第6章表面組裝印制電路板6.1表面組裝印制電路板基礎(chǔ)6.2表面組裝印制板的設(shè)計原則6.3表面組裝印制板設(shè)計的具體設(shè)計要求6.1

表面組裝印制電路板基礎(chǔ)由于SMT用的PCB與通孔插裝（THT）用的PCB在設(shè)計、材料等方面都有很多差異，為了區(qū)別，通常將專用于SMT的PCB稱為SMB（SurfaceMountBoard）。SMB的主要特點如下：（1）高密度（2）小孔徑（3）熱膨脹系數(shù)（CTE）低（4）耐高溫性能好（5）平整度高6.1.1表面組裝印制電路板的特點

用于PCB的基材品種很多，但大體上分為兩大類，即無機(jī)類基板材料和有機(jī)類基板材料。無機(jī)類基板主要是陶瓷板，陶瓷電路基板材料是96%的氧化鋁，在要求基板強度很高的情況下，可采用99%的純氧化鋁材料。但高純氧化鋁的加工困難，成品率低，所以使用純氧化鋁的價格高。氧化鈹也是陶瓷基板的材料，它是金屬氧化物，具有良好的電絕緣性能和優(yōu)異的熱導(dǎo)性，可用做高功率密度電路的基板。有機(jī)類基板材料是指用增強材料如玻璃纖維布（纖維紙、玻璃氈等），浸以樹脂黏合劑，通過烘干成為坯料，然后覆上銅箔，經(jīng)高溫高電壓而制成。這類基板稱為覆銅箔層壓板（CCL），俗稱覆銅板，是制造PCB的主要材料。目前廣泛用于制作雙面PCB的是環(huán)氧玻璃纖維電路基板，它結(jié)合了玻璃纖維強度好和環(huán)氧樹脂韌性好的優(yōu)點，具有良好的強度和延展性。6.1.2表面組裝印制電路板基板材料

銅箔對產(chǎn)品的電氣性能有一定的影響，銅箔一般按制造方法分為壓延銅箔和電解銅箔兩大類。壓延法制造的銅箔要求銅純度高（一般≥99.9%），彈性好，適用于撓性板、高頻信號板等高性能PCB的制造，在產(chǎn)品說明書中用字母“W”表示。電解銅箔則用于普通PCB的制造，銅的純度稍低于壓延法所用的銅純度（一般為99.8%），并用字母“E”表示。常用的銅箔厚度有9μm、12μm、18μm、35μm、70μm等，其中35μm的使用較多。銅箔越薄，耐溫性越差，且浸析會使銅箔穿透；銅箔太厚，則容易脫落。6.1.3銅箔種類與厚度

6.2

表面組裝印制板的設(shè)計原則布局是按照電原理圖的要求和元器件的外形尺寸，將元器件均勻整齊地布置在PCB上，并能滿足整機(jī)的機(jī)械和電氣性能要求。布局時盡量做到以下幾點：（1）元器件分布均勻，同一單元電路的元器件應(yīng)相對集中排列，以便于調(diào)試和維修。（2）有相互連線的元器件應(yīng)相對靠近排列，以利于提高布線密度和保證走線距離最短。（3）對熱敏感的元器件，布置時應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱量大的元器件。（4）相互可能有電磁干擾的元器件，應(yīng)采取屏蔽或隔離措施。

1.

元器件布局布線是按照電原理圖、導(dǎo)線表以及需要的導(dǎo)線寬度與間距布設(shè)印制導(dǎo)線，布線一般應(yīng)遵守如下規(guī)則：1）在滿足使用要求的前提下，布線盡可能簡單。選擇布線方式的順序為單層-雙層-多層。2）兩個連接盤之間的導(dǎo)線布設(shè)盡量短，敏感的信號、小信號先走，以減少小信號的延遲與干擾。模擬電路的輸入線旁應(yīng)布設(shè)接地線屏蔽；同一層導(dǎo)線的布設(shè)應(yīng)分布均勻；各層上的導(dǎo)電面積要相對均衡，以防板子翹曲。3）信號線改變方向應(yīng)走斜線或圓滑過渡，而且曲率半徑大一些好，避免電場集中、信號反射和產(chǎn)生額外的阻抗。2.布線規(guī)則4）數(shù)字電路與模擬電路在布線上應(yīng)分隔開，以免互相干擾，如在同一層則應(yīng)將兩種電路的地線系統(tǒng)和電源系統(tǒng)的導(dǎo)線分開布設(shè)，不同頻率的信號線中間應(yīng)布設(shè)接地線隔開，避免發(fā)生串?dāng)_。為了測試方便，設(shè)計上應(yīng)設(shè)定必要的斷點和測試點。5）電路元器件接地、接電源時走線要盡量短、盡量近，以減少內(nèi)阻。6）上下層走線應(yīng)互相垂直，以減少耦合，切忌上下層走線對齊或平行。7）高速電路的多根I/O線以及差分放大器、平衡放大器等電路的I/O線長度應(yīng)相等，以避免產(chǎn)生不必要的延遲或相移。2.布線規(guī)則8）焊盤與較大面積導(dǎo)電區(qū)相連接時，應(yīng)采用長度不小于0.5mm的細(xì)導(dǎo)線進(jìn)行熱隔離，細(xì)導(dǎo)線寬度不小于0.13mm。9）最靠近板的邊緣的導(dǎo)線，距離印制板邊緣的距離應(yīng)大于5mm，需要時接地線可以靠近板的邊緣。如果印制板加工過程中要插入導(dǎo)軌，則導(dǎo)線距板邊緣的距離至少要大于導(dǎo)軌槽深的距離。10）雙面板上的公共電源線和接地線，盡量布設(shè)在靠近板的邊緣，并且分布在板的兩面。多層板可在內(nèi)層設(shè)置電源層和地線層，通過金屬化孔與各層的電源線和接地線連接，內(nèi)層大面積的導(dǎo)線和電源線、地線應(yīng)設(shè)計成網(wǎng)狀，可提高多層板層間的結(jié)合力。2.布線規(guī)則印制導(dǎo)線的寬度由導(dǎo)線的負(fù)載電流、允許的溫升和銅箔的附著力決定。一般印制板的導(dǎo)線寬度不小于0.2mm，厚度在18μm以上。導(dǎo)線越細(xì)其加工難度越大，所以在布線空間允許的條件下，應(yīng)適當(dāng)選擇寬一些的導(dǎo)線。3.導(dǎo)線寬度4.印制導(dǎo)線間距印制板表層導(dǎo)線間的絕緣電阻是由導(dǎo)線間距、相鄰導(dǎo)線平行段的長度、絕緣介質(zhì)（包括基材和空氣）所決定的，在布線空間允許的條件下，應(yīng)適當(dāng)加大導(dǎo)線間距。元器件的選擇應(yīng)充分考慮到PCB實際面積的需要，盡可能選用常規(guī)元器件。不可盲目地追求小尺寸的元器件，以免增加成本。對元器件的包裝形式、端電極尺寸、可焊性、器件的可靠性、溫度的承受能力（如能否適應(yīng)無鉛焊接的需要）都應(yīng)考慮到。5.元器件的選擇6.PCB基材的選用基材應(yīng)根據(jù)PCB的使用條件和機(jī)械、電氣性能要求來選擇；根據(jù)印制板結(jié)構(gòu)確定基材的覆銅箔面數(shù)（單面、雙面或多層板）；根據(jù)印制板的尺寸、單位面積承載元器件質(zhì)量，確定基材板的厚度。1）可能相互產(chǎn)生影響或干擾的元器件，在布局時應(yīng)盡量遠(yuǎn)離或采取屏蔽措施。2）不同頻率信號線，不要靠近平行布線；對高頻信號線，應(yīng)在其一側(cè)或兩側(cè)布設(shè)接地線。3）對于高頻、高速電路，應(yīng)盡量設(shè)計成雙面和多層印制板。4）晶體管的基極印制線和高頻信號線應(yīng)盡量設(shè)計得短。5）不同頻率的元器件不共用同一條接地線，不同頻率的地線和電源線應(yīng)分開布設(shè)。6）數(shù)字電路與模擬電路不共用同一條地線，在與印制板對外地線連接處可以有一個公共接點。7）工作時電位差比較大的元器件或印制線，應(yīng)加大相互之間的距離。7.印制板的抗電磁干擾設(shè)計隨著印制板上元器件組裝密度的提高，若不能及時有效地散熱，將會影響電路的工作參數(shù)，甚至熱量過大會使元器件失效，所以對印制板的散熱問題，設(shè)計時必須認(rèn)真考慮，一般采取以下措施：1）加大印制板上與大功率元器件接地面的銅箔面積。2）發(fā)熱量大的元器件不貼板安裝，或外加散熱器。3）對多層板的內(nèi)層地線應(yīng)設(shè)計成網(wǎng)狀并靠近板的邊緣。4）選擇阻燃或耐熱型的板材。8.PCB的散熱設(shè)計6.3

表面組裝印制板設(shè)計的具體設(shè)計要求PCB的外形一般為長寬比不太大的長方形。長寬比例較大或面積較大的板，容易產(chǎn)生翹曲變形，當(dāng)幅面過小時還應(yīng)考慮到拼板，PCB的厚度應(yīng)根據(jù)對板的機(jī)械強度要求及PCB上單位面積承受的元器件質(zhì)量，選取合適厚度的基材。

1.

PCB幅面6.3.1整體設(shè)計PCB厚度、最大寬厚比與最大長寬比由于SMB的尺寸較小，為了更適合于自動化生產(chǎn)，往往將多塊板組合成一塊板，有意識地將若干個相同或不相同單元PCB進(jìn)行有規(guī)則的拼合，把它們拼合成長方形或正方形，稱為拼板。拼合的印制電路板俗稱“郵票板”

，郵票板具有以下特點：1）郵票板可由多塊同樣的PCB組成或由多塊不同的PCB組成。2）根據(jù)表面組裝設(shè)備的情況決定郵票板的最大外形尺寸，如貼片機(jī)的貼片面積、印刷機(jī)的最大印刷面積和再流焊爐傳送帶的工作寬度等。3）郵票板上各電路板間的連接筋起機(jī)械支撐作用。因此它既要有一定的強度，又要便于折斷把電路分開。連接筋的尺寸一般為1.8mm×2.4mm。

2.

PCB的尺寸與拼板工藝

拼板結(jié)構(gòu)示意圖過孔是多層PCB的重要組成部分之一，鉆孔的費用通常占PCB制板費用的30%～40%。PCB上的每一個孔都可以稱為過孔。從作用上看，過孔可以分成兩類：一是用于各層間的電氣連接；二是用于器件的固定或定位。從設(shè)計的角度來看，一個過孔主要由兩部分組成，一是中間的鉆孔，二是鉆孔周圍的焊盤區(qū)。這兩部分的尺寸大小決定了過孔的大小。在高速、高密度的PCB設(shè)計時，總是希望過孔越小越好，這樣板上可以留有更多的布線空間。此外，過孔越小，其自身的寄生電容也越小，更適合用于高速電路。但過孔的尺寸不可能無限制地減小，它受到鉆孔和電鍍等工藝技術(shù)的限制。3.過孔（Via）的設(shè)計（1）定位孔

有些SMT設(shè)備（如貼片機(jī)）采用孔定位的方式，為保證PCB能精確地固定在設(shè)備夾具上，就要求PCB預(yù)留出定位孔。定位孔位于印制電路板的四個角，以圓形為主，也可以是橢圓，定位孔內(nèi)壁要求光滑，不允許有電鍍層，在定位孔周圍2mm范圍內(nèi)不允許有銅箔，且不得貼裝元器件。4.定位孔、工藝邊及基準(zhǔn)標(biāo)記定位孔位置（2）工藝邊

PCB上至少要有一對邊留有足夠的傳送帶位置空間，即工藝夾持邊，簡稱工藝邊。PCB加工時，通常用較長的對邊作為工藝邊，留給設(shè)備的傳送帶用，在傳送帶的范圍內(nèi)不能有元器件和引線干涉，即工藝夾持邊內(nèi)不應(yīng)有焊盤圖形，否則會影響PCB的正常傳送。工藝邊的寬度不小于5mm。如果PCB的布局無法滿足，可以采用增加輔助邊或拼板的方法。待加工工序結(jié)束后可以去掉工藝邊。4.定位孔、工藝邊及基準(zhǔn)標(biāo)記（3）基準(zhǔn)標(biāo)記基準(zhǔn)標(biāo)記有PCB基準(zhǔn)標(biāo)記和器件基準(zhǔn)標(biāo)記兩大類。常用的基準(zhǔn)標(biāo)記符號有實心圓點“●”、邊長為2.0mm的實心正方形“■”、邊長為2.0mm的實心菱形“◆”、2.0mm高的單十字線、2.0mm高的雙十字＃線、實心三角形“▲”等。推薦（優(yōu)選）的基準(zhǔn)標(biāo)記符號為直徑1～2mm的實心圓，標(biāo)志符號的的外圍有等于其直徑1~2倍的無阻焊區(qū)。器件基準(zhǔn)標(biāo)記設(shè)在該器件附近的兩個對角上。4.定位孔、工藝邊及基準(zhǔn)標(biāo)記印制板基準(zhǔn)標(biāo)記與FQFP的器件校正標(biāo)志

（1）接觸可靠性測試設(shè)計

測試點原則上應(yīng)設(shè)在同一面上，并注意分散均勻。測試點的焊盤直徑為0.9～1.0mm，并與相關(guān)測試針相配套，測試點的中心應(yīng)落在網(wǎng)格之上，并注意不應(yīng)設(shè)計在板子的邊緣5mm內(nèi)，相鄰的測試點之間的中心距不小于1.46mm。5.測試點與測試孔的設(shè)計相鄰測試點之間的中心距測試點與元器件焊盤之間的距離

（2）電器可靠性測試設(shè)計

所有的電氣節(jié)點都應(yīng)提供測試點，即測試點應(yīng)能覆蓋所有的I/O、電源地和返回信號。每一塊IC都應(yīng)有電源和地的測試點，如果器件的電源和地腳不止一個，則應(yīng)分別加上測試點，一個集成塊的電源和地應(yīng)放在2.54mm之內(nèi)。不能將IC控制線直接連接到電源、地或公用電阻上。5.測試點與測試孔的設(shè)計當(dāng)同一塊PCB上既有THC/THD又有SMC/SMD時，插裝元器件與表面元器件之間的間距應(yīng)不小于如圖所示的規(guī)定。6.插裝元器件與表面安裝元器件之間的間距插裝元器件與表面元器件之間的間距片式元器件焊接后理想的焊接形態(tài)如圖所示。從圖中可以看出它有兩個焊點，分別在電極的外側(cè)和內(nèi)側(cè)。外側(cè)焊點又稱主焊點，主焊點呈彎月面狀，維持焊接強度；內(nèi)焊點起到補強和焊接時自對中作用。6.3.2SMC/SMD焊盤設(shè)計

1.

SMC片式元器件的焊盤設(shè)計

理想的焊接形狀（1）焊盤長度（2）焊盤寬度（3）焊盤間距焊盤的內(nèi)外側(cè)距離在SMT中，小外形封裝晶體管（SOT）的焊盤圖形設(shè)計一般應(yīng)遵循下述規(guī)則：1）焊盤間的中心距與器件引線間的中心距相等。2）焊盤的圖形與器件引線的焊接面相似，但在長度方向上應(yīng)擴(kuò)展0.3mm，在寬度方向上應(yīng)減少0.2mm；若是用于波峰焊，則長度方向及寬度方向均應(yīng)擴(kuò)展0.3mm。

2.

小外形封裝晶體管焊盤的設(shè)計

SOT焊盤圖形SOP除了集成電路，還包括電阻網(wǎng)絡(luò)。SOP焊盤設(shè)計原則有以下幾點：1）焊盤間的中心距與器件引線間的中心距相等。2）單個引腳焊盤設(shè)計的一般原則：焊盤長度B：焊盤寬度A：為1~1.2倍的器件引腳寬度；焊盤間距G：式中，G為兩排焊盤之間的內(nèi)測距離（mm）；F為元器件本體封裝尺寸（mm）；K為系數(shù)，一般為0.25mm。

3.

SOP焊盤設(shè)計

SOP封裝外形和焊盤設(shè)計示意圖PLCC封裝的器件至今仍大量使用，其焊盤圖形如圖所示。對于1.27mm引腳中心距的PLCC封裝器件，焊盤寬度與焊盤間距的比例有7：3、6：4和5：5三種。第一種焊盤間距最小，中間不能走線；第三種焊盤寬度最小，容易造成移位，影響焊點質(zhì)量；第二種最合適。這種焊盤寬度為0.76mm，焊盤間距為0.5lmm，焊盤間可以走一根0.15mm連線的設(shè)計已廣泛應(yīng)用于高性能產(chǎn)品中。焊盤長度標(biāo)準(zhǔn)為1.9mm。

4.

PLCC焊盤設(shè)計

PLCC焊盤的設(shè)計尺寸QFP焊盤的設(shè)計尺寸如圖所示。

5.

QFP焊盤設(shè)計

QFP焊盤的設(shè)計尺寸對于吸熱大的器件和FQFP器件，在整板布局時要考慮到焊接時的熱均衡，不要把吸熱多的器件集中放在一處，造成局部供熱不足而另一處過熱的現(xiàn)象。6.3.3元器件排列方向的設(shè)計

1.

供熱均勻原則

器件排列應(yīng)均勻在采用貼片-波峰焊工藝時，片式SMC元器件和SOIC的引腳焊盤應(yīng)垂直于印制板波峰焊時的運動方向，QFP器件（引腳中心距大于0.8mm以上）則應(yīng)轉(zhuǎn)45°角。2.

元器件排列方向及