原创 良好的设计才能产出精品-6元器件焊盘设计

2011-7-19 14:11 6800 6 32 分类: 消费电子

PCB的元器件焊盘设计是一个重点,最终产品的质量都在于焊点的质量。因此,焊盘设计是否科学合理,至关重要。  

对于同一个元件,凡是对称使用的焊盘(如片状电阻、电容、SOIC、QFP等),设计时应严格保持其全面的对称性,即焊盘图形的形状与尺寸应完全一致。以保证焊料熔融时,作用于元器件上所有焊点的表面张力(也称为润湿力)能保持平衡(即其合力为零),以利于形成理想的焊点。

以下分类讲一下不同类型元器件的焊盘设计要求:

一、片式(Chip)元件焊盘设计应掌握以下关键要素

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;对于小尺寸的元件0603、0402、0201等,两端融焊锡表面张力的不平衡,很容易引起元件形成“立碑”的缺陷。

焊盘间距:确保元件端头或引脚与焊盘恰当的搭接尺寸;

焊盘剩余尺寸: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。

         A :焊盘宽度

         B :焊盘长度

         G :焊盘间距

         S :焊盘剩余尺寸

chip焊盘设计.jpg

在实际生产中,最常见到0402元件焊盘设计不合理,造成缺陷比较多,在这里,给大家一个0402元件的优选焊盘设计方案,这个方案在生产实际中效果比较好,缺陷率极低。

0402优选焊盘各项参数及焊盘图形:

A=0.7-0.71

B=0.38

G=0.52

S=0.14

0402焊盘.jpg

焊盘的两端可以设计成半园形,焊接后的焊点比较饱满。

二、SOP及QFP设计原则:

1、 焊盘中心距等于引脚中心距;

2、 单个引脚焊盘设计的一般原则

   Y=T+b1+b2=1.5~2mm       (b1=0.3~1.0mm b2=0.3~0.7mm)

X=1~1.2W

3、 相对两排焊盘内侧距离按下式计算(单位mm)

         G=F-K

式中:G—两排焊盘之间距离,

F—元器件壳体封装尺寸,

K—系数,一般取0.25mm,

sop焊盘设计.jpg

SOP包括QFP的焊盘设计中,需要注意的就是上面第2条中的b1和b2两个参数。良好的焊点可以看下面的图,在这个图里,前面称为的焊点的脚趾,后面称为焊点的脚跟,一个合格的焊点,必须包含这两部分,缺一不可,而且焊点的强度也是靠这两个部位来保证的,尤其是脚跟部位。在一些设计不良的案例中,或者是b2太短,或者b1太短,导致的结果就是无法形成合格的焊点。

sop焊点.jpg

三、BGA的焊盘设计原则

1、PCB上的每个焊盘的中心与BGA底部相对应的焊球中心相吻合;

2、PCB焊盘图形为实心圆,导通孔不能加工在焊盘上;

3、与焊盘连接的导线宽度要一致,一般为0.15mm~0.2mm;

4、阻焊尺寸比焊盘尺寸大0.1mm~0.15mm;

5、焊盘附近的导通孔在金属化后,必须用阻焊剂进行堵塞,高度不得超过焊盘高度;

6、在BGA器件外廓四角加工丝网图形,丝网图形的线宽为0.2mm~0.25mm。

BGA器件的焊盘形状为圆形,通常PBGA焊盘直径应比焊球直径小20%。焊盘旁边的通孔,在制板时须做好阻焊,以防引起焊料流失造成短路或虚焊。BGA焊盘间距应按公制设计,由于元件手册会给出公制和英制两种尺寸标注,实际上元件是按公制生产的,按英制设计焊盘会造成安装偏差。

上面提到的PBGA是塑封体,有铅PBGA的焊球的材料为63Sn37Pb,与有铅焊料的成份是一致的,在焊接过程中与焊料同时融化,形成焊点。无铅PBGA的焊球是SAC307或SAC305,与常用的无铅焊料的成份也比较接近,在焊接中也会融化,形成焊点。

但是还有一种BGA,封装体是陶瓷,称为CBGA,CBGA的焊球是高温焊料,其熔点远远高于常见的焊料,在焊接中,CBGA的焊球是不融化的,因此,CBGA的焊盘设计与PBGA的焊盘设计是不一样的。

具体设计参数可参考下图:

cbga焊盘设计.jpg四、焊盘的热隔离

SMD器件的引脚与大面积筒箔连接时,要进行热隔离处理,否则会由于元件两端热量不均衡,造成焊接缺陷。
 
热隔离.jpg

五、再流焊工艺导通孔的设置

1、 一般导通孔直径不小于0.75mm;

2、 除SOIC、QFP、PLCC 等器件外,不能在其它元器件下面打导通孔;

3、 导通孔不能设计在焊接面上片式元件的两个焊盘中间的位置;

4、 更不允许直接将导通孔作为BGA器件的焊盘来用;

5、 导通孔和焊盘之间应有一段涂有阻焊膜的细连线相连,细连线的长度应大于0.5mm;宽度大于0.4mm。

要绝对避免在表面安装焊盘以内设置导通孔,在距表面安装焊盘0.635mm以内设置导通孔,应该通过一小段导线连接,并用阻焊剂将焊料流失通道阻断,否则容易引起“立片”或“焊料不足”等缺陷。

导通孔照片.jpg

 

通孔的设计.jpg

六、插装元器件焊盘设计

1、 孔距为5.08mm或以上的,焊盘直径不得小于3mm;

2、 孔距为2.54mm的,焊盘直径最小不应小于1.7mm;

3、 电路板上连接220V电压的焊盘间距,最小不应小于3mm;

4、 流过电流超过0.5A(含0.5A)的焊盘直径应大于等于4mm;

5、 焊盘以尽可能大一点为好,对于一般焊点,其焊盘直径最小不得小于2mm。

插装元器件焊盘孔径设计

 采用波峰焊接工艺时,元件插孔孔径,一般比其引脚线径大0.1 mm- 0.3mm为宜,其焊盘的直径应大于孔径的3倍。电阻、二极管的安装孔距应设计为标准系列7.5mm、10mm、12.5mm、15mm,电解电容的安装孔距应与元件引脚距一致,三极管的安装孔距应为2.54mm。

七、采用波峰焊工艺时,贴片元件的焊盘设计

采用波峰焊焊接片式元件时,应注意“阴影效应(缺焊)、‘桥接’(短路)”的发生,对于CHIP元件,应将元件的轴向方向垂直于PCB的传送方向,小的元件应在大的元件前面,间距应大于2.5mm;

采用波峰焊工艺时焊盘设计的几个要点

 1、高密度布线时应采用椭圆焊盘图形,以减少连焊;

 2、为了减小阴影效应提高焊接质量,波峰焊的焊盘图形设计时对于SOT、钽电容,延伸元件体外的焊盘长度,在长度方向应比正常设计的焊盘向外扩展0.3mm;

3、对于SOP,为防止桥接,对SOP最外侧的两对焊盘加宽,以吸附多余的焊锡;或设置工艺焊盘(也称为盗锡焊盘)。工艺焊盘是个空焊盘,作用就是吸收多余的焊锡,它的位置是在沿传送方向的最后一个焊盘的后面。

盗焊盘设计.jpg

八、丝印字符的设计

1、一般情况需要在丝印层标出元器件的丝印图形,丝印图形包括丝印符号、元器件位号、极性和IC的第一脚标志,高密度窄间距时可采用简化符号,特殊情况可省去元器件的位号;

2、有极性的元器件,应按照实际安装位置标出极性以及安装方向;

3、对两边或四周引出脚的集成电路,要用符号(如:小方块、小圆圈、小圆点)标出第1号管脚的位置,符号大小要和实物成比例;

4、BGA器件最好用阿拉伯数字和英文字母以矩阵的方式标出第一脚的位置;

5、对连接器类元件,要标出安装方向、1号脚的位置。

6、以上所有标记应在元件安装框外,以免焊接后遮盖,不便于检查。

7、丝印字符应清晰,大小一致,方向尽量整齐,便于查找;

8、字符中的线、符号等不得压住焊盘,以免造成焊接不良。

文章评论26条评论)

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zhang_yingguo_515129458 2014-7-2 14:54

很好的经验总结。值得推荐!

zhaojianpei_266729850 2014-7-2 13:51

文章非常不错很好,值得收藏。

312819595_633478710 2014-6-30 09:49

收下,学习学习

linqj.2008_339994501 2012-5-7 20:16

好长的一系列文章啊,博主辛苦。。!

lj_luo_324861130 2011-12-6 12:58

楼主的文章值得收藏和推广,是难得的经验之谈。

373705690_753563947 2011-11-20 01:04

受益匪浅!谢谢了!

shyx184011_894482555 2011-11-8 13:55

为你和彩。

anahu_719040978 2011-8-30 08:31

好文!期待新形势~

visitor_251768931 2011-8-25 16:46

深圳卓尼斯科技有限公司(Zenithink)的总裁任长红对笔者说道。 这家公司近期因为一篇isuppli的调查报告而处在风口浪尖之上,在这份《美国平板电脑消费者喜爱产品》的调查中,Zenithink品牌在消费者满意度上排名第二,仅次于苹果,也是唯一上榜的中国企业。 对于这项排名,任长红显得相当低调.

qiuming10086_288035799 2011-8-9 16:02

学到很多。谢谢!
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