從貼片焊接的角度，介紹了幾點(diǎn)PCB設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的要點(diǎn)

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子元器件的小型化、微型化、BGA、間距為0.3mm~0.5mm高密度的芯片越來(lái)越普遍，對(duì)電子焊接技術(shù)的要求也就越來(lái)越 高。雖然現(xiàn)在有了更精密的貼片機(jī)可以代替人工焊接，但影響焊接質(zhì)量的因素太多。本文將從貼片焊接的角度，介紹了幾點(diǎn)PCB設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的要點(diǎn)，根據(jù)經(jīng) 驗(yàn)，如果未按照這些要求，很有可能造成焊接質(zhì)量不高，虛焊和甚至在返修PCB的時(shí)候損壞焊盤(pán)或電路板。

一、影響PCB焊接質(zhì)量的因素

從PCB設(shè)計(jì)到所有元件焊接完成為一個(gè)質(zhì)量很高的電路板，需要 PCB設(shè)計(jì)工程師乃至焊接工藝、焊接工人的水平等諸多環(huán)節(jié)都有著嚴(yán)格的把控。主要有以下因素：PCB圖、電路板的質(zhì)量、器件的質(zhì)量、器件管腳的氧化程度、 錫膏的質(zhì)量、錫膏的印刷質(zhì)量、貼片機(jī)的程序編制的精確程度、貼片機(jī)的貼裝質(zhì)量、回流焊爐的溫度曲線的設(shè)定等等因素。

焊接廠本身無(wú)法逾越的環(huán)節(jié)就是PCB畫(huà)圖的環(huán)節(jié)。由于做電路設(shè)計(jì)的人往往不焊電路板從而無(wú)法獲得直接的焊接經(jīng)驗(yàn)，不知道影響焊接的各種因素;而焊接廠的工人不 懂畫(huà)板，他們只管完成生產(chǎn)任務(wù)，沒(méi)有心思、更沒(méi)有能力分析造成不良焊接的原因。由于這兩方面的人才各司其職，難以有機(jī)結(jié)合。

二、畫(huà)PCB圖時(shí)的建議

下面我就PCB畫(huà)圖的環(huán)節(jié)給畫(huà)PCB圖的設(shè)計(jì)布線工程師們提出一些建議，希望在畫(huà)圖的過(guò)程中能避免出現(xiàn)影響焊接質(zhì)量的各種不良畫(huà)法。將主要以圖文的形式介紹。

1、關(guān)于定位孔：PCB板的四角要留四個(gè)孔(最小孔徑 2.5mm)，用于印刷錫膏時(shí)定位電路板。要求X軸或Y軸方向圓心在同一軸線上，如下圖：

2、關(guān)于Mark點(diǎn)：用于貼片機(jī)定位。PCB板上要標(biāo)注Mark點(diǎn)，具體位置：在板的斜對(duì)角，可以是圓形，或方形的焊盤(pán)，不要跟其它器件的焊盤(pán)混在一起。如果雙面有器件，雙面都要標(biāo)注。

設(shè)計(jì)PCB時(shí)，請(qǐng)注意以下幾點(diǎn)：

a、Mark點(diǎn)的形狀如以下圖案。(上下對(duì)稱(chēng)或左右對(duì)稱(chēng))

b、A的尺寸為2.0mm。

c、從Mark點(diǎn)的外緣離2.0mm的范圍內(nèi)，不應(yīng)有可能引起錯(cuò)誤的識(shí)別的形狀和顏色變化。(焊盤(pán)、焊膏)

d、Mark點(diǎn)的顏色要和周?chē)鶳CB的顏色有明暗差異。

e、為了確保識(shí)別精度，Mark點(diǎn)的表面上電鍍銅或錫來(lái)防止表面反射。對(duì)形狀只有線條的標(biāo)記，光點(diǎn)不能識(shí)別。

如下圖所示：

3、關(guān)于留5mm邊：畫(huà)PCB時(shí)，在長(zhǎng)邊方向要留不少于3mm的邊用于貼片機(jī)運(yùn)送電路板，此范圍內(nèi)貼片機(jī)無(wú)法貼裝器件。此范圍內(nèi)不要放置貼片器件。如圖：

雙面有器件的電路板應(yīng)考慮到第二次過(guò)回流時(shí)會(huì)把已焊好的一面靠邊的器件蹭掉，嚴(yán)重時(shí)會(huì)蹭掉焊盤(pán)、毀壞電路板。如下圖所示：

所以建議芯片少的一面(一般為Bottom面)的長(zhǎng)邊離邊5mm范圍內(nèi)不要放置貼片器件。如果確實(shí)由于電路板面積受限，可以在長(zhǎng)邊加工藝邊，參見(jiàn)本文17條“關(guān)于拼板的建議及加工藝邊”。

4、不要直接在焊盤(pán)上過(guò)孔：直接在焊盤(pán)上過(guò)孔的缺陷是在過(guò)回流時(shí)錫膏熔化后流到過(guò)孔內(nèi)，造成器件焊盤(pán)缺錫，從而形成虛焊。如圖：

5、關(guān)于二極管、鉭電容的極性標(biāo)注：二極管、鉭電容的極性標(biāo)注應(yīng)符合行規(guī)，以免工人憑經(jīng)驗(yàn)焊錯(cuò)方向。如圖：

6、關(guān)于絲印和標(biāo)識(shí)：請(qǐng)將器件型號(hào)隱藏。尤其是器件密度高的電路板。否則，眼花繚亂影響找到焊接位置。如下圖：

也不要只標(biāo)型號(hào)，不標(biāo)標(biāo)號(hào)。如下圖所示，造成貼片機(jī)編程時(shí)無(wú)法進(jìn)行。

絲印字符的字號(hào)不應(yīng)太小，以至于看不清。字符放置位置應(yīng)錯(cuò)開(kāi)過(guò)孔，以免誤讀。

7、關(guān)于IC焊盤(pán)應(yīng)延長(zhǎng)：SOP、PLCC、QFP等封裝的IC畫(huà)PCB時(shí)應(yīng)延長(zhǎng)焊盤(pán)，PCB上焊盤(pán)長(zhǎng)度=IC腳部長(zhǎng)度×1.5為適宜，這樣便于手工用烙鐵焊接時(shí)，芯片管腳與PCB焊盤(pán)、錫三者熔為一體。如圖：

8、關(guān)于IC焊盤(pán)的寬度：SOP、PLCC、QFP等封裝的IC，畫(huà)PCB時(shí)應(yīng)注意焊盤(pán)的寬度，PCB上焊盤(pán)a的寬度=IC腳部寬度(即：datasheet中的Nom.值)，請(qǐng)不要增寬，保證b(即兩焊盤(pán)間)有足夠的寬度，以免造成連焊。如圖：

9、放置器件不要旋轉(zhuǎn)任意角度：由于貼片機(jī)無(wú)法旋轉(zhuǎn)任意角度，只能旋轉(zhuǎn)90℃、180℃、270℃、360℃。如下圖B 旋轉(zhuǎn)了1℃，貼片機(jī)貼裝后器件管腳與電路板上的焊盤(pán)就會(huì)錯(cuò)開(kāi)1℃的角度，從而影響焊接質(zhì)量。

10、相鄰管腳短接時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：下圖a的短接方法不利于工人識(shí)別該管腳是否應(yīng)該相連，且焊接后不美觀。如果畫(huà)圖時(shí)按圖b、圖c的方法短接并加上阻焊，焊接出來(lái)的效果就不一樣：只要保證每個(gè)管腳都不相連，該芯片就無(wú)短路現(xiàn)象，而且外觀也美觀。

11、關(guān)于芯片底下中間有焊盤(pán)的問(wèn)題：芯片底下中間有焊盤(pán)的芯片畫(huà)圖時(shí)如果按芯片的封裝圖畫(huà)中間的焊盤(pán)，就容易引起短路現(xiàn)象。建議將中間的焊盤(pán)縮小，使它與周?chē)苣_焊盤(pán)之間的距離增大，從而減少短路的機(jī)會(huì)。如下圖：

12、厚度較高的兩個(gè)器件不要緊密排在一起：如下圖所示，這樣布板會(huì)造成貼片機(jī)貼裝第二個(gè)器件時(shí)碰到前面已貼的器件，機(jī)器會(huì)檢測(cè)到危險(xiǎn)，造成機(jī)器自動(dòng)斷電。

13、關(guān)于BGA：由于BGA封裝比較特殊，其焊盤(pán)都在芯片底下，外面看不到焊接效果。為了返修方便，建議在PCB板上打兩個(gè) Hole Size:30mil 的定位孔，以便返修時(shí)定位(用來(lái)刮錫膏的)鋼網(wǎng)。

溫馨提示：定位孔的大小不宜過(guò)大或過(guò)小，要使針插入后不掉、不晃動(dòng)、插入時(shí)稍微有點(diǎn)緊為宜，否則定位不準(zhǔn)。如下圖：

而且建議BGA周?chē)欢ǖ姆秶鷥?nèi)要留出空地別放置器件，以便返修時(shí)能放得下網(wǎng)板刮錫膏。

14、關(guān)于PCB板的顏色：建議不要做成紅色。因?yàn)榧t色電路板在貼片機(jī)的攝像機(jī)的紅色光源下呈白色，無(wú)法進(jìn)行編程，不便于貼片機(jī)進(jìn)行焊接。

15、關(guān)于大器件下面的小器件：有的人喜歡將小的器件排在同一層的大器件底下，比如：數(shù)碼管底下有電阻，如下圖：

如此排版會(huì)給返修造成困難，返修時(shí)必須先拆數(shù)碼管，還有可能造成數(shù)碼管損壞。建議將數(shù)碼管底下的電阻排到Bottom面，如下圖：

16、關(guān)于覆銅與焊盤(pán)相連影響熔錫：由于覆銅會(huì)吸收大量熱量，造成焊錫難以充分熔化，從而形成虛焊。如圖所示：

圖a中器件焊盤(pán)直接與覆銅相連;圖b中50Pins連接器雖然沒(méi)直接與覆銅相連，但由于四層板的中間兩層為大面積覆銅，所以圖a、圖b都會(huì)因?yàn)楦层~吸收 大量熱量而造成錫膏不能充分熔化。圖b中50Pins連接器的本體是不耐高溫的塑料，若溫度設(shè)定高了，連接器的本體會(huì)熔化或變形，若溫度設(shè)定低了，覆銅吸 收大量熱量而造成錫膏不能充分熔化。因此，建議焊盤(pán)與大面積覆銅隔離。如圖所示：

17、關(guān)于拼板的建議及加工藝邊：

三、總結(jié)

現(xiàn)如今，能用軟件進(jìn)行畫(huà)圖，布線并設(shè)計(jì)PCB的工程師越來(lái)越多，但是一經(jīng)設(shè)計(jì)完成，并能很好的提高焊接效率，作者認(rèn)為需要重點(diǎn)注意以上要素。并且培養(yǎng)良好的畫(huà)圖習(xí)慣，能夠很好的以加工工廠進(jìn)行很好的溝通，是每一個(gè)工程師都要考慮的。