東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王志兵 魏海紅廣東創(chuàng)新科技職業(yè)學(xué)院 李杏清
電子產(chǎn)品PCB設(shè)計及其可制造性分析
東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王志兵 魏海紅
廣東創(chuàng)新科技職業(yè)學(xué)院 李杏清
【摘要】本文提出了一種電子產(chǎn)品PCB設(shè)計及其可制造性分析方法,該方法針對回流焊時由于表面張力不平衡產(chǎn)生的元器件位置偏移、立碑、橋接等焊接缺陷,通過布局設(shè)計、布線設(shè)計、元器件間距設(shè)計和焊盤設(shè)計對PCB設(shè)計提出了更嚴(yán)格的要求,并通過物理參數(shù)檢測、焊接質(zhì)量檢測和可裝配性檢測來對電子產(chǎn)品進行可制造性分析。實驗表明,該方法可以有效克服由于表面張力不平衡產(chǎn)生的回流焊接缺陷,有利于提高組裝質(zhì)量,增強產(chǎn)品可靠性。
【關(guān)鍵詞】電子產(chǎn)品;PCB設(shè)計;表面張力;檢測;可制造性分析
作為電子元器件組裝使用的印制電路板必須適用當(dāng)前表面組裝技術(shù)的快速發(fā)展,表面組裝印制電路板已成為PCB設(shè)計與制造的主流產(chǎn)品,其功能與通孔插裝印制電路板相同,但對工藝、密度和精度等要求要比插裝PCB高得多,設(shè)計制造也復(fù)雜很多。
SMT生產(chǎn)設(shè)備具有全自動、高精度、高速度等特點,PCB設(shè)計與制造必須滿足SMT設(shè)備的工藝、密度和精度等要求,否則會影響組裝質(zhì)量和生產(chǎn)效率,嚴(yán)重時可能無法實現(xiàn)自動貼裝,實踐表明,即使電路原理圖設(shè)計正確,印制電路板設(shè)計不當(dāng)或者精度不夠時,回流焊由于表面張力不平衡會產(chǎn)生元器件位置偏移、立碑、橋接等焊接缺陷。
由于表面貼裝元器件體積小,質(zhì)量輕,組裝密度高,能夠滿足自動化生產(chǎn)設(shè)備高密度,高精度的組裝要求,可實現(xiàn)電子產(chǎn)品體積小型化、功能多樣化的發(fā)展要求,因此,對PCB的設(shè)計提出了更高的要求。為了提高組裝質(zhì)量和生產(chǎn)效率,設(shè)計出更好的PCB,本文主要通過對PCB布局設(shè)計、布線設(shè)計、元器件間距設(shè)計和焊盤設(shè)計四方面來對PCB設(shè)計提出了更嚴(yán)格的要求:
1、布局設(shè)計:
(1)PCB外形長寬比和板面不宜過大,回流焊時容易產(chǎn)生翹曲變形,長寬比一般設(shè)置為3:2或4:3。
(2)PCB上應(yīng)有適應(yīng)SMT生產(chǎn)的定位孔、工藝邊和Mark點,定位孔和工藝邊方便夾持;Mark點有PCB Mark點和IC Mark點兩類,PCB Mark點方便糾正PCB制作過程中產(chǎn)生的誤差,IC Mark點保證貼裝精度。
(3)元器件要均勻分布,平行排列,同類器件盡可能按相同的方向排列,便于貼裝、焊接和檢測。
(4)元器件布局要滿足回流焊工藝間距要求,大功率元器件周圍布置熱敏等其它元器件時要有足夠的距離,低頻和高頻電路、低電位和高電位電路的元器件不能靠得太近。
(5)多引腳元器件焊盤之間的短接處不允許直通,以免產(chǎn)生橋接。
2、布線設(shè)計:
(1)通孔孔徑、過孔孔徑和焊盤尺寸之間應(yīng)該有一定的比例,一般為1:2。
(2)布線應(yīng)短而直,應(yīng)避免長距離平行走線,必要時采用跨接線,最小線距不應(yīng)小于0.1mm。
(3)低頻導(dǎo)線和公共地線布置在板邊緣,高頻線路放在板面中間,要設(shè)置地線。
(4)導(dǎo)線不應(yīng)有急彎或尖角,過渡部分宜用圓弧連接,輸入導(dǎo)線要遠(yuǎn)離輸出導(dǎo)線,引出線要相對集中設(shè)置。
3、間距設(shè)計:
(1)波峰焊工藝要略寬于回流焊工藝,PLCC之間為4mm。
(2)PLCC與片式元件、SOP、QFP之間為2.5mm。
(3)SOP之間,SOP與QFP之間為2mm。
(4)片式元件之間,SOT之間,SOP與片式元件之間為1.25mm。
4、焊盤設(shè)計:
(1)焊盤設(shè)計主要包括矩形片式元件、小外形封裝和四方扁平封裝焊盤設(shè)計,PCB焊盤不僅與焊接后焊點強度有關(guān),而且與焊接工藝,與元器件連接的可靠性有關(guān)。
(2)矩形片式元件焊盤長度、寬度和間距主要和元件長度、寬度和高度有關(guān)。
(3)小外形封裝和四方扁平封裝焊盤設(shè)計要注意焊盤中心距等于引腳中心距。
1、物理參數(shù)檢測
物理參數(shù)檢測主要是針對PCB密度設(shè)計、PCB設(shè)計參數(shù)錯誤和錯誤率進行檢測。其中PCB密度設(shè)計可以設(shè)定元件密度等級,計算焊盤間的最小間距、焊盤與過孔最小間距、焊盤與通孔最小間距和通孔之間最小間距;PCB設(shè)計參數(shù)錯誤主要是檢測并顯示錯誤類型、錯誤元件、錯誤位置以及錯誤原因說明;錯誤率檢測主要是通過焊盤數(shù)量和錯誤數(shù)量計算出錯誤率。
2、焊接質(zhì)量檢測
焊接質(zhì)量檢測主要是針對元器件排列設(shè)計、SMT焊盤寬度設(shè)計、PCB設(shè)計影響焊接質(zhì)量分析進行檢測。其中元器件排列設(shè)計可以對PCB板正反面采用回流焊還是波峰焊工藝進行檢測,并顯示Chip元件和QFP器件回流焊最小間距或者Chip元件和SOP器件波峰焊最小間距;SMT焊盤寬度設(shè)計主要檢測SOP、SOJ、PLCC、LCCC、BGA 和CSP等的焊盤寬度,并確定性能等級;PCB設(shè)計影響焊接質(zhì)量分析主要是根據(jù)錯誤代號來分析錯誤元件、錯誤類型及其錯誤位置,并進行錯誤原因說明。
3、可裝配性檢測
可裝配性檢測主要針對間距、尺寸邊緣,PCB可裝配性錯誤、錯誤率進行檢測。其中間距、尺寸邊緣主要檢測元件最小間距,PCB最大、最小尺寸,中心距邊緣和定位孔距邊緣;PCB可裝配性錯誤主要檢測可裝配性的錯誤類型、錯誤元件和錯誤位置,并進行錯誤原因說明;錯誤率檢測主要進行可裝配性的錯誤率和累計錯誤率的統(tǒng)計。
本文提出了一種電子產(chǎn)品PCB設(shè)計及其可制造性分析方法。該方法針對回流焊時由于表面張力不平衡產(chǎn)生的元器件位置偏移、立碑、橋接等焊接缺陷,通過布局設(shè)計、布線設(shè)計、元器件間距設(shè)計和焊盤設(shè)計對PCB設(shè)計提出了更嚴(yán)格的要求,并通過物理參數(shù)檢測、焊接質(zhì)量檢測和可裝配性檢測來對電子產(chǎn)品進行可制造性分析。實驗表明,該方法可以有效克服由于表面張力不平衡產(chǎn)生的回流焊接缺陷,有利于提高組裝質(zhì)量,增強產(chǎn)品可靠性。
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基金項目:東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研基金資助,課題項目:電子SMT虛擬制造系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)的研究,項目編號:2015a04。