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硬件开发

可制造性PCB设计


电子产品PCB设计及其可制造性分析

作为电子元器件组装使用的印制电路板必须适用当前表面组装技术的快速发展,表面组装印制电路板已成为PCB设计与制造的主流产品,其功能与通孔插装印制电路板相同,但对工艺、密度和精度等要求要比插装PCB高得多,设计制造也复杂很多。

SMT生产设备具有全自动、高精度、高速度等特点,PCB设计与制造必须满足SMT设备的工艺、密度和精度等要求,否则会影响组装质量和生产效率,严重时可能无法实现自动贴装,实践表明,即使电路原理图设计正确,印制电路板设计不当或者精度不够时,回流焊由于表面张力不平衡会产生元器件位置偏移、立碑、桥接等焊接缺陷。

一、电子产品PCB设计

由于表面贴装元器件体积小,质量轻,组装密度高,能够满足自动化生产设备高密度,高精度的组装要求,可实现电子产品体积小型化、功能多样化的发展要求,因此,对PCB的设计提出了更高的要求。为了提高组装质量和生产效率,设计出更好的PCB,本文主要通过对PCB布局设计、布线设计、元器件间距设计和焊盘设计四方面来对PCB设计提出了更严格的要求:

1.1布局设计

(1)PCB外形长宽比和板面不宜过大,回流焊时容易产生翘曲变形,长宽比一般设置为3:2或4:3。(2)PCB上应有适应SMT生产的定位孔、工艺边和Mark点,定位孔和工艺边方便夹持;Mark点有PCBMark点和ICMark点两类,PCBMark点方便纠正PCB$O作过程中产生的误差,ICMark点保证贴装精度。(3)元器件要均匀分布,平行排列,同类器件尽可能按相同的方向排列,便于贴装、焊接和检测。(4)元器件布局要满足回流焊工艺间距要求,大功率元器件周围布置热敏等其它元器件时要有足够的距离,低频和高频电路、低电位和高电位电路的元器件不能靠得太近。(5)多引脚元器件焊盘之间的短接处不允许直通,以免产生桥接。

1.2布线设计

(1)通孔孔径、过孔孔径和焊盘尺寸之间应该有一定的比例,一般为1:2。(2)布线应短而直,应避免长距离平行走线,必要时采用跨接线,最小线距不应小于0.1mm。(3)低频导线和公共地线布置在板边缘,高频线路放在板面中间,要设置地线。(4)导线不应有急弯或尖角,过渡部分宣用圆弧连接,输入导线要远离输出导线,引出线要相对集中设置。

1.3间距设计

(1)波峰焊工艺要略宽于回流焊工艺,PLCC之间为4mm。(2)PLCC与片式元件、SOP、QFP之间为2.5mm。(3)SOP之间,SOP与QFP之间为2mm。(4)片式元件之间,SOT之间,SOP与片式元件之间为L25mm。

2.4焊盘设计

(1)焊盘设计主要包括矩形片式元件、小外形封装和四方扁平封装焊盘设计,PCB焊盘不仅与焊接后焊点强度有关,而且与焊接工艺,与元器件连接的可靠性有关。(2)矩形片式元件焊盘长度、宽度和间距主要和元件长度、宽度和高度有关。(3)小外形封装和四方扁平封装焊盘设计要注意焊盘中心距等于引脚中心距。

二、电子产品可制造性分析

2.1物理参数检测

物理参数检测主要是针对PCB密度设计、PCB设计参数错误和错误率进行检测。其中PCB密度设计可以设定元件密度等级,计算焊盘间的最小间距、焊盘与过孔最小间距、焊盘与通孔最小间距和通孔之间最小间距;PCB设计参数错误主要是检测并显示错误类型、错误元件、错误位置以及错误原因说明;错误率检测主要是通过焊盘数量和错误数量计算出错误率。

2.2焊接质量检测

焊接质量检测主要是针对元器件排列设计、SMT焊盘宽度设计、PCB设计影响焊接质量分析进行检测。其中元器件排列设计可以对PCB板正反面采用回流焊还是波峰焊工艺进行检测,并显示Chip元件和QFP器件回流焊最小间距或者Chip元件和SOP器件波峰焊最小间距;SMT焊盘宽度设计主要检~USOP、soJ、PLCC、LCCC、BGA和CSP等的焊盘宽度,并确定性能等级;PCB设计影响焊接质量分析主要是根据错误代号来分析错误元件、错误类型及其错误位置,并进行错误原因说明。

2.3可装配性检测

可装配性检测主要针对间距、尺寸边缘,PCB可装配性错误、错误率进行检测。其中间距、尺寸边缘主要检测元件最小间距,PCB最大、最小尺寸,中心距边缘和定位孔距边缘;PCB可装配性错误主要检测可装配性的错误类型、错误元件和错误位置,并进行错误原因说明;错误率检测主要进行可装配性的错误率和累计错误率的统计。

总结

本文提出了一种电子产品PCB设计及其可制造性分析方法。该方法针对回流焊时由于表面张力不平衡产生的元器件位置偏移、立碑、桥接等焊接缺陷,通过布局设计、布线设计、元器件间距设计和焊盘设计对PCB设计提出了更严格的要求,并通过物理参数检测、焊接质量检测和可装配性检测来对电子产品进行可制造性分析。实验表明,该方法可以有效克服由于表面张力不平衡产生的回流焊接缺陷,有利于提高组装质量,增强产品可靠性。

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