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Tecnología de diseño detallado de PCB en el entorno SMT
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Tecnología de diseño detallado de PCB en el entorno SMT

2022-06-17
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Author:pcb

1.. Introducción

El proceso de montaje de la superficie utiliza soldadura o pasta para formar conexiones mecánicas y eléctricas entre los componentes y el sustrato PCB Board. Su principal ventaja es su pequeño tamaño, Peso ligero, Buena interconexión; El circuito de alta frecuencia tiene un buen rendimiento y una impedancia parasitaria. Disminución significativa; Buena resistencia al impacto y a las vibraciones. Cuando se utiliza un proceso de montaje de superficie, Los cables no necesitan pasar a través del tablero, Esto evita la recepción de cables o la generación de señales de radiación, Por lo tanto, se mejora la relación señal - ruido del circuito.. Evaluación del rendimiento del proceso SMT, En primer lugar, Las juntas de soldadura se formarán correctamente; La premisa de la formación correcta es PCB Board Debe diseñarse razonablemente; Segundo, La densidad de los componentes debe organizarse razonablemente durante el ensayo. PCB Board Diseño. , Cumplir los requisitos del punto de ensayo. Al diseñar el tablero, it is done through DFM (Design for Manufacturability). DFM is an important part of the key technology of concurrent engineering (CE). Comenzando con el diseño del producto, Considerar la manufacturabilidad y la detectabilidad, Es una herramienta eficaz para el diseño y la fabricación de PCB.

PCB Board

2. PCB Board material selection

Hay dos tipos principales de placa de circuito impreso: material orgánico e inorgánico, y la mayoría de ellos utilizan material orgánico. Los sustratos de PCB utilizados en diferentes capas son diferentes. Por ejemplo, los compuestos prefabricados se utilizan en láminas de 3 a 4 capas y los epoxi de vidrio se utilizan principalmente en láminas de doble cara. En el proceso de ensamblaje electrónico sin plomo, la flexión de la placa de circuito impreso aumenta cuando se calienta debido al aumento de la temperatura. Por lo tanto, en SMT, se necesitan placas de menor curvatura, como FR - 4 y otros tipos de sustratos. Debido a la influencia de la expansión y el estrés de contracción en el sustrato calentado, el electrodo se pelará y la fiabilidad se reducirá. Por lo tanto, se debe prestar atención al coeficiente de expansión del material al seleccionar el material, especialmente cuando el componente es superior a 3,2 — 1,6 mm. Las placas de PCB utilizadas en la tecnología de montaje de superficies requieren alta conductividad térmica, excelente resistencia al calor (150ƒ, 60 min) y soldabilidad (260ƒ, 10 s), alta resistencia adhesiva de cobre (por encima de 1,5 — 104 Pa) y resistencia a la flexión (25 — 104 Pa), alta conductividad y pequeña constante dieléctrica, buena capacidad de punzonado (precisión ± 0,02 mm) y compatibilidad con detergentes. Además, la apariencia debe ser lisa y plana, sin deformación, grietas, cicatrices y manchas de óxido. El espesor de la placa de circuito impreso es de 0,5 mm, 0,7 mm, 0,8 mm, 1 mm, 1,5 mm, 1,6 mm, (1,8 mm), 2,7 mm, (3,0 mm), 3,2 mm, 4,0 mm, 6,4 mm, de los cuales las placas de PCB de 0,7 mm y 1,5 mm de espesor se utilizan para diseñar placas de doble cara con dedos de oro, y las placas de PCB de 1,8 mm y 3,0 mm no son de tamaño estándar. Desde el punto de vista de la producción, el tamaño de la placa de circuito impreso no debe ser inferior a 250 — 200 mm, el tamaño ideal es generalmente (250 ~ 350 mm) — (200 — 250 mm). Usa rompecabezas. La técnica de montaje de superficie especifica la cantidad de flexión del sustrato de 1,6 mm de espesor como deformación superior - 0,5 mm y deformación inferior - 1,2 mm. En general, la tasa de flexión permitida es inferior a 0065%.


3. PCB through Hole and component Layout

3.1 disposición del orificio

Evite colocar el orificio en el rango de 0,6 mm de la almohadilla de montaje de superficie.

No se permiten a través de agujeros entre almohadillas de componentes sin alfileres externos (por ejemplo, condensadores de resistencia de chip, potenciómetros ajustables, condensadores, Etc..) (es decir, no hay a través de agujeros debajo de los componentes; se puede excluir la película de resistencia a la soldadura) para garantizar la calidad de la limpieza.

Como a través del agujero del soporte de prueba, el espaciamiento de las sondas de diferentes diámetros debe tenerse plenamente en cuenta durante la prueba automática en línea.

A través del diámetro del agujero y el plomo del componente de la brecha de apareamiento es demasiado grande, fácil de soldar. En general, el diámetro del orificio es 0,05 - 0,2 mm mayor que el diámetro del plomo, y cuando el diámetro de la almohadilla es 2,5 - 3 veces el diámetro del orificio, es fácil formar una Junta de soldadura cualificada.

No se puede conectar a través de agujeros y almohadillas para evitar la pérdida de soldadura o el aislamiento térmico. Si es necesario conectar los orificios a través de la almohadilla, se interconectarán, en la medida de lo posible, con cables finos (menos de 1 / 2 o 0,3 mm a 0,4 mm de la anchura de la almohadilla) a una distancia superior a 1 mm del borde de la almohadilla.


3.2 disposición de los componentes

Al realizar el proceso de reflow, debe prestarse atención a los siguientes puntos en la dirección de la disposición de los componentes:

La distribución de los componentes a bordo debe ser lo más uniforme posible (calor y espacio uniformes);

En la medida de lo posible, los componentes se colocarán en la misma dirección para reducir la mala soldadura;

La distancia entre los componentes debe ser superior a 0,5 mm para evitar una compensación de temperatura insuficiente;

Debe haber algún espacio de mantenimiento y ensayo alrededor de plcc, soic, qfp y otros equipos grandes;

Los elementos de Potencia no se concentrarán y se colocarán por separado en el borde de la placa de PCB o en una buena posición de ventilación y disipación de calor;

No coloque piezas valiosas cerca de áreas de alta concentración de estrés como bordes, esquinas o insertos, agujeros de montaje, ranuras, cortes de panel y huecos de PCB para reducir grietas o grietas.


3.3 orientación de los componentes

Al realizar el proceso de soldadura de crestas, se prestará atención a los siguientes puntos en la dirección de la disposición de los componentes:

Todos los elementos pasivos serán paralelos entre sí;

Los ejes longitudinales de soic y componentes pasivos deben ser perpendiculares entre sí;

El eje largo del componente pasivo debe ser perpendicular a la dirección de movimiento de la placa a lo largo de la cinta transportadora de la máquina de soldadura de pico de onda;

Los componentes de montaje de la superficie polarizada se colocarán en la misma dirección en la medida de lo posible;

Al soldar componentes de múltiples Pines como soic, se instalarán almohadillas de soldadura robadas o almohadillas de soldadura añadidas en los dos pies de soldadura en la dirección del flujo de soldadura para evitar el puente;

Los elementos de tipo similar se colocarán en la placa en la misma dirección para facilitar la colocación, inspección y soldadura de los elementos;

Cuando se utilicen diferentes procesos de montaje, se tendrá en cuenta la adaptabilidad de los pines y pesos de los componentes a los procesos de reflow o de soldadura de cresta para evitar la caída o soldadura de las piezas. Un dispositivo de fijación de cuatro lados.


4. Circuito de PCB y diseño de almohadillas

4.1 requisitos de diseño del proceso de circuito

El borde de sujeción de la placa de circuito impreso es de 5 mm.

Evite conectar el cable a la almohadilla en un cierto ángulo, y trate de hacer que el cable sea perpendicular a la almohadilla del componente. El cable debe estar conectado a la almohadilla desde el centro del lado largo de la almohadilla.

Reducir la anchura de la conexión entre el conductor y la almohadilla, a menos que esté limitada por factores como la capacidad de carga, las limitaciones de procesamiento, etc., la anchura será de 0,4 mm o la mitad de la anchura de la almohadilla, si esta es menor. Una es evitar que la disipación de calor sea demasiado rápida, la otra es evitar que la Junta de soldadura sea inexacta, lo que resulta en el flujo de soldadura y la formación de soldadura defectuosa.

Estructura del conductor de la placa de circuito impreso: traza hecha por tecnología de grabado común, ancho de línea y espaciamiento de 0,6 mm; La anchura y el espaciamiento de la línea son de 0,3 mm. Trazas ultrafinas de 0,3 mm de ancho de línea y 0,15 mm de distancia.

Diferentes métodos de montaje tienen diferentes requisitos de cableado. La anchura del plomo en el método de inserción es superior a 0,2 mm, la anchura del plomo en el método de instalación es de 0,1 a 0,2 mm, y la anchura del plomo ensamblado a intervalos finos es de 0,05 a 0,1 mm.

En la medida de lo posible, deben evitarse las interconexiones entre sus almohadillas (especialmente los dispositivos de pin de espaciamiento fino). Cualquier interconexión a través de almohadillas adyacentes debe ser protegida por una placa de resistencia.

Para componentes de varios Pines (como s0ic, qfp, etc.), no se permite la conexión corta entre almohadillas de pin. Se puede excluir la separación) para evitar el desplazamiento después de la soldadura o el puente equivocado.

Cuando se utilice un chip no encapsulado (chip desnudo) para diseñar un tablero de PCB, la almohadilla cuadrada del chip desnudo se pondrá a tierra en lugar de flotar; Además, para asegurar una unión fiable, la almohadilla debe ser dorada uniformemente. Para los componentes direccionales, como triodo, Chip, etc., se debe prestar atención a su polaridad en el cableado.


4.2 requisitos de diseño eléctrico del circuito

Principio de paso del cable en el espacio entre los pines: la baja densidad requiere que dos cables de 0,23 mm de diámetro pasen dentro de la distancia central del pin de 2,54 mm; La densidad media requiere que el diámetro del cable pase dentro de la distancia central del pin de 1,27 mm, que es un cable de 0,15 mm. La alta densidad requiere de 2 a 3 cables más finos a 1,27 mm del Centro del pin.

La anchura de las líneas de la placa de circuito impreso debe ser lo más uniforme posible, lo que facilita la correspondencia de impedancia. En el proceso de producción de la placa de circuito impreso, la anchura puede ser de 0,3 mm, 0,2 mm y 0,1 mm, pero la calidad del proceso de producción será difícil de controlar con el adelgazamiento de la línea y el espaciamiento más pequeño. A menos que se requiera otra cosa, el principio de cableado de 0,3 mm de ancho de línea y 0,3 mm de distancia de línea debe ser adoptado en general.

Trate de utilizar Líneas cortas, especialmente pequeños circuitos de señal. Cuanto más corta es la línea, menor es la resistencia, menor es la interferencia, y la longitud de la línea de acoplamiento debe ser lo más corta posible.

Dirección de cableado del tablero multicapa: de acuerdo con la capa de alimentación, separe la capa de tierra y la capa de señal para reducir la interferencia entre la fuente de alimentación, la tierra y la señal. Además, la Ley de derechos de autor de la línea requiere que las dos capas adyacentes de PCB sean perpendiculares entre sí o sigan líneas diagonales y curvas en lugar de líneas paralelas para reducir el acoplamiento y la interferencia entre las capas del sustrato.

Principio de diseño del cable de alimentación y del cable de tierra: cuanto mayor sea el área de cableado, mejor para reducir la interferencia. Para las líneas de señal de alta frecuencia, el cable de tierra se utiliza para el blindaje. La capa de alimentación de gran área y la capa de puesta a tierra deben ser adyacentes entre sí, su función es formar un condensador entre la fuente de alimentación y la puesta a tierra, desempeñar el papel de filtro.


4.3 diseño de almohadillas

El tamaño de la almohadilla de soldadura tiene una gran influencia en la manufacturabilidad y la vida útil de los productos SMT, y es una parte muy importante del diseño del Circuito de PCB. Ha desempeñado un papel importante. Los requisitos de producción de los componentes son diferentes. El diseño de la almohadilla se llevará a cabo de acuerdo con las especificaciones de los componentes para garantizar la fiabilidad del circuito y evitar defectos de proceso (como lápidas y desviaciones) que demuestren la superioridad del SMT. En el diseño específico, el diseño debe basarse en la densidad de montaje de productos específicos, diferentes procesos, diferentes equipos y componentes especiales. En la actualidad, no hay normas uniformes para los componentes de montaje de superficie. Diferentes países y diferentes fabricantes tienen diferentes formas y componentes empaquetados. Por lo tanto, el tamaño de la almohadilla debe diseñarse de acuerdo con la forma del paquete y los pines de los componentes seleccionados. Espere, determine la longitud y anchura de la almohadilla. El diseño común de la almohadilla de componentes puede referirse a algunas normas, como IPC - SM - 782, IPC - 7095, IPC - 7525, IEC - tc52 WG6, JIS C - 5010 y la compilación de normas de procesos de la industria electrónica.


Las almohadillas deben diseñarse de la siguiente manera:

Para el mismo equipo, para la almohadilla de soldadura utilizada simétricamente, la simetría General debe mantenerse estrictamente en el diseño, es decir, la forma y el tamaño del patrón de la almohadilla de soldadura deben ser idénticos;

Para el mismo dispositivo, el tamaño del paquete y los parámetros numéricos se utilizan en el diseño de la almohadilla para calcular el tamaño de la almohadilla, a fin de garantizar la amplia aplicación de los resultados del diseño;

En el diseño de la almohadilla, la fiabilidad de la Junta de soldadura depende principalmente de la longitud en lugar de la anchura;

El diseño de la almohadilla debe ser adecuado: si la almohadilla es demasiado grande, la difusión de la soldadura es grande, la Junta de soldadura resultante es más delgada; Si es demasiado pequeño, la tensión superficial de la almohadilla de cobre a la soldadura fundida es demasiado pequeña. Cuando la tensión superficial de la lámina de cobre es menor que la tensión superficial de la soldadura fundida bajo tensión, la Junta de soldadura formada es una Junta no humectante.

Cuando la almohadilla esté conectada a una zona conductora de gran superficie (por ejemplo, puesta a tierra, fuente de alimentación, etc.), se utilizará un conductor más delgado para el aislamiento térmico, generalmente de 0,2 a 0,4 anchos y aproximadamente 0,6 mm de longitud.

El diseño de la almohadilla en la soldadura de onda es generalmente mayor que en la soldadura de reflow, ya que los componentes en la soldadura de onda se fijan con pegamento y la almohadilla es ligeramente más grande, lo que no pone en peligro el desplazamiento y la verticalidad de los componentes, sino que reduce el "efecto de sombra" de la soldadura de onda. ".


4.4 La relación entre la anchura de la almohadilla C (L — w) y la anchura del extremo de soldadura W del elemento rectangular es: C = w151; (0,7 ë ½ž1,3) mm. Para los miembros de hormigón armado inferiores a 0805, C - W; Para los miembros de hormigón armado por encima de 0805, C = W + 0,1 ~ 0,25 mm. La longitud es de aproximadamente 0,9 mm y la distancia entre almohadillas es de a = L - 0,7 mm.

El espesor varía mucho. Por ejemplo, una resistencia es sólo la mitad de un condensador. Se debe prestar atención al diseño de la almohadilla. Especialmente para los Miembros pequeños de hormigón armado, se debe considerar una buena soldadura húmeda en el lado de la terminal. Además, la parte superior e inferior de la región de soldadura final del conjunto de Patatas fritas circulares de dos extremos no son exactamente las mismas. Para una soldadura fiable, se requiere una soldadura de inmersión final. Por lo tanto, se requiere una almohadilla más grande que la almohadilla del componente.


4.5 elementos cilíndricos (1 D — l)

Fórmula de diseño del patrón de la almohadilla de elementos melf: la anchura de la almohadilla es C = D — (0,7 뽞1,0) mm = 1† Max, la longitud S = lmax - (lmin - 2I), aproximadamente 1 mm, la distancia entre las dos almohadillas es a = lmax - 2s = lmin - 2I, Aproximadamente 1 mm. (el diseño ideal sólo tiene en cuenta la tolerancia de los componentes, no el error de colocación.) en el proceso de producción específico, teniendo en cuenta el error de colocación de los componentes, las dimensiones deben aumentarse ligeramente. Durante la soldadura de reflow, la anchura aumenta en 0,05 ~ 0,1 mm y la longitud aumenta en 0,2 ~ 0,3 mm. La anchura aumenta en 0,1 mm y la longitud aumenta en 0,2 ~ 0,6 mm durante la soldadura de onda. Además, en el proceso de reflow, se desea que el espacio libre se abra en el diseño de la almohadilla para que los componentes puedan ser localizados durante la reflow. Las dimensiones de profundidad de la muesca f = (lmax - a) / 2, la profundidad de la muesca e es de 0,3 mm (para componentes de pequeño tamaño, como resistencias de 1 / 8 w) y 0,4 mm (para componentes de mayor tamaño, como resistencias de 1 / 4 w). Dado que el espesor de la capa de cobre de la almohadilla de soldadura General (incluyendo la capa de galvanoplastia y la capa de resistencia a la soldadura) no es superior a 0,2 mm, la brecha e no debe ser demasiado grande.


4.6 Sop (Wing LEAD), qfp Packaging device

El diseño de la almohadilla de este dispositivo no tiene una fórmula de cálculo estándar, lo que es relativamente difícil. La anchura de la almohadilla C debe ser igual (o ligeramente mayor / menor) a la anchura del extremo de soldadura (o pie), generalmente C = W + 0,1 mm. La longitud de la almohadilla de soldadura es generalmente de 2,0 ± 0,5 mm, generalmente b = t + B1 + b2, donde B1 = 0,45 ë½ ش 0,6 mm, lo que es beneficioso para las juntas de soldadura con un buen perfil menisco durante la fusión de la soldadura, y también puede evitar eficazmente la soldadura. Es apropiado tener defectos de puente y considerar la desviación de colocación de los miembros. B2 = 0,25 ~ 1,5 mm, principalmente para asegurar que se puedan formar juntas de soldadura con perfil menisco (para soic, qfp y otros equipos, también se debe tener en cuenta para soic y qfp, la longitud de la almohadilla es b = t + (0,6 ~ 0,8) mm, y la distancia entre los centros de la almohadilla es igual a la distancia entre el propio chip, La brecha entre almohadillas es igual (o ligeramente menor) a la brecha entre los cables. Para chips de CI como so y soj con una distancia de pin superior a 1,27 mm, la anchura de la almohadilla de soldadura es c‰1,2 W, la distancia de PIN es de 0,65 a 1,27, la anchura de la almohadilla de soldadura es c‰w, generalmente C = W + 0,1 ~ 0,25 mm; Para chips IC de hasta 0,65 mm (incluyendo 0,65 mm de separación de PIN), la anchura de la almohadilla debe ser igual a la anchura del pin. La anchura de la almohadilla qfp debe ser igual a la anchura del pin, C = W + 0,1 mm; Para qfp de pequeño espacio, a veces la anchura de la almohadilla debe reducirse adecuadamente, por ejemplo, cuando un cable pasa entre las almohadillas. La longitud de la almohadilla de soldadura b = L + (0,6 ~ 1,0) mm, el espaciamiento de la almohadilla de soldadura a = f ¼ 0,25 mm.

Al mismo tiempo, la almohadilla más larga aumenta la tensión superficial entre la pasta de soldadura y la almohadilla, lo que facilita la liberación de la pasta de soldadura y facilita el proceso de impresión de la pasta de soldadura. La aplicación práctica también ha demostrado que hay una zona de interferencia antes y después del plomo en la almohadilla de soldadura, lo que es muy beneficioso para el almacenamiento de soldadura adicional para reducir el riesgo de puente después de la soldadura.


4.7 TRANSISTOR (Sot)

La relación entre la anchura de la almohadilla C y la anchura del plomo W es la siguiente: c‰¥w; Longitud de la almohadilla = longitud del plomo + B1 + b2, donde B1 = B2 = 0,3 ~ 0,5 mm; Asegúrese de que el espaciamiento de la almohadilla es igual a la distancia del Centro del plomo, siempre que los cuatro lados de cada almohadilla se extiendan por lo menos 0,35 mm.


4.8 dispositivos soj, plcc (PIN j)

Principio de diseño de la almohadilla: (0,5 ë ½ž0,8 mm) — (1,85 ë ½ž2,15 mm); El Centro del pin debe estar entre el interior de 1 / 3 del patrón de la almohadilla y el Centro de la almohadilla; La distancia entre las dos filas de almohadillas de soj suele ser de 4,9 mm.


4.9 diseño de almohadillas bga y almohadillas virtuales

La forma de la almohadilla bga es redonda y el diámetro es del 80% del diámetro de la bola. Las dimensiones métricas se utilizan en el diseño, ya que los componentes se producen en el sistema métrico, mientras que el diseño Imperial conduce a desviaciones de colocación. Teniendo en cuenta el proceso de montaje, a veces se diseña una almohadilla virtual bajo un conjunto de chips de doble extremo. No se utiliza para la soldadura, sino para la soldadura de crestas, por lo que se llama un patrón de marionetas. Este patrón hace que el pegamento se pegue fácilmente a los componentes para que no se peguen porque la superficie del pegamento es demasiado baja.


5. Requisitos para la fabricación de marcas de referencia

Los puntos de referencia comunes son cuadrados, círculos, triángulos y cruces. El diámetro del punto de referencia es de 0,5 mm y 3 mm, respectivamente. En general, coloque entre 2 y 3 círculos sólidos de 1 mm de diámetro en la diagonal de la placa como marcas de referencia. Si se trata de un rompecabezas, cada rompecabezas debe diseñar un punto de referencia;

El tamaño de la marca en la misma placa debe ser el mismo y el cambio no debe exceder de 25 μm;

El punto de referencia puede ser cobre desnudo, níquel, estaño y estaño (hasl, espesor 7 - 10 ¼m). El espesor del recubrimiento será de 5 a 10 μm y no superior a 25 μm, y la rugosidad de la superficie del punto de referencia estará dentro de 15 μm;

El punto de referencia debe estar al menos a 5 mm del borde de la placa de circuito impreso. Para las placas de forma irregular, se debe añadir un borde adicional de 5 mm. Se colocará en la diagonal de la placa de circuito y del componente, no habrá otras características del circuito alrededor de la marca del punto de referencia y el tamaño de la zona de apertura será igual al diámetro de la marca;

5) Este jigsaw can adopt the separation technology of stamp plate or double-sided engraved V-shaped groove. La profundidad de la ranura en forma de V se controla en 1/6 a 1/8. Espesor de la placa, Control de longitud dentro de 1/Lateral 3; Para PCB Board Soldadura sin onda, La parte delantera y trasera de la placa de doble tamaño se puede utilizar en la mitad, Y los patrones de ambos lados se pueden organizar de la misma manera para mejorar la utilización del equipo