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    2023-5-11 10:31
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    【技术干货】PCB焊盘设计之问题详解
    SMT的组装质量与PCB焊盘设计有直接的关系,焊盘的大小比例十分重要。如果PCB焊盘设计正确,贴装时少量的歪斜可以再次回流焊纠正(称为自定位或自校正效应),相反,如果PCB焊盘设计不正确,即使贴装位置十分准确,在回流焊后反而会出现元件位置偏移、吊桥等焊接缺陷。 PCB焊盘设计基本原则 根据各种元器件焊点结构分析,为了满足焊点的可靠性要求,PCB焊盘设计应掌握以下关键要素: 1、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。 2、焊盘间距:确保元件端头或引脚与焊盘恰当的搭接尺寸,焊盘间距过大或过小都会引起焊接缺陷。 3、焊盘剩余尺寸:元件端头或引脚与焊盘搭接后的剩余尺寸必须保证焊点能够形成弯月面。 4、焊盘宽度:应与元件端头或引脚的宽度基本一致。 设计缺陷导致的可焊性问题 1、焊盘大小不一 焊盘设计大小需一致,长短需适合范围,焊盘外伸长度有一个合适的范围,太短或太长都容易发生立碑现象。焊盘大小不一致拉力不均匀也会导致器件立碑。 2、焊盘宽度比器件引脚宽 焊盘设计不可以比元器件过于太宽,焊盘宽度比元器件宽2mil即可。焊盘宽度过宽会导致元器件位移、空焊和焊盘上锡量不足等问题。 3、焊盘宽度比器件引脚窄 焊盘设计的宽度比元器件宽度窄,在SMT贴片时元器件接触的焊盘面积少,很容易造成元器件侧立或翻转。 4、焊盘长度比器件引脚长 设计的焊盘不能比元器件的引脚太长,超出一定范围在SMT回流焊过程中过多的焊剂的流动会导致元器件往一边拉偏移位。 5、焊盘内间距比器件短 焊盘间距短路的问题一般发生在IC焊盘间距,但是其他焊盘的内间距设计不能比元器件引脚间距短很多,超出一定范围值一样会造成短路。 6、焊盘引脚宽度过小 同一个元器件在SMT贴片中,焊盘存在缺陷会导致元器件拉偏。比如某个焊盘过小或者部分焊盘过小,会形成不上锡或少锡,导致两端张力不一样形成偏位。 因焊盘小偏料的真实案例 物料焊盘尺寸与PCB封装尺寸不符 问题描述: 某产品在SMT生产时,过完回流焊目检时发现电感发生偏移,经过核查发现电感物料与焊盘不匹配,物料焊端焊盘尺寸3.3*1mm,PCB封装 pad尺寸为2.5*1.6MM,物料焊接后会发生扭转。 问题影响: 导致物料的电器连接性变差,影响产品性能,严重的导致产品无法正常启动; 问题延伸: 如果无法采购到与PCB焊盘尺寸相同,感值和耐电流又能满足电路所需的物料,那么还面临改板的风险。 Chip标准封装焊盘检查: Chip标准封装的焊接可靠性检查,可分为“焊盘长度”、“焊盘的宽度”、“焊盘间的内距”三个要点。不同品牌生产的chip件都可能存在尺寸的差别,针对这类问题,华秋 DFM会分别每个品牌对应的型号创建元件库(元件几何模型库)来进行分析检查。 Chip标准封装焊盘检查参考表: 华秋DFM检测焊盘大小 华秋DFM的组装分析,检查焊盘大小存在SMT贴片的缺陷。焊盘设计的大小值对应的器件并不是一定不能组装,华秋DFM根据焊盘大小定义风险系数,系数等级有最优值、一般值、存在风险值、危险值。 PCBA在生产过程产生的焊接缺陷,除了与生产工艺、焊接辅料、物料有关,还与PCBA的焊盘设计有很大的关系。华秋DFM就是帮助用户解决焊盘设计存在异常风险,生产前使用华秋DFM,为用户解决产品设计生产的困扰。 有需要可以访问“华秋DFM”官网下载体验
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    2022-4-23 00:11
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    ​ PCB设计中焊盘的种类,你都见过几种? 电子产品世界 2021-07-29 13:32 在PCB设计中,焊盘是一个非常重要的概念,PCB工程师对它一定不陌生。不过虽然熟悉,很多工程师对焊盘的知识却是一知半解。 今天带大家来了解下焊盘的种类以及在PCB设计中焊盘的设计标准。 ​ 焊盘,表面贴装装配的基本构成单元,用来构成电路板的焊盘图案(land pattern),即各种为特殊元件类型设计的焊盘组合。 焊盘用于电气连接、器件固定或两者兼备的部分导电图形。 ​ PCB焊盘的种类 01 常见焊盘 方形焊盘 —— 印制板上元器件大而少、且印制导线简单时多采用。在手工自制PCB时,采用这种焊盘易于实现。 ​ 圆形焊盘 —— 广泛用于元件规则排列的单、双面印制板中。若板的密度允许,焊盘可大些,焊接时不至于脱落。 ​ 岛形焊盘 —— 焊盘与焊盘间的连线合为一体。常用于立式不规则排列安装中。 ​ 多边形焊盘 —— 用于区别外径接近而孔径不同的焊盘,便于加工和装配。 椭圆形焊盘 ——这种焊盘有足够的面积增强抗剥能力,常用于双列直插式器件。 ​ 开口形焊盘 —— 为了保证在波峰焊后,使手工补焊的焊盘孔不被焊锡封死时常用。 02 特殊焊盘 梅花焊盘 ——梅花焊盘通常用在大的过孔接地的位置,这样设计有以下几点原因: ​ 固定孔需要金属化和GND相连, 如果该固定孔是全金属化的,在回流焊的时候容易将该孔堵住。 采用内部的金属螺孔可能由于安装或多次拆装等原因,造成该接地处于不良的状态。而采用梅花孔焊盘,不管应力如何变化,均能保证良好的接地。 十字花焊盘 ——十字花焊盘又称热焊盘、热风焊盘等。其作用是减少焊盘在焊接中向外散热,以防止因过度散热而导致的虚焊或PCB起皮。 ​ 当你的焊盘是地线时候。十字花可以减少连接地线面积,减慢散热速度,方便焊接。 当你的PCB是需要机器贴片,并且是回流焊机,十字花焊盘可以防止PCB起皮(因为需要更多热量来融化锡膏)。 泪滴焊盘 ——当焊盘连接的走线较细时常采用,以防焊盘起皮、走线与焊盘断开。这种焊盘常用在高频电路中。 ​ PCB设计中焊盘的设计标准 01 PCB焊盘的形状和尺寸设计标准: 调用PCB标准封装库。 有焊盘单边最小不小于0.25mm,整个焊盘直径最大不大于元件孔径的3倍。 尽量保证两个焊盘边缘的间距大于0.4mm。 孔径超过1.2mm或焊盘直径超过3.0mm的焊盘应设计为菱形或梅花形焊盘。 布线较密的情况下,推荐采用椭圆形与长圆形连接盘。单面板焊盘的直径或最小宽度为1.6mm;双面板的弱电线路焊盘只需孔直径加0.5mm即可,焊盘过大容易引起无必要的连焊。 02 PCB焊盘过孔大小标准: 焊盘的内孔一般不小于0.6mm,因为小于0.6mm的孔开模冲孔时不易加工,通常情况下以金属引脚直径值加上0.2mm作为焊盘内孔直径,如电阻的金属引脚直径为0.5mm时,其焊盘内孔直径对应为0.7mm,焊盘直径取决于内孔直径。 ​ 03 PCB焊盘的可靠性设计要点: 对称性,为保证熔融焊锡表面张力平衡,两端焊盘必须对称。 焊盘间距,焊盘的间距过大或过小都会引起焊接缺陷,因此要确保元件端头或引脚与焊盘的间距适当。 焊盘剩余尺寸,元件端头或引脚与焊盘搭接后的剩余尺寸必须保证焊点能够形成弯月面。 焊盘宽度,应与元件端头或引脚的宽度基本一致。 -TheEnd- ​
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    2018-4-3 09:30
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    PCB设计8个小TIPS,超好用!
    1、在使用protel 99se软件设计,处理器的是89C51,晶振12MHZ 系统中还有一个40KHZ的超声波信号和800hz的音频信号,此时如何设计PCB才能提供高抗干扰能力? 对于 89C51等单片机而言,多大的信号的时候能够影响89C51的正常工作?除了拉大两者之间的距离之外,还有没有其他的技巧来提高系统抗干扰的能力? PCB设计提供高抗干扰能力,当然需要尽量降低干扰源信号的信号变化沿速率,具体多高频率的信号,要看干扰信号是那种电平,PCB布线多长。除了拉开间距外,通过匹配或拓扑解决干扰信号的反射,过冲等问题,也可以有效降低信号干扰。 2如果希望尽量减少板面积,而打算像内存条那样正反贴,可以吗? 正反贴的 PCB设计,只要你的焊接加工没问题,当然可以。 3、请问在PCB 布线中电源的分布和布线是否也需要象接地一样注意。若不注意会带来什么样的问题?会增加干扰么? 电源若作为平面层处理,其方式应该类似于地层的处理,当然,为了降低电源的共模辐射,建议内缩 20倍的电源层距地层的高度。如果布线,建议走树状结构,注意避免电源环路问题。电源闭环会引起较大的共模辐射。 4、地址线是否应该采用星形布线?若采用星形布线,则Vtt的终端电阻可不可以放在星形的连接点处或者放在星形的一个分支的末端? 地址线是否要采用星型布线,取决于终端之间的时延要求是否满足系统的建立、保持时间,另外还要考虑到布线的难度。星型拓扑的原因是确保每个分支的时延和反射一致,所以星型连接中使用终端并联匹配,一般会在所有终端都添加匹配,只在一个分支添加匹配,不可能满足这样的要求。 5、请问焊盘对高速信号有什么影响? 一个很好的问题。焊盘对高速信号有的影响,它的影响类似器件的封装对器件的影响上。详细的分析,信号从 IC内出来以后,经过绑定线,管脚,封装外壳,焊盘,焊锡到达传输线,这个过程中的所有关节都会影响信号的质量。但是实际分析时,很难给出焊盘、焊锡加上管脚的具体参数。所以一般就用IBIS模型中的封装的参数将他们都概括了,当然这样的分析在较低的频率上分析是可以接收的,对于更高频率信号更高精度仿真,就不够精确了。现在的一个趋势是用IBIS的V-I、V-T曲线描述buffer特性,用SPICE模型描述封装参数。当然,在IC设计当中,也有信号完整性问题,在封装选择和管脚分配上也考虑了这些因素对信号质量的影响。 7、在高速PCB中,VIA可以减少很大的回流路径,但有的又说情愿弯一下也不要打VIA,应该如何取舍? 分析 RF电路的回流路径,与高速数字电路中信号回流还不太一样。首先,二者有共同点,都是分布参数电路,都是应用maxwell方程计算电路的特性。 然而,射频电路是模拟电路,有电路中电压 V=V(t),电流I=I(t)两个变量都需要进行控制,而数字电路只关注信号电压的变化V=V(t)。因此,在RF布线中,除了考虑信号回流外,还需要考虑布线对电流的影响。即打弯布线和过孔对信号电流有没有影响。 此外,大多数 RF板都是单面或双面PCB,并没有完整的平面层,回流路径分布在信号周围各个地和电源上,仿真时需要使用3D场提取工具分析,这时候打弯布线和过孔的回流需要具体分析;高速数字电路分析一般只处理有完整平面层的多层PCB,使用2D场提取分析,只考虑在相邻平面的信号回流,过孔只作为一个集总参数的R-L-C处理。 8、当信号跨电源分割时,是否表示对该信号而言,该电源平面的交流阻抗大?此时,如果该信号层还有地平面与其相邻,即使信号和电源层间介质厚度小于与地之间的介质厚度,信号是否也会选择地平面作为回流路径? 没错,这种说法是对的,根据阻抗计算公式, Z=squa(L/C), 在分隔处,C变小,Z增大。当然此处,信号还与地层相邻,C比较大,Z较小,信号优先从完整的地平面上回流。但是,不可避免会在分隔处产生阻抗不连续。
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    2014-11-19 12:29
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    最佳PCB设计方法:在基于元件封装选择PCB元件时需要考虑的六件事。本文中的所有例子都是用Multisim设计环境开发的,不过即使使用不同的EDA工具,同样的概念仍然适用。 1.考虑元件封装的选择 在整个原理图绘制阶段,就应该考虑需要在版图阶段作出的元件封装和焊盘图案决定。下面给出了在根据元件封装选择元件时需要考虑的一些建议。 ● 记住,封装包括了元件的电气焊盘连接和机械尺寸(X、Y和Z),即元件本体的外形以及连接PCB的引脚。在选择元件时,需要考虑最终PCB的顶层和底层可能存在的任何安装或包装限制。一些元件(如有极性电容)可能有高度净空限制,需要在元件选择过程中加以考虑。在最初开始设计时,可以先画一个基本的电路板外框形状,然后放置上一些计划要使用的大型或位置关键元件(如连接器)。这样,就能直观快速地看到(没有布线的)电路板虚拟透视图,并给出相对精确的电路板和元器件的相对定位和元件高度。这将有助于确保PCB经过装配后元件能合适地放进外包装(塑料制品、机箱、机框等)内。从工具菜单中调用三维预览模式即可浏览整块电路板。 ● 焊盘图案显示了PCB上焊接器件的实际焊盘或过孔形状。PCB上的这些铜图案还包含有一些基本的形状信息。焊盘图案的尺寸需要正确才能确保正确的焊接,并确保所连元件正确的机械和热完整性。在设计PCB版图时,需要考虑电路板将如何制造,或者是手工焊接的话,焊盘将如何焊接。回流焊(焊剂在受控的高温炉中熔化)可以处理种类广泛的表贴器件(SMD)。波峰焊一般用来焊接电路板的反面,以固定通孔器件,但也可以处理放置在PCB背面的一些表贴元件。通常在采用这种技术时,底层表贴器件必须按一个特定的方向排列,而且为了适应这种焊接方式,可能需要修改焊盘。 ● 在整个设计过程中可以改变元件的选择。在设计过程早期就确定哪些器件应该用电镀通孔(PTH)、哪些应该用表贴技术(SMT)将有助于PCB的整体规划。需要考虑的因素有器件成本、可用性、器件面积密度和功耗等等。从制造角度看,表贴器件通常要比通孔器件便宜,而且一般可用性较高。对于中小规模的原型项目来说,最好选用较大的表贴器件或通孔器件,不仅方便手工焊接,而且有利于查错和调试过程中更好的连接焊盘和信号。 ● 如果数据库中没有现成的封装,一般是在工具中创建定制的封装。 2.使用良好的接地方法 确保设计具有足够的旁路电容和地平面。在使用集成电路时,确保在靠近电源端到地(最好是地平面)的位置使用合适的去耦电容。电容的合适容量取决于具体应用、电容技术和工作频率。当旁路电容放置在电源和接地引脚之间、并且靠近正确的IC引脚摆放时,可以优化电路的电磁兼容性和易感性。 3.分配虚拟元件封装 打印一份材料清单(BOM)用于检查虚拟元件。虚拟元件没有相关的封装,不会传送到版图阶段。创建一份材料清单,然后查看设计中的所有虚拟元件。唯一的条目应该是电源和地信号,因为它们被认为是虚拟元件,只在原理图环境中进行专门的处理,不会传送到版图设计。除非用于仿真目的,在虚拟部分显示的元件都应该用具有封装的元件替代。 4.确保您有完整的材料清单数据 检查材料清单报告中是否有足够完整的数据。在创建出材料清单报告后,要进行仔细检查,对所有元件条目中不完整的器件、供应商或制造商信息补充完整。 5.根据元件标号进行排序 为了有助于材料清单的排序和查看,确保元件标号是连续编号的。 6.检查多余的门电路 一般来说,所有多余门的输入都应该有信号连接,避免输入端悬空。确保您检查了所有多余的或遗漏的门电路,并且所有没有连线的输入端都完全连上了。在一些情况下,如果输入端处于悬浮状态,整个系统都不能正确工作。就拿设计中经常使用的双运放来说。如果双路运放IC元件中只用了其中一个运放,建议要么把另一个运放也用起来,要么将不用的运放的输入端接地,并且布放一个合适的单位增益(或其它增益)反馈网络,从而确保整个元件能正常工作。 在某些情况下,存在悬浮引脚的IC可能无法正常工作在指标范围内。通常只有当IC器件或同一器件中的其它门不是工作在饱和状态——输入或输出接近或处于元件电源轨时,这个IC工作时才能满足指标要求。仿真通常不能捕捉到这种情况,因为仿真模型一般不会将IC的多个部分连接在一起用于建模悬浮连接效应。 《电子技术设计》网站版权所有,谢绝转载
  • 热度 19
    2014-8-7 13:20
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          Protel DXP是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统,电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。Protel DXP运行在优化的设计浏览器平台上,并且具备当今所有先进的设计特点,能够处理各种复杂的PCB设计过程。Protel DXP作为一款新推出的电路设计软件,在前版本的基础上增加了许多新的功能。新的可定制设计环境功能包括双显示器支持,可固定、浮动以及弹出面板,强大的过滤和对象定位功能及增强的用户界面等。通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合,Protel DXP提供了全面的设计解决方案。   PCB电路板设计的一般原则包括:电路板的选用、电路板尺寸、元件布局、布线、焊盘、填充、跨接线等。   电路板一般用敷铜层压板制成,板层选用时要从电气性能、可靠性、加工工艺要求和经济指标等方面考虑。常用的敷铜层压板是敷铜酚醛纸质层压板、敷铜环氧纸质层压板、敷铜环氧玻璃布层压板、敷铜环氧酚醛玻璃布层压板、敷铜聚四氟乙烯玻璃布层压板和多层印刷电路板用环氧玻璃布等。不同材料的层压板有不同的特点。 环氧树脂与铜箔有极好的粘合力,因此铜箔的附着强度和工作温度较高,可以在 260℃的熔锡中不起泡。环氧树脂浸过的玻璃布层压板受潮气的影响较小。 超高频电路板最好是敷铜聚四氟乙烯玻璃布层压板。   在要求阻燃的电子设备上,还需要阻燃的电路板,这些电路板都是浸入了阻燃树脂的层压板。 电路板的厚度应该根据电路板的功能、所装元件的重量、电路板插座的规格、电路板的外形尺寸和承受的机械负荷等来决定。   主要是应该保证足够的刚度和强度。   常见的电路板的厚度有 0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm   从成本、铜膜线长度、抗噪声能力考虑,电路板尺寸越小越好,但是板尺寸太小,则散热不良,且相邻的导线容易引起干扰。 电路板的制作费用是和电路板的面积相关的,面积越大,造价越高。 在设计具有机壳的电路板时,电路板的尺寸还受机箱外壳大小的限制,一定要在确定电路板尺寸前确定机壳大小,否则就无法确定电路板的尺寸。 一般情况下,在禁止布线层中指定的布线范围就是电路板尺寸的大小。电路板的最佳形状是矩形,长宽比为 3:2 或 4:3,当电路板的尺寸大于 200mm×150mm 时,应该考虑电路板的机械强度。 总之,应该综合考虑利弊来确定电路板的尺寸。   虽然 Protel DXP 能够自动布局,但是实际上电路板的布局几乎都是手工完成的。   要进行布局时,一般遵循如下规则:   1.特殊元件的布局    特殊元件的布局从以下几个方面考虑:   1)高频元件:高频元件之间的连线越短越好,设法减小连线的分布参数和相互之间的电磁干扰,易受干扰的元件不能离得太近。隶属于输入和隶属于输出的元件之间的距离应该尽可能大一些。   2)具有高电位差的元件:应该加大具有高电位差元件和连线之间的距离,以免出现意外短路时损坏元件。为了避免爬电现象的发生,一般要求 2000V 电位差之间的铜膜线距离应该大于 2mm,若对于更高的电位差,距离还应该加大。带有高电压的器件,应该尽量布置在调试时手不易触及的地方。   3)重量太大的元件:此类元件应该有支架固定,而对于又大又重、发热量多的元件,不宜安装在电路板上。   4)发热与热敏元件:注意发热元件应该远离热敏元件。   5)可以调节的元件:对于电位器、可调电感线圈、可变电容、微动开关等可调元件的布局应该考虑整机的结构要求,若是机内调节,应该放在电路板上容易调节的地方,若是机外调节,其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相对应。   6)电路板安装孔和支架孔:应该预留出电路板的安装孔和支架的安装孔,因为这些孔和孔附近是不能布线的。   2.按照电路功能布局    如果没有特殊要求,尽可能按照原理图的元件安排对元件进行布局,信号从左边进入、从右边输出,从上边输入、从下边输出。 按照电路流程,安排各个功能电路单元的位置,使信号流通更加顺畅和保持方向一致。 以每个功能电路为核心,围绕这个核心电路进行布局,元件安排应该均匀、整齐、紧凑,原则是减少和缩短各个元件之间的引线和连接。 数字电路部分应该与模拟电路部分分开布局。   3.元件离电路板边缘的距离    所有元件均应该放置在离板边缘 3mm 以内的位置,或者至少距电路板边缘的距离等于板厚,这是由于在大批量生产中进行流水线插件和进行波峰焊时,要提供给导轨槽使用,同时也是防止由于外形加工引起电路板边缘破损,引起铜膜线断裂导致废品。如果电路板上元件过多,不得已要超出 3mm 时,可以在电路板边缘上加上 3mm 辅边,在辅边上开 V 形槽,在生产时用手掰开。     4.元件放置的顺序    首先放置与结构紧密配合的固定位置的元件,如电源插座、指示灯、开关和连接插件等。 再放置特殊元件,例如发热元件、变压器、集成电路等。 最后放置小元件,例如电阻、电容、二极管等。   布线的规则如下:   1)线长:铜膜线应尽可能短,在高频电路中更应该如此。铜膜线的不拐弯处应为圆角或斜角,而直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能。当双面板布线时,两面的导线应该相互垂直、斜交或弯曲走线,避免相互平行,以减少寄生电容。   2)线宽:铜膜线的宽度应以能满足电气特性要求而又便于生产为准则,它的最小值取决于流过它的电流,但是一般不宜小于 0.2mm。只要板面积足够大,铜膜线宽度和间距最好选择 0.3mm。一般情况下,1~1.5mm 的线宽,允许流过 2A 的电流。例如地线和电源线最好选用大于 1mm 的线宽。在集成电路座焊盘之间走两根线时,焊盘直径为 50mil,线宽和线间距都是 10mil,当焊盘之间走一根线时,焊盘直径为 64mil,线宽和线间距都为 12mil。注意公制和英制之间的转换,100mil=2.54mm。   3)线间距:相邻铜膜线之间的间距应该满足电气安全要求,同时为了便于生产,间距应该越宽越好。最小间距至少能够承受所加电压的峰值。在布线密度低的情况下,间距应该尽可能的大。   4)屏蔽与接地:铜膜线的公共地线应该尽可能放在电路板的边缘部分。在电路板上应该尽可能多地保留铜箔做地线,这样可以使屏蔽能力增强。另外地线的形状最好作成环路或网格状。多层电路板由于采用内层做电源和地线专用层,因而可以起到更好的屏蔽作用效果。   焊盘   焊盘尺寸 焊盘的内孔尺寸必须从元件引线直径和公差尺寸以及镀锡层厚度、孔径公差、孔金属化电镀层厚度等方面考虑,通常情况下以金属引脚直径加上 0.2mm 作为焊盘的内孔直径。例如,电阻的金属引脚直径为 0.5mm,则焊盘孔直径为 0.7mm,而焊盘外径应该为焊盘孔径加1.2mm,最小应该为焊盘孔径加 1.0mm。 当焊盘直径为 1.5mm 时,为了增加焊盘的抗剥离强度,可采用方形焊盘。 对于孔直径小于 0.4mm 的焊盘,焊盘外径/焊盘孔直径=0.5~3。 对于孔直径大于 2mm 的焊盘,焊盘外径/焊盘孔直径=1.5~2。   常用的焊盘尺寸如表 1-1 所示表 16-1   常用的焊盘尺寸   焊盘孔直径/mm   0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0   焊盘外径/mm   1.5 1.5 2.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4   注意事项:   设计焊盘时的注意事项如下:   1)焊盘孔边缘到电路板边缘的距离要大于 1mm,这样可以避免加工时导致焊盘缺损。   2)焊盘补泪滴,当与焊盘连接的铜膜线较细时,要将焊盘与铜膜线之间的连接设计成泪滴状,这样可以使焊盘不容易被剥离,而铜膜线与焊盘之间的连线不易断开。   3)相邻的焊盘要避免有锐角。   大面积填充   电路板上的大面积填充的目的有两个,一个是散热,另一个是用屏蔽减少干扰,为避免焊接时产生的热使电路板产生的气体无处排放而使铜膜脱落,应该在大面积填充上开窗,后者使填充为网格状。 使用敷铜也可以达到抗干扰的目的,而且敷铜可以自动绕过焊盘并可连接地线。   跨接线   在单面电路板的设计中,当有些铜膜无法连接时,通常的做法是使用跨接线,跨接线的长度应该选择如下几种:6mm、8mm 和 10mm。   接地   1地线的共阻抗干扰 电路图上的地线表示电路中的零电位,并用作电路中其它各点的公共参考点,在实际电路中由于地线(铜膜线)阻抗的存在,必然会带来共阻抗干扰,因此在布线时,不能将具有地线符号的点随便连接在一起,这可能引起有害的耦合而影响电路的正常工作。   2.如何连接地线 通常在一个电子系统中,地线分为系统地、机壳地(屏蔽地)、数字地(逻辑地)和模拟地等几种,在连接地线时应该注意以下几点:   1)正确选择单点接地与多点接地。在低频电路中,信号频率小于 1MHz,布线和元件之间的电感可以忽略,而地线电路电阻上产生的压降对电路影响较大,所以应该采用单点接地法。 当信号的频率大于 10MHz 时,地线电感的影响较大,所以宜采用就近接地的多点接地法。 当信号频率在 1~10MHz 之间时,如果采用单点接地法,地线长度不应该超过波长的 1/20,否则应该采用多点接地。    2)数字地和模拟地分开。电路板上既有数字电路,又有模拟电路,应该使它们尽量分开,而且地线不能混接,应分别与电源的地线端连接(最好电源端也分别连接)。要尽量加大线性电路的面积。一般数字电路的抗干扰能力强,TTL 电路的噪声容限为 0.4~0.6V,CMOS 数字电路的噪声容限为电源电压的 0.3~0.45 倍,而模拟电路部分只要有微伏级的噪声,就足以使其工作不正常。所以两类电路应该分开布局和布线。   3)尽量加粗地线。若地线很细,接地电位会随电流的变化而变化,导致电子系统的信号受到干扰,特别是模拟电路部分,因此地线应该尽量宽,一般以大于 3mm 为宜。   4)将接地线构成闭环。当电路板上只有数字电路时,应该使地线形成环路,这样可以明显提高抗干扰能力,这是因为当电路板上有很多集成电路时,若地线很细,会引起较大的接地电位差,而环形地线可以减少接地电阻,从而减小接地电位差。   5)同一级电路的接地点应该尽可能靠近,并且本级电路的电源滤波电容也应该接在本级的接地点上。   6)总地线的接法。总地线必须严格按照高频、中频、低频的顺序一级级地从弱电到强电连接。高频部分最好采用大面积包围式地线,以保证有好的屏蔽效果。   抗干扰   具有微处理器的电子系统,抗干扰和电磁兼容性是设计过程中必须考虑的问题,特别是对于时钟频率高、总线周期快的系统;含有大功率、大电流驱动电路的系统;含微弱模拟信号以及高精度 A/D 变换电路的系统。为增加系统抗电磁干扰能力应考虑采取以下措施:   1)选用时钟频率低的微处理器。只要控制器性能能够满足要求,时钟频率越低越好,低的时钟可以有效降低噪声和提高系统的抗干扰能力。由于方波中包含各种频率成分,其高频成分很容易成为噪声源,一般情况下,时钟频率 3 倍的高频噪声是最具危险性的。   2)减小信号传输中的畸变。当高速信号(信号频率高=上升沿和下降沿快的信号)在铜膜线上传输时,由于铜膜线电感和电容的影响,会使信号发生畸变,当畸变过大时,就会使系统工作不可靠。一般要求,信号在电路板上传输的铜膜线越短越好,过孔数目越少越好。典型值:长度不超过 25cm,过孔数不超过 2 个。   3)减小信号间的交叉干扰。当一条信号线具有脉冲信号时,会对另一条具有高输入阻抗的弱信号线产生干扰,这时需要对弱信号线进行隔离,方法是加一个接地的轮廓线将弱信号包围起来,或者是增加线间距离,对于不同层面之间的干扰可以采用增加电源和地线层面的方法解决。   4)减小来自电源的噪声。电源在向系统提供能源的同时,也将其噪声加到所供电的系统中,系统中的复位、中断以及其它一些控制信号最易受外界噪声的干扰,所以,应该适当增加电容来滤掉这些来自电源的噪声。   5)注意电路板与元器件的高频特性。在高频情况下,电路板上的铜膜线、焊盘、过孔、电阻、电容、接插件的分布电感和电容不容忽略。由于这些分布电感和电容的影响,当铜膜线的长度为信号或噪声波长的 1/20 时,就会产生天线效应,对内部产生电磁干扰,对外发射电磁波。 一般情况下,过孔和焊盘会产生 0.6pF 的电容,一个集成电路的封装会产生 2~6pF 的电容,一个电路板的接插件会产生 520mH 的电感,而一个 DIP-24 插座有 18nH 的电感,这些电容和电感对低时钟频率的电路没有任何影响,而对于高时钟频率的电路必须给予注意。   6)元件布置要合理分区。元件在电路板上排列的位置要充分考虑抗电磁干扰问题。原则之一就是各个元件之间的铜膜线要尽量的短,在布局上,要把模拟电路、数字电路和产生大噪声的电路(继电器、大电流开关等)合理分开,使它们相互之间的信号耦合最小。   7)处理好地线。按照前面提到的单点接地或多点接地方式处理地线。将模拟地、数字地、大功率器件地分开连接,再汇聚到电源的接地点。 电路板以外的引线要用屏蔽线,对于高频和数字信号,屏蔽电缆两端都要接地,低频模拟信号用的屏蔽线,一般采用单端接地。对噪声和干扰非常敏感的电路或高频噪声特别严重的电路应该用金属屏蔽罩屏蔽。   8)去耦电容。去耦电容以瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好。设计电路板时,每个集成电路的电源和地线之间都要加一个去耦电容。去耦电容有两个作用,一方面是本集成电路的储能电容,提供和吸收该集成电路开门和关门瞬间的充放电电能,另一方面,旁路掉该器件产生的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容为 0.1μF,这样的电容有 5nH 的分布电感,可以对 10MHz 以下的噪声有较好的去耦作用。一般情况下,选择 0.01~0.1μF 的电容都可以。   一般要求没 10 片左右的集成电路增加一个 10μF 的充放电电容。 另外,在电源端、电路板的四角等位置应该跨接一个 10~100μF 的电容。 高频布线    为了使高频电路板的设计更合理,抗干扰性能更好,在进行 PCB 设计时应从以下几个方面考虑:   1)合理选择层数。利用中间内层平面作为电源和地线层,可以起到屏蔽的作用,有效降低寄生电感、缩短信号线长度、降低信号间的交叉干扰,一般情况下,四层板比两层板的噪声低 20dB。   2)走线方式。走线必须按照 45°角拐弯,这样可以减小高频信号的发射和相互之间的耦合。   3)走线长度。走线长度越短越好,两根线并行距离越短越好。   4)过孔数量。过孔数量越少越好。   5)层间布线方向。层间布线方向应该取垂直方向,就是顶层为水平方向,底层为垂直方向,这样可以减小信号间的干扰。   6)敷铜。增加接地的敷铜可以减小信号间的干扰。   7)包地。对重要的信号线进行包地处理,可以显着提高该信号的抗干扰能力,当然还可以对干扰源进行包地处理,使其不能干扰其它信号。   8)信号线。信号走线不能环路,需要按照菊花链方式布线。   9)去耦电容。在集成电路的电源端跨接去耦电容。   10)高频扼流。数字地、模拟地等连接公共地线时要接高频扼流器件,一般是中心孔穿有导线的高频铁氧体磁珠。
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