從貼片焊接的角度介紹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高密度的芯片越來越普遍，對電子焊接技術(shù)的要求也就越來越高。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。

焊接廠本身無法逾越的環(huán)節(jié)就是PCB畫圖的環(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板，他們只管完成生產(chǎn)任務(wù)，沒有心思、更沒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pcb圖時(shí)的建議

下面就PCB畫圖的環(huán)節(jié)給畫PCB圖的設(shè)計(jì)布線工程師們提出一些建議，希望在畫圖的過程中能避免出現(xiàn)影響焊接質(zhì)量的各種不良畫法。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：在板的斜對角，可以是圓形，或方形的焊盤，不要跟其它器件的焊盤混在一起。如果雙面有器件，雙面都要標(biāo)注。

設(shè)計(jì)PCB時(shí)，請注意以下幾點(diǎn)：

a. Mark點(diǎn)的形狀如以下圖案。(上下對稱或左右對稱)

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)誤的識別的形狀和顏色變化。(焊盤、焊膏)

d. Mark點(diǎn)的顏色要和周圍PCB的顏色有明暗差異。

e. 為了確保識別精度，Mark點(diǎn)的表面上電鍍銅或錫來防止表面反射。對形狀只有線條的標(biāo)記，光點(diǎn)不能識別。

如下圖所示：

3. 關(guān)于留5mm邊：畫PCB時(shí)，在長邊方向要留不少于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)考慮到第二次過回流時(shí)會把已焊好的一面靠邊的器件蹭掉，嚴(yán)重時(shí)會蹭掉焊盤、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，可以在長邊加工藝邊，參見本文17條“關(guān)于拼板的建議及加工藝邊”。

4. 不要直接在焊盤上過孔：直接在焊盤上過孔的缺陷是在過回流時(shí)錫膏熔化后流到過孔內(nèi)，造成器件焊盤缺錫，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：請將器件型號隱藏。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，不標(biāo)標(biāo)號。如下圖所示，造成貼片機(jī)編程時(shí)無法進(jìn)行。

絲印字符的字號不應(yīng)太小，以至于看不清。字符放置位置應(yīng)錯(cuò)開過孔，以免誤讀。

7. 關(guān)于IC焊盤應(yīng)延長：SOP、PLCC、QFP等封裝的IC畫PCB時(shí)應(yīng)延長焊盤，PCB上焊盤長度=IC腳部長度×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、錫三者熔為一體。如圖：

8. 關(guān)于IC焊盤的寬度：SOP、PLCC、QFP等封裝的IC，畫PCB時(shí)應(yīng)注意焊盤的寬度，PCB上焊盤a的寬度=IC腳部寬度(即：datasheet中的Nom.值)，請不要增寬，保證b(即兩焊盤間)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就會錯(cuò)開1℃的角度，從而影響焊接質(zhì)量。

10. 相鄰管腳短接時(shí)應(yīng)注意的問題：下圖a的短接方法不利于工人識別該管腳是否應(yīng)該相連，且焊接后不美觀。如果畫圖時(shí)按圖b、圖c的方法短接并加上阻焊，焊接出來的效果就不一樣：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的問題：芯片底下中間有焊盤的芯片畫圖時(shí)如果按芯片的封裝圖畫中間的焊盤，就容易引起短路現(xiàn)象。建議將中間的焊盤縮小，使它與周圍管腳焊盤之間的距離增大，從而減少短路的機(jī)會。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)器會檢測到危險(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(用來刮錫膏的)鋼網(wǎng)。

溫馨提示：定位孔的大小不宜過大或過小，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周圍一定的范圍內(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)于覆銅與焊盤相連影響熔錫：由于覆銅會吸收大量熱量，造成焊錫難以充分熔化，從而形成虛焊。如圖所示：

圖a中器件焊盤直接與覆銅相連；圖b中50Pins連接器雖然沒直接與覆銅相連，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)行畫圖，布線并設(shè)計(jì)PCB的工程師越來越多，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)良好的畫圖習(xí)慣，能夠很好的與加工工廠進(jìn)行很好的溝通，是每一個(gè)工程師都要考慮的。