PCB設(shè)計中的焊盤是什么？PCB中焊盤設(shè)計的分類

在 PCB 板上，焊盤的不正確尺寸、對齊或位置可能會導(dǎo)致組件在電氣性能和可制造性方面出現(xiàn)問題。?PCB 設(shè)計的焊盤就像建房子中的地基一樣，地基沒有打好，那房子能穩(wěn)固嗎？同樣的 PCB 焊盤設(shè)計出了問題，那板子可靠嗎？

就像地基對房子的重要，PCB焊盤的設(shè)計也是同樣的重要

PCB設(shè)計中的焊盤是什么？

焊盤就是電路板上金屬暴露區(qū)域，用于將管芯上的電路連接到封裝芯片柵的引腳。

PCB板上的焊盤圖

PCB中錯誤的焊盤尺寸會導(dǎo)致的問題

PCB 封裝中焊盤的尺寸、形狀、位置直接關(guān)系到電路板的制造能力，在PCB組裝的焊接過程中，使用尺寸不正確位置或者位置不正確的焊盤可能會導(dǎo)致不同的問題，以下列出幾點：

1、浮動部件

如果貼片元件位于太大或間距不正確的焊盤上，那么該部件可能會在回流焊期間浮動偏離位置。這可能導(dǎo)致焊料橋接到其他金屬上，并且導(dǎo)致熱冷卻、返工和?PCB 測試的元件間距不足。

2、不完整的焊點

焊盤太小或間隔太近可能沒有足夠的空間形成足夠的焊料圓角。這會使零件的焊接連接不良或根本沒有焊點。

3、焊料橋接

太大的表面貼裝焊盤會使零件浮動，這可能導(dǎo)致焊料橋接。這是焊料越過另一個網(wǎng)絡(luò)上的焊盤或金屬特征并產(chǎn)生直接短路的地方。如果正確的阻焊層和焊膏特征沒有設(shè)計到 CAD 工具中的焊盤形狀中，也可能發(fā)生焊料橋接。

4、立碑

小的兩個固定 SMT 零件，例如電阻和電容，如果它們的焊盤尺寸不同，則可能會出現(xiàn)焊接問題。一個焊盤會比另一個焊盤加熱得更快，熔化的焊料會將零件向上拉離另一個焊盤，像墓碑一樣粘在上面。

5、焊料芯吸

如果構(gòu)造不正確，通孔焊盤也會遇到困難。如果將太大的鉆孔尺寸用于進入孔的元件引線，則焊料可能會在良好連接之前通過孔芯吸走。另一方面，鉆頭尺寸太小會使插入元件引線變得困難并減慢組裝速度。

6、通孔斷路

通孔焊盤必須有一個實心圓環(huán)以確?？珊感裕强妆诤秃副P外周邊之間的金屬。圓環(huán)規(guī)格設(shè)計得足夠大，允許鉆頭從孔中心偏移符合預(yù)期。但是，如果焊盤太小，則環(huán)形圈可能會出現(xiàn)一些斷裂，而太多的斷裂會導(dǎo)致焊接不當(dāng)或電路損壞和不完整。

如果焊盤尺寸對于所使用的鉆孔來說太小，鉆頭在正常鉆孔操作過程中可能會輕微晃動并脫離焊盤形狀。

7、 與其他金屬短路

焊盤太小會使表面走線過于靠近焊接在其上的部件，從而產(chǎn)生潛在的金屬短路區(qū)域。另一方面，太大的焊盤可能會限制它們之間的走線布線，從而使電路板布線更加困難。

PCB中焊盤設(shè)計的分類

1、表面貼裝焊盤

1）用于安裝表面貼裝元件的焊盤稱為表面貼裝焊盤。這些焊盤具有以下特點：顯示銅面積的焊盤。這可以是矩形、圓形、方形或長方形等其他形狀。

焊盤形狀和應(yīng)用

2）阻焊層

3）焊膏

4）焊盤編號（組件存在的焊盤數(shù)量）

表面貼裝焊盤的焊盤設(shè)計

2、通孔焊盤

用于安裝通孔元件的焊盤稱為通孔焊盤，有兩種類型：

1）電鍍通孔 (PTH)

PTH?是指帶有通孔的焊盤，孔壁會鍍上銅，有時還會鍍上焊料或其他保護性鍍層?？纂婂兪鞘褂秒娊夤に囃瓿傻?，鍍層提供了電路板不同層之間的電連接。

2）非鍍通孔（NPTH）

NPTH?是指在孔中沒有電鍍的焊盤。該焊盤主要用于單面板或這些孔用于將 PCB 安裝在外殼中，并通過這些孔安裝螺釘。通常，未電鍍的孔在孔周圍的區(qū)域中沒有任何銅（類似于板邊緣間隙），這樣做是為了防止銅層和要放置的部件之間發(fā)生短路。

通孔焊盤的不同部分通常稱為焊盤堆棧，包括：

頂墊

底墊

內(nèi)墊

鉆頭

環(huán)形圈

針號

插件焊盤

3、BGA 焊盤的特殊功能

1）SMD 焊盤與 NSMD 焊盤

正確的焊盤設(shè)計對于確保BGA 組件的可制造性至關(guān)重要。基本上有兩種類型的?BGA 焊盤——阻焊層定義焊盤 (SMD) 和非阻焊層定義焊盤 (NSMD)。

2）阻焊層定義 (SMD) BGA 焊盤

SMD 焊盤由應(yīng)用于 BGA 焊盤的阻焊孔定義。這些焊盤具有阻焊孔，使得掩膜開口小于它們覆蓋的焊盤的直徑，這樣做是為了縮小零件焊接到的銅焊盤尺寸。

下圖顯示了如何指定阻焊層覆蓋下面的銅焊盤的一部分。

這可以帶來兩個優(yōu)點——首先，重疊的掩模有助于防止焊盤因機械或熱應(yīng)力而從板上抬起。第二個優(yōu)點是掩模中的開口將為 BGA 每一個焊球創(chuàng)建一個通道，以便在零件通過焊接過程時與之對齊。

SMD BGA 焊盤的銅層通常具有與 BGA 上的焊盤相同的直徑。為了生成 SMD 覆蓋，傳統(tǒng)上使用減少 20%。

MD 和 NSMD 焊盤

3）非阻焊層定義的 BGA 焊盤 (NSMD)

NSMD 焊盤與 SMD 焊盤的不同之處在于阻焊層被定義為不接觸銅焊盤，是創(chuàng)建掩模，以便在焊盤邊緣和阻焊層之間產(chǎn)生間隙。

NSMD焊盤橫截面

這里的銅焊盤尺寸是由銅焊盤直徑而不是掩模層定義的。

NSMD 焊盤可以小于焊球的直徑，焊盤尺寸的減小是焊球直徑的 20%。這種方法在相鄰焊盤之間留出更多空間，使走線更容易，并用于高密度和細間距 BGA 芯片。NSMD 焊盤的一個缺點是它們很容易因熱應(yīng)力和機械應(yīng)力而分層。然而，當(dāng)遵循標(biāo)準(zhǔn)制造和處理實踐時，可以防止 NSMD 焊盤分層。

怎么得到PCB 焊盤設(shè)計尺寸？

下面幾個方法可用于獲得你將使用的 PCB 焊盤和組件封裝的正確尺寸和形狀。

1、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

PCB 設(shè)計行業(yè)多年來為電路板布局的各個方面制定了標(biāo)準(zhǔn)，包括推薦的焊盤和焊盤圖案尺寸。IPC-7351就是其中之一，還有其他例子。

2、焊盤和焊盤圖形生成器

當(dāng)今的電子設(shè)計自動化 (EDA) 工具包括焊盤和焊盤圖形生成器，也稱為庫向?qū)?。此類軟件功能通常與 IPC 標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，并將自動生成組件所需的焊盤形狀和尺寸。

3、組件供應(yīng)商datasheet

每個 PCB 組件制造商都會發(fā)布一份關(guān)于他們提供的零件的?datasheet。除了這些數(shù)據(jù)表中的電氣和物理規(guī)格外，它們通常還包括推薦的 PCB 布局焊盤圖案。

4、焊盤和焊盤圖形計算器

工程師和其他用戶可以在線找各種焊盤和焊盤圖形計算器。

5、公司標(biāo)準(zhǔn)

許多公司都有自己的焊盤焊盤圖案標(biāo)準(zhǔn)，他們希望在設(shè)計電路板時遵循這些標(biāo)準(zhǔn)。這些封裝通常是為特定 PCB 制造商量身定制的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和供應(yīng)商規(guī)范的組合。

6、PCB 設(shè)計 CAD 供應(yīng)商庫

EDA 工具還提供可下載和使用的預(yù)制焊盤庫和焊盤圖案，購買了設(shè)計工具使用許可的用戶可以使用這些內(nèi)容。

7、PCB 制造商

個別印刷電路板合同制造商也可能有他們希望你遵循的首選 PCB 焊盤尺寸和焊盤圖案，他們應(yīng)該能夠為提供最適合他們自己的制造工藝的墊的尺寸和形狀。

8、第三方庫供應(yīng)商

還有一些在線 PCB 庫供應(yīng)商已經(jīng)構(gòu)建了焊盤和焊盤圖案并可以提供使用。

但是，在 PCB 中使用的焊盤的尺寸和形狀并不是唯一應(yīng)受標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)格，用于精確元件放置的間距也很重要。如果板上的部件放置得太近，你可能會遇到與焊盤尺寸不正確時相同的焊料橋接問題

PCB設(shè)計的焊盤形狀尺寸設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（僅供參考）

1、所有焊盤單邊最小不小于0.25mm，整個焊盤最大直徑不大于器件孔徑的3倍。

2、應(yīng)盡量保證兩個焊盤邊緣的間距大于0.4mm。

3、在布線密集的情況下，建議使用橢圓形和長方形圓形焊盤。單面焊盤的直徑或最小寬度為1.6mm；雙面弱電路焊盤只需要0.5mm的孔徑。如果焊盤太大，很容易造成不必要的接頭焊接?？讖匠^1.2mm或焊盤直徑。超過 3.0mm 的焊盤應(yīng)設(shè)計為菱形或梅花形焊盤。

4、對于插件元件，為避免焊接時銅箔破損，單面連接焊盤完全覆銅箔；但是，雙面板的最低要求是彌補淚珠。

5、所有的機器零件都需要沿彎曲方向設(shè)計成滴水墊，以保證彎曲腳處的焊點飽滿。

6、大面積銅焊盤上的焊盤應(yīng)使用菊花焊盤代替假焊盤。如果 PCB 有大面積的地線和電源線區(qū)域（面積超過 500 mm2），則應(yīng)部分開路或設(shè)計為網(wǎng)格填充。

PCB焊盤設(shè)計制造工藝要求（僅供參考）

1、測試元件應(yīng)加在貼片元件兩端未與插入元件連接的地方。測試點的直徑應(yīng)等于或大于1.8mm，以方便在線測試儀的測試。

2、間距較緊的IC焊盤如果不接手插焊盤，需要加一個測試焊盤。對于貼片IC，測試點不能放在貼片IC的絲印內(nèi)。測試點直徑等于或大于1.8mm，便于在線測試儀測試。

3、如果焊盤間距小于0.4mm，必須鋪白油，以減少過峰焊接。

4、貼片元件的尖端和末端應(yīng)采用鉛錫設(shè)計。鉛錫的寬度建議使用0.5mm的線材，長度一般為2、3mm。

5、如果單面板有手工焊接的元件，則需要打開錫槽。方向與錫的方向相反?？椎膶挾葹?.3mm至1.0mm。

6、導(dǎo)電膠按鍵的間距和尺寸應(yīng)與導(dǎo)電膠按鍵的實際尺寸一致。與此連接的PCB板應(yīng)設(shè)計為金手指，并指定相應(yīng)的鍍金厚度。

編輯：黃飛