SMT印制电路板的可制造性设计及审核

• (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。
• b 没有按照波峰焊要求设计，波峰焊时造成阴影效应。
• (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
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。
•
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，70－80％的 生产缺陷是由于设计原因造成的。
• 新产品研发过程
方案设计 → 样机制作 → 产品验证
• (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
• (7) BGA的常见设计问题
力；
• e 元器件的焊端或引脚的可焊性要符合要求；
• 235℃±5℃，2±0.2s 或230℃±5℃，3±0.5s，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：235℃±5℃，2±0.2s。
•
波峰焊：260℃±5℃，5±0.5s。
• g 可承受有机溶剂的洗涤；
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、
2．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。 • (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
B面波峰焊。 B面贴装再波峰焊
• A面插装THC
或：A面插装THC（机器）
• (3) 双面混装（THC在A面，A、B两面都有SMD） • A面施加焊膏 • 翻转PCB 贴装SMD 胶固化 贴装SMD 再流焊
• B面施加贴装胶 • 翻转PCB
• A面插装THC
B面波峰焊。
• （应用最多）
• (4) 双面混装（A、B两面都有SMD和THC）
• a)应适当选择Ｔg较高的基材——玻璃化
转变温度Ｔg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125~140 ℃左右，再流焊温度在220℃左右，远远 高于PCB基板的Ｔg，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
• b) 要求CTE低——由于X、Y和厚度方向的热膨胀系数不一致，
• •
•
•
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。
• 注意： • 在印制板的同一面，禁止采用先再流焊SMD，后对THC
进行波峰焊的工艺流程。
2．选择PCB材料
• • a 焊盘尺寸不规范，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。
• (8) 元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。
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。
内容
• 一 不良设计在SMT生产制造中的危害
• 二 目前国内SMT印制电路板设计中的常见问题及解决措施
• 三. SMT工艺对PCB设计的要求
• 四. SMT设备对PCB设计的要求 • 五. 提高PCB设计质量的措施 • 六. SMT印制板可制造性设计（工艺性）审核
SMT印制电路板的 可制造性设计及审核
•
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： —基板材料选择 —元器件选择 PCB设计——可制造（工艺）性设计 —布线 —焊盘 —导线、通孔
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。
二 目前国内SMT印制电路板设计中的常见问题 及解决措施
1. 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。
一 不良设计在SMT生产制造中的危害
•
1. 造成大量焊接缺陷。
•
• • • • •
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。
•
焊盘间距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。
• (2) 通孔设计不正确 • 导通孔设计在焊盘上，焊料会从导通孔中流出，会造 成焊膏量不足。
•
• 不正确 正确
印制导线
•
导通孔示意图
• (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。
膜，由于图象不一致与反光造成不认Mark、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。
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
. e) 电气性能要求
• ——高频电路时要求选择介电常数高、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。
3．选择元器件
和完善产品的DFM设计。
• 1. 印制板的组装形式及工艺流程设计
• 1.1 印制板的组装形式
• 1.2 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
定位孔、基准标志图形的设置等有不同的规定。
•
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
• BGA 、CSP：适用于I/O高的电路中。
c) 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。
• 3.1 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
• 1.3.2 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）
• 1.3.3 高密度混合组装时 • • a) 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；
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
b) 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