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现代电子元件装配技术100425
•3.2. PCB设计
•印刷电路板设计也称为印刷板排版设计，目前基本通过计 算机辅助的方法使用CAD软件来实现。PCB设计质量是衡
量表面组装技术水平的重要标志，是保证表面组装质量的 首要条件之一。
•PCB设计包含的内容
•
基板材料选择
布线
•
元器件选择
焊盘
•最大最小尺寸设计
•PCB最大尺寸＝贴片机最大贴装尺寸；PCB最小尺寸＝ 50×50mm，当PCB尺 寸小于贴装最小尺寸时，必须采用拼板方式。
•厚度设计
•元件的重量和规格决定板的厚度，可通过计算重量来决定 板厚。通常有3mm、2mm、1.6mm(标准)、1.5mm(国产)， 多层板的层数决定厚度。具体尺寸可查标准。
•
印刷板电路设计
测试点
•PCB设计
工艺性(可生产性)设计 导线、通孔
•
可靠性设计
焊盘与导线的连接
•
降低生产成本
阻焊
散热、电磁干扰等
•
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•3.3. 可制造性设计的主要内容 •a. PCB的组装形式及加工工艺流程 •b. SMT设备对PCB设计的要求 •c. 元件的封装形式及焊盘设计 •d. SMT工艺对PCB设计的要求 •e. 设计文件的输出 •f. 可制造性设计审核 •g. 加工中常见问题及解决措施
•DFM从产品开发设计时就考虑到可制造性，使设计和制 造之间紧密联系，实现从设计到制造一次成功的目的。
•
•HP公司DFM统计调查表明：产品总成本60%取决于产品 的最初设计，75%的制造成本取决与设计说明和设计规范， 70-80%的生产缺陷是由于设计原因造成的。
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•2.2.导体材料
•常用的导体材料有铜、铝、金等。为提高导体材料与基板 之间的附着力，常采用过渡层(亦称打底)材料，如铬(Cr)、 镍(Ni)、钛(Ti)等。过渡层厚度一般为50-60nm，导体层厚 度一般为100-200nm。
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•2) 基准标志(Mark)设计
•作用：用于修正PCB固定或者PCB加工引起的位移偏差。
•种类：分为PCB基准标志和局部基准标志(Board和local)
•形状与尺寸：优选实心圆；优选直径为1.5mm。(0.5-3mm)
•布放要求：PCB基准标志一般放三个，在PCB对角线上； 局部基准标志在元件对角线上。基准标志要与周围环境有 反差。
•2.3.阻焊层
•在印刷电路板上涂覆阻焊层的目的是防止邻近布线和焊盘 间焊锡连桥，保护电路板免受机械损伤和污染。
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•三、可制造性设计
•DFM(Design for Manufacturing)，可制造性设计，就是研 究产品本身的物理设计与制造系统各部分之间的相互关系， 并把它用于生产设计中以便将整个制造系统融合在一起进 行总体优化，是保证PCB设计质量的最有效的方法。
•二、 SMB的结构 •SMB一般由基板、覆铜箔和阻止焊层三部分组成。 •2.1. 基板材料 •SMB的基板材料主要有无机材料和有机材料两大类。无 机材料主要指陶瓷电路基板，有机材料中最常用环氧玻璃 纤维基板。
•a.陶瓷基板材料 •陶瓷电路基板的基板材料是95％的氧化铝，在要求基板强 度很高的情况下，可采用99％的纯氧化铝。
•d. 选择CTE(热膨胀系数)低的材料
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•c. 元件的封装形式及焊盘设计
•1)对称性，两端焊盘必须对称，才能保证熔融焊锡表面张 力平衡
•2)焊盘间距，确保元件端头或引脚与焊盘恰当的搭接尺寸。
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•d. SMT工艺对PCB设计的要求 •1)元件分布均匀，疏密有序。 •2)元器件在PCB上的方向排列相同。 •3)大型器件的四周要留一定的维修空隙。 •4)抗干扰，防止耦合。
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2020/11/23
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•第四章 表面贴装电路板
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•一、表面贴装电路板的特点
• 印刷电路板是一种附着于绝缘基材表面，用于连接电 子 元 器 件 ( 包 括 屏 蔽 元 件 ) 的 导 电 图 形 ， 简 称 PCB(Print Circuit Board)。
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现代电子元件装配艺流程
•考虑因素
•1) 尽量采用回流焊方式，因为回流焊比波峰焊具有以下 优势：
•元器件受到的热冲击小 •能控制焊料量，焊接缺陷小，焊接质量好，可靠性高 •焊料中一般不会混入不纯物，能正确地确保焊料的组分；有自定位效应(self alignment) •可在同一基板上，采用不同焊接工艺进行焊接 •工艺简单，修板量极小，从而节省了人力、电力、材料。
•2) 混装情况下尽量选择插件、贴片在同一面，其次选择 贴片在两面，插件在一面，尽量不要双面混装。
•3) BGA设计时，最好一面有BGA元件，两面安排BGA元 件会增加工艺难度。
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•b. SMT设备对PCB设计的要求 •1) 外形设计及尺寸 •2) 基准标志(Mark)设计 •3) PCB定位孔和夹持边的设计 •4) 拼板设计 •5) PCB要求与元器件选用
• 专用于SMT的PCB(Print Circuit Board，印刷电路板) 专称为SMB。
•1.1. 特点：
•SMB比传统的PCB板的电路图形设计要高，其主要特点是： 高密度、小孔径、多层数、高板厚/孔径比、优秀的运输特 性、高平整光洁度和尺寸稳定性等。
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•Original Equipment Manufacturers 原始设备制造厂商(OEM)
•Electronic Components Manufacturers电子元器件制造厂商 (ECM)
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•c. 降低新工艺引进成本，减少测试工艺开发的庞大费用
•b. 有利于技术转移，简化产品转移流程
•企业一般外包，则企业与OEM、EMS/CM之间的有效沟 通非常必要。具有良好可制造性的产品与OEM、EMS/CM 间实现平滑的技术转移和过渡，快速组织生产。
•Electronic Manufacturing Services电子设备制造厂商(EMS)
•Contract Manufacturers签约厂商(CM)
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•1) 外形设计及尺寸
•形状设计
•PCB的外形应尽量简单，一般为矩形。
•板面不要设计得过大，以免回流焊接时引起变形。
•贴片机的PCB传输方式、贴装范围决定PCB外形。当PCB定位在贴装工作台 上，通过工作台传输PCB时，对PCB的外形没有特殊要求；当直接采用导轨传 输PCB时，PCB外形必须是笔直的。如果是异形PCB，必须设计工艺边使PCB 的外形成直线。
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•b.环氧玻璃纤维电路基板
•环氧玻璃纤维电路基板由环氧树脂和玻璃纤维组成，它结 合了玻璃纤维强度好和环氧树脂韧性好的优点，故具有良 好的强度和延展性，它有单面、双面和多层之分。
•日常生产中多数采用FR-4的环氧玻璃纤维作为电路板的 基板材料。
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•3) PCB定位孔和夹持边的设计 •a. 定位孔 •一般两个，在PCB长边一则，孔径为3-5mm，一般取4mm， 定位孔的位置距离PCB各边5mm处。
•b. 夹持边 •夹持边要平整光滑，尺寸一致，误差小。夹持边3mm范 围内不允许布元件。
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•d. 节约成本，改善供货能力
•低成本、高产出、良好的供货能力，同时高可靠性是产品 长期成本降低的基础。如果产品的可制造性差，往往花费 更多的人力、物力、财力达到目的，同时还付出延缓交货、 失去市场等沉重代价。
•e. 新产品开发及验证的基础
•没有DFM规范控制的产品，在产品开发的后期，甚至常 常在批量生产阶段才会发现各种生产问题，此时又更改设 计，无疑增加开发成本，延长产品推向市场的时间，失去 主动权。
•5) PCB要求与元器件选用
•PCB要求：
•a. 外观质量
•无毛刺，四周光滑；一致性好；丝印清晰，丝印不偏移； 阻焊层均匀，无脱落。
•b. 要求平整度好
•对PCB翘曲度的要求：一般板为1.5%，带插头处为1.0%， SMB为0.5%。
•c. 选择Tg(玻璃化转变温度)较高的基板材料，Tg应高于电 路工作温度。
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•e. 设计文件的输出 •1)元器件明细表 •BOM(Bill of Material，物料清单), 描述产品零件、半成品 和成品之间的关系。
•2)丝印图 •3)PCB坐标纯文本文件 •4)焊盘图形
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•4) 拼板设计
•PCB小于50×50mm必须组成拼板；为提高贴装效率对某 些板、异形板也需拼板。
•每个拼板的对角线上要有基准标志。
•拼板中各块PCB之间的互连有双面对刻V形槽和断签式两 种方式。要求既有一定的机械强度，又便于贴装后的分离。