印制电路板设计规范及常见问题课件

1、SMT印制电路板的可制造性设计及审核2022/9/172022/9/17 基板材料选择 布线 元器件选择 焊盘 印制板电路设计测试点 PCB设计可制造（工艺）性设计 导线、通孔 可靠性设计 焊盘与导线的连接 降低生产成本 阻焊 散热、电磁干扰等 印制电路板（以下简称PCB）设计是表面组装技术的重要组成之一。PCB设计质量是衡量表面组装技术水平的一个重要标志，是保证表面组装质量的首要条件之一。 PCB设计包含的内容： 可制造性设计DFM（Design For Manufacture）是保证PCB设计质量的最有效的方法。DFM就是从产品开发设计时起，就考虑到可制造性和可测试性，使设计和制造之间紧密

2、联系，实现从设计到制造一次成功的目的。 DFM具有缩短开发周期、降低成本、提高产品质量等优点，是企业产品取得成功的途径。 2022/9/17 HP公司DFM统计调查表明:产品总成本60%取决于产品的最初设计，75的制造成本取决于设计说明和设计规范，7080的生产缺陷是由于设计原因造成的。2022/9/17新产品研发过程 方案设计 样机制作 产品验证 小批试生产 首批投料 正式投产2022/9/17 SMT工艺与传统插装工艺有很大区别，对PCB设计有专门要求。除了满足电性能、机械结构、等常规要求外，还要满足SMT自动印刷、自动贴装、自动焊接、自动检测要求。特别要满足再流焊工艺的再流动和自定位效应

3、的工艺特点要求。 SMT具有全自动、高速度、高效益的特点，不同厂家的生产设备对PCB的形状、尺寸、夹持边、定位孔、基准标志图形的设置等有不同的规定。2022/9/17 不正确的设计不仅会导致组装质量下降，还会造成贴装困难、频繁停机，影响自动化生产设备正常运行，影响贴装效率，增加返修率，直接影响产品质量、产量和加工成本，严重时还会造成印制电路板报废等质量事故。 又由于PCB设计的质量问题在生产工艺中是很难甚至无法解决的，如果疏忽了对设计质量的控制，在批生产中将会带来很多麻烦，会造成元器件、材料、工时的浪费，甚至会造成重大损失。2022/9/17一 不良设计在SMT生产制造中的危害 1. 造成大量

4、焊接缺陷。 2. 增加修板和返修工作量，浪费工时，延误工期。 3. 增加工艺流程，浪费材料、浪费能源。 4. 返修可能会损坏元器件和印制板。 5. 返修后影响产品的可靠性 6. 造成可制造性差，增加工艺难度，影响设备利用率，降低生产效率。 7最严重时由于无法实施生产需要重新设计，导致整个产品的实际开发时间延长，失去市场竞争的机会。2022/9/17二 目前国内SMT印制电路板设计中的常见问题及解决措施2022/9/171. PCB设计中的常见问题（举例）(1) 焊盘结构尺寸不正确 以Chip元件为例： a 当焊盘间距G过大或过小时，再流焊时由于元件焊端不能与焊盘搭接交叠，会产生吊桥、移位。 焊

5、盘间距G过大或过小 b 当焊盘尺寸大小不对称，或两个元件的端头设计在同一个焊盘上时，由于表面张力不对称，也会产生吊桥、移位。2022/9/17(3) 阻焊和丝网不规范 阻焊和丝网加工在焊盘上，其原因：一是设计；二是PCB制造加工精度差造成的。其结果造成虚焊或电气断路。2022/9/17(4) 元器件布局不合理 a 没有按照再流焊要求设计，再流焊时造成温度不均匀。2022/9/17深圳贴片网 2022/9/17(5) 基准标志(Mark)、PCB外形和尺寸、PCB定位孔和夹持边的设置不正确 a 基准标志(Mark)做在大地的网格上，或Mark图形周围有阻焊膜，由于图象不一致与反光造成不认Mark

6、、频繁停机。 b 导轨传输时，由于PCB外形异形、PCB尺寸过大、过小、或由于PCB定位孔不标准，造成无法上板，无法实施机器贴片操作。 c 在定位孔和夹持边附近布放了元器件，只能采用人工补贴。 d 拼板槽和缺口附近的元器件布放不正确，裁板时造成损坏元器件。2022/9/17(6) PCB材料选择、PCB厚度与长度、宽度尺寸比不合适 a 由于PCB材料选择不合适，在贴片前就已经变形，造成贴装精度下降。 b PCB厚度与长度、宽度尺寸比不合适造成贴装及再流焊时变形，容易造成焊接缺陷，还容易损坏元器件。特别是焊接BGA时容易造成虚焊。 虚焊2022/9/17(7) BGA的常见设计问题 a 焊盘尺寸

7、不规范，过大或过小。 b 通孔设计在焊盘上，通孔没有做埋孔处理 c 焊盘与导线的连接不规范 d 没有设计阻焊或阻焊不规范。2022/9/17(8) 元器件和元器件的包装选择不合适 由于没有按照贴装机供料器配置选购元器件和元器件的包装，造成无法用贴装机贴装。(9)齐套备料时把编带剪断。(10)PCB外形不规则、PCB尺寸太小、没有加工拼板造成不能上机器贴装等等。2022/9/172消除不良设计，实现DFM的措施(1) 首先管理层要重视DFM，编制本企业的DFM规范文件。(2) 制订审核、修改和实施的具体规定，建立DFM的审核制度。(3)设计人员要熟悉DFM设计规范，并按设计规范进行新产品设计。

8、(4) 外协加工时，在新产品设计前就要与SMT加工厂建立联系， SMT加工厂应将本企业的DFM设计规范交给客户。必须按照SMT加工厂的DFM设计规范进行设计。以提高从设计到制造一次成功率，减少工程变更次数。(5) 工艺员应及时将制造过程中的问题反馈给设计人员，不断改进和完善产品的DFM设计。2022/9/171.2 工艺流程设计1.2.1 纯表面组装工艺流程(1) 单面表面组装工艺流程施加焊膏 贴装元器件 再流焊。(2) 双面表面组装工艺流程A面施加焊膏 贴装元器件 再流焊 翻转PCB B面施加焊膏 贴装元器件 再流焊。2022/9/17 1.2.2 表面贴装和插装混装工艺流程(1) 单面混装

9、（SMD和THC都在同一面）A面施加焊膏 贴装SMD 再流焊 A面插装THC B面波峰焊。(2) 单面混装（SMD和THC分别在PCB的两面）B面施加贴装胶 贴装SMD 胶固化 翻转PCB A面插装THC B面波峰焊。或：A面插装THC（机器） B面贴装再波峰焊2022/9/17 (4) 双面混装（A、B两面都有SMD和THC）A面施加焊膏 贴装SMD 再流焊 翻转PCB B面施加贴装胶 贴装SMD 胶固化 翻转PCB A面插装THC B面波峰焊 B面插装件后附。2022/9/17 1.3 选择表面贴装工艺流程应考虑的因素1.3.1 尽量采用再流焊方式，再流焊比波峰焊具有以下优越性；(1)元器

10、件受到的热冲击小。(2)能控制焊料量，焊接缺陷少，焊接质量好，可靠性高；(3)焊料中一般不会混入不纯物，能正确地保证焊料的组分；有自定位效应（self alignment）(4)可在同一基板上，采用不同焊接工艺进行焊接；(5)工艺简单，修板量极小。从而节省了人力、电力、材料。2022/9/171.3.2 一般密度的混合组装时 尽量选择插装元件、贴片元件在同一面。 当SMD和THC在PCB的同一面时，采用A面印刷焊膏、再流焊，B面波峰焊工艺；（必须双面板） 当THC在PCB的A面、SMD 在PCB的B面时，采用B面点胶、波峰焊工艺。（单面板）2022/9/171.3.3 高密度混合组装时 a)

11、高密度时，尽量选择表贴元件； b) 将阻、容、感元件、晶体管等小元件放在B面，IC和体积大、重的、高的元件（如铝电解电容）放在A面，实在排不开时，B面尽量放小的IC ； c) BGA设计时，尽量将BGA放在A面，两面安排BGA元件会增加工艺难度。 d) 当没有THC或只有及少量THC时，可采用双面印刷焊膏、再流焊工艺，及少量THC采用后附的方法； e) 当A面有较多THC时，采用A面印刷焊膏、再流焊，B面点胶、波峰焊工艺。 f) 尽量不要在双面安排THC。必须安排在B面的发光二极管、连接器、开关、微调元器件等THC采用后附的方法。2022/9/17注意： 在印制板的同一面，禁止采用先再流焊SM

12、D，后对THC进行波峰焊的工艺流程。2022/9/172选择PCB材料a)应适当选择g较高的基材玻璃化转变温度g是聚合物特有的性能，是决定材料性能的临界温度，是选择基板的一个关键参数。环氧树脂的Tg在125140 左右，再流焊温度在220左右，远远高于PCB基板的g，高温容易造成PCB的热变形，严重时会损坏元件。 Tg应高于电路工作温度2022/9/17b) 要求CTE低由于X、Y和厚度方向的热膨胀系数不一致，容易造成PCB变形，严重时会造成金属化孔断裂和损坏元件。c) 要求耐热性高一般要求PCB能有250/50S的耐热性。d）要求平整度好2022/9/17. e) 电气性能要求高频电路时要求

13、选择介电常数高、介质损耗小的材料。 绝缘电阻，耐电压强度， 抗电弧性能都要满足产品要求。2022/9/173选择元器件2022/9/173.1 元器件选用标准a 元器件的外形适合自动化表面贴装，元件的上表面应易于使用真空吸嘴吸取，下表面具有使用胶粘剂的能力；b 尺寸、形状标准化、并具有良好的尺寸精度和互换性 ；c 包装形式适合贴装机自动贴装要求；d 具有一定的机械强度，能承受贴装机的贴装应力和基板的弯折应力；2022/9/17e 元器件的焊端或引脚的可焊性要符合要求； 2355，20.2s 或2305，30.5s，焊端90%沾锡。f 符合再流焊和波峰焊的耐高温焊接要求； 再流焊：2355，20

14、.2s。 波峰焊：2605，50.5s。g 可承受有机溶剂的洗涤；2022/9/17 3.3 选择元器件要根据具体产品电路要求以及PCB尺寸、组装密度、组装形式、产品的档次和投入的成本进行选择。 a） SMC的选择注意尺寸大小和尺寸精度，并考虑满足贴片机功能。钽和铝电解电容器主要用于电容量大的场合薄膜电容器用于耐热要求高的场合云母电容器用于Q值高的移动通信领域波峰焊工艺必须选择三层金属电极焊端结构片式元件2022/9/17b) SMD的选择 小外形封装晶体管： SOT23是最常用的三极管封装， SOT143用于射频 SOP 、 SOJ：是DIP的缩小型，与DIP功能相似 QFP：占有面积大，引

15、脚易变形，易失去共面性；引脚 的柔性又能帮助释放应力，改善焊点的可靠性。QFP引腿最小间距为0.3mm，目前 0.5mm间距已普遍应用，0.3mm、 0.4mm的QFP逐渐被BGA替代。选择时注意贴片机精度是否 满足要求。 PLCC：占有面积小，引脚不易变形，但检测不方便。 LCCC：价格昂贵，主要用于高可靠性的军用组件中， 而且必须考虑器件与电路板之间的CET问题 BGA 、CSP：适用于I/O高的电路中。2022/9/17c) 片式机电元件：用于高密度、要求体积小、重量轻的电子产品。对于重量和体积大的电子产品应选用有引脚的机电元件。d) THC（插装元器件） 大功率器件、机电元件和特殊器件

16、的片式化尚不成熟，还得采用插装元器件 从价格上考虑，选择THC比SMD较便宜。2022/9/17、 4. SMC/SMD（贴装元器件）焊盘设计 2022/9/17PCB焊盘结构设计要满足再流焊工艺特点“再流动”与自定位效应 从再流焊与波峰焊工艺最大的差异是： 波峰焊工艺是通过贴片胶粘接或印制板的插装孔事先将贴装元器件及插装元器件固定在印制板的相应位置上，焊接时不会产生位置移动。 而再流焊工艺焊接时的情况就大不相同了，元器件贴装后只是被焊膏临时固定在印制板的相应位置上，当焊膏达到熔融温度时，焊料还要“再流动”一次，元器件的位置受熔融焊料表面张力的作用发生位置移动。 2022/9/17 如果焊盘设

17、计正确（焊盘位置尺寸对称，焊盘间距恰当），元器件端头与印制板焊盘的可焊性良好，元器件的全部焊端或引脚与相应焊盘同时被熔融焊料润湿时，就会产生自定位或称为自校正效应（self alignment）当元器件贴放位置有少量偏离时，在表面张力的作用下，能自动被拉回到近似目标位置。 但是如果PCB焊盘设计不正确，或元器件端头与印制板焊盘的可焊性不好，或焊膏本身质量不好、或工艺参数设置不恰当等原因，即使贴装位置十分准确，再流焊时由于表面张力不平衡，焊接后也会出现元件位置偏移、吊桥、桥接、润湿不良、等焊接缺陷。这就是SMT再流焊工艺最大的特性。2022/9/17 由于再流焊工艺的“再流动”及“自定位效应”的

18、特点，使再流焊工艺对贴装精度要求比较宽松，比较容易实现高度自动化与高速度。同时也正因为“再流动”及“自定位效应”的特点，再流焊工艺对焊盘设计、元器件标准化有更严格的要求。2022/9/17Chip元件焊盘设计应掌握以下关键要素：a 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。b 焊盘间距确保元件端头或引脚与焊盘恰当的搭接尺寸。c 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。d 焊盘宽度应与元件端头或引脚的宽度基本一致。 B S A焊盘宽度 A B焊盘的长度 G焊盘间距 G S焊盘剩余尺寸 矩形片式元件焊盘结构示意图2022/9/17 标准尺寸元器件的焊盘图形可以直接从CA

19、D软件的元件库中调用，但实际设计时还必须根据具体产品的组装密度、不同的工艺、不同的设备以及特殊元器件的要求进行设计。2022/9/17 下面介绍几种常用元器件的焊盘设计：(1) 矩形片式元器件焊盘设计 (a) 0805、 1206矩形片式元器件焊盘尺寸设计原则 (b) 1206、0805、0603、0402、0201焊盘设计 (c) 钽电容焊盘设计(2) 晶体管（SOT）焊盘设计(3) 翼形小外形IC和电阻网络（SOP）和四边扁平封装器件（QFP）(4) J形引脚小外形集成电路（SOJ）和塑封有引脚芯片载体（PLCC）的焊盘设计(5) BGA焊盘设2022/9/17(1) 矩形片式元器件焊盘设

20、计(a) 0805、 1206矩形片式元器件焊盘尺寸设计原则 L W H B T A G 焊盘宽度：A=Wmax-K 电阻器焊盘的长度：B=Hmax+Tmax+K 电容器焊盘的长度：B=Hmax+Tmax-K 焊盘间距：G=Lmax-2Tmax-K 式中：L元件长度,mm； W元件宽度,mm； T元件焊端宽度,mm； H元件高度(对塑封钽电容器是指焊端高度),mm； K常数，一般取0.25 mm。2022/9/17 最新推出01005 （0402） 01005C已经有样品, 01005R正在试制2022/9/17 01005焊盘设计 0201焊盘设计 (b) 1206、0805、0603、04

21、02、0201焊盘设计英制 公制 A（mil） B(mil) G(mil) 1825 4564 250 70 120 1812 4532 120 70 1201210 3225 100 70 801206 （3216） 60 70 700508 （2012） 50 60 300603 （1508） 25 30 25 0402 （1005） 20 25 20 0201 （0603） 12 10 12 2022/9/17 (c)钽电容焊盘设计代码 英制 公制 A（mil） B(mil) G(mil) A 1206 3216 50 60 40 B 1411 3528 90 60 50 C 2312

22、6032 90 90 120 D 2817 7243 100 100 1602022/9/17(2) 晶体管（SOT）焊盘设计 a 单个引脚焊盘长度设计要求2022/9/17W= 引脚宽度WL2SOT-232022/9/17SOT-892022/9/17SOT-1432022/9/17 对于小外形晶体管，应在保持焊盘间中心距等于引线间中心距的基础上，再将每个焊盘四周的尺寸分别向外延伸至少0.35mm。 2.7 2.6 0.7 0.7 2.0 0.8 0.82.9 3.0 4.4 0.8 1.1 1.2 3.8 SOT 23 SOT 143 SOT 89 小外形SOT晶体管焊盘示意图2022/9

23、/17(3) 翼形小外形IC和电阻网络（SOP）和四边扁平封装器件（QFP） 一般情况下：焊盘宽度W2等于引脚宽度W，焊盘长度取2.0 mm0.5 mm。 G b1L b2 L2 b1 L b2 W W2 L2 W2 设计原则： F L2 a) 焊盘中心距等于引脚中心距； b) 单个引脚焊盘宽度设计的一般原则器件引脚间距1.0 mm时：W2 W，器件引脚间距1.27 mm时：W2 1.2W，L2=L+b1+b2，b1=b2=0.3 mm0.5 mm； c) 相对两排焊盘的距离（焊盘图形内廓）按下式计算（单位mm）： G=F-K 式中：G两焊盘之间距离， F元器件壳体封装尺寸， K系数，一般取0

24、.25mm， d) 一般SOP的壳体有宽体和窄体两种，G值分别为7.6 mm 、3.6 mm。2022/9/17Fine Pitch（QFP160 P=0.635元件焊盘设计) PITCH=0.635 mm（25mil）单个焊盘设计： 长宽=（60mil 78mil）（12mil13.8mil） (1.5 mm 2mm）（0.3mm0.35mm) 2022/9/17Fine PitchQFP208 P=0.5元件焊单个盘设计 Pitch =0.5 mm（19.7mil） 长宽=（60mil 78mil）（10mil 12mil） (1.5 mm 2mm）（0.25mm0.3mm) 2022/9

25、/17Fine Pitch Pitch=0.4mm或.03mm元件单个焊盘设计Pitch =0.4mm 长宽= 70mil9 mil (1.78mm 0.23 mm ) Pitch =0.3mm 长宽= 50mil7.5 mil (1.27 mm0.19 mm ) 2022/9/17(4) J形引脚小外形集成电路（SOJ）和塑封有引脚芯片载体（PLCC）的焊盘设计SOJ与PLCC的引脚均为J形，典型引脚中心距为1.27 mm。a) 单个引脚焊盘设计（0.50 mm0.80 mm）（1.85 mm2.15 mm）；b) 引脚中心应在焊盘图形内侧1/3至焊盘中心之间；c) SOJ相对两排焊盘之间的

26、距离（焊盘图形内廓）A值一般为4.9 mm； d) PLCC相对两排焊盘外廓之间的距离： J=C+K （单位mm） 式中：J焊盘图形外廓距离； CPLCC最大封装尺寸； K系数，一般取0.75。 C A A J 引脚在焊盘中央 引脚在焊盘内侧1/3处 J=C+K（K=0.75mm） 2022/9/17间距为1.27（50mil）的SOP 、SOJ的焊盘设计 单个焊盘 ：长宽=75mil25mil SOP8SOP16 A=140 mil SOP14SOP28 A=300 milSOJ16SOJ24 A=230 milSOJ24SOJ32 A=280 mil 2022/9/17PLCC焊盘图单个焊

27、盘 ：长宽=75mil25mil A=C+30 mil （C为元件外形尺寸）2022/9/17(5) BGA焊盘设计 BGA的分类和结构特点BGA焊盘设计原则焊盘及阻焊层设计引线和过孔几种间距BGA焊盘设计表2022/9/17 BGA的分类和结构特点a) BGA是指在器件底部以球形栅格阵列作为I/O引出端的封装形式。分为： PBGA（Plastic Ball Grid Array塑料BGA） CBGA(Cramic Ball Grid Array陶瓷BGA) TBGA（Tape Ball Grid Array载带BGA） BGA（Chip scale Package微型BGA），又称CSP。

28、BGA的外形尺寸范围为7 mm50 mm。一般共面性小于0.2mm。b) PBGA是最常用的，它以印制板基材为载体。 PBGA的焊球间距为1.50 mm、1.27 mm、1.0 mm、0.8 mm， 焊球直径为0.89 mm、0.762 mm、0.6 mm、0.5 mm；2022/9/17 c) BGA底部焊球有部分分布和完全分布两种分布形式 部分分布 完全分布2022/9/17BGA焊盘设计原则a) PCB上每个焊球的焊盘中心与BGA底部相对应的焊球中心相吻合；b) PCB焊盘图形为实心圆，导通孔不能加工在焊盘上； 焊盘最大直径等于BGA底部焊球的焊盘直径 最小直径等于BGA底部焊盘直径减去

29、贴装精度 例如：BGA底部焊盘直径为0.89mm，贴装精度为0.1mm，PCB焊盘最小直径等于0.89mm-0.2mm。（BGA器件底部焊球的焊盘直径根据供应商提供的资料）c) 与焊盘连接的导线宽度要一致，一般为0.15 0.2 mm；d) 阻焊尺寸比焊盘尺寸大0.1 mm0.15 mm。2022/9/17e) 导通孔在孔化电镀后，必须采用介质材料或导电胶进行堵塞（盲孔），高度不得超过焊盘高度； f) 在BGA器件外廓四角加工丝网图形，丝网图形的线宽为0.2mm0.25mm。 在BGA器件外壳四周加工丝网图形2022/9/172022/9/175THC（通孔插装元器件）焊盘设计元件孔径 = D

30、+(0.30.5) mm（D为引线直径）, IC孔径=0.8 mm ； 元件名 孔距 R-1/4W 、1/2W 10 mm; 12.5 mm ; 17.5mm； R1/2W (L+(23) mm （ L为元件身长） IN4148 7.5 mm， 10 mm，12.5 mm 1N400系列 10 mm，12.5 mm 小瓷片、独石电容 2.54 mm 小三极管、3发光管 2.54 mm2022/9/17THT元件的焊盘设计对于IC、排电阻、接线端子、插座等等： 孔距为5.08 mm（或以上）的， 焊盘直径不得小于3 mm； 孔距为2.54 mm的，焊盘直径最小不应小于1.7 mm。电路板上连接2

31、20V电压的焊盘间距，最小不应小于3 mm。流过电流超过0.5A（含0.5A）的焊盘直径应大于等于4 mm。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2 mm。2022/9/176. 布线设计 布线宽度和间距 线宽 线间距 备注 0.010 0.010 简便 0.007 0.008 标准 0.005 0.005 困难 0.002 0.002 极困难2022/9/17外层线路线宽和线距功能* 0.012/0.010 0.008/0.008 0.006/0.006 0.005/0.005线宽 0.012 0.008 0.006 0.005焊盘间距 0.010 0.008 0.00

32、6 0.005 线间距 0.010 0.008 0.006 0.005线焊盘间距0.010 0.008 0.006 0.005环形图* 0.008 0.008” 0.007 0.006*线宽/间距*为孔边缘到焊盘边缘的距离2022/9/17内层线路线宽和线距功能 0.012/0.010 0.008/0.008 0.006/0.006 0.005/0.005线宽 0.012 0.008 0.006 0.005焊盘间距 0.010 0.008 0.006 0.005 线间距 0.010 0.008 0.006 0.005线焊盘间距0.0100.008 0.006 0.005环形图 0.008 0.

33、008 0.007 0.006 线孔边缘 0.018 0.016 0.013 0.010板孔边缘 0.018 0.016 0.013 0.0102022/9/17一般设计标准 项目 间距 孔板边缘 大于板厚 线板边缘 0.03 焊盘线 min0.075 焊盘-焊盘 min0.025 焊盘板边缘 0.032022/9/17 五种不同布线密度的布线规则一级布线密度二级布线密度三级布线密度四级布线密度五级布线密度2022/9/17一级布线密度2022/9/17二级布线密度2022/9/17三级布线密度2022/9/17四级布线密度2022/9/17五级布线密度2022/9/177. 焊盘与印制导线连

34、接的设置(1)与矩形焊盘连接的导线应从焊盘长边的中心引出，避免呈一定角度）。(2)当焊盘和大面积的地相连时，应优选十字铺地法和45铺地法。(3)从大面积地或电源线处引出的导线长大于0.5 mm，宽小于0.4 mm。 0.5mm 0.4mm 不正确 正确 不正确 正确 不正确 正确 （a） 好 不良设计 不良设计 好 好 不良设计 最好 较好 不使用 可用 （b） 图5 焊盘与印制导线的连接示意图2022/9/17焊盘与印制导线的连接示意图2022/9/178. 导通孔、测试点的设置 采用再流焊工艺时导通孔设置 a) 一般导通孔直径不小于0.75mm； b) 除SOIC、QFP或PLCC等器件之

35、外，不能在其它元器件下面打导通孔； c) 不能把导通孔直接设置在焊盘上、焊盘的延长部分和焊盘角上（见图6）。 d) 导通孔和焊盘之间应有一段涂有阻焊膜的细线相连，细线的长度应大于0.5mm，宽度小于0.4mm。 0.4mm 不正确 正确 0.5mm 图6 再流焊导通孔示意图 2022/9/17 采用波峰焊工艺时导通孔应设置在焊盘中或靠近焊盘的位置，有利于排出气体。 一般要求孔与元件端头相距0.254mm。 0.254mm 图7 波峰焊导通孔示意图2022/9/17 测试点 (a) PCB上可设置若干个测试点，这些测试点可以是孔或焊盘。 (b) 测试孔设置与再流焊导通孔要求相同。 (c) 探针测

36、试支撑导通孔和测试点要求: 采用在线测试时，PCB上要设置若干个探针测试支撑导通孔和测试点,这些孔或点和焊盘相连时,可从有关布线的任意处引出,但应注意以下几点: 要注意不同直径的探针进行自动在线测试（ATE）时的最小间距； 导通孔不能选在焊盘的延长部分，与再流焊导通孔要求相同； 测试点不能选择在元器件的焊点上。2022/9/179. 阻焊、丝网的设置阻焊 （a）PCB制作应选择热风整平工艺。 （b）阻焊图形尺寸要比焊盘周边大0.05 mm0.254 mm，防止阻焊剂污染焊盘。 （c）当窄间距或相邻焊盘间没有导线通过时，允许采用图4(a)的方法设计阻焊图形；当相邻焊盘间有导线通过时，为了防止焊料

37、桥接，应采用如图4(b)的方法设计阻焊图形。 (a) (b) 图4 阻焊图形2022/9/17 丝网图形 一般情况需要在丝网层标出元器件的丝网图形，丝网图形包括丝网符号、元器件位号、极性和IC的1脚标志。高密度窄间距时可采用简化符号见图5。特殊情况可省去元器件位号。 + + + C1 C1 标准丝网符号 简化丝网符号 图5 丝网图形2022/9/1710. 元器件整体布局设置 a PCB上元器件分布应尽可能均匀，大质量器件再流焊时热容量较大，过于集中容易造成局部温度低而导致虚焊； b 大型器件的四周要留一定的维修空隙（留出SMD返修设备加热头能够进行操作的尺寸）； c 发热元件应尽可能远离其他

38、元器件，一般置于边角、机箱内通风位置。发热元件应该用其引线或其他支撑物作支撑（如可加散热片），使发热元件与电路板表面保持一定距离，最小距离为2mm。 2022/9/17d 对于温度敏感的元器件要远离发热元件。例如三极管、集成电路、电解电容和有些塑壳元件等应尽可能远离桥堆、大功率器件、散热器和大功率电阻。e 需要调节或经常更换的元件和零部件，应置于便于调节和更换的位置。如电位器、保险管、开关、按键、插拔器等。f 接线端子、插拔件附近、长串端子的中央以及经常受力作用的部位设置固定孔，并且固定孔周围应留有相应的空间。2022/9/17g 对于一些体（面）积公差大、精度低，需二次加工的元件、零部件（如

39、变压器、电解电容、压敏电阻、桥堆、散热器等）与其他元器件之间的间隔在原设定的基础上再增加一定的富裕量，建议电解电容、压敏电阻、桥堆、涤纶电容等增加富裕量不小于1mm，变压器、散热器和超过5W（含5W）的电阻不小于3mm。h 单面混装时,应把贴装和插装元器件布放在A面；i 采用双面再流焊的混装时，应把大的贴装和插装元器件布放在A面；2022/9/17j 采用A面再流焊，B面波峰焊时，应把大的贴装和插装元器件布放在A面(再流焊面)，适合于波峰焊的矩形、圆柱形、SOT和较小的SOP（引脚数小于28，引脚间距1mm以上）布放在B面（波峰焊接面)。如需在B面安放QFP元件，应按45方向放置。k 贵重元器

40、件不要布放在PCB的角、边缘、或靠近接插件、安装孔、槽、拼板的切割、豁口和拐角等处，以上这些位置是印制板的高应力区，容易造成焊点和元器件的开裂或裂纹。2022/9/1711. 再流焊与波峰焊贴片元件的排列方向设计2022/9/17 (1) 再流焊工艺的元器件排布方向 为了减少由于元器件两侧焊端不能同步受热而产生竖碑、移位、焊端脱离焊盘等焊接缺陷，要求PCB上两个端头的片式元件的长轴应垂直于再流焊炉的传送带方向；SMD器件长轴应平行于传送带方向。 再流焊炉传送带方向 对于大尺寸的PCB，为了使PCB两侧温度尽量保持一致，PCB长边应平行于再流焊炉的传送带方向，因此当PCB尺寸大于200mm时要求

41、： a 两个端头Chip元件的长轴与PCB的长边相垂直; b SMD器件的长轴与PCB的长边平行； c 双面组装的PCB两个面上的元器件取向一致。2022/9/17(2) 波峰焊工艺的元器件排布方向 波峰焊料流动方向 PCB运行方向 a Chip元件的长轴应垂直于波峰焊机的传送带方向；SMD器件长轴应平行于波峰焊机的传送带方向。 b 为了避免阴影效应，同尺寸元件的端头在平行于焊料波方向排成一直线；不同尺寸的大小元器件应交错放置；小尺寸的元件要排布在大元件的前方；防止元件体遮挡焊接端头和引脚。当不能按以上要求排布时，元件之间应留有35mm间距。(3) 元器件的特征方向应一致如：电解电容器极性、二

42、极管的正极、三极管的单引脚端、集成电路的第一脚等。2022/9/17采用波峰焊工艺时PCB设计的几个要点b) 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要对矩形元器件、SOT、SOP元器件的焊盘长度作如下处理：a) 高密度布线时应采用椭圆焊盘图形，以减少连焊。延伸元件体外的焊盘长度，作延长处理,；对SOP最外侧的两对焊盘加宽，以吸附多余的焊锡（俗称窃锡焊盘）；小于3.2mm1.6mm的矩形元件，在焊盘两侧可作45倒角处理。2022/9/17 减小阴影效应的措施 延伸元件体外的焊盘长度2022/9/1745倒角处理窃锡焊盘 c) 波峰焊时，应将导通孔设置在焊盘的尾部或靠近焊盘。导通孔的

43、位置应不被元件覆盖，便于气体排出。当导通孔设置在焊盘上时，一般孔与元件端头相距0.254mm。d) 元器件的布排方向与顺序：* 元器件布局和排布方向应遵循较小的元件在前和尽量避免互相遮挡的原则；* 波峰焊接面上的大小元器件应交错放置，不应排成一直线；* 波峰焊接面上不能安放QFP、PLCC等四边有引脚的器。* 由于波峰焊接前已经将片式元器件用贴片胶粘接在PCB上了，波峰焊时不会移动位置，因此对焊盘的形状、尺寸、对称性以及焊盘和导线的连接等要求都可以根据印制板的实际情况灵活一些。2022/9/1712. 元器件的间距设计(1)与元器件间距相关的因素：元器件外型尺寸的公差,元器件释放的热量;贴片机

44、的转动精度和定位精度;布线设计所需空间,已知使用层数；焊接工艺性和焊点肉眼可测性；自动插件机所需间隙;测试夹具的使用;组装和返修的通道；2022/9/17(2)一般组装密度的焊盘间距2022/9/17元器件间相邻焊盘最小间距示意图（单位：mm）PLCCPLCCQFPSOPSOT标准密度设计标准2022/9/17标准密度设计标准2022/9/17标准密度设计标准2022/9/1713. 散热设计 由于SMD的外形尺寸小，组装密度高。必须考虑散热设计。 散热的方式主要有热传导、对流传导和辐射传导三种方式。最有效的方式是热传导，通过设置散热体，使发热元件直接接触散热体，这种方法散热效率较高，可使热阻

45、下降2050%。(1)器件设计时可采用导热性好的引线框材料、加大引线框尺寸、在器件底部设计散热片等措施。2022/9/17(2)印制板的散热设计主要从以下几方面考虑： (a) 在允许条件下，布局时尽量使PCB上的功率分布均匀。 (b) 采用散热层的方法。像“三明治”结构那样夹在印制板电路中间，见图36。散热板的材料可采用铜/殷铜/铜或铜/钼/铜。设计时注意电路板结构的对称性，此方法适用于双面板或多层板。 (c) 采用散热通孔的方法。此方法是在具有散热板的印制电路板上设置散热孔和盲孔。再流焊时焊锡将散热孔填满，这样可以提高导热能力。 (d) 单独为发热元件增加通风冷却的散热装置，或为排热增加一个

46、铁芯。2022/9/17 散热板和散热通孔设计示意图2022/9/1714. 高频及抗电磁干扰设计 经验证明，如果在产品开发阶段解决电磁兼容性问题所需的费用为1，那么，等到产品定型后再想办法解决，费用将增加10倍；若等到批生产后再解决，费用将增加100倍。因此在产品开发阶段应同时进行电磁兼容性设计。 电磁兼容性与有源器件的选择、电子电路分析、印制电路板设计都有关系。 电磁兼容设计的基本方法是指标分配和功能分块设计。即把产品的电磁兼容性指标要求细分成产品级、模块级、电路级、元件级的指标要求，然后进行逐级设计。从元器件、连接器的选择、印制板的布线、接地点的选择以及结构上的布置等各方面进行综合考虑。

47、2022/9/17印制板设计时可作如下考虑：(1)选用介电常数高的电路基板材料，如聚四氟乙烯板。(2)优先选用多层板，并将数字电路和模拟电路分别安排在不同层内，电源层应靠近接地层，骚扰源应单独安排一层，并远离敏感电路，高速、高频器件应靠近印制板连接器。(3)尽量选择表面贴装器件SMD器件与DIP器件相比较，由于SMD器件引线的互连长度很短，因此引线的电感、电容和电阻比DIP器件小得多。另外，SMT印制板通孔少，布线可走捷径，组装密度高，单位面积上的器件多，器件间的互连长度短，因此采用SMT工艺可改善高频特性。2022/9/17(4)尽量增加线距。高频或高速电路应满足2W原则，W是导线的宽度，即

48、导线间距不小于两倍线宽度，以减少串扰。此外，导线应短、宽、均匀、直、，如遇到转弯，应采用45角，导线宽度不要突变，不要突然拐角。2022/9/17 地线设置是最重要的设计，也是难度最大的一项设计。理想的”地”应是零电阻的实体，各接地点之间没有电位差，但实际是不存在的。为了减少地环路干扰，一般可采用切断地环路的方法。例如：将信号地与机壳地绝缘，形成浮地，高频时可以用平衡电路代替不平衡电路，也可以在两个电路之间插入隔离变压共模扼流线圈光电偶合器等。 目前流行的方法是在屏蔽机壳上安装滤波器连接器。此外， 在两个电路之间的连接或电缆上套铁氧体瓷环也可以有效滤除高频共模干扰。2022/9/17(5) 地

49、线设置 大型复杂的产品中往往包含多种电子电路以及各种电机、电器等骚扰源，这种情况可按以下步骤进行： a 分析产品内各电路单元的工作电平、信号类型等骚扰特性和骚扰能力； b 将地线分类，例如分为信号地线、骚扰电源地线、机壳地线等，信号地线还可以分为模拟地线和数字地线等； c 画出整体布局图和地线系统图。2022/9/17(6) 综合使用接地、屏蔽、滤波等措施。(7) 高频传输线的设计 在低频电路中，用两根导线就能把信号由信号源送到负载。 而在高频电路中用两根普通的导线来传输信号的过程中信号会产生反射、电磁偶合和能量辐射等问题，将使信号受到损失并影响传输信号的精确性。甚至会妨碍高速电路性能的实现。

50、只有按高频传输线设计才能合理解决信号的高频电磁场的传输。2022/9/17 PCB上的布线传输高频信号时，除布线本身的电阻外，还存在分布电容、电感，这些参数的物理特征量在空间是随时间按一定规律分布的，沿线各点的瞬时电压、电流值和相位均不同。 高频传输线的作用是将分布参数作等效网络处理，计算出传输线的特性阻抗，使特性阻抗值和负载阻抗相匹配。达到减小或消除信号反射的目的。使传输线中只存在单行波，或称为“行波状态”。 屏蔽体是阻止电磁波在空间传播的一种措施，为了避免电磁感应引起屏蔽效能下降，避免地电压在屏蔽体内造成干扰，屏蔽体应单点接地。2022/9/1715. 可靠性设计在严格执行可制造性设计规范

51、的基础上着重注意以下内容：2022/9/17(1) 插装元器件跨距应标准化(2)边线距离要求导线距边大于1mm，3mm夹持边不能布放元器件。(3)高、中频电路屏蔽盒内外的元器件距盒壁应有2mm以上的距离。(4)插装元器件焊盘与引线间隙在0.20.3mm之间，自动插装机的插装孔比引线大0.4mm。2022/9/17(6)受力强度较大的元件（如连接器等），采取加大焊盘或采取加固件的方法。应有利于插、拔。(7)散热板、屏蔽盒和其它大部件在印制板上的布局，应有利于耐冲击抗振动。(8)元器件排列给接插件留有余地。(9)重力分布要求 为了防止重力过分集中引起印制板变形，尽量把较重的大元件安排在PCB的四边

52、上，必要时加结构件进行矫正。(10)静电敏感元器件（如CMOS器件）应标有静电防护标志。2022/9/17(11)安全性要求 a）发热元件（如大功率电阻、大电流晶体管）的安装要求距PCB板面的距离5mm； b）大电流（如电源部件）的焊盘应3.8mm印制导线的宽度 2.5mm。 c）印制导线间隙耐电压、印制导线宽度与容许电流见表1、表2。2022/9/17(12)机箱元器件布局和装配可靠性要求 (a)高频单元装配要求 高频单元的元器件及导线的连线应尽量短，一般直接装焊。 (b)高压单元装配要求 高压单元的元器件之间的距离应尽可能大，以确保安全可靠；元器件引线应弯成圆弧，杜绝弯成锐角或直角，以免发

53、生尖锐放电；连线应采用耐相应高压导线；装配焊点应圆滑，不允许有拉尖或毛刺。 (c) 高温单元装配要求 高温单元的元器件应尽量远离发热元器件，连线不应贴靠发热元器件；发热件应设置相应的散热措施；大功率电阻器距印制板应有一定的距离。2022/9/17 (d)地线布局装配要求 接地线应短而粗，以减少接地阻抗；当电路中同时存在高低频率、大小电流源的复杂情况时，应采用相应的防范措施，以防止通过公共地线产生寄生偶合和相互干扰。 (e)其它要求 在结构和布局设计方面应考虑装配的牢固性，机箱空间的利用和重量分布的合理性；在器件电器连接方面应考虑连线布局应有利于生产操作和便于调试、维修；在总体方面应考虑适当缩小

54、整体体积。2022/9/17(13)CMOS集成电路在使用中防静电和锁定措施 对CMOS集成电路应特别注意在使用中防静电和锁定（可控硅效应），在使用中除了严格遵守有关的防静电措施外，还应注意：(a)不使用的输入端应根据应用要求接电源或接地，不得悬空； 输入部位保护 输出部位保护 （电路板输入接口加瞬变电压抑制二极管并接地）2022/9/17数字集成电路数字集成电路16. 降低生产成本设计2022/9/17四. SMT设备对PCB设计的要求1. PCB外形、尺寸设计2PCB定位孔和夹持边的设置3. 基准标志(Mark)设计4拼板设计5选择元器件封装及包装形式6 PCB设计的输出文件2022/9/

55、171. PCB外形、尺寸设计2022/9/17 进行PCB设计时，首先要考虑PCB外形。PCB的外形尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。同时PCB外形尺寸的准确性与规格直接影响到生产加工时的可制造性与经济性。PCB外形设计的主要内容包括：（1）形状设计 a) 印制板的外形应尽量简单，一般为矩形，长宽比为3：2或4：3，其尺寸应尽量靠标准系列的尺寸，以便简化加工工艺，降低加工成本。 b) 板面不要设计得过大，以免再流焊时引起变形。2022/9/17（2) PCB尺寸设计 PCB尺寸是由贴装范围决定的。PCB最大尺寸 = 贴装机最大

56、贴装尺寸PCB最小尺寸 = 贴装机最小贴装尺寸 在设计PCB时，一定考虑贴装机的最大、最小贴装尺寸。JUKI机：PCB允许长宽330250、410360 50 50 510360、510460 50 50 当PCB尺寸小于最小贴装尺寸时，必须采用拼板方式。2022/9/17 （3）PCB厚度设计 a 一般贴装机允许的板厚：0.55mm。 PCB厚度一般在0.52mm范围内。 b 只装配集成电路、小功率晶体管、电阻、电容等小功率元器件，在没有较强的负荷振动条件下，使用厚度为16mm、板的尺寸在500mm500mm之内； C 有负荷振动条件下，要根据振动条件采取缩小板的尺寸或加固和增加支撑点的办法

57、，仍可使用1.6mm的板； d 板面较大或无法支撑时，应选择23mm厚的板。 e 当PCB尺寸小于最小贴装尺寸时，必须采用拼板方式。 2022/9/172. PCB定位孔和夹持边的设置 一般丝印机、贴装机的PCB定位有针定位、边定位两种定位方式。 为保证贴装精度，自动印刷机和贴装机都配有PCB基准校正用的视觉定位系统。 在导轨夹持边和定位孔附近不能布放元器件。2022/9/17(a)针定位不能布放元器件的区域(b)边定位不能布放元器件的区域。2022/9/17安装孔如果不是用于接地,安装孔内壁不允许有电镀层。2022/9/173. 基准标志(Mark)设计2022/9/17 基准标志(Mark

58、) ：是为了纠正PCB加工误差，用于光学定位的一组图形。基准标志的种类：分为PCB基准标志和局部基准标志。Mark形状：实心圆、三角形、菱形、方形、十字、空心圆等都可以，优选实心圆。Mark尺寸：1.5mm2mm。最小0.5mm。最大不能超过5mm。Mark表面：裸铜、镀锡、镀金均可，但要求镀层均匀、不要过厚。Mark周围：考虑到阻焊材料颜色与环境反差，在Mark周围有12mm无阻焊区，特别注意不要把Mark设置在电源大面积地的网格上。(1)基准标志图示（单位：mm） 图中 此区域内不能有任何图形和铜箔, 12 12 1.52 1.52 2022/9/17(2) 基准标志布放位置基准标志布放位

59、置根据贴装机的PCB传输方式决定，直接采用导轨传输PCB时，在导轨夹持边和定位孔附近不能布放Mark，具体尺寸根据贴装机而异。 (a) 针定位时基准标志图形不能布放区域 (b) 边定位时，距板边4 mm内不能布放基准标志图形 2022/9/17(3) PCB基准标志 PCB基准标志用于整个PCB光学定位的一组图形 (a) (b) (c) PCB基准标志位置示意图(4) 局部基准标志是用于引脚数量多，引脚间距小（中心距0.65 mm）的单个器件的一组光学定位图形。 局部基准标志位置示意图2022/9/174拼板设计 当PCB尺寸小于最小贴装尺寸时，必须采用拼板方式。 拼板可以提高生产效率，双面全

60、表面贴装，并且不采用波峰焊工艺时，可采用双数拼板、正反面各半、两面图形完全相同的设计，这种设计可以采用同一块模板、节省编程、生产准备时间、提高生产效率和设备利用率。2022/9/17(1) 拼板设计要求:a 拼板的尺寸不可太大，也不可太小，应以制造、装配、和测试过程中便以加工，不产生较大变形为宜。根据PCB厚度确定。(1mm厚度的PCB最大拼板尺寸200mm150mm)b 拼板的工艺夹持边（一般为10mm）。c MARK点加在每块小板的对角上，一般为二个（一点也可以）。d 定位孔加在工艺边上，其距离为各边5mm.。e 双面贴装如果不进行波峰焊时，可采用双数拼板正反各半。f 拼板中各块PCB之间