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Tecnologia di progettazione della scheda PCB in ambiente SMT in dettaglio
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Tecnologia di progettazione della scheda PCB in ambiente SMT in dettaglio

2022-06-17
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Author:pcb

1 Introduzione

Il processo SMT utilizza pasta di saldatura o saldatura per formare un collegamento meccanico ed elettrico tra i componenti e il Scheda PCB. I suoi principali vantaggi sono piccole dimensioni, peso leggero, buona interconnettività; I circuiti ad alta frequenza hanno buone prestazioni e impedenza parassitaria. Significativamente ridotta; buona resistenza agli urti e alle vibrazioni. Quando si utilizza il processo SMT, i cavi non devono passare attraverso il circuito stampato, che può evitare la generazione di segnali ricevuti o irradiati dai cavi, migliorando così il rapporto segnale/rumore del circuito. Valutare le prestazioni del processo SMT, prima di tutto, i giunti di saldatura devono essere formati correttamente; la premessa della corretta formazione è che la dimensione del pad dei componenti sul Scheda PCB devono essere progettati in modo ragionevole; in secondo luogo, la densità dei componenti dovrebbe essere ragionevolmente disposta durante il Scheda PCB layout. , soddisfare i requisiti del punto di prova. Quando si esegue la progettazione del circuito stampato, it is done through DFM (Design for Manufacturability). DFM is an important part of the key technology of concurrent engineering (CE). Si parte dalla progettazione del prodotto, considera fabbricabilità e rilevabilità, ed è uno strumento efficace per la progettazione del circuito stampato dalla progettazione al successo di produzione.

Scheda PCB

2. Scheda PCB material selection

Ci sono due tipi principali di substrati del circuito stampato: materiali organici del substrato e materiali inorganici del substrato e materiali organici del substrato sono principalmente utilizzati. I substrati della scheda PCB utilizzati sono anche diversi per diversi strati. Ad esempio, i materiali compositi prefabbricati sono utilizzati per le schede a 3-4 strati e i materiali epossidici vetro sono utilizzati principalmente per le schede a doppia faccia. Durante il processo di assemblaggio elettronico senza piombo, a causa dell'aumento della temperatura, il grado di flessione del circuito stampato aumenta quando viene riscaldato. Pertanto, in SMT, è necessario utilizzare una scheda con un piccolo grado di curvatura, come FR-4 e altri tipi di substrati. A causa dell'influenza dello stress di espansione e contrazione sui componenti dopo il riscaldamento del substrato, gli elettrodi saranno staccati e l'affidabilità sarà ridotta. Pertanto, il coefficiente di espansione del materiale dovrebbe essere prestato attenzione alla selezione dei materiali, soprattutto quando i componenti sono più grandi di 3,2×1,6mm. Le schede PCB utilizzate nella tecnologia di assemblaggio superficiale richiedono alta conducibilità termica, eccellente resistenza al calore (150℃, 60min) e saldabilità (260℃, 10s), elevata resistenza all'adesione del foglio di rame (sopra 1.5×104Pa) e resistenza alla flessione (25×104Pa), alta conducibilità elettrica e piccola costante dielettrica, buona capacità di punzonatura (precisione ±0.02mm) e compatibilità con i detergenti, Inoltre, l'aspetto deve essere liscio e piatto e non compaiono deformazioni, crepe, cicatrici e macchie di ruggine. Lo spessore del circuito stampato è 0.5mm, 0.7mm, 0.8mm, 1mm, 1.5mm, 1.6mm, (1.8mm), 2.7mm, (3.0mm), 3.2mm, 4.0mm, 6.4mm, di cui 0.7mm e 1.5 La scheda PCB con uno spessore di mm è utilizzata per la progettazione di schede bifacciali con dita d'oro e 1.8mm e 3.0mm sono dimensioni non standard. Dal punto di vista della produzione, la dimensione del circuito stampato non dovrebbe essere inferiore a 250 × 200mm, e la dimensione ideale è generalmente (250 ~ 350mm) × (200 × 250mm). Usa enigmi. La tecnologia di assemblaggio superficiale specifica la quantità di curvatura del substrato con uno spessore di 1,6 mm come la deformazione superiore ¤ 0,5 mm, e la deformazione inferiore ¤ 1,2 mm. Di solito, il tasso di flessione ammissibile è inferiore a 0,065%.


3. scheda PCB tramite fori e layout del componente

3.1 Via Layout

1) Evitare di posizionare i vias all'interno o entro 0,6 mm dal pad di montaggio superficiale.

2) I cuscinetti dei componenti senza perni esterni (come condensatori di resistenza del chip, potenziometri regolabili, condensatori, ecc.) non sono autorizzati ad avere fori passanti tra i pad (cioè, non sono aperti fori passanti sotto i componenti; il blocco del film di saldatura può essere escluso) per garantire la qualità della pulizia.

3) Come foro passante per il supporto della prova, durante la progettazione del layout, è necessario considerare pienamente la distanza delle sonde con diametri diversi durante il test online automatico.

4) Lo spazio corrispondente tra il diametro del foro passante e i cavi del componente è troppo grande ed è facile saldare. Generalmente, il diametro del foro passante è 0,05-0,2mm più grande del diametro del piombo e quando il diametro del pad è da 2,5 a 3 volte il diametro del foro passante, è facile formare un giunto di saldatura qualificato.

5) Vias e pad non possono essere collegati per evitare perdite di saldatura o isolamento termico. Se il foro passante deve essere collegato al pad, dovrebbe essere collegato con fili sottili (meno di 1/2 della larghezza del pad o 0.3mm ~ 0.4mm) il più possibile e la distanza tra il foro passante e il bordo del pad è maggiore di 1mm.


3.2 Disposizione dei componenti

Durante l'esecuzione del processo di saldatura a riflusso, occorre prestare attenzione ai seguenti punti nella direzione di disposizione dei componenti:

1) La distribuzione dei componenti sul bordo deve essere il più uniforme possibile (calore e spazio uniformi);

2) I componenti devono essere disposti nella stessa direzione possibile per ridurre il fenomeno della saldatura scadente;

3) La distanza tra i componenti dovrebbe essere maggiore di 0,5 mm per evitare una compensazione insufficiente della temperatura;

4) Ci dovrebbe essere qualche spazio di manutenzione e prova intorno a PLCC, SOIC, QFP e altri grandi dispositivi;

5) I componenti di potenza non dovrebbero essere concentrati e dovrebbero essere disposti separatamente sul bordo della scheda PCB o in un luogo con una buona ventilazione e dissipazione del calore;

6) Non posizionare componenti preziosi in aree di concentrazione ad alta sollecitazione come bordi, angoli o vicino a plug-in, fori di montaggio, scanalature, tagli di pannelli e spazi vuoti del PCB per ridurre crepe o crepe.


3.3 Orientamento dei componenti

Durante l'esecuzione del processo di saldatura ad onda, i seguenti punti devono essere prestati attenzione nella direzione di disposizione dei componenti:

1) Tutti i componenti passivi dovrebbero essere paralleli tra loro;

2) Gli assi più lunghi dei componenti SOIC e passivi dovrebbero essere perpendicolari l'uno all'altro;

3) L'asse lungo dei componenti passivi dovrebbe essere perpendicolare alla direzione di movimento del bordo lungo il nastro trasportatore della saldatrice ad onda;

4) i componenti polarizzati del supporto superficiale devono essere posizionati nella stessa direzione possibile;

5) Durante la saldatura di componenti multi-pin come SOIC, cuscinetti di furto di stagno o aggiunte di area pad dovrebbero essere impostati ai due piedi di saldatura nella direzione del flusso della saldatura per prevenire il ponte;

6) Componenti di tipo simile dovrebbero essere disposti sul bordo nella stessa direzione, rendendo più facile il posizionamento, l'ispezione e la saldatura dei componenti;

7) Quando si utilizzano processi di assemblaggio diversi, l'adattabilità dei perni del componente e il peso al processo di saldatura a riflusso o saldatura ad onda dovrebbero essere considerati per evitare che le parti vengano cadute o saldate. Dispositivo appuntato a quattro lati.


4. PCB circuito e pad progettazione

4.1 Requisiti per la progettazione del processo di circuito

1) Il bordo di serraggio del processo del circuito stampato è 5mm.

2) Evitare di collegare il filo con il pad ad un certo angolo e cercare di rendere il filo perpendicolare al pad del componente e il cavo dovrebbe essere collegato al pad dal centro del lato lungo del pad.

3) Ridurre la larghezza in cui il cavo si collega al pad a meno che non sia limitato da fattori quali capacità di carica, limite di elaborazione, ecc., la larghezza è 0,4 mm o metà della larghezza del pad (a seconda di quale sia più piccolo). Uno è quello di evitare che la dissipazione del calore sia troppo veloce, e l'altro è quello di evitare che la maschera di saldatura sia abbastanza imprecisa, causando il flusso della saldatura e formare una scarsa saldatura.

4) Struttura del cavo del circuito stampato: tracce fatte dalla normale tecnologia di incisione con una larghezza di linea e una spaziatura di 0,6 mm; tracce sottili realizzate con tecnologia di incisione a linee sottili con larghezza e spaziatura di 0,3 mm; Larghezza linea 0.3mm, Tracce ultra-fini con un passo di 0.15mm.

5) Diversi metodi di assemblaggio hanno requisiti di cablaggio differenti. La larghezza del cavo del metodo di inserimento è superiore a 0,2 mm, la larghezza del cavo del metodo di montaggio è da 0,1 a 0,2 mm e la larghezza del cavo del montaggio del passo fine è da 0,05 a 0,1 mm.

6) La linea di interconnessione (in particolare il dispositivo pin a passo fine) dovrebbe essere evitata per quanto possibile tra i suoi pad. Qualsiasi linea di interconnessione che passa attraverso i pad adiacenti deve essere schermata con una maschera di saldatura.

7) Per i componenti multi-pin (come S0IC, QFP, ecc.), il collegamento corto tra i pad pin non è permesso passare attraverso. La separazione può essere esclusa), in modo da non causare spostamento o essere scambiato per ponte dopo la saldatura.

8) Quando si progetta una scheda PCB con chip non imballati (chip nudi), i pad a forma quadrata dei chip nudi dovrebbero essere messi a terra invece di galleggiare; Inoltre, al fine di garantire un incollaggio affidabile, i cuscinetti devono essere placcati uniformemente con oro. Per componenti direzionali, come triodi, chip, ecc., prestare attenzione alla loro polarità durante il cablaggio.


4.2 Requisiti di progettazione elettrica dei circuiti

1) Il principio del passaggio del filo all'interno della spaziatura del perno: la bassa densità richiede due fili con un diametro del filo di 0,23mm per passare entro una distanza del centro del perno di 2,54mm; La densità media richiede un diametro del cavo per passare entro una distanza centrale del perno di 1.27mm È un filo di 0.15mm; L'alta densità richiede da 2 a 3 fili più sottili all'interno della distanza centrale del perno di 1,27mm.

2) La larghezza delle linee del bordo stampato dovrebbe essere il più coerente possibile, il che favorisce l'accoppiamento di impedenza. In termini di processo di produzione di schede stampate, la larghezza può essere di 0,3 mm, 0,2 mm e 0,1 mm, ma man mano che le linee diventano più sottili e la spaziatura diventa più piccola, la qualità sarà difficile da controllare durante il processo di produzione. A meno che non ci siano requisiti speciali, è generalmente appropriato utilizzare il principio di cablaggio di 0,3 mm di larghezza della linea e 0,3 mm di spaziatura della linea.

3) Cercate di prendere linee corte, specialmente per i piccoli circuiti di segnale, più breve è la linea, minore è la resistenza e minore interferenza, e la lunghezza della linea di accoppiamento dovrebbe essere accorciata il più possibile.

4) La direzione di cablaggio della scheda multistrato: secondo lo strato di alimentazione, lo strato di terra e lo strato di segnale sono separati per ridurre l'interferenza tra l'alimentazione elettrica, la terra e il segnale. Inoltre, è necessario che il metodo di copyright delle linee di due strati adiacenti di schede stampate sia perpendicolare l'uno all'altro o segua linee diagonali e curve piuttosto che linee parallele, in modo da ridurre l'accoppiamento e l'interferenza tra strati di substrato.

5) Principi di progettazione di linee elettriche e linee di terra: più grande è l'area di cablaggio, meglio, al fine di ridurre le interferenze. Per le linee di segnale ad alta frequenza, utilizzare il cavo di terra per schermare. Lo strato di alimentazione di grande area e lo strato di terra dovrebbero essere adiacenti l'uno all'altro e la sua funzione è quella di formare un condensatore tra l'alimentazione elettrica e il terreno per svolgere un ruolo filtrante.


4.3 Progettazione del pad

La dimensione del pad ha una grande influenza sulla fabbricabilità e sulla vita dei prodotti SMT ed è una parte estremamente critica della progettazione del circuito PCB. hanno svolto un ruolo significativo. I requisiti di produzione dei componenti sono diversi. Il design del pad dovrebbe essere prodotto secondo le specifiche dei componenti, in modo da garantire l'affidabilità del circuito e prevenire difetti di processo (come lapidi e sbavature), mostrando la superiorità di SMT. Nella progettazione specifica, deve anche essere progettato in base alla densità di assemblaggio del prodotto specifico, ai diversi processi, alle diverse attrezzature e ai requisiti dei componenti speciali. Attualmente non esiste uno standard unificato per i componenti montati a superficie. Diversi paesi e produttori diversi hanno diverse forme e pacchetti di componenti. Pertanto, quando si progetta la dimensione del pad, dovrebbe essere coerente con la forma del pacchetto e i perni dei componenti che si sceglie. e così via, determinare la lunghezza e la larghezza del pad. Il progettazione comunemente usato del pad del componente può fare riferimento ad alcuni standard, come IPC-SM-782, IPC-7095, IPC-7525, IEC-TC52 WG6, JIS C-5010 e compilazione standard di processo dell'industria elettronica.


I seguenti punti devono essere seguiti durante la progettazione dei pad:

1) Per lo stesso dispositivo, per i pad utilizzati simmetricamente, la simmetria generale dovrebbe essere rigorosamente mantenuta nel disegno, cioè la forma e le dimensioni del modello pad dovrebbero essere esattamente le stesse;

2) per lo stesso dispositivo, la progettazione del pad adotta i parametri di dimensione e valore del pacchetto per calcolare la dimensione del pad per garantire una vasta gamma di applicazione dei risultati di progettazione;

3) Quando si progetta il pad, l'affidabilità del giunto di saldatura dipende principalmente dalla lunghezza piuttosto che dalla larghezza;

4) Il design del pad dovrebbe essere appropriato: se è troppo grande, la saldatura si estende più grande e il giunto di saldatura risultante è più sottile; se è troppo piccolo, la tensione superficiale del foglio di rame del pad alla saldatura fusa è troppo piccola. Quando la tensione superficiale della lamina di rame è più piccola della tensione superficiale della saldatura fusa Sotto tensione, i giunti di saldatura formati sono giunti non bagnati;

5) Quando il pad è collegato a una grande area di area conduttiva (come terra, alimentazione elettrica, ecc.), dovrebbe essere termicamente isolato da un filo più sottile, generalmente con una larghezza di 0,2 a 0,4 e una lunghezza di circa 0,6 mm.

6) Il design del pad nella saldatura ad onda è generalmente più grande di quello nella saldatura a riflusso, perché i componenti nella saldatura ad onda sono fissati con colla e il pad è leggermente più grande, il che non metterà in pericolo lo spostamento e la rettitudine dei componenti, ma può ridurre l'"effetto di ombreggiatura della saldatura ad onda". ".


4.4 La relazione tra la larghezza del cuscinetto C del componente rettangolare (L×W) e la larghezza W dell'estremità di saldatura del componente è: C=W×1,3)mm. Per i componenti RC inferiori a 0805, C⤠W; per componenti RC superiori a 0805, C=W+0.1~0.25mm. La lunghezza è di circa 0.9mm e la spaziatura del pad è A=L-0.7mm.

Lo spessore varia notevolmente. Ad esempio, la resistenza è solo circa la metà di quella del condensatore. Attenzione dovrebbe essere prestata al design del pad. Soprattutto per i componenti RC di piccole dimensioni, dovrebbe essere presa in considerazione una buona saldatura bagnata sul lato del terminale. Inoltre, la parte superiore e inferiore dell'area di saldatura finale del componente chip a due terminali Yuanyuan non sono completamente coerenti. Per una saldatura affidabile, è necessaria anche la saldatura ad immersione finale. Pertanto, i pad devono essere più grandi dei pad dei componenti.


4.5 Elemento cilindrico (φD×L)

Formula di progettazione del modello del pad componente MELF: la larghezza del pad è C=D×(0.7~1.0)mm=Ϟmax, la lunghezza S=Lmax-(Lmin-2I), circa 1mm, e la distanza tra i due pad è A=Lmax -2S=Lmin-2I, circa L-1mm. (Il design ideale considera solo la tolleranza del componente e non considera l'errore di posizionamento) Durante la produzione specifica, considerando l'errore di posizionamento del componente, la dimensione dovrebbe essere leggermente ingrandita. Durante la saldatura di riflusso, la larghezza aumenta di 0.05~0.1mm e la lunghezza aumenta di 0.2~0.3mm; Durante la saldatura ad onda, la larghezza aumenta di 0.1mm e la lunghezza aumenta di 0.2 ~ 0.6mm. Inoltre, durante il processo di saldatura a riflusso, è auspicabile aprire uno spazio nel design del pad in modo che i componenti possano essere posizionati durante il processo di saldatura a riflusso. La dimensione di profondità della tacca F= (Lmax-A)/2, la profondità della tacca E è di 0.3mm (per componenti di piccole dimensioni, come resistenza 1/8W) e 0.4mm (per componenti di grandi dimensioni, come resistenza 1/4W). Poiché lo spessore dello strato di rame del pad generale (compreso lo strato di placcatura e lo strato della maschera di saldatura) non supererà 0,2 mm, lo spazio E non dovrebbe essere troppo grande.


4.6 SOP (cavo dell'ala), dispositivo del pacchetto QFP

Non esiste una formula di calcolo standard per il design del pad di questo tipo di dispositivo, che è relativamente difficile. La larghezza C del pad dovrebbe essere uguale (o leggermente più grande/più piccola) alla larghezza dell'estremità di saldatura (o perno), generalmente C=W+0.1mm. La lunghezza del pad è solitamente 2.0±0.5mm, generalmente B=T+b1+b2, dove b1=0.45~0.6mm, che è vantaggioso per i giunti di saldatura con un buon profilo menisco quando la saldatura è sciolta e può anche efficacemente evitare la saldatura. È opportuno avere difetti di ponte e tenere conto della deviazione di posizionamento dei componenti; b2 = 0,25 ~ 1,5mm, principalmente per garantire che i giunti di saldatura con un profilo menisco possano essere formati, (per SOIC, QFP e altri dispositivi dovrebbero anche prendere in considerazione i suoi dispositivi SOIC e QFP, la lunghezza del pad è B = T + (0,6 ~ 0,8) mm, la distanza tra i centri dei pad è uguale a quella del chip stesso, e lo spazio tra i cuscinetti è uguale (o leggermente più piccolo) allo spazio tra i cavi. Per chip IC come SO e SOJ con una spaziatura dei pin superiore a 1,27 mm, la larghezza del pad è Câ¤1,2W, la spaziatura dei pin è compresa tra 0,65 e 1,27 e la larghezza del pad è Câ¤W, generalmente C=W+0,1~0,25 mm; Per chip IC fino a 0,65 mm compreso il passo del perno di 0,65 mm, la larghezza del pad dovrebbe essere uguale alla larghezza dei pin. La larghezza del pad QFP dovrebbe essere uguale alla larghezza del pin, C = W + 0.1mm; per QFP a passo fine, a volte la larghezza del pad dovrebbe essere opportunamente ridotta, ad esempio quando ci sono cavi che passano tra i due pad. Lunghezza del cuscinetto B = L + (0.6 ~ 1.0) mm, spaziatura del cuscinetto A = F-0.25mm.

Allo stesso tempo, il pad più lungo aumenta la tensione superficiale tra la pasta di saldatura e il pad, che facilita il rilascio della pasta di saldatura e porta convenienza al processo di stampa della pasta di saldatura. È stato anche dimostrato nell'applicazione pratica che c'è un'area di interferenza prima e dopo il piombo sul pad, che è molto utile per eccesso di materiale di saldatura per ridurre il rischio di ponte post-saldatura.


4.7 Transistor (SOT)

La relazione tra la larghezza del pad C e la larghezza del cavo del componente W è: C⥠W; lunghezza pad = lunghezza del cavo componente + b1 + b2, dove b1 = b2 = 0,3 ~ 0,5mm; La distanza tra le pastiglie è garantita uguale alla distanza del centro di piombo Sulla base di , estendere i quattro lati di ogni pastiglia di almeno 0,35 mm.


4.8 SOJ, dispositivi PLCC (pin J)

Principio di progettazione del cuscinetto: (0.5~0.8mm)× (1.85~2.15mm); il centro del perno dovrebbe essere tra l'interno 1/3 del modello del pad e il centro del pad; La distanza tra le due file di cuscinetti per SOJ è generalmente di 4,9 mm.


4.9 BGA pad design e manichino pad

La forma del pad BGA è circolare e il diametro è 80% del diametro della palla di saldatura. La dimensione metrica viene utilizzata nella progettazione, perché i componenti sono prodotti nel sistema metrico e la progettazione nel sistema pollici causerà deviazione di posizionamento. Considerando i fattori del processo di assemblaggio, a volte un manichino è progettato sotto il componente chip a due terminali. Non è usato per la saldatura, ma per la saldatura ad onda, quindi è chiamato un modello di burattino. Il modello rende facile per la colla attaccare al componente, in modo che il componente non si blocchi perché la superficie della colla è troppo bassa.


5. Requisiti di produzione del marchio fiduciale

1) Le figure comunemente usate dei segni di dato sono quadrato, cerchio, triangolo e croce. Il diametro del segno del dato è 0,5 mm e 3 mm. Generalmente, 2-3 cerchi solidi con un diametro di 1mm sono posizionati sulla linea diagonale della piastra come segno di riferimento. Se si tratta di un puzzle, ogni puzzle dovrebbe essere progettato con un segno di data;

2) La dimensione dei marchi sulla stessa tavola dovrebbe essere la stessa e la modifica non dovrebbe superare 25μm;

3) Il punto di riferimento può essere rame nudo, o nichelato, stagno e saldato (HASL, spessore 7-10 μm) su di esso. Lo spessore del rivestimento è da 5 a 10 μm, non più di 25 μm, e la planarità superficiale del punto di riferimento dovrebbe essere entro 15 μm;

4) Il punto di riferimento dovrebbe essere ad almeno 5 mm di distanza dal bordo della scheda stampata. Per le tavole con forme irregolari, un bordo aggiuntivo di 5mm dovrebbe essere aggiunto. Posizionato sulla diagonale della scheda e dei componenti, non dovrebbero esserci altre caratteristiche del circuito intorno al punto di riferimento e la dimensione dell'area aperta è uguale al diametro del marchio;

5) Il jigsaw Può adottare la tecnologia di separazione del piatto del timbro o della scanalatura a forma di V incisa su due lati. La profondità della scanalatura a forma di V è controllata entro 1/6 a 1/8 dello spessore della piastra, e la lunghezza è controllata entro 1/3 del lato; Per Scheda PCB senza saldatura a onde, I lati anteriore e posteriore della tavola doppia numerata possono essere utilizzati a metà, e i modelli su entrambi i lati possono essere disposti nello stesso modo per migliorare l'utilizzo delle attrezzature