SMT电子产品基板之设计及及与装配之整合

1、SMT高級工程師教案3SMT電子產品基板之設計與裝配之整合SMT電子產品基板之設計與裝配之整合設計與製造為何需要整合時效因素零件選擇PCB LAYOUTPILOT RUN (EVP，MVP.)DEBUGRE-LAYOUT量產成本因素開發成本 (設計，試產，材料，修改)量產成本 (人力需求，加工需求，重工需求)材料成本 (共用材料，專用材料，庫存材料 設計變更，呆料)SMT電子產品基板之設計與裝配之整合量產因素製造困難度 (零件種類，製程方式，加工方式，設備需求，技術需求，.)測試方式 (測試點尺寸及數量，PCB尺寸)維修困難度 (零件形態，零件位置，零件密度，製程方式，)品質因素電氣特性需求

2、(高電壓，大電流，高頻，安規)製造品質需求 (PCB加工方式，零件加工方式， 零件腳長，零件傾斜)產品可靠度零件可靠度SMT電子產品基板之設計與裝配之整合基板PCB開發流程產品規格確認 線路確認零件確認PCB外型尺寸確認 零件LIBRARY建立 COMPONENT PLACEMENT TRACE ROUTING TAPEOUTSMT電子產品基板之設計與裝配之整合生產線參與LAYOUT時機 產品LAYOUT完成甚致試產後不易因量產性而再做大幅修改，因此產品設計與生產線相關人員必須先行討論，以改善產品製造性，或協調設計與製造之需求與限制。生產線參與LAYOUT時機可分為LAYOUT前與第一次試產後

3、，LAYOUT前主要在確認零件位置及後續製程方式：PCB零件層面 (上/下層)及製程方式零件密度 (QFP，BGA，較大型零件)PTH零件SMT製程CONNECTOR數量，型式及位置板邊預留異形零件或特殊零件試產後則詳細確認成效及修正其它誤差後，導入下次RE-LAYOUT時一併修正直至量產SMT電子產品基板之設計與裝配之整合生產線參與LAYOUT時機零件確認 零件使用除R/D所要求之電氣規格外，生產線 相關人員必須同時就”生產線需求”先確認，以 決定製程方式及條件，如PDG建立，鋼板厚 度選擇，甚致迴焊條件等：零件外形及尺寸零件腳數量與密度(QFP)錫球腳數量及密度(BGA)零件重量零件耐溫(

4、PTH零件SMT製程)零件封裝方式(JLEAD，GULL WING QFP，BGA，)零件包裝方式(TAPE AND REEL，LOSE FORM，)SMT電子產品基板之設計與裝配之整合生產線參與LAYOUT時機PCB外形尺寸確認 PCBA組裝過程中所使用之設備如錫爐或SMT 製程設備等，主要皆以PCB兩對邊做為承載 ，且設備最大操作範圍有一定極限，因此決定 PCB外形及尺寸或有特殊需求時，有下列因素 須與生產線相關人員討論：錫爐/SMT製程PCB尺寸*設備最大/小操作範圍*PCB併板方式*PCB焊接方向(彎曲變形)*PCB承載平衡(2側)*PCB外形(前後)*浴盆效應/溢錫*零件掉落(SMT

5、製程)*特殊設計/需求(治/夾具，高架)SMT電子產品基板之設計與裝配之整合生產線參與LAYOUT時機零件LIBRARY建立零件LIBRARY之建立對零件焊接品質有絕對之影響，如焊墊長度、寬度、間距，形式與零件空焊、短路、錫球甚至墓碑效應等皆有一定之關連性。現有之零件LIBRARY主要由零件廠商提供或由其它使用者直接套用，但由於標準各有不同易產生混淆，且其中許多並未因製程之不同而加以分類，混用之結果，造成分析不良原因時產生誤判，因此在建立LIBRARY時應協同生產線相關人員共同確立，甚至取得實際零件加以確認雖零件種類極多但以逐步建立或於零件承認時一併導入，將可建立一套利於設計且易於生產線及品質

6、之自有標準FOR REFLOW SIDE1010mil 30mil 30mil40mil 40mil 95mil 95mil060337mil37mil 65mil 65mil 108mil 108mil 08051206 FOR WAVE SOLDER SIDE (PREFERRED).040 .040 .060 .060.025 .025.075.025 .075.025 LEVELING PAD CAN BEUSED AS A CONNECTION TRACELEVELING PAD CAN BEUSED AS A CONNECTION TRACE .085 .085 .1151210

7、FOR REFLOW SIDE.115 .15015 .15015 .037 .037TYP TYP 1206 FOR REFLOW SIDETYPTYP 1206 FOR WAVE SOLDER SIDE (ALTERNATE) 4 PLACES(LEVELING PADS).060 4 PLACES(LEVELING PADS).060 1210 FOR WAVE SOLDER SIDE.080 .080 .060 .060 .195 .195 CASE TANTALUM FOR REFLOW SIDE.060 SQ.060 SQTYPTYP.060 .060.180REF .180REF

8、 1812 FLAT CHIP FOR REFLOW SIDE.130 TYP.130 TYPTYPTYP.220REF.100 .220REF.100 C-CASE TANTALUM FOR REFLOW SIDE.100.100.080.080TYPTYP .110 .110REF.270 REF.270 D-CASE TANTALUM FOR REFLOW SIDE REF REF PANASONIC 25V CAPACITOR REF REF 2225 FLAT CHIP PACKAGE .250 .250 .270 .270REF REF 1825 FLAT CHIP PACKAGE

9、.250 .250 .086 .086REF.230 REF.230 FLAT CHIP FERRITE BEAD WAVE SIDE .300.300.100 .100.80 .802 PLACES 2 PLACES .075 .075 FLAT CHIP FERRITE BEAD FOR WAVE SIDE.1352 PLACES .1352 PLACES.060 .060.110 .110.220REF .220REF MINI-MELF (MLL34)FOR REFLOW SIDE.060 .060 .060 .060 .140 .140 MELF (MLL41)FOR REFLOW

10、SIDE.090 .090.090 .090 .215 .215 SOT-23 FOR REFLOW SIDE SQ TYP SQ TYP.110.110.040 REF.040 REFREF.040REF.040.110.110SOT-23 FOR WAVE SIDE.050 TYP3 PLACES .050 TYP3 PLACES TYP TYP. PAD.045 REF .195. PAD.045 REF .195REF.035REF.035.135 .135.090SOT-89 FOR REFLOW SIDE.090(.(.XX).230.230.070.070.059.059SOT-

11、89 FOR WAVE SIDE.080.080.250.034.250.034.050 2PLCS.050 2PLCS.067.125REF.1602 PLACESTYP.040.059REF.170.100.080.067.067.125REF.1602 PLACESTYP.040.059REF.170.100.080.067D-PAK FOR REFLOW SIDE.240.240.240.240.430.430.070.070REFREF.120.120.070.0702 PLACES2 PLACES.090.090.090.090D-PAK FOR WAVE SIDE.220.220

12、.380.380REFREF.080.080.120.120.200.500.180.200.500.180B-45 FOR REFLOW SIDE.090.090.125.125.035.035.070.070.040.040.059.TYP.059.TYP.1189.1189B-45 FOR WAVE SIDE.080.080.100.100.250.170.250.170.060TYP.060TYP.118.080 .118.080 SOIC 16 PIN WIDE BODY” CENTERS，REFLOW SIDE.050 .050 .406.406.012LEAD EXTENSION

13、.446 LEAD EXTENSION.446 . . SOIC 32 PIN，” CENTERS，REFLOW SIDE.575 MAXLEAD EXTENTION.575 MAXLEAD EXTENTION.050 .050 TYPTYP SOIC 8，14，16 PIN” CENTERS ,REFLOW SIDE 8 PIN .05014 .05014 PIN .236+.236+DIMENSIONS SHOWN ARE TYPICAL.275LEAD EXTENSION DIMENSIONS SHOWN ARE TYPICAL.275LEAD EXTENSION SOIC 8，14，1

14、6 PIN” CENTERS，WAVE SIDE，SMALL BOARDS 14 PIN8 14 PIN8 PIN .050 .050 .236+ .236+LEAD EXTENSION LEAD EXTENSION BOTH ENDS BOTH ENDS16 PINTHROUGH WAVE 16 PINTHROUGH WAVE SOIC 8，14，16 PIN” CENTERS，WAVE SIDE，LARGE BOARDS8 PIN8 PIN.050.05014 PIN.050.05014 PIN.275LEAD EXTENSION.236+.275LEAD EXTENSION.236+2

15、EXTRA 2 EXTRA THROUGH WAVEPADS TRAILING END.THROUGH WAVEPADS TRAILING END. SOIC 20 PIN WIDE BODY，” CENTERS，REFLOW .406.406.012.446LEAD EXTENSION .446LEAD EXTENSION .050TYP. .050TYP. SOIC 20 PIN，” CENTERS(SPECIAL WIDE BODY)LEAD EXTENTION.477MAXLEAD EXTENTION.477MAX .505 .505TYP TYP SOJ 20 PIN，” CENTE

16、RS，REFLOW SIDE.050TYP.050TYP SOJ 20 PIN(26 PIN PACKAGE)，” CENTERS，REFLOW SIDETYP.050 TYP.050 CL OF LFAD CL OF LFAD.268.268 RESISTOR PACK，SOIC 14、16 PIN，” CENTERS 14 PIN 14 PINTYP.050TYP.050 LEAD EXTENSION.013 LEAD EXTENSION.013 . .TYP TYP16 PIN 16 PINPLCC 52 PIN，” CENTERS.600.600.050.050. CL OF CONT

17、ACT CL OF CONTACT SQ SQ PLCC 52 PIN，” CENTERS.356.356CL OF LEADS.253 REFCL OF LEADS.253 REF1 181 18.050TYP.050TYP. . REF REFCL OF LEADS CL OF LEADS TYP TYP SQPLCC 20 PIN，” CENTERS SQ REF REFCL OF CONTACT CL OF CONTACT TYP TYPPLCC 28 PIN，” CENTERS SQ SQ TYPCL OF CONTACT.415 REF TYPCL OF CONTACT.415 R

18、EF PLCC 44 PIN，” CENTERS REF REFCL OF CONTACT CL OF CONTACT SQ SQ PLCC 100 PIN，” CENTERS.050.050.TYPTYPTYPTYP SQ REF SQ REF CENTERLINE OF CONTACT CENTERLINE OF CONTACT SQ SQ PLCC 84 PIN，” CENTERS.050.050 SQ REF SQ REFLINE OF CONTACT CENTERLINE OF CONTACT CENTER TYP TYP SQ SQ PLCC 68 PIN，” CENTERSTYP

19、TYPTYPTYP SQ REF+ CENTER SQ REF+ CENTERLINE OF CONTACT LINE OF CONTACT SQ SQ CONDUCTOR TO FOOTPRINTSPACING REQUIREMENT MIN MINTYPTYP FOOT PRINT PADSVCC/GND1TEACE FOOT PRINT PADSVCC/GND1TEACE FOOT PRINT FOOT PRINT -VIAPADSFOOT PRINTVIA-VIAPADSFOOT PRINTVIANOTES：1THIS APPLIES TO WIDE FOOTRPINTS OR USI

20、NGSMALLER FOOTPRINTS THE TRACE SHOULD BE REDUCED ACCORDINGLY.TRY TO AVOID PUTTING POWER(VCC)AND GROUND(GND)SIGNALS ONADJACENT PADS WHEN USING REDUCED FOOTPRINTS OR PAD SIZESREFER TO PARAGRAPH FOR SIZE MINIMUM DIMENSIONS.CONDUCTOR TO FOOTPRINTSPACING REQUIREMENT MIN1TYPFOOT PRINT PADSVCC/GND MIN1TYPF

21、OOT PRINT PADSVCC/GNDBOTTOM BOARD (WAVE SIDE)COMPONENT ORIENTATIONBOTTOM BOARD (WAVE SIDE)COMPONENT ORIENTATION(COMPONENTS CANNOT BE CHANGED)(COMPONENTS CANNOT BE CHANGED)CAPACITORS/RESISTORSCAPACITORS/RESISTORSALTERNATEROTATIONPREFERRED(FLAT CHIPS)ALTERNATEROTATIONPREFERRED(FLAT CHIPS) SOT23SOT23DA

22、TUM0DATUM0DATUM0DATUM0WAVF FOLOW WAVF FOLOWSMT電子產品基板之設計與裝配之整合生產線參與LAYOUR時機COMPONENT PLACEMENT正確之COMPONENT PLACEMENT亦能有效改善產品製造品質，零件位置之決定，應與SMT相關人員事先確認，如有必要生產線可增加人力或改變製程予以配合，與其有關之因素如下：stndst1 REFLOW或2 REFLOW較重零件不宜置於1 REFLOW或改以增加點膠製程stndstPTH零件SMT製程零件(如CONNECTOR)，位置之確認此類CONNECTOR製程可選擇人工手焊或印錫膏迴焊，但取決於零件位

23、置(PCB上下層)及零件耐溫SMT電子產品基板之設計與裝配之整合生產線參與LAYOUT時機COMPONENT PLACEMENTPCB過錫爐/REFLOW方向性選擇零件過錫爐方向性選擇*CONNECTOR類零件*多焊點零件*IC類零件QFP類IC過錫爐方向性選擇接腳較寬零件過錫爐方向選擇陰影效應之考量*本體陰影*遮避陰影SMT電子產品基板之設計與裝配之整合BBAAAABPCB 過錫爐方向PCB 過錫爐方向PCB PCB 及零件過錫爐方向選擇SMT電子產品基板之設計與裝配之整合SMD零件SMD零件PCB陰影效應PCB陰影效應錫波流向PCB過錫爐方向PCB過錫爐方向陰影效應之產生陰影效應之產生SM

24、T電子產品基板之設計與裝配之整合A零件厚度A零件厚度A PITCH大於前置零件厚度A PITCH大於前置零件厚度PCB過錫爐方向PCB過錫爐方向本體陰影效應之產生本體陰影效應之產生SMT電子產品基板之設計與裝配之整合PCBPCB過錫爐方向遮避（陰影）效應之產生遮避（陰影）效應之產生SMT電子產品基板之設計與裝配之整合生產線參與LAYOUT時機TRACE ROUTINGPCB插件孔尺寸選擇（PTH零件）插件孔尺寸插件孔形狀導錫塊應用（錫爐製程）焊墊形狀（錫爐製程）盜錫塊應用（錫爐製程）文字漆之應用（錫爐製程）導通孔（VIA）之應用（REFLOW製程）導通孔與焊墊之間隔導通孔蓋綠漆導通孔噴錫/鍍金

25、郵票孔與TRACE之配合絕緣漆厚度之選擇SMT電子產品基板之設計與裝配之整合生產線參與LAYOUT時機PCB插件孔尺寸選擇（PTH零件）插件孔尺寸插件孔形狀插件孔尺寸選擇一般以零件以零件腳（圓形及正方形）直徑加為原則，軟腳及接腳較少之零件，可選擇零件腳加，硬腳及接腳較多之零件可選擇，扁腳(長方形)零件應使用橢圓形孔徑，尺寸則以零件腳對角線長度加原則，以插件時阻力不致過大(造成插件困難)為原則，多腳零件可選擇僅將其中一支接腳孔徑縮小插件孔形狀選擇除非有特殊需求應將方形孔(正方形或長方形)改為橢圓形SMT電子產品基板之設計與裝配之整合 盜/導錫塊之應用PCB過錫爐方向 盜/導錫塊之應用PCB過錫爐

26、方向SMT電子產品基板之設計與裝配之整合 盜/導錫塊 盜/導錫塊 盜/導錫塊之應用PCB 過錫爐方向 盜/導錫塊之應用PCB 過錫爐方向 SMT電子產品基板之設計與裝配之整合 盜/導錫塊 盜/導錫塊 PCB過錫爐方向 PCB過錫爐方向 盜/導錫塊之應用 盜/導錫塊之應用SMT電子產品基板之設計與裝配之整合LAYOUT與製程共通之不良成因浴盆效應PCB過錫爐時由於錫波之溫度，造成PCB接觸錫波後下沉，但PCB 2側由錫爐軌道之勾爪承載，因PCB會由中心部份下沉至最低。PCB脫離錫波時2側錫波因重力而流至PCB中心區域(最低點)，稱之為浴盆效應。浴盆效應之產生造成大量之錫波集中於PCB底部中心區域

27、，而形成較大之內聚力與錫槽內錫波相抗衡，而不易將PCB底部殘留之錫波脫離而形成短路，且PCB面積越大，零件接腳或焊點越多則越明顯。此問題可利用將零件轉向，使用導錫設計或盜錫塊等方法改善SMT電子產品基板之設計與裝配之整合LAYOUT與製程共通之不良成因森林效應接腳較多，較長及接腳密度較高之零件(如CONNECTOR)，在過錫爐時錫波流經(入)零件接腳後，因受零件接腳本身所形成之焊接內聚力所牽引或阻力而停留形成短路(如同霧氣易停留於森林中不易被風吹散)因此稱之為”森林效應”改善森林效應之產生可將零件接腳剪短，零件轉向或同時使用導錫設計等方法改善SMT電子產品基板之設計與裝配之整合LAYOUT與製程共通之不良成因墓碑效應REFLOW製程中當零件在迴焊後，未焊接於兩端焊墊上而形成直立，稱之為”墓碑效應墓碑效應通常發生在”無接腳零件”且由許多成因所共同產生，與LAYOUT有關之成因，主要在於焊墊長寬尺寸比例之選擇錯誤，或兩端焊點尺寸不一所形成，且分為”直立”與”側翻”焊墊寬度在零件焊點前方之面積較寬而另一焊墊在零件後方面積較寬，零件焊點後方之面積產生較大之拉力(向後)，而