SMB的优化设计

9、波峰焊时IC没有设计辅助焊盘，引起焊接后桥连。 10、SMB厚度或SMB中IC分布不合理，出现焊后SMB变形。 11、测试点设计不规范，以致ICT不能工作。 12、SMD之间间隙不正确，后期修理出现困难。 13、阻焊层和字符图不规范以及阻焊层和字符图落在焊盘上造成虚焊或电气断 路。 14、拼板设计不合理造成如V形槽加工不好，SMB再流后变形。 上述错误会在不良设计的产品出现一个或多个，导致不同程度地影响焊接 质量。
二、具体设计要求
1、PCB （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。 （2）定位孔、工艺边及图像识别标志 ①定位孔。孔壁要求光滑，不应有涂覆层，粗糙度小于3.2UM;周围2MM处应 无铜箔，且不得贴装元器件。 ②工艺边。若印制板两侧5MM以上不贴装元器件或不插元器件，则可以不设专 用工艺边，即可借用印制板两边以保证正常生产需要。若印制板因结构尺寸 的限制无法满足上述的要求，则可在印制板上沿贴装印制板流动的长度方向 增设工艺边，工艺边的宽度5~8MM,此时定位孔与图像识别标志应设于工艺 边上，待加工工序结束后可以去掉工艺边。 ③图像识别标志。图像识别标志是提供贴片机光学定位的标志，能提高元器件 贴装的定位精度，又分为印制板图像识别标志和器件图像识别标志。
三、忽视工艺人员参与
不重视工艺人员的参与也是引起不良设计的重要因素，因此，在设计初期 工艺人员应一起讨论该产品的加工方案、工艺流程、工艺难点确认、风险 评估和设计评审，以及PCB制造、元器件的采购等，这是取得良好工艺设计 的最佳途径。
一、设计的基本原则
1、元器件布局 布局时尽量做到以下几点： ●元器件分布均匀、排在同一电路单元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 布线一般应遵守如下规则： ●在满足使用要求的前提下，选择布线的顺序为单层、双层和多层布线。 ●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；各导线层上的导电面积要相对均衡，以防板子翘曲。
3、焊接方法不一样 ①传统的波峰焊技术是将通孔元器件插入到PCB焊盘孔中，当通过波峰焊机时，
焊料才能通过元器件与焊盘孔的间隙上升到PCB表面，从而实现良好的焊接。 ②SMT再流焊接是将焊料事先分布在焊盘上，焊接时通过锡膏的熔化实现元 器件与PCB的焊盘的连接，若PCB焊盘上有孔，则熔化后的锡膏就会通过孔流 到下层，因此焊盘上不能有孔，当焊盘上过线时，必须将孔引出焊盘后再过 线。
6、接插件封装孔径设计 一般对于接插件封装孔径设计，都是用PCB设计软件的标准封装，但实际此类插件 封装孔径都不标准，如果制PCB板时按此加工，导致的结果可能是接插件无法插入 PCB板上的孔径中。像中心距2.54MM的座子内/外径为0.9MM/1.57MM,而实际 PCB软件设计的标准封装内/外径为0.7MM/1.57MM。建议设计师设计接插件封装 的元器件时测量元器件引脚的直径，保证SMT焊接无问题。如果孔径过小接插件无 法插入PCB板，孔径过大过波峰焊或手工焊时焊锡会通过接插件引脚和通孔之间的 缝隙流入PCB板面形成锡渣，若清洗不干净，易造成器件引脚间的短路。 7、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；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。不同类型材料的成本相差很大，在选择PCB基材时应考 虑下列因素：
●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、印制板导线间距 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PCB实际面积的需要，尽可能地选用常规元器件， IC器件应注意引脚形状与引脚间距，对小于0.5MM脚间距的QFP应慎重虑。 此外对元器件的包装形式、端电极尺寸、可焊性、元器件的可靠性、温度 的承受能力都应考虑到。
4、SMB外形异形或尺寸过大或过小，同样不能满足设备的装夹要求（焊接时通 过制作夹具来满足生产）。 5、SMB、FGFP焊盘四周没有光学定位标志（MARK）或者MARK点不标准，如 MARK点周围有阻焊膜，或过大/过小，造成MARK点图像反差过小，机器频 繁报警不能正常工作。 6、片式元器件焊盘大小不对称，特别是用底线、过线的一部分作为焊盘使用， 以致再流时片式元器件两端焊盘受热不均匀，锡膏先后溶化而造成立碑缺陷。 7、IC焊盘设计不正确，FQFP中焊盘太宽，引起焊接后桥连，或焊盘后沿过短 引起焊后强度不足。 8、IC焊盘之间的互连导线放在中央，不利于SMA焊后的检查。
识别标志应设在铜箔层，点画线范围多余的铜箔应腐蚀掉并不再涂覆阻焊层， 或最少在印制板对角两侧设立两圆点作为设别标志，但两圆点的坐标值不应相 等，以确保贴片式印制板进机方向的唯一性。 ④器件图像识别标志。当有QFP、PLCC和BGA器件时，为进一步消除印制板制 造、贴片、安装时的综合误差，保证器件贴装精度，应增设器件图像识别标 志，常用“+”或“●”、“■”来表示，位置可在焊盘图形内或其外的附 近地方，尺寸及要求同印制板识别标志。 （3）拼板工艺 有意识地将若干个相同单元印制板进行有规则的拼合，把它们拼合成长方形 或正方形。进行拼缝孔的设计时，拼板之间可以采用V形槽、邮票孔、冲槽 等工艺手段进行组合，对于不相同印制的拼合可按此原则进行，但应注意元 器件位号的编写方法。 （4）测试点的设计 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，与测试有关的设计要求 如下。
●同一层上的走线形状、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。 ●数字电路和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。 ●电路元器件接地，接电源时走线尽量短、尽量近，以减少内阻。 ●X、Y层走线应相互垂直，以减少耦合，切忌上下层走线对齐或平行。 ●高速电路的多根输入/输出线以及差分放大器、平衡放大器等电线的输入/输 出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。
一、设计人员对SMT工艺不了解
设计人员对SMT工艺不够了解，对元器件焊点结构、受热状况以及在再流焊 时存在的“动态”的过程不了解，这些都会导致对焊盘设计不重视，均是产 生不良设计的原因。 1、焊点结构不一样 THT焊点是将通孔元器件插入到PCB焊盘孔中，焊点抗外力作用强大，即THT 焊点牢固，而SMT焊点是依靠焊料相连接，焊点大小、形态都影响焊点牢固 性，而它们又取决于焊盘设计的形态，因此说，SMT焊点从本质上没有THT 焊点牢固。 2、焊点受热影响不一样 THT焊点是由传统的波峰焊或手工焊完成的，元器件仅是引脚受热，元器件 本身不受热固热应力很小，且金属引脚可吸收各种应力；而SMT元器件是整 体进炉子，由于元器件与PCB的CTE不一样，焊接后元器件受到的热应力大， 只有高质量的焊点才能承受热应力。
常见的SMB设计错误有以下一些： 1、SMB没有工艺边、工艺孔，不能满足SMT设备的装夹要求，也就意味着不能 满足大生产的要求。
2、焊盘结构尺寸不正确，如芯片元器件的焊盘间距过大/过小，焊盘不对称， 以致芯片元器件焊接后，出现歪斜、立碑等多种缺陷。

3、焊盘上有过孔会造成焊接时焊料溶化后通过过孔漏到底层，引起焊点焊 料过少。
●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，其图形配置要使电源线和地线之间为低的阻抗。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。 ●为了测试的方便，设计上应设定必要的断点和测试点。 3、导线宽度 印制板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18UM以上，对于SMT印制板和高密 度板的导线宽度可小于0.2MM,导线越细其加工难度越大，所以在布线空间允 许的条件下，应适当选择宽一些的导线，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0.2~0.3MM,而 对于电源地线则走线面积越大越好，可以减少干扰。对高频信号最好用地线 屏蔽，可以提高效果。 ●在高速电路与微波电路中，规定了传输线的特性阻抗，此时导线的宽度和厚 度应满足特性阻抗要求。
4、片式元器件焊接过程中受到力的作用 再流焊过程中，焊料熔化时，元器件是漂浮在熔融焊料之上的 ，此时就像光 滑的冰块一样，容易造成元器件的移动，并且在锡膏熔化的瞬间元器件受到不 同方向作用力的影响。
Hale Waihona Puke 二、可制造性设计规范良好的DFM规范应包括下述内容： ●PCB基材的选择； ● PCB结构和外形尺寸设计； ● 基准标志（含PCB、IC）设计； ● 元器件的间距/可维性设计； ●元器件的排列方向设计； ● 元器件（含通孔、片式）焊盘与导线的设计； ● 布线/含高频及抗电磁干扰设计； ●导通孔、测试点的设计； ● 散热/含PCB生产时受热均匀性设计； ●拼板设计； ●阻焊、字符图设计； ●焊盘层涂覆设计； ●工艺边/工艺孔设计。
●电气性能的要求； ●Tg、CTE、平整度等因素以及金属化孔的能力； ●价格因素。 8、PCB的散热设计 随着印制板上元器件组装密度的增大，若不能及时有效地散热，将会影响 电路的工作参数，热量过大甚至会使元器件失效，所以对于印制板的散热 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器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。
-------------------案例分析
当今SMT技术已经成熟，并已得到广泛应用，有关SMT设备， 无论是印刷机还是贴片机都已达到相当高的精度，红外热风再流焊炉 不仅控温精度高，而且可配备温度实时控制系统。其SMT产品并没有 达到预想的质量，其中困扰产品质量的原因之一是SMB设计问题。由 于强调设计速度，在设计阶段不能全面考虑制造工艺要求，结果由于 制造工艺性差，还要回过头来再纠正制造过程中存在的问题，以致多 次纠正问题，导致整个产品的实际开发周期变长，成本也随之增加， 由于对片式元器件、SMT工艺、设备缺乏了解，造成设计产品不能满 足SMT大生产的要求，在一条先进的SMT设备之后，还需人工进行返 修，既浪费工时、延误工期，又不能保证产品质量，毕竟部分SMT产 品返修比较困难的。
①接触可靠性测试。应设计两个定位孔，原则上可用工艺孔代替，但对拼 板的单板测试时仍应在子板上设计定位孔。测试点的焊盘直径为 0.9~1.0MM，并与相关测试针相配套，也可取通孔为测试点。测试点的 中心应落在网格之上，测试点不应设计在板子的边缘5MM内，面板的测 试点原则应设在同一面上，并注意分散均匀。相邻的测试点之间的中心 距离不小于1.46MM,测试点之间不设计其他元器件，以防止元器件或测 试点之间短路。测试点与元器件焊盘之间的距离应大于等于1MM,测试点 不能涂覆任何绝缘层。