边铜厚。过孔镀铜后中间铜薄、两边铜厚。PCB热膨胀时，其热膨胀时，其Z方向的膨胀量是方向的膨胀量是X、Y方向的十几倍。方向的十几倍。故会在过孔中间拉伸断故会在过孔中间拉伸断裂；同时两边铜与介质接触，也会在两边的接触处拉伸断裂。裂；同时两边铜与介质接触，也会在两边的接触处拉伸断裂。2.元件的选择元件的选择-成本和微型化

45、成本和微型化b.分立元件选用准则分立元件选用准则、尽量选用片状、尽量选用片状SMD元件，提高制造效率元件，提高制造效率、尽量选用标准件，、尽量选用标准件，做归一化处理，使种类尽可能少做归一化处理，使种类尽可能少，提高制造效率，提高制造效率、避免同时选用很大和很小的、避免同时选用很大和很小的SMD器件（如器件（如6032与与0402&0201）降低制造缺陷降低制造缺陷、包装优选带式、包装优选带式、线绕电感等、线绕电感等SMD器件不能过波峰焊器件不能过波峰焊、过波峰的、过波峰的SMD器件，器件，standoff较大时需作假焊盘较大时需作假焊盘、元件封装要能承受相应焊接工艺的高温、元件封装要能承受相

46、应焊接工艺的高温、分立元件需大于、分立元件需大于0201c.IC选用准则选用准则、插装、插装IC已不能适应产品发展尽量避免选用已不能适应产品发展尽量避免选用、小于、小于0.4mm的的SOP/QFP，工艺能力可能不足慎选，工艺能力可能不足慎选、SOJ/PLCC不便检测和返修不便检测和返修 慎选慎选、LCC等无引线等无引线IC 尽量避免选用尽量避免选用、COB/FC无加工能力禁止选用无加工能力禁止选用优选封装：优选封装：与元件封装、组装工艺相关的问题，不再只是工艺生产工程师的与元件封装、组装工艺相关的问题，不再只是工艺生产工程师的事，设计人员也应有所了解事，设计人员也应有所了解.例例1,设计人员需

47、要了解元件封装在散热方面的差别，选择温设计人员需要了解元件封装在散热方面的差别，选择温度敏感或大功率器件时必须考虑封装形式。因为工艺、生产度敏感或大功率器件时必须考虑封装形式。因为工艺、生产人员可能并不了解器件的功耗情况。人员可能并不了解器件的功耗情况。例例2，设计人员需要知道公司设备对元件的处理能力，否则，设计人员需要知道公司设备对元件的处理能力，否则选择的元件可能需要定制吸嘴，也可能拾放不稳造成抛料太选择的元件可能需要定制吸嘴，也可能拾放不稳造成抛料太多。多。第四章第四章.PCB布局、布线设计布局、布线设计三要素：基准点、定位孔、标记。三要素：基准点、定位孔、标记。基板设计从设备对基板的处

48、理开始考虑基板设计从设备对基板的处理开始考虑自动传送带所需的留空宽度（自动传送带所需的留空宽度（5mm）基板在设备中的定位方式基板在设备中的定位方式定位孔的位置、形状和尺寸定位孔的位置、形状和尺寸1.基准点基准点基准点类型基准点类型板面积不是板面积不是太大，精度太大，精度要求也不是要求也不是太高时，可太高时，可以不用以不用LOCAL基准点特性要求：基准点特性要求：基准点的平整度基准点的平整度绿油不可覆盖基准点绿油不可覆盖基准点基准点周边也应该有足够的空基准点周边也应该有足够的空位位良好的光学反差。方法见右图：良好的光学反差。方法见右图：基准点的位置和数量：基准点的位置和数量：基准点的位置最好是

49、在基板对角，且距离越远越好基准点的位置最好是在基板对角，且距离越远越好覆盖整板，增加定位的精确度覆盖整板，增加定位的精确度基准点的数量最少两点基准点的数量最少两点处理非线性的补偿则必须要有三点处理非线性的补偿则必须要有三点可以采用第四点做为后备用途可以采用第四点做为后备用途基准点不能中心对称基准点不能中心对称错位时可自行分辨错位时可自行分辨FOV=Field Of View，视场，视场Vision FOV即机器视觉范围即机器视觉范围2.定位孔定位孔公司产品在对角线上要有两个孔径为公司产品在对角线上要有两个孔径为125mil的圆形定位孔，适当时候要的圆形定位孔，适当时候要考虑使用椭圆考虑使用椭圆

50、孔（活动）孔（活动）+圆孔（定位）的方式。圆孔（定位）的方式。用于用于ICT等自动设备等自动设备用于载板安装、裁板和压接等用于载板安装、裁板和压接等注意：注意：PCB进板时，要靠机器挡块挡住进板时，要靠机器挡块挡住PCB来定位，相应来定位，相应PCB位置不能有凹口。位置不能有凹口。3.标记标记标记的作用标记的作用-便于生产、检测、维护和可追溯性等便于生产、检测、维护和可追溯性等标记的内容标记的内容-产品型号产品型号-版本号版本号-基板制造商标记和批号（周基板制造商标记和批号（周/年，以免年，以免PCB批量问题时可以召回。批量问题时可以召回。)-线路标号（划分功能区域，方便生产测试）线路标号（划