常見SMT設計問題

雖然SMT在我國已有二十幾年的應用歷史，但是由于種種原因，在一些以設計生產(chǎn)多品種小批量產(chǎn)品為特點的企業(yè)中，PCB設計人員還存在對SMT生產(chǎn)設備和工藝不熟悉、不能很好地應用PCB設計規(guī)范和可制造性概念比較模糊的情況。導致在實際設計產(chǎn)品時對制造工藝流程的選擇、元器件與PCB材料的選擇、焊盤設計、PCB布局設計、熱設計、應力設計和可測試性設計等方面缺乏實踐經(jīng)驗，需要反復多次修改或重新設計。

不良設計在SMT生產(chǎn)制造中帶來的質(zhì)量缺陷隱患非常大，如果PCB布線設計不符合規(guī)范要求，會造成可制造性差，增加工藝流程和工藝難度，影響設備利用率，降低生產(chǎn)效率，浪費工時，拖延工期，最嚴重的是會造成大量焊接缺陷，勢必會進行PCBA維修。我們知道返修就會帶來質(zhì)量隱患，可能會損壞元器件（有的元器件是不可逆的）和印制電路板，直接影響到產(chǎn)品的可靠性。最差情況下會導致改版或重新設計，延長產(chǎn)品實際開發(fā)周期。

SMT印制電路板設計中的常見問題有：沒有設計基準標志、PCB工藝邊、PCB外形和尺寸；元器件布局不合理；焊盤結構尺寸不正確；導通孔設計不正確；阻焊膜和絲印不規(guī)范；PCB材料、厚度和寬度尺寸比不合適；PCB外形不規(guī)則和沒有制成拼板等。下面對此一一進行說明并在分析問題的同時提出正確設計要求。

1、基準標志

基準標志是為了糾正PCB加工和變形引起的誤差，以及用于PCB定位和元器件定位。在整個SMT工藝流程中相關的自動化設備都需要利用PCB光板上設置的基準標志來作精度上的校準，如：貼片機、絲印機、AOI、飛針測試儀和全自動返修臺等。生產(chǎn)中有的PCBA沒有設置基準標志也上線組裝了。我們知道，絲印機和貼片機除了可用標準形狀基準標志，還可以選用通孔器件焊環(huán)、焊孔及貼裝器件焊盤作為基準標志，但是因其制作不規(guī)范識別效果差，使用后存在很多問題，會造成批量返修。建議只要有SMD器件的PCB在布線時，都設置上基準標志。

2、PCB工藝邊

PCB應留出一定的邊緣便于設備的夾持，也就是工藝邊。一般沿PCB焊接傳送方向，兩條邊應留出至少5 mm的工藝邊，在這個范圍內(nèi)不允許放置元器件和焊盤。工藝邊一般設置在一對長邊上即可。

3、PCB尺寸太小

為了提高貼裝效率，在P C B外形尺寸小于7 0 mm×70 mm時應設計成拼板，對于某些異形板也需拼板。如圖1所示，該板通過設計規(guī)范審查后制作了拼板，但是將工藝邊加在了短邊，應該將工藝邊加在長邊方向，即SMT生產(chǎn)線夾持傳輸方向。建議：當貼片機料位及供料器足夠的前提下，將PCB的頂面和底面拼在同一面，可節(jié)約1塊鋼網(wǎng)制作費用，并減少一次更換貼片程序時間；另外也可以將一個項目中多塊PCB拼在同一塊大板中。這樣就能夠極大地提高貼裝效率和產(chǎn)成品效率。

4、焊盤寬度尺寸

焊盤寬度偏小時會造成引腳焊接面小、焊錫量小、焊點強度不夠、抗振動及導電性能差等。航天及軍工產(chǎn)品要求焊盤寬度應于元器件引腳寬度相同或為其1.1倍，民品在高密度布線的限制下可縮小0.9倍。如圖2為不合格設計，圖3為合格設計。

5、元器件放置位置

當元器件靠近印制板邊緣時會有下列問題：（a）不利于自動化裝配；（b）機械應力集中；（c）周轉過程中易損傷；（d）金屬化孔和焊盤易被拉傷。一般要求在距工藝邊、夾持邊或印制板邊緣3 mm內(nèi)，不允許布放元器件?？拷≈瓢暹吘壊挤旁骷r，元器件長邊應于印制板邊平行。對于片式陶瓷電容，高溫老化或使用一段時間，會發(fā)現(xiàn)其失效有一個共同特征，大多位于拼板邊緣、螺釘和插座附近?？拷黀CB邊緣，如圖4所示。失效表現(xiàn)形式，如圖5和圖6所示。

6、元器件放置方向

在大型器件的四周要留出一定的維修空間，便于返修設備加熱頭進行操作?？拷笮推骷吘壊挤旁r，元件長邊應于器件邊緣平行。如圖7和圖8所示。

7、關鍵和貴重元件位置

關鍵和貴重元件靠近高應力集中區(qū)域，易造成焊點疲勞或焊點斷裂。不要將其布放在PCB的角和邊緣，也不要靠近接插件、安裝孔、槽、拼板的切割、豁口和拐角等處。如圖9和10所示。BGA器件檢測一般采用非破壞性的X射線檢測方法。

8、過孔

焊盤上面不允許設置過孔。焊盤上有過孔會造成焊接時焊料熔化后通過過孔漏到金屬化孔內(nèi)或底層，引起焊點焊料過少、虛焊、豎碑和熱應力等缺陷。過孔一般也不設置在器件下方，當器件封裝小于0805時，易造成短路；當過孔作阻焊處理時，較厚的阻焊膜會將器件托起，造成脫焊、立碑和虛焊等。

9、翼形引腳設計要求

翼形引腳腳底應全部坐落在焊盤上。保證在引腳足跟部形成焊點，即主焊點，此處焊點是否形成，是保證該類型引腳焊接強度的關鍵點，保證焊盤伸出引腳足尖部0.3 mm以上。

10、BGA布局要求

早期設計規(guī)范要求不建議在雙面放置BGA器件，但是現(xiàn)實應用中對電子產(chǎn)品的微薄輕需求越來越迫切。如案例產(chǎn)品中PCB頂面就設置了10個BGA器件，PCB底面設置了6個BGA器件，雙面放置BGA器件已經(jīng)成為常態(tài)。PCBA組裝狀態(tài)的焊點接合部溫度循環(huán)壽命，同組裝密度有很大關系，特別是在兩面PCB相同位置同時組裝陣列式端子場合，會使接合部位壽命降低50%左右。

11、電連接器孔徑比

電連接器孔徑比設置要合理。孔徑比大，導致孔壁與引腳間隙大焊接時易造成透錫短路。對于特殊情況，如J30J微矩形電連接器，焊接的最小間隙為0.136 mm，小于通孔器件焊接最小安全間隙0.2 mm，焊接時易造成連錫，可設置橢圓形孔，以增加兩焊盤間的間隙，可達到0.25 mm，有效防止焊接時短路。

工藝總結

根據(jù)實際應用經(jīng)驗，采取以下8項措施，PCB設計規(guī)范化可在企業(yè)內(nèi)部得到快速、全面和有效應用，消除不良設計，實現(xiàn)可制造性設計。

（1）制定企業(yè)內(nèi)部PCB設計規(guī)范標準（或指南）及評審制度；
（2）設立企業(yè)內(nèi)部PCB設計規(guī)范工藝設計師崗位；
（3）購買專業(yè)PCB設計規(guī)范軟件工具；
（4）建立PCB設計人員培訓計劃和檔案，確認從事PCB設計人員都經(jīng)過了可制造性設計培訓；
（5）充分利用企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡，建立快捷有效的PCB設計標準信息獲取途徑，建立PCB設計問題反饋、審批和批準快捷有效的實施流程；
（6）建立PCB設計缺陷案例庫，方便在日常工作中不同設計人員和工藝人員進行獲取和更新的綠色通道；
（7）PCB設計人員與SMT加工廠之間有效溝通和協(xié)作；（8）SMT加工廠向客戶及時反饋，不斷改進和完善產(chǎn)品PCB設計。

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