PCB布局及元件装配的设计规范(图).ppt

1、,PCB布局及元件装配的设计规范,Rev.01,制造部,黄 锋,二OO六年 12月 27 日,Introduction (导言）,此文献提供了关于可制造性设计（DFM-Design For Manufacturability）规范的总体要求： 设计一个最有价值、品质性能兼优的可靠性产品是研发部门的职责，为了保证产品的可制造性，研发部门必须充分考虑到当前的制造能力，在设计执行阶段应经常集会回顾当前的设计及制造问题以提高制造能力，请研发人员严格按照本文所制定的规范履行职责，有任何改变必须经SMT部门NPE（New program engineer)同意。,Dimensions （尺寸）,全文所使用

2、的度量单位：mm,Scope （范围）,此标准定义了PCB及装配最基本的设计要求，如下几点: PCB Layout 及元件装配 线路设计 异形元件 Layout PCB 外形尺寸 多层 PCB,Applicability（应用）,此文提到的所有标准应用于HYT所有产品中（除非另有说明）,1. PCB Layout 及元件装配,1.1 通常考虑因素(Layout和元件) 因为表面贴装的焊接点大多都比较小，并且在元器件与PCB之间要提供完整的机械连接点，由此在制造过程中保持连接点的可靠性就显得非常重要。通常在产品制造、搬运、处理当中大PCB贴大元器件要比小PCB贴小元器件更冒险，因此越密集分布的

3、PCB板对其厚度及硬度有更高的要求以避免在加工、测试及搬运过程中受弯曲而损坏焊接点或元器件本体。因此在设计过程要充分考虑到PCB的材质、尺寸、厚度及元件的类型是否能满足在加工、测试及搬运过程中所承受的机械强度。,1.1.1 在对PCB布局时应考虑按元件的长与PCB垂直的方向放置,尤其避免将元器件布在不牢固、高应力的部分以免元器件在焊接、分板、振动时出现破裂。具体见以下图示：,1.1.2 元件热膨胀性不匹配 表面贴片元件特别是无铅元器件在焊接过程中最主要的因素是热膨胀的冲击，元器件的焊端与元件本体如果在高温焊接及大电流流过时热膨胀不匹配将导致元件本体与焊端破裂。总的来说，大的元器件比小的元器件更

4、易受热膨冷缩的影响，一般在焊接加工工艺中只允许电容尺寸等于1812。,1.2 元件装配,1.2.1 元件贴片 相似的元器件应按同一方向整齐地排列在的PCB板上以方便SMT贴片、检查、焊接. 建议所有有方向的元器件本体上的方向标示在PCB板的排列是一致的, 见如下图：,1.2 元件装配,1.2.2 SMT元件手焊、补焊要求： 由于大多SMT元器件在手工焊接过程中极易受热冲击的影响而损坏，因此不允许对SMD料进行手工焊接，在生产当中出现的不良应尽量在低温下焊接。,1.2.3 SMT元器件不应放置在有DIP（Double in-line package双列直接式组装）、通孔元件的下面（目前公司无波烽

5、焊接工艺，以手工替代，这一条可不执行）。,1.2.4 SMT料应远离PCB定位边缘 5mm,1.2.5 SMT加工必须与焊接工艺相匹配，如回流焊接只适用于PCBA的回流焊接，波烽焊接也只适用于PCBA的波烽焊接。,1.3 波烽焊接（略）,1.4 回流焊接,1.4.1 回流条件： 为确保元件在回流焊接前后性能的一致性，要求元器件的参数要求必须达到 HYT 的回流要求。 回流焊温度曲线： 斜率(Ramp rate）：4C/Sec 峰值温度（peak temp.): 235 C (lead product) 270 C (lead-free product) 液化时间（Time above liqu

6、idus ): 应能承受120Sec,1.4.2 元件间隔： PP Pad to Pad BB Body to Body BP Body to Pad,Chip料,1.4.3 线路布局 1.4.3.1 使用绝缘及不可焊接材料覆盖在裸露、无需焊接的铜箔及线路上以防止在回流焊接时焊锡流到裸露的铜箔及线路上而造成焊盘无锡、少锡或虚焊等。,1.4.3.2 Pad位的对称性 避免焊盘与大的铜箔相接或用隔热材料将焊盘与大铜箔连接部分小化以免在回流焊接时由于散热太快而导致冷焊的出现。,对于单个形状的元件，其焊盘的设计应成对称，以免在回流焊接时出现立碑的现象。,1.4.3.3 通孔的位置设计方针 通孔应远离元

7、件的焊盘以免在回流焊接时焊料通过通孔流出焊盘而造成无锡、少锡等现象。通孔与焊盘的最小距离为 0.63mm,通孔仅仅在大的元器件上的焊盘上才可以使用,例如像 DPAK 由于基准点与SMT元器件焊盘在同一加工过程中进行,因此其相对位置比定位孔与焊盘的相对位置更稳定准确; 在SMT加工过程中, 通过SMT贴片机的照相系统对PCB基准点坐标的读取,以及通过计算机系统对坐标偏差的计算准确定位PCB的位置,因此,元件贴片精度得到很大的提高.,1.5.1.2 基准点的类型 这里有两种类型,一种是“PCB基准点”,另外一种根椐不同元器件的需要而设的“元件基准点” 1) PCB基准点,对于单板的Layout,建

8、议使用三个基准点来作为角度、线性及非线性失真的补偿，如果PCB板的元件间距或脚间距有小于50mil pitch的就必须要使用三个基准点； 三个基准点位于PCB板上的三个角落位置; 在PCB长度及对角线的范围之内，三个基准点的距离应尽量最大.,基准点一定不要放置在如上图所示的受限制的区域，必须放置在距离PCB边缘的4mm以上的位置； 如上图如示，每块板的两个基准点是进行角度及线性补偿的最低要求； 两个基准点应确立在PCB对角线的位置上，在生产过程中基准点通常作为参考点来检测板的存在及校正板与板之间的细微的偏差; SMT元件应尽量放置在基准点的范围内.,对于PCB拼板的Layout，最好用三个（如

9、果元件Pitch小于50mil必须采用三个）或两个基准点以补偿PCB拼板的偏差；,在回流焊接加工过程中，PCB基准点必须包涵到PCB拼板的Gerber file中； 对于一些高密度分布的PCB板中如果没有多余的空间放置基准点，可以考虑将基准点放置在拼板之间的连接材料上，但为了考虑基准点与PCB元件分布的精度，必须将基准点与PCB元件分布一起设计在Gerber file中；,2) 个别元件的基准点 对于那些元件脚Pitch比较纤细（小于25mil），如QFP、BGA元器件，建议使用两个元件基准点分别放置在元件的对角线的两个位置，以此作为此类元件的参考点并为元件在SMT加工过程中修正其偏差。,1.

10、5.2 基准校正点的结构,a. 根据不同的铜垫厚度而选用不同的基准点的尺寸（A）以及基准点与绝缘材料之间的相距尺寸（B）也将选用不同的尺寸，如下图：,b. 不应选择绝缘材料、孔作为基准点，或在基准点周围设置一个与基准点尺寸相近的图案，此图案还包括多层板中的里层图案。,2. 设备的局限性对物料规格及元器件包装的影响,2.1 P.C.B厚度 在波烽焊接加工过程中，那么PCB的厚度标准要求为：1.6mm，最薄不能低于1.0mm，不然PCB在过波峰焊接时易弯曲变形而导致PCB上的元器件损坏及焊接点破裂，影响产品的可靠性. 在回流焊接加工过程中，薄的PCB可以被使用倘若在PCB两边增加均衡性铜箔及通过拼

11、板适当的设计而减少PCB的弯曲可能性。,2.2 表面贴片元件 1. SMT现有的贴片机所能处理的表面贴片元件包装有8mm、 12mm、 16mm、 24mm、 32mm及 44mm的卷装料 及支装料，散装物料在SMT加工过程中是不允许采用的。 2. SOIC的标准包装应优先选择卷装形式，减小支装包装方式从而减少对机器贴片效率的影响。 3. 包装那些异形元器件或非SMD元器件作为SMT贴片元件时（像屏蔽罩之类）应采用胶材质 的拖盘或其它方式进行包装以避免在运输及加工过程中使元器件变形而影响其共面性。 4. 可贴装的元件高度不能大于15mm,3. 线路设计规范,3.1 加强焊端的独立性, 减弱焊端

12、之间的影响, 如下图,3.2 如果焊端位于较大的铜箔上, 那么必须修整较大的可焊区焊端面积以避免出现短路等不良.如下图,3.3 为了达到较好的机械强度尤其是对于OZ铜的及有手工焊接要求的，经常加大铜箔的面积，如下图：,3. 通孔不允许位于底部为金属物质的元器件下面，除非他们之间有绝缘体隔开，并且此绝缘体能承受焊接时的高温冲击而不被损坏；,3. 铜路与焊端连接的颈部位置应加宽以避免在焊接的过程中出现断裂的现象；,3. 焊盘不允许位于与大铜箔的附近，他们之间最小间隔应不小于mm；,3. 线路宽度及线路之间的间隔定义（对于oz或2oz铜的）；,3. 线路转角定义,4. PCB 外形尺寸,这个设计规范

13、为SMT加工制造（单面或双面板PCB）定义了其的外形尺寸要求：,4.1 外形尺寸,1、所有的PCB的外形轮廓必须是直的，这样可以减少PCB在SMT加工过程中上板、出板及中途传输过程中的出错率，从而缩短PCB的传输时间、增强PCB的固定及提高SMT加工品质。,SMT不能接受,SMT能接受的,通过在空余的地方增加如下图所示的Dummy PCB以增强PCB的固定及提高SMT加工品质。,. 2、PCB最大的外形尺寸,SMT设备的最大允许外形尺寸：,SMT生产线的最大允许外形尺寸：,考虑到SMT生产的通用性，建议Layout PCB板时长*宽不大于330mm*250mm，最小尺寸不小于50mm*50mm

14、 。,4. 3、PCB定位孔及受限区域,PCB板上的Tooling holes： Tooling holes是PCB上的两个定位孔，用于贴片机较好的固定PCB以方便机器精确的贴片。,单面PCB的Tooling holes基本规范：,1） Tooling holes应位于PCB最长的一边以减少角度差； 2） Tooling holes圆孔的直径应为：4mm+0.1/-0.； 3） Tooling holes拉长孔的尺寸为：宽为4mm+0.1/-0,长为5mm； 4） 对于拼板的PCB，每块小板的数据必须统一以位于左下角的Tooling holes圆孔为基准； 5） 两个Tooling holes

15、在PCB上之间的距离应PCB长度的允许下最大分离；,双面PCB的Tooling holes基本规范：,1） Tooling holes应位于PCB最长的一边以减少角度差； 2） Tooling holes圆孔的直径应为：4mm+0.1/-0.； 3） 对于拼板的PCB，每块小板的数据必须统一以位于左下角的Tooling holes圆孔为基准，并两面对称； 4） 两个Tooling holes在PCB上之间的距离应PCB长度的允许下最大分离；,PCB板上元件贴片的受限区域(单面PCB )：,单面PCB,双面PCB,PCB板上元件贴片的受限区域(双面PCB )：,4. 4 元器件、焊盘、线路在La

16、yout时所考虑的受限区域定义,所有的元器件、焊盘及线路在Layout PCB时与PCB的边缘都有一个最小的间隔，为了避免在分板及搬运过程中损坏。,A、焊盘及线路与边的最小间隔： 1）与V-CUT之间的最小间隔：0.5mm 2) 与冲孔之间的最小间隔：0.3mm 3) 与内部线路之间的间隔：0.25mm 4) 与邮票孔边之间的最小间隔：1.27mm,B、元器件与边的最小间隔： 1）与V-CUT之间的最小间隔：1.27mm 如果是通孔元器件则是： 2.0mm 2) 与冲孔之间的最小间隔：0.3mm 3) 与内部线路之间的间隔：0.5mm 4) 尺寸为1820的元器件及更大的元器件与PCB边缘之间

17、的最小间隔应为：mm,4. 拼板及分板,总的来说有三种拼板方式，即单面拼板、家族式拼板（family panel ) 、双面拼板（阴阳拼板）。 .5.1单面拼板总的要求： A. 单面拼板应按同一方向排列，这样有利于减少做程式的步骤及便用机器固定， B. 如果小板中有超出小板边缘的元器件，那么与之相邻的小板必须要考虑避位，如下图：,如果小板没有办法避位，也可以通过在小板之间增加一个dummy条的方式来避位，见如下图：,. 使用额外的Dummy条去加固拼板的两个长边，以方便在贴片过程中的传输及分板的方便性。,.5.家族式拼板（family panel ) ： 家族式拼板：也就是将一个产品的所有板都排在一板板上，如图。,家族式拼板的优势：,1） 减少了板的数量，有利于采购； 2） 减了存货； 3） 减少了ooling成本为制造及装配； 4） 制造周期缩短，也缩短的品质反馈周期；,家族式拼板的劣势：,1） 相对于标准拼板，家族式拼板在原材料的充分利用方面较差，产生了较多的ummy board； 2） 家族式拼板仅限于有相同的材料及制造过程的板； 3） 增加了加工工艺及测试工艺难度； 4) 元器件种类的增多而导致机器送料站位的不够。,.5.双面拼板 （阴阳板）： 阴阳板：将面的元器件分布在同一面板上。,阴阳板