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SMT印制板设计质量的审核
摘要:针对印制板设计过程中,设计者应遵循的原则和方法,设计阶段完成后,设计者必须进行的自审和工艺工程人员的复审项目与内容进行了讨论。
关键词:表面贴装技术;印制电路板; 在保证SMT印制板生产质量的过程中,设计质量是质量保证的前提和条件,如果疏忽了对设计质量的控制或缺乏有效的控制手段,往往造成批量生产中的很大损失和浪费。根据这一情况本文结合组装过程的实际情况和有关资料,总结出SMT印制板设计过程中设计员的自审和专业工艺工程人员的复审内容和项目,供产品设计师和工艺师参考。
1 SMT设计程序
新产品在开发过程中往往分为方案设计阶段、初步设计阶段、工程设计阶段、样板和试生产阶段、批量生产阶段等几个环节。
1.1方案设计阶段
在新产品调研、分析与立项过程中,产品设计师和工艺师应根据标准和技术要求分别规划产品功能、外观造型设计和应该采用的工艺方法和建议。
1.2初步设计阶段
在完成造形设计和结构设计的基础上,规划出SMT印制板外形图,该图主要规划出印制板的长宽和厚度要求,与结构件装配孔大小位置、应预留边缘尺寸等,使电路设计师能在有效范围内进行布线设计。
1.3工程设计阶段
在电路设计师设计过程中,依据各种标准和手册进行详细布线,实现功能。
1.4样机与试生产阶段
根据设计资料加工SMT、印制板,验证设计功能是否达到和满足工序要求。
1.5批量生产阶段
在SMT印制板设计的各个阶段设计师应经常对自己的设计进行自我审查,工艺师也应经常进行复审,提出建议和解决办法。而在上述各阶段中以工程设计阶段完成后的设计师的自我审查与工艺师的复审员为重要和关键,下面详细介绍此阶段自审与复审项目和内容及一些基本设计原则。
2 设计完成后设计质量的审核
SMT印制板详细阶段设计完成后,设计者按以下条目进行一次全面的自我审查非常必要,有助于减少一些显而易见的问题,工艺员或专业工程人员进行复审将尽可能地提高设计质量。
2.1 审核PCB设计后的组装形式
从加工工艺的过程考虑,优化工序环节不但可以降低生产成本、而且提高了产品的质量。因此设计者应考虑SMT板形设计是否最大限度地减少组装流程的问题,即多层板或双面板的设计能否用单面板代替?PCB每一面是否能用一种组装流程完成?能否最大限度地不用手工焊?使用的插装元件能否用贴片元件代替?推荐使用SMT印制板组装形式见表l。
表1 SMT印制板组装形式
组装形式
PCB设计特征
单面全SMD
单面装有SMD
双面全SMD
双面装有SMD
单面混装
单面既有SMD,又有THC
A面混装B面仅贴简单SMD
一面既装SMD,又装有THC另一面仅装有Chip类元件和SOP
A面THCB面仅贴简单SMD
一面装THC另一面仅装有Chip类元件SOP
2.2审核PCB工艺夹持边和定位孔设计
因在PCB组装过程中,PCB应留出一定的边缘便于设备的夹持。一般沿PCB焊接传送方向两条边留出4mm夹持边(不同的设备可能不同),在这个范围内不允许布放元器件和焊盘,遇有高密度板无法留出夹持边的,可设计工艺边或采用拼板形式焊后切去。有些型号贴片机还需设置定位孔,那么在定位孔周围lmm范围内也不允许贴片。
2.3审核PCB设计定位基准符号和尺寸
2.3.1对于采用光学基准符号定位的贴片设备(如丝印机、贴片机)必须设计出光学定位基准符号。
2.3.2基准符号的应用有三种情况,一是用于PCB的整板定位;二是用于细间距器件的定位,对于这种情况原则上间距小于0.65mm的QFP应应在其对角位置设置定位基准符号;三是用于拼版PCB子板的定位。基准符号成对使用。布置于定位要素的对角处。
2.3.3基准符号种类和尺寸。基准符号采用图l所示的各种形状及尺寸,一般优选●形。
2.3.4基准符号材料为覆铜箔或镀锡铅合金覆铜箔。考虑到材料颜色与环境的反差,通常留出比基准符号大1.5mm的无阻焊区。
2:4审核SMT印制板的布线设计
SMT印制板的布线密度设计原则:在组装密度许可情况下,尽量选用低密度布线设计,以提高无缺陷和可靠性的制造能力。
2.4.1在元器件尺寸较大,而布线密度较低时,可适当加宽印制导线及其间距,走线间距一般定为0.3MM,并尽量把不用的地方合理地作为接地和电源用,对于高频信号最好用地线屏蔽,提高高频电路的屏蔽效果。在大面积使用地线布置时,地线应设计成网格形式,避免在高温焊接产生应力,增加印制板变形度。
2.4.2在双面或多层印制电路板中,相邻两层印制导线,宜相互垂直走线或斜交、弯曲走线,力求避免相互平行走线。
2.4.3印制导线布线图尽可能短,过孔尽可能少,待别是电子管栅极,晶体管的基极和高频回路更应注意布线要短,线路越短电阻越小,于扰也越小。
2.4.4印制电路板上同时安装模拟电路和数字电路时,宜将两种电路的地线系统完全分开,它们的供电系统同样也宜完全分开,防止它们之间的相互串扰。
2.4.5作为高速数字电路的输入端和输出端用的印制导线,应避免相邻平行布线。必要时,在这些导线之间要加接地线。
2.4.6印制板信号走线,尽量粗细一致,有利于阻抗的匹配,一般为0.2—0.3mm,对于电源线和地线应尽可能的加大,地线排在印制板的四周对电路防护有利(如静电防护)。
2.5审核SMT印制板的布局设计
SMT印制板设计中SMD等元器件的布置是关系到获得稳定的焊接质量的重要保障,因此在设计和审核SMT印制板设计中应注意以下几个方面。
2.5.1在采用波峰焊接时,应尽量去除“阴影效应”,即器件的管脚方向应平行于锡流方向。波峰焊时推荐采用的元件布置方向如图2所示。
2.5.2SMD在PCB上应均匀分布,特别是大功率器件和大质量器件必须分散布置。大功率器件如果加装散热器时应排布散热器的位置和固定方式,热敏感器件应远离散热器,大质量的器件应考虑加装器件固定架或固定盘。
2.5.3SMD在PCB上的排列,原则上应随元器件类型改变而变化,但同时SMD尽可能采取一个方向、一个间距、一个极性排列。这样有利于贴装、焊接和检测。
2.5.4考虑到元器件制造误差、贴装误差以及检测和返修之需,相邻元器件焊盘之间间隔不能太近,建议按下述原则设计。
(1)PLCC、QFP、SOP各自之间和相互之间间距 ≥2.5mm。
(2)PLCC、QFP、SOP与Chip、SOT之间间距≥1.5 mm。
(3)Chip、SOT相互之间间距≥0.7mm。
2.5.5采用波峰焊焊接的PCB面(一般是PCB背面),元器件的布局按以下要求设计。
(1)波峰焊不适合于细间距QFP、PLCC、BGA和小间距SOP器件的焊接,也就是说在要波峰焊的PCB面尽量不要布置这类器件。
(2)当元件尺寸相差较大的贴片元器件相邻排列且间距较小时(一般指其间隔小于相邻元件中较大一个元件的高度),较小的元器件应排在首先进入焊料波的位置。一般将PCB长尺寸边作为传送边,布局时将小元件置于它相邻大元件的同一侧。
2.5.6插装元件布局
(1)元件尽可能有规则地分布排列,以得到均匀的组装密度;(2)大功率元件周围不应布置热敏元件,要留有足够的距离;(3)装在印制板组件上的元件不允许重叠。
所有不绝缘的金属外壳元件,如钽电容、有金属基底的扁平组件,当它们跨越印制导线时,应当用指定材料加以绝缘,如套管和绝缘带。插件元件极性尽量同一方向布置。
2.5.7电路易扭曲变形,受力部位元件的布置应考虑PCB变形对元件可靠性的影响,如图3所示。
2,6审核SM