原创 浅谈表面安装优势及其PCB设计工艺

以前的电子产品，"插件+手焊"是PCB板的基本工艺过程，因而对PCB板的设计要求也十分单纯，随着表面安装技术的引入，制造工艺逐步溶于设计技术之中，对PCB板的设计要求就越来越苛刻，越来越需要统一化、规范化。本文结合作者多年的生产实践经验，对表面安装PCB设计中的制造工艺性问题进行了总结，提出来供广大设计人员参考。
　　一、表面安装优势
　　印制电路板上没有孔或窗口，元件直接紧贴在印制电路板上，缩短了引线，电路装配更易于实现自动化。用小的表面安装元件，可以节省印制电路板上的大量空间，对大多数系统而言，当元件装在电路板一面时，电路板面积可以减小两倍，当元件装到电路板两面时，又可以减小两倍，而且由于表面安装元件的高度一般都比较小，电路的密度可以增另两倍，这就可以大大减小系统的体积。
　　使用表面安装，由于引线的缩短，相对插脚元件而言，可以大大降低引线电感，寄生电容和电阻，因而各个元件的延迟时间缩短，使电路有更快的响应速度，使系统的电性能获得较大提高。
　　二、PCB设计工艺
　　1、PCB板选择(具体设备每种参数可能略有差别)
　　1.1 最大面积：X×Y＝330mm×250mm(对应于小工作台贴片设备)　X×Y＝460mm×460mm(对应于大工作台贴片设备)
　　1.2 最小面积：X×Y＝80mm×50mm
　　1.3 PCB四周倒角R 1.5mm
　　1.4 PCB厚度：0.8～2.5mm
　　1.5 若PCB板太小，需设计拼板，倘若拼板，建议采用邮票版或双面对刻V型槽的分离技术。
　　2、元器件布局规则
　　2.1 元件布置的有效范围：PCB板X，Y方向均要留出传送边，每边3.5mm，如不可避免，需另加工艺传送边。
　　2.2 PCB板上元件需均匀排放，避免轻重不均。
　　2.3　元器件在PCB板上的排向，原则上就随元器件类型的改变而变化，即同类元器件尽可能按相同的方向排列，以便元器件的贴装、焊接和检测。
　　2.4　当采用波峰焊时，尽量保证元器件的两端焊点同时接触焊料波峰(SOIC必须保证，片状、柱状元件尽量保证)。
　　2.5 当尺寸相差较大的片状元器件相邻排列，且间距很小时，较小的元器件在波峰焊时应排列在前面，先进入焊料波，避免尺寸较大的元器件遮蔽其后尺寸较小的元器件，造成漏焊。
　　2.6 板上不同组件相邻焊盘图形之间的最小间距应在1mm以上。
　　3、基准标志
　　3.1 为了精密地贴装元器件，可根据需要设计用于整块PCB的光学定位的一组图形(基准标志)，用于引脚数多，引脚间距小的单个器件的光学定位图形(局部基准标志)。
　　3.2 基准标志常用图形有：■ ● ▲ ＋，大小在0.5～2.0mm范围内，置于PCB或单个器件的对角线对称方向位置。
　　3.3 基准标志要考虑PCB材料颜色与环境的反差，通常设置成焊盘样，即覆铜或镀铅锡合金。
　　3.4　对于拼板，由于模具冲压偏差，可能形成板对板之间间距不一致，最好在每块拼板上都设基准标志，让机器将每块拼板当作单板看待。
　　4、焊盘图形设计
　　焊盘设计一般按所用元件外形在CAD标准库中选取相应标准焊盘尺寸，不可以大代小或以小代大。
　　5、焊盘与印制导线
　　5.1 减小印制导线连通焊盘处的宽度，除非受电荷容量、印制板加工极限等因素的限制，最大宽度应为0.4mm，或焊盘宽度的一半(以较小焊盘为准)。
　　5.2 焊盘与较大面积的导电区如地、电源等平面相连时，应通过一长度较短细的导电线路进行热隔离。
　　5.3 印制导线应避免呈一定角度与焊盘相连，只要可能，印制导线应从焊盘的长边的中心处与之相连。
　　6、焊盘与阻焊膜
　　6.1 印制板上相应于各焊盘的阻焊膜的开口尺寸，其宽度和长度分别应比焊盘尺寸大0.05～0.25mm，具体情况视焊盘间距而定，目的是既要防止阻焊剂污染焊盘，又要避免焊膏印刷、焊接时的连印和连焊。
　　6.2 阻焊膜的厚度不得大于焊盘的厚度
　　7、导通孔布局
　　7.1 避免在表面安装焊盘以内，或在距表面安装焊盘0.635mm以内设置导通孔。如无法避免，须用阻焊剂将焊料流失通道阻断。
　　7.2 作为测试支撑导通孔，在设计布局时，需充分考虑不同直径的探针，进行自动在线测试(ATE)时的最小间距。
　　8、焊接方式与PCB整体设计
　　8.1 再流焊几乎适用于所有贴片元件的焊接，波峰焊则只适用于焊接矩形片状元件、圆柱形元器件、SOT等和较小的SOP(管脚数少于28、脚间距1mm以上)。当采用波峰焊接SOP等多脚元件时，应于锡流方向最后两个(每边各1)焊脚处设置窃锡焊盘，防止连焊。
　　8.2 鉴于生产的可操作性，PCB整体设计尽可能按以下顺序优化：
　　A.单面贴装或混装，即在PCB单面布放贴片元件或插装元件；
　　B.双面贴装，PCB A面布放贴片元件和插装元件，B面布放适合于波峰焊的贴片元件；
　　C.双面混装，PCB A面布放贴片元件和插装元件，B面布放有需再流焊的贴片元件。

　　总之，表面贴装PCB设计内容很广，不仅要考虑电路基本设计、元器件产品设计、基板设计。而且还要考虑制造工艺性设计、测试图形设计等多方面的内容。若设计不当，SMT根本无法实施或生产效率很低。另外，随着SMT设备的发展，SMT工艺也在不断发展，现有的一些制约因素也许在不久的将来就会消失，所以需设计人员不断跟踪新设备，新工艺的发展。