SMT——表面组装技术 第2版 教学课件 ppt 作者 何丽梅 SMT第3章-SMB设计与制造
第3章 表面组装印制版的设计与制造,通常把在绝缘基材上按预定设计，制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路。印制电路的成品板称为印制电路板。一般英文简称为PCB (Printed Circuit Board)。一块完整的印制电路板主要包括以下几个部分：绝缘基板、铜箔、过孔、阻焊层和印字面。 由于SMT用的PCB与通孔插装(THT)用的PCB在设计、材料等方面都有很多差异，为了区别，通常将专用于SMT的PCB称为SMB（Surface Mount Board）。,3.2 表面组装印制板的设计,3.2.1 表面组装印制板设计的基本原则 1.元器件布局 布局是按照电原理图的要求和元器件的外形尺寸，将元器件均匀整齐地布置在PCB上，并能满足整机的机械和电气性能要求。 元器件分布均匀，同一单元电路的元器件应相对集中排列，以便于调试和维修； 有相互连线的元器件应相对靠近排列，以利于提高布线密度和保证走线距离最短； 对热敏感的元器件，布置时应远离发热量大的元器件； 相互可能有电磁干扰的元器件，应采取屏蔽或隔离措施。,2.布线规则 布线是按照电原理图、导线表以及需要的导线宽度与间距布设印制导线，布线一般应遵守如下规则： 在满足使用要求的前提下，布线可简时不繁。选择布线方式的顺序为单层双层多层。 两个连接盘之间的导线布设尽量短，敏感的信号、小信号先走，以减少小信号的延迟与干扰。模拟电路的输入线旁应布设接地线屏蔽；同一层导线的布设应分布均匀；各层上的导电面积要相对均衡，以防板子翘曲。 信号线改变方向应走斜线或圆滑过渡,而且曲率半径大一些好，避免电场集中、信号反射和产生额外的阻抗。, 数字电路与模拟电路在布线上应分隔开，以免互相干扰，如在同一层则应将两种电路的地线系统和电源系统的导线分开布设，不同频率的信号线中间应布设接地线隔开，避免发生串扰。为了测试的方便，设计上应设定必要的断点和测试点。 电路元件接地、接电源时走线要尽量短、尽量近，以减少内阻。 上下层走线应互相垂直，以减少耦合，切忌上下层走线对齐或平行。 高速电路的多根IO线以及差分放大器、平衡放大器等电路的IO线长度应相等,以避免产生不必要的延迟或相移。, 焊盘与较大面积导电区相连接时，应采用长度不小于0.5mm的细导线进行热隔离，细导线宽度不小于0.13mm。 最靠近板的边缘的导线，距离印制板边缘的距离应大于5mm，需要时接地线可以靠近板的边缘。如果印制板加工过程中要插入导轨，则导线距板的边缘至少要大于导轨槽深的距离。 双面板上的公共电源线和接地线，尽量布设在靠近板的边缘，并且分布在板的两面。多层板可在内层设置电源层和地线层，通过金属化孔与各层的电源线和接地线连接，内层大面积的导线和电源线、地线应设计成网状，可提高多层板层间结合力。,3.导线宽度 印制导线的宽度由导线的负载电流、允许的温升和铜箔的附着力决定。一般印制板的导线宽度不小于0.2mm，厚度为18m以上。通常的设计原则如下： 信号线应粗细一致，这样有利于阻抗匹配，一般推荐线宽为0.20.3mm（812mil），而对于电源地线则走线面积越大越好。 在高速电路与微波电路中，导线的宽度和厚度应满足特性阻抗要求。 在大功率电路设计中，还应考虑到电源密度，此时应考虑到线宽与厚度以及线间的绝缘性能。若是内层导体，允许的电流密度约为外层导体的一半。,4.印制导线间距 印制板表层导线间的绝缘电阻是由导线间距、相邻导线平行段的长度、绝缘介质（包括基材和空气）所决定的，在布线空间允许的条件下，应适当加大导线间距。 5.元器件的选择 元器件的选择应充分考虑到PCB实际面积的需要，尽可能选用常规元器件。IC器件应注意引脚形状与脚间距，对元器件的包装形式、端电极尺寸、可焊性、器件的可靠性、温度的承受能力都应考虑到。,6.PCB基材的选用 选择基材应根据PCB的使用条件和机械、电气性能要求来选择；根据印制板结构确定基材的覆铜箔面数(单面、双面或多层板)；根据印制板的尺寸、单位面积承载元器件质量，确定基材板的厚度。在选择PCB基材时应考虑到下列因素： 电气性能的要求； Tg、CTE、平整度等因素以及孔金属化的能力； 价格因素。,7.印制板的抗电磁干扰设计 对PCB组装件本身的电磁干扰，在进行PCB布局、布线设计时，应作以下考虑： 可能相互产生影响或干扰的元器件，在布局时应尽量远离或采取屏蔽措施。 不同频率的信号线，不要相互靠近平行布线；对高频信号线，应在其一侧或两侧布设接地线进行屏蔽。 对于高频、高速电路，应尽量设计成双面和多层印制板。双面板的一面布设信号线，另一面可以设计成接地面；多层板中可把易受干扰的信号线布置在地线层或电源层之间。, 晶体管的基极印制线和高频信号线应尽量设计得短，减少信号传输时的电磁干扰或辐射。 不同频率的元器件不共用同一条接地线，不同频率的地线和电源线应分开布设。 数字电路与模拟电路不共用同一条地线，在与印制板对外地线连接处可以有一个公共接点。 工作时电位差比较大的元器件或印制线，应加大相互之间的距离。,8.PCB的散热设计 对印制板的散热问题，设计时必须认真考虑，一般采取以下措施： 加大印制板上与大功率元件接地面的铜箔面积： 发热量大的元器件不贴板安装，或外加散热器； 对多层板的内层地线应设计成网状并靠近板的边缘; 选择阻燃或耐热型的板材。 9. PCB板做成圆弧角 直角的PCB板在传送时容易产生卡板，因此在设计PCB板时，要对板框做圆弧角处理，根据PCB板尺寸的大小确定圆弧角的半径。,PCB设计样式,PCB样板,3.3 SMB的具体设计要求,3.3.1 整体设计 1.PCB幅面 PCB的外形一般为长宽比不太大的长方形。长宽比例较大或面积较大的板，容易产生翘曲变形，当幅面过小时还应考虑到拼板，PCB的厚度应根据对板的机械强度要求以及PCB上单位面积承受的元器件质量，选取合适厚度的基材。 考虑焊接工艺过程中的热变形以及结构强度，如抗张、抗弯、机械脆性、热膨胀等因素，PCB厚度、最大宽度与最大长宽比之间的关系见表3-6。,2.电路块的划分 较复杂的电路常常需要划分为多块电路板，或在单块电路板上划分为不同的区域。划分可按如下原则进行： 按照电路各部分的功能划分。把电路的I/O端子尽量集中靠近电路板的边缘，以便和连接器相连接，并设置相应的测试点供功能调校用。 模拟和数字两部分电路分开。 高频和中、低频电路分开，高频部分单独屏蔽起来，防止外界电磁场的干扰。 大功率电路和其他电路隔开，以便采用散热措施等。 减小电路中噪声干扰和串扰现象。易产生噪声的电路需和某些电路隔开。,3.PCB的尺寸与拚板工艺 要根据整机的总体结构来确定单块PCB的尺寸。PCB的大小、形状应适合表面组装生产线生产，符合印刷机、贴片机适用的基板尺寸范围和再流焊炉的工作宽度。 由于SMB的尺寸较小，为了更适合于自动化生产往往将多块板组合成一块板，有意识地将若干个相同或不相同单元PCB进行有规则的拼合，把它们拼合成长方形或正方形，称为拼板。尺寸小的PCB采用拼板可以提高生产效率，增强生产线的适用性，减少工装准备费用。,拼版（三拼一）,拼板之间可以采用V形槽直线分割、邮票孔、冲槽等工艺手段进行组合，要求刻槽精确、深度均匀，有较好机械支撑强度但又易于分割机分断或用手掰开。 拼合的印制电路板俗称“邮票”板，其结构示意图如图3-7所示。 邮票板可由多块同样的PCB组成或由多块不同的PCB组成。 根据表面组装设备的情况决定邮票板的最大外形尺寸，如贴片机的贴片面积印刷机的最大印刷面积和再流焊炉传送带的工作宽度等。 邮票板上各电路板间的连接筋起机械支撑作用。因此它既要有一定的强度，又要便于折断把电路分开。连接筋的尺寸一般为1.8mm×2.4mm。,拼版设计图,拼版样式,4.过孔（via）的设计 过孔是多层PCB的重要组成部分之一，过孔可以分成两类：一是用作各层间的电气连接；二是用作器件的固定或定位。 过孔分为通孔、盲孔和埋孔。通孔是指穿过整个线路板的过孔，除用于实现内部电气互连外，还可作为元件的安装定位孔。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度与孔径通常不超过一定的比率。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。 一个过孔主要由两个部分组成，一是中间的钻孔，二是钻孔周围的焊盘区；这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。,5.定位孔、工艺边及图像识别标志 定位孔、工艺边及图像识别标志是保证印制板适应SMT大生产不可缺少的标志，典型的尺寸及位置如图3-8所示。 定位孔。漏印、贴片、测试、安装需用定位（安装）孔的情况下，在PCB四个角上或至少在一个长边的两个角上设一组定位孔，此组定位孔一个为圆孔，孔直径为3.2mm±0.075（或4.0±0.075），另一个为长圆孔，长圆孔两圆心距0.5mm，宽度为3.2mm±0.075（或4.0±0.075），定位孔内应无金属或非金属涂层。 定位孔尺寸和定位孔位置如图3-8所示，孔壁要求光滑，粗糙度应小于3.2m；周围2mm处应无铜箔，且不得贴装元件。,工艺边。PCB板上至少要有一对边留有足够的传送带位置空间，即工艺夹持边，简称工艺边。PCB加工时，通常用较长的对边作为工艺边，留给设备的传送带用，在传送带的范围内不能有元器件和引线干涉，即工艺夹持边内不应有焊盘图形，否则会影响PCB的正常传送。 工艺边的宽度不小于5mm。如果PCB的布局无法满足时，可以采用增加辅助边或拼板的方法。待加工工序结束后可以去掉工艺边。, 光学识别标志。在细间距、高密度、高精度贴装情况下，定位孔不能当作印制板和元器件的精确定位依据，PCB内的精确定位定向应由光学基准校正标志点（标识点）确定。 在印制板的贴装面（单面或双面）都要设置板级基准和校正光学识别标志（标识点），对于细间距器件（FQFP）和44脚 以上PLCC器件还应设两个器件校正标志。 板级标志是在印制板贴装面的三个角（距边缘5mm）上设置的光学基准校正点，或最少在印制板对角两侧设立两圆点，两圆点的坐标值不应相等，以确保贴片时印制板进机方向的惟一性。,常用的光学标志符号有实心圆点“”、边长为2.0mm的实心正方形“”、边长为2.0mm的实心菱形“”、2.0mm高的单十字线、2.0mm高的双十字线，如图3-9a所示。推荐（优选）的光学基准校正标志符号为直径（12）mm的实心圆，标志符号的的外围有等于其直径12倍的无阻焊区，如图3-9b所示。 器件校正标志设在该器件附近的两个对角上，如图3-9c所示。,图3-9 印制板光学识别标志与FQFP的器件校正标志,6.测试点与测试孔的设计 在SMT的大生产中为了保证品质和降低成本，都离不开在线测试，为了保证测试工作的顺利进行，PCB设计时应考虑到测试点与测试孔的设计。 接触可靠性测试设计。测试点原则上应设在同一面上，并注意分散均匀。测试点的焊盘直径为0.91.0mm，并与相关测试针相配套，测试点的中心应落在网格之上，并注意不应设计在板子的边缘5mm内，相邻的测试点之间的中心距不小于1.46mm。, 电器可靠性测试设计。所有的电气节点都应提供测试点，即测试点应能覆盖所有的I/O、电源地和返回信号。每一块IC都应有电源和地的测试点，如果器件的电源和地脚不止一个，则应分别加上测试点，一个集成块的电源和地应放在2.54mm之内。不能将IC控制线直接连接到电源、地或公用电阻上。,图3-11 测试点与元件焊盘之间的距离,3.3.2 SMCSMD焊盘设计,1. SMC片式元件的焊盘设计 片式元件焊接后理想的焊接形态如图3-13所示。从图中可以看出它有两个焊点，分别在电极的外侧和内侧。理想的焊盘长度为B=bl+T+b2，式中b1取值范围为0.050.3mm, b2取值范围为0.251.3
