SMT 焊盘与钢网的可制造性设计001

1、1PCB PAD与钢网开孔可制造性设计尹纪兵 2008.3.7课时4H，用于技术员，工程师，生产主管的培训2 SMT 工艺中的可制造性设计（工艺中的可制造性设计（DFM）越来越受到）越来越受到OEM，ODM及及EMS厂厂商的关注。一个被优化的可制造性设计能使产品更好的制造出来，减少制造难度系数，商的关注。一个被优化的可制造性设计能使产品更好的制造出来，减少制造难度系数，避免了被返修的可能。不仅能更快更好的交货，更能在某种程度上节约成本，避免了被返修的可能。不仅能更快更好的交货，更能在某种程度上节约成本，创造利润。本文将以创造利润。本文将以IPC标准为基础，结合实际生产中的要求对标准为基础，结合

2、实际生产中的要求对PCB 焊盘及钢焊盘及钢网的设计进行阐述。网的设计进行阐述。 SMT工艺中关键的一点是焊接，可以这样说，工艺中关键的一点是焊接，可以这样说，SMT就是如何将元件放到预就是如何将元件放到预定位置，通过焊接达到一定的电气性能的过程。定位置，通过焊接达到一定的电气性能的过程。 如何根据元件尺寸与特性设计出合理的焊盘，如何根据元件与焊盘及焊点要求设计如何根据元件尺寸与特性设计出合理的焊盘，如何根据元件与焊盘及焊点要求设计出钢网，并且设计出来的焊盘与钢网是可制造性，这将是一个工艺工程师面临的问题。出钢网，并且设计出来的焊盘与钢网是可制造性，这将是一个工艺工程师面临的问题。本文将从如上几

3、方面进行论述。本文将从如上几方面进行论述。注：1.文件涉及的标准为IPC-A-610中的二级标准，涉及的检查方法是用如下的放大倍数得出焊盘宽度或直径用于检测放大倍数大于1.0mm1.75X大于0.5小于1.0mm4X0.25至0.50mm10X小于0.25mm20X2.文中默认元件是标准件，以此为基础进行对焊盘与钢网的设计。31.PCB的可制造性设计。的可制造性设计。（1）Mark 点：点： 位置：位置：基板的对角 数量：数量：2个以上，建议3个，超过250mm或有 fine Pitch（指管脚或可焊端间距小于0.5mm的非片式元件）元件 时增加 Local Mark. FPC(柔性线路板）工

4、艺中考虑到拼板数量及成品率还须增加坏板标示。 BGA类元 件对角加外围识别标示。 大小：大小：基准点以直径为1.0mm为最佳。坏板标示以直径为2.0mm为最佳, BGA对角标示以0.35mm*3.0mm 7型 为佳（2）PCB尺寸及拼板：尺寸及拼板： 据不同设计而定，如手机,CD，数码相机等产品中PCB拼板尺寸以不超250*250mm为佳，FPC存在收缩 性故尺寸以不超150*180mm过为佳。PCBFPC42R1R1ClearanceFiducial markR2Bad mark0.350.350.750.750.20BGA outline markPCB上直径为1.0mm参考点BGA参考点

5、（可采用丝印或沉金的工艺进行制做）Fine pitch 元件的局部MARK（3）.参考点尺寸及示意图参考点尺寸及示意图直径2.0mm坏板参考点local mark5最小元件间距以0.25mm为极限（目前SMT工艺做到了0.20但品质不是很理想）且焊盘间要有阻焊油或覆盖膜进行阻焊（4）.最小元件间距最小元件间距62.钢网的可制造性设计钢网的可制造性设计为了使锡膏印刷后更好的成形，钢网在厚度选择及开孔设计时应注意到如下要求：（1） Aspect Ratio（宽厚比）大于（宽厚比）大于3/2 ：针对Fine-Pitch的QFP 、IC 等管脚类器件。 如0.4pitch 的QFP（Quad Flat

6、 Package） 焊盘宽为0.22mm 长为1.5mm 若钢网开孔为0.20mm据宽厚比须 小于1.5得出网厚应小于0.13。 （2） Area Ratio（面积比）大于（面积比）大于2/3：针对0402，0201，BGA，CSP之类的小管脚类器件面积比大于2/3) 如0402类元件 焊盘为0.6*0.4若钢网按1：1开孔据面积比大于2/3 知网厚T应小于0.18,同理0201类元件焊 盘为0.35*0.3得出网厚应小于0.12元件类型间距钢网厚度QFP0.65mm0.15-0.18mm0.5mm0.13-0.15mm0.4mm0.10-0.13mm0.3mm0.07-0.13mm0402N

7、/A0.10-0.15mm0201N/A0.08-0.12mmBGA1.25-1.27mm0.15-0.20mm1.00mm0.12-0.13mm0.5mm0.07-0.13mmflip chip0.25mm0.08-0.10mm0.2mm0.05-0.10mm0.15mm0.03-0.08mm钢网开孔切面图钢网厚度与焊盘（元件）对照表宽厚比 Aspect Ratio= 1.5 面积比 Area Ratio= 0.66WTL*W2*(L+W)*TWLT（3） 由如上两点得出钢网厚度与焊盘（元件）对由如上两点得出钢网厚度与焊盘（元件）对 照表照表， 当钢网厚度被限定后如何保证下锡量，如何保证焊

8、点上锡量，这将在后面的钢网设计中分类论述73.SMT工艺中的常用元件及其焊盘钢网开孔设计工艺中的常用元件及其焊盘钢网开孔设计（1）.片式元件尺寸：包括电阻（排阻），电容（排容），电感等片式元件尺寸：包括电阻（排阻），电容（排容），电感等HLSTW元件类型/电阻长（L）宽（W）厚（H）焊端长度（T）焊端内距（S）0201（1005）0.600.300.200.150.300402（1005）1.000.500.350.200.600603（1608）1.600.800.450.350.900805（2012）2.001.200.600.401.201206（3216）3.201.600.700.

9、502.201210（3225）3.202.500.700.502.20元件侧视图元件正视图元件反转视图元件类型/电容长（L）宽（W）厚（H）焊端长度（T）焊端内距（S）0201（1005）0.600.300.300.150.300402（1005）1.000.500.500.200.600603（1608）1.600.800.800.350.900805（2012）2.001.201.000.401.201206（3216）3.201.601.200.502.201210（3225）3.202.501.300.502.20元件尺寸图元件尺寸表1元件尺寸表28（2）。片式元件焊点上锡要求：包括

10、电阻（排阻），电容（排容），电感等）。片式元件焊点上锡要求：包括电阻（排阻），电容（排容），电感等侧面偏移：侧面偏移（A)小于或等于元件可焊端宽度（W）的50%或焊盘的50%，其中较小者（决定因素贴装座标焊盘宽度）未端偏移：末端偏移不可超出焊盘，（决定因素贴装座标焊盘长度及内距）焊端与焊盘：焊端必须与焊盘接触，恰当值是焊端完全在焊盘上。（决定因素焊盘长度及内距）焊端与焊盘：焊端与焊盘无接触，致使元件假焊9正面焊端焊点上锡高度：最大焊点高度为焊锡厚度加元件可焊端高度。（决定因素钢网厚度，元件焊端尺寸，焊盘大小正面焊端最大高度：最大高度可以超出焊盘或爬升至可焊端顶部，但不可接触元件体。（此类现象多

11、发生在0201，0402类元件上）正面焊端焊点上锡最小高度： 最小焊点高度（F）为焊锡厚度（G）加可焊端高度（H）的25%或0.5mm，其中较小者。（决定因素钢网厚度，元件焊端尺寸，焊盘大小）侧面焊端高度：正常润湿侧面焊端长度：最佳值侧面焊点长度等于元件可焊端长度，正常润湿的焊点也是可接受的。（决定因素钢网厚度，元件焊端尺寸，焊盘大小）正面焊端宽度：最佳值焊点长度等于元件可焊端长度，最小为元件或焊盘的50%。（2）。片式元件焊点上锡要求：包括电阻（排阻），电容（排容），电感等）。片式元件焊点上锡要求：包括电阻（排阻），电容（排容），电感等10（3）。片式元件焊盘设计：包括电阻（排阻），电容（排

12、容），电感等）。片式元件焊盘设计：包括电阻（排阻），电容（排容），电感等XYZGC元件类型/电容/电阻/电感长（X）宽（Y）焊盘内距（G）0201（1005）0.350.300.250402（1005）0.600.600.400603（1005）0.900.600.700805（2012）1.401.000.901206（3216）1.901.001.901210（3225）2.801.152.00片式元件焊盘示意图片式元件焊盘尺寸表据元件尺寸及焊点要求得出如下焊盘尺寸：11（4）。片式元件钢网开孔设计：包括电阻（排阻），电容（排容），电感等）。片式元件钢网开孔设计：包括电阻（排阻），电容（排

13、容），电感等（4.1) 0201类元件钢网设计类元件钢网设计：设计要点：元件不可浮高，墓碑设计方式：网厚0.08-0.12mm,开马蹄形，内距保持0.30总下锡面积为焊盘的95%0.350.300.250.30钢网下锡与焊盘吻合图0.600.350.300.250.300.150.30元件锡膏与焊盘吻合图0201类元件贴装图（放大二十倍）0201类元件焊接图（放大二十倍）电容电阻12（4.2) 0402类元件钢网设计：类元件钢网设计：设计要点：元件不可浮高，锡珠，墓碑设计方式：网厚0.10-0.15mm,最佳0。12mm,中间开0.2的凹形避锡珠，内距保持0.45，电阻外三端外加0.05,电容

14、外三端外加0.10总下锡面积为焊盘的100%-105%。注：因电阻电容的厚度不同（电阻为0.3mm电容0.5mm故下锡量不同，这对上锡高度及AOI（光学自动检测）的检出度是一个很好的帮助0.600.600.400.800.7 0.45钢网下锡与焊盘吻合图0.500.600.400.80 0.451.000.20元件锡膏与焊盘吻合图0402类元件焊接图0402类元件开孔不避位将产生锡珠13 （4.3) 0603类元件钢网设计：类元件钢网设计：设计要点：元件避锡珠，墓碑，上锡量设计方式：网厚0.12-0.15mm,最佳0.15mm,中间开0.25的凹形避锡珠，内距保持0.80，电阻外三端外加0.1

15、,电容外三端外加0.15总下锡面积为焊盘的100%-110%。注：0603类元件与0402，0201元件在一起时钢网厚度被限定，为了增加上锡量须采取外加的方式来完成0603类元件焊接图0.900.600.701.201.0 0.60钢网下锡与焊盘吻合图0.500.600.400.80 0.61.600.20元件锡膏与焊盘吻合图14（4.4) 尺寸大于尺寸大于0603类（类（1.6*0.8mm）的片式元件钢网设计：）的片式元件钢网设计：设计要点：元件避锡珠，上锡量设计方式：网厚0.12-0.15mm,最佳0.15mm。中间开1/3的凹口进行避锡珠，下锡量90%XYZGC元件类型/电容/电阻/电感

16、长（X）宽（Y）焊盘内距（G）0805（2012）1.401.000.901206（3216）1.901.001.901210（3225）2.801.152.00片式元件焊盘示意图片式元件焊盘尺寸表YX0805以上元件钢网开孔示意图X/3Y/315（5.1）。）。SOT23 （三极管小晶体类）元件的焊盘与钢网开孔设计（三极管小晶体类）元件的焊盘与钢网开孔设计SOT23 焊点最低要求：最小侧面长度等于引脚宽度1.100.501.350.950.402.30SOT23 元件正视尺寸SOT23 元件侧视尺寸SOT23 焊点最佳要求：焊点在引脚长度方向上正常润湿（决定因素钢网下锡量，元件脚长，脚宽，脚

17、厚及焊盘尺寸。SOT23 焊点最大要求：焊锡可升至，但不可接触元件体或尾端封装16SOT23 焊盘设计SOT23 焊盘钢网设计:要点：下锡量。方法：网厚0.12按1：1开孔1.01.20.80.952.21.41.01.20.80.952.21.4SOT23 下锡贴片及焊接效果类似的设计还有SOD123，0.800.250.20.800.400.40SOD123元件尺寸SOD123 焊盘与钢网开孔（按1：1开孔），注意本体不可搭焊盘，否则注意本体不可搭焊盘，否则易引起元件移位与浮高易引起元件移位与浮高SOD123 焊接效果（5.2）。）。SOT23 （三极管小晶体类）元件的焊盘与钢网开孔设计（

18、三极管小晶体类）元件的焊盘与钢网开孔设计17（6.1）翼形元件（）翼形元件（SOP，QFP等）的焊盘与钢网设计等）的焊盘与钢网设计翼形元件分直翼形与鸥翼形，直翼形元件在焊盘与钢网开孔设计上应注意内切，以防止焊锡上元件体直翼形元件鸥翼形元件典型的翼形元件SQFP208尺寸分析：脚数：208脚间距：0。5mm脚长1.0有效焊接长度0.6,脚宽0.2,内距2828280.52.50.60.2翼形元件焊点最低要求：最小侧面长度等于引脚宽度翼形元件焊点最佳要求：焊点在引脚长度方向上正常润湿(决定因素焊盘尺寸钢网下锡量）翼形元件焊点最大要求：焊锡可升至，但不可接触元件体或尾端封装18311.60.2527

19、.81.60.40.61.631.31.750.2327.80.40.6（6.2）典型的翼形元件）典型的翼形元件SQFP208的焊盘与钢网设计的焊盘与钢网设计0.230.251.600.15翼形元件焊盘与锡膏吻合图注:为了不使元件引脚间短路，且前端润湿良好，钢网开孔在设计时应注意内缩与外加，外加不应超过0。25,否则易产生锡珠，网厚选0。12mm.翼形元件焊接效果图典型的翼形元件SQFP208 焊盘设计:元件有效上锡端前加0.4mm,后加0.60mm宽度为0.25mm翼形元件SQFP208钢网设计：0.5mm pitch 的QFP翼形元件，钢网厚0.12mm，长开1.75(外加0.15)，宽开

20、0.22mm，内距保持27.8不变19（6.3）翼形元件焊盘与钢网设计应用）翼形元件焊盘与钢网设计应用0.4mm pitch BTB连接器的焊盘0.4mm pitch BTB连接器的钢网设计（下锡效果）0.4mm pitch BTB连接器的焊接效果0.4mm pitch BTB连接器的贴装效果0.4mm pitch board to board 连接器 焊盘设计：焊盘宽度0.23（元件脚宽0.18mm)，长度1.2（元件脚长0.8mm)。钢网开孔：长1.4,宽0.2,网厚0.1220（7.1）QFN类元件的焊盘与钢网设计类元件的焊盘与钢网设计QFN (Quad Flat No Lead)类元件

21、是一种无引脚元件，在高频域得到广泛应用，但因其焊接结构为城堡形，且为无引脚式焊接，故在SMT焊接工艺中有一定的难度QFN 类元件观图（正面）焊点宽度：焊点宽度不得小于可焊端的50%（决定因素元件焊端宽度，钢网开孔宽度）焊点高度：焊点高度为焊锡厚度与元件高度之和的25% （决定因素元件焊端高度，钢网开孔长度及焊盘长度）IPC-610中对QFN (Quad Flat No Lead)类元件的焊点要求QFN 类元件观图（反面）21 要点：不可产生锡珠，浮高，短路在此基础上增加可焊端及下锡量。 方法：焊盘设计上据元件尺寸对可焊端外加至少0.150.30mm,（最多不可超过0.30否则元件易产生上锡高度

22、不足） 钢网：在焊盘的基础上再外加0.20mm,且对中间散热焊盘架桥开孔,防止元件浮高。QFN 类元件焊盘设计对应表（7.2）结合）结合QFN 类元件本身的尺寸与焊点要求焊盘及钢网设计对应如下：类元件本身的尺寸与焊点要求焊盘及钢网设计对应如下：2223(7.3)一个典型的一个典型的QFN 元件焊盘及钢网设计：元件焊盘及钢网设计：元件：0.4mm pitch QFN，可焊端长0.6mm宽0.2焊盘：长0.75宽0.25钢网：长0.95，宽0.22（拉长外加防止短路锡珠），中间散热块按80%架桥开孔，防止浮高造成假焊焊盘设计焊接效果钢网设计焊接效果下锡效果24(8.1)BGA（ Ball Grid

23、 Array）类元件尺寸：类元件尺寸：元件正面元件反面焊盘示意图BGA（ Ball Grid Array）类元件在设计焊盘时主要依据是焊球的直径与间距：焊接后焊球熔化与锡膏及铜铂形成金属间化合物，此时球的直径变小，同时熔化时的锡膏在分子间作用力及液体间张力的作用下回缩。从而得出焊盘与钢网的设计如下：（1）焊盘的设计一般较球的直径小10%-20%，（2）钢网的开孔较焊盘大10%-20%。注意：fine pitch 时除外此时0.4 pitch时按100%开孔，0.4以内一般按90%开孔以防止短路。BGA焊接后X-ray图相25(8.1)BGA（ Ball Grid Array）类类 元件尺寸：元件尺寸：BGA类元件焊盘与钢网设计对照表BGA类元件在焊接时在焊点上主要出现空洞，短路等问题。此类问题的出现有多种因素，如BGA的烘烤，PCB的二次回流等，回流时间的长短，但仅对焊盘及钢网设计而言应注意如下几点：1。焊盘设计时应注意尽量避开通孔，埋盲孔等可能出现盗锡的孔类出现在焊盘上。2。对于间距较大的BGA（超过0.5mm)的应适量加锡可以通过加厚钢网或扩大开孔来达到，对于fine pitch的B