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PCB工艺设计原则


PCB工艺设计中应注意的问题

在光通信设备电路板的生产过程中,70%-80%的缺陷由PCB工艺设计不合理造成的。PCB的生产质量则直接决定了设备的可靠性和质量水平,直接影响着产品的市场竞争力,为了使PCB设计更加合理,避免因设计不当而造成生产质量问题,本文从几个方面谈到了在PCB板的工艺设计中应注意的一些问题,供PCB设计者参考。

一、PCB板尺寸范围

从生产角度考虑,理想的尺寸范围是“宽(200mm~250mm)×长(250mm~350mm)”。对PCB长边尺寸小于125mm、或短边小于100mm的PCB,采用拼板的方式,使之转换为符合生产要求的理想尺寸,以便焊接。尺寸尽量不要过大,大板易弯曲,贴装不准确。

二、PCB板外形

PCB外观应光滑平整,不可有翘曲或高低不平,PCB的外形必须是矩形的(四角为R=1mm~2mm圆角,直角的PCB板在传送时容易产生卡板,因此在设计PCB板时,要对板框做圆弧角处理。拼板和加有辅助边的PCB板在辅助边上做圆弧角),偏离这种形状会引起PCB传送不稳、传感器感应不到电路、器件贴偏等问题。因此,设计时应考虑采用工艺拼板的方式将不规则形状的PCB转换为矩形形状,特别是角部缺口一定有补齐,如图1所示。

三、PCB板传送方向的选择

从减少焊接时PCB的变形,对不作拼板的PCB,一般将其长边方向作为传送方向;对于拼板时也将长边方向作为传送方向。对于短边与长边之比大于80%的PCB,可以用短边传送。

四、PCB板夹持边

作为PCB的传送边的两边应分别留出≥5mm(200mil)的宽度,传送边正反面在离边5mm(200mil)的范围内不能有任何元器件或焊点;能否布线视PCB的安装方式而定,导槽安装的PCB一般经常插拔不要布线,其他方式安装的PCB可以布线,如图2a。如果确实因版面尺寸首限制,不能满足以上要求,或采用的是拼板组装方式时,可采取四周加边框的PCB制作方法,留出工艺夹持边,待焊接完成后,手工掰开去除边框如图2b。

五、PCB板光学定位符号(又称MARK点)

5.1要布设光学定位基准符号的场合

(1)在有贴片元器件的PCB面上,必须在板的四角部位选设3个光学定位基准符号,以对PCB整板定位。对于拼板,每块小板上对角处至少有两个。

(2)引线中心距≤0.5mm(20mil)的QFP以及中心距≤0.8mm(31mil)的BGA等器件,应在通过该元件中心点对角线附件的对角设置光学定位基准符号,以便对其精确定位。

(3)如果上述几个器件比较靠近(<10mm),可以把它们看作一个整体,在其对角位置设计两个光学定位基准符号。

(4)如果是双面都有贴装元器件,则每一面都应该有光学定位基准符号。

5.2光学定位基准符号的位置

光学定位基准符号的中心应离边5mm以上,在电路板的四角放置。如图3。

5.3光学定位基准符号的尺寸及设计要求

光学定位基准符号设计成Φ1mm(40mil)的圆形图形,一般为PCB上覆铜箔腐蚀图形。考虑到材料颜色与环境的反差,留出比光学定位基准符号大1mm(40mil)的无阻焊区,也不允许有任何字符,见图4。

同一板上的光学定位基准符号其内层背景要相同,即三个基准符号下有无铜箔应一致。周围10mm无布线的孤立光学定位符号应设计一个内径为3mm环宽1mm的保护圈。特别注意,光学定位基准符号必须赋于坐标值(当作元件设计),不允许在PCB设计完成后以一个符号的形式加上去。

六、PCB板的定位孔

每一块PCB应在其角部位置设计至少三个定位孔,定位孔尺寸为Φ3+0.1mm,孔内壁不要电镀,以免尺寸不准确。依靠这两个定位孔并在印制板底部均匀安置数个底部带磁铁的顶针,即可充分保证印制板定位的牢固、平整。如果作拼板,可以把拼板也看作一块PCB,整个拼板只要有三个定位孔即可。

七、PCB板元件布局通则

在设计许可的条件下,元器件的布局尽可能做到同类元器件按相同的方向排列,相同功能的模块集中在一起布置;相同封装的元器件等距离放置;有正负极型的元件方向统一,以便元件贴装、焊接和检测。

八、元器件体之间的安全距离

考虑到机器贴装时存在一定的误差,并考虑到便于维修和目视外观检验,相邻两元器件体不能太近,要留有一定的安全距离(大于20mil),最好在封装上直接体现。

九、焊盘对称性的要求

对于同一个元器件,凡是对称使用的焊盘,如QFP、SOIC等等,设计时应严格保证其全面的对称:即焊盘图形的形状、尺寸完全一致,以保证焊料熔融时,作用于元器件上所有焊点的表面张力保持平衡,以利于形成理想的优质焊点,保证不产生位移。如果受热不均匀,温差过大,会导致局部焊接不良。

十、过孔的处理

焊盘内不允许有过孔,以避免因焊料流失所引起的焊接不良,如过孔确需与焊盘相连,应尽可能用细线条加以互连,且过孔与焊盘边缘之间的距离大于20mil.。见图5

十一、焊盘相连的处理

焊盘与焊盘之间如果需要相连,不能直接用铜箔相连,必须加阻焊层,铜箔直接相连会造成焊接后虚焊与桥接,而且不利于检查。见图5

十二、双面焊接元件的分布

双面焊接的印制电路板,为了防止焊料溶化时过重的元器件下掉或移位,对底面的元器件有一定的要求。判断依据为:每平方英寸焊角接触面的承重量应小于30克的器件。尽量将阻容器件放在底面,集成电路放在正面。变压器、BGA只能放在正面。

总结

通过对PCB工艺设计中涉及到的尺寸、外形、光学定位符号、焊盘的处理以及元件的布局等提出建议和要求,为PCB工艺设计人员提供参考,使PCB的设计更具可生产性。

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