SMT环境下的PCB设计技术详细

文章摘要：摘 要：伴随无铅化高密度电子组装技术的发展，印刷电路板设计工艺变得越来越重要，相应地对基材选择、元器件布局、焊盘设计以及布线等要求也变得越来越高。本文针对以上问题，给出了详细的设计工艺要求，并对设计不当而造成的缺陷加以归纳与分析。关键词：表面组装技术；印刷电路板；焊盘设计；元件布局；布线Design Process for PCB in SMTZhou Hui-Ling 1,2, shi jian-wei1,2, Qian Yi-Yu 1, Yuan He-Ping 2(1.Harbin Institute of Technology, Harbin, 150001,2.Sun East

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摘  要：伴随无铅化高密度电子组装技术的发展，印刷电路板设计工艺变得越来越重要，相应地对基材选择、元器件布局、焊盘设计以及布线等要求也变得越来越高。本文针对以上问题，给出了详细的设计工艺要求，并对设计不当而造成的缺陷加以归纳与分析。

关键词：表面组装技术；印刷电路板；焊盘设计；元件布局；布线

Design Process for PCB in SMT

Zhou Hui-Ling 1,2, shi jian-wei1,2, Qian Yi-Yu 1,  Yuan He-Ping 2
(1.Harbin Institute of Technology, Harbin, 150001,
2.Sun East Electronic Technology (Shenzhen) Company Lt.d, 518103)

Abstract: With the development of Pb-free electronic assembly, the PCB (Printed Circuit Board) design in SMT gets more important. At the same time, the demand of the PCB substrate materials choice, the placement rules of component, designing the PCB pad and layout etc. are all very high. According to these problem, we put forward the request of design process in this paper, but also sum up and analyze the defects due to PCB design improperly.
Key words: SMT; PCB; Pad Design; Component Placement; Layout

1.引言

SMT工艺是利用钎料或焊膏在元件与电路板连接之间构成机械与电气两方面的连接，其主要优点在于尺寸小、重量轻、互连性好；高频电路的性能好，寄生阻抗显著降低；抗冲击力与振动性能好。采用SMT工艺时引线不需穿过电路板，可避免产生引线接受或辐射而得来的信号，进而提高电路的信噪比。

评价SMT工艺性能的好坏，首先应使焊点能够正确成型；而正确成型的前提是必须合理设计PCB板上元器件的焊盘尺寸；其次在PCB板布局时要合理安排元件的密度，满足测试点的要求。
进行电路板设计时，可通过DFM（可制造性设计）来完成。DFM是并行工程（CE）关键技术的重要组成部分，它从产品设计开始，考虑可制造性和可检测性，从设计到制造一次成功，是电路板设计的一种有效工具。

2.PCB材料选择

印刷电路板基材主要有二大类：有机类基板材料和无机类基板材料，使用最多的是有机类基板材料。层数不同使用的PCB基材也不同，比如3～4层板要用预制复合材料，双面板则大多使用玻璃－环氧树脂材料。无铅化电子组装过程中，由于温度升高，印刷电路板受热时发生弯曲的程度加大，故在SMT中要求尽量采用弯曲程度小的板材，如FR-4等类型的基板。由于基板受热后的胀缩应力对元件产生的影响，会造成电极剥离，降低可靠性，故选材时还应该注意材料膨胀系数，尤其在元件大于3.2×1.6mm时要特别注意。
表面组装技术中用PCB要求高导热性，优良耐热性（150℃，60min）和可焊性（260℃，10s），高铜箔粘合强度（1.5×104Pa以上）和抗弯强度（25×104Pa），高导电率和小介电常数、好冲裁性（精度±0.02mm）及与清洗剂兼容性，另外要求外观光滑平整，不可出现翘曲、裂纹、伤痕及锈斑等。

印制电路板厚度有0.5mm、0.7mm、0.8mm、1mm、1.5mm、1.6mm、（1.8mm）、2.7mm、（3.0mm）、3.2mm、4.0mm、6.4mm，其中0.7mm和1.5mm板厚的PCB用于带金手指双面板的设计，1.8mm和3.0mm为非标尺寸。印制电路板尺寸从生产角度考虑，最小单板不应小于250×200mm，一般理想尺寸为（250～350mm）×（200×250mm），对于长边小于125mm或宽边小于100mm的PCB，易采用拼板的方式。

表面组装技术对厚度为1.6mm基板弯曲量的规定为上翘曲≤0.5mm，下翘曲≤1.2mm。通常所允许的弯曲率在0.065%以下。

3.PCB导通孔及元器件布局

3.1导通孔布局
（1）避免在表面贴装焊盘以内或距表面贴装焊盘0.6mm以内设置导通孔。

（2）无外引脚的元器件焊盘（如片状电阻电容、可调电位器及电容等），其焊盘之间不允许有通孔(即元件下面不开导通孔；若用阻焊膜堵死可以除外)，以保证清洗质量。

（3）作为测试支撑用的导通孔，在设计布局时，需充分考虑不同直径的探针进行自动在线测试时的最小间距。

（4）导通孔径与元件引线的配合间隙太大易虚焊。一般导通孔径比引线直径大0.05～0.2mm，焊盘直径为导通孔径的2.5～3倍时，易形成合格焊点。

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