1.引言

　　SMT工藝是利用釬料或焊膏在元件與電路板連接之間構(gòu)成機(jī)械與電氣兩方面的連接，其主要優(yōu)點(diǎn)在于尺寸小、重量輕、互連性好；高頻電路的性能好，寄生阻抗顯著降低；抗沖擊力與振動(dòng)性能好。采用SMT工藝時(shí)引線不需穿過(guò)電路板，可避免產(chǎn)生引線接受或輻射而得來(lái)的信號(hào)，進(jìn)而提高電路的信噪比。

　　評(píng)價(jià)SMT工藝性能的好壞，首先應(yīng)使焊點(diǎn)能夠正確成型；而正確成型的前提是必須合理設(shè)計(jì)PCB板上元器件的焊盤(pán)尺寸；其次在PCB板布局時(shí)要合理安排元件的密度，滿(mǎn)足測(cè)試點(diǎn)的要求。
進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)時(shí)，可通過(guò)DFM（可制造性設(shè)計(jì)）來(lái)完成。DFM是并行工程（CE）關(guān)鍵技術(shù)的重要組成部分，它從產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)始，考慮可制造性和可檢測(cè)性，從設(shè)計(jì)到制造一次成功，是電路板設(shè)計(jì)的一種有效工具。

2.PCB材料選擇

　　印刷電路板基材主要有二大類(lèi)：有機(jī)類(lèi)基板材料和無(wú)機(jī)類(lèi)基板材料，使用最多的是有機(jī)類(lèi)基板材料。層數(shù)不同使用的PCB基材也不同，比如3～4層板要用預(yù)制復(fù)合材料，雙面板則大多使用玻璃－環(huán)氧樹(shù)脂材料。無(wú)鉛化電子組裝過(guò)程中，由于溫度升高，印刷電路板受熱時(shí)發(fā)生彎曲的程度加大，故在SMT中要求盡量采用彎曲程度小的板材，如FR-4等類(lèi)型的基板。由于基板受熱后的脹縮應(yīng)力對(duì)元件產(chǎn)生的影響，會(huì)造成電極剝離，降低可靠性，故選材時(shí)還應(yīng)該注意材料膨脹系數(shù)，尤其在元件大于3.2?1.6mm時(shí)要特別注意。

　　表面組裝技術(shù)中用PCB要求高導(dǎo)熱性，優(yōu)良耐熱性（150℃，60min）和可焊性（260℃，10s），高銅箔粘合強(qiáng)度（1.5?104Pa以上）和抗彎強(qiáng)度（25?104Pa），高導(dǎo)電率和小介電常數(shù)、好沖裁性（精度?0.02mm）及與清洗劑兼容性，另外要求外觀光滑平整，不可出現(xiàn)翹曲、裂紋、傷痕及銹斑等。

　　印制電路板厚度有0.5mm、0.7mm、0.8mm、1mm、1.5mm、1.6mm、（1.8mm）、2.7mm、（3.0mm）、3.2mm、4.0mm、6.4mm，其中0.7mm和1.5mm板厚的PCB用于帶金手指雙面板的設(shè)計(jì)，1.8mm和3.0mm為非標(biāo)尺寸。印制電路板尺寸從生產(chǎn)角度考慮，最小單板不應(yīng)小于250?200mm，一般理想尺寸為（250～350mm）?（200?250mm），對(duì)于長(zhǎng)邊小于125mm或?qū)掃呅∮?/FONT>100mm的PCB，易采用拼板的方式。

　?。?FONT face=Verdana>1）避免在表面貼裝焊盤(pán)以?xún)?nèi)或距表面貼裝焊盤(pán)0.6mm以?xún)?nèi)設(shè)置導(dǎo)通孔。

　?。?FONT face=Verdana>2）無(wú)外引腳的元器件焊盤(pán)（如片狀電阻電容、可調(diào)電位器及電容等），其焊盤(pán)之間不允許有通孔(即元件下面不開(kāi)導(dǎo)通孔；若用阻焊膜堵死可以除外)，以保證清洗質(zhì)量。

　　（3）作為測(cè)試支撐用的導(dǎo)通孔，在設(shè)計(jì)布局時(shí)，需充分考慮不同直徑的探針進(jìn)行自動(dòng)在線測(cè)試時(shí)的最小間距。

　　（4）導(dǎo)通孔徑與元件引線的配合間隙太大易虛焊。一般導(dǎo)通孔徑比引線直徑大0.05～0.2mm，焊盤(pán)直徑為導(dǎo)通孔徑的2.5～3倍時(shí)，易形成合格焊點(diǎn)。

　?。?FONT face=Verdana>5）導(dǎo)通孔與焊盤(pán)不能相連，以避免因焊料流失或熱隔離。如導(dǎo)通孔確需與焊盤(pán)相連，應(yīng)盡可能用細(xì)線（小于焊盤(pán)寬度1/2的連線或0.3mm~0.4mm）加以互連，且導(dǎo)通孔與焊盤(pán)邊緣間距離大于1mm。

3.2元器件布局

進(jìn)行再流焊工藝時(shí)，元件排列方向應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

　　(1) 板面元件分布應(yīng)盡可能均勻（熱均勻和空間均勻）；
　　(2) 元器件應(yīng)盡可能同一方向排列，以便減少焊接不良的現(xiàn)象；
　　(3) 元器件間的最小間距應(yīng)大于0.5mm，避免溫度補(bǔ)償不夠；
　　(4) PLCC、SOIC、QFP等大器件周?chē)粲幸欢ǖ木S修、測(cè)試空間；
　　(5) 功率元件不宜集中，要分開(kāi)排布在PCB邊緣或通風(fēng)、散熱良好位置；
　　(6) 貴重元件不要放在PCB邊緣、角落或靠近插件、貼裝孔、槽、拼板切割、豁口等高應(yīng)力集中區(qū)，減少開(kāi)裂或裂紋。

3.3元器件方向

進(jìn)行波峰焊工藝時(shí)，元件排列方向應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

　　(1) 所有無(wú)源元件要相互平行；

　　(2) SOIC與無(wú)源元件的較長(zhǎng)軸要互相垂直；

　　(3) 無(wú)源元件的長(zhǎng)軸要垂直于板沿著波峰焊接機(jī)傳送帶的運(yùn)動(dòng)方向；

　　(4) 有極性的表面組裝元件盡可能以相同的方向放置；

　　(5) 在焊接SOIC等多引腳元件時(shí)，應(yīng)在焊料流方向最后兩個(gè)焊腳處設(shè)置竊錫焊盤(pán)或焊盤(pán)面積加位，以防止橋連；

　　(6) 類(lèi)型相似的元件應(yīng)該以相同的方向排列在板上，使得元件貼裝、檢查和焊接時(shí)更容易；
　　(7) 采用不同組裝工藝時(shí)，要考慮元件引腳及重量對(duì)再流焊或波峰焊工藝的適應(yīng)性，防止掉件或漏焊，比如波峰焊接面上元件需能承受260℃高溫，切不能是四邊有引腳器件。

4.PCB線路及焊盤(pán)設(shè)計(jì)

4.1 線路工藝設(shè)計(jì)要求

　　(1) 印制電路板工藝夾持邊最小為5mm。

　　(2) 避免導(dǎo)線與焊盤(pán)成一定角度相連，力求導(dǎo)線垂直于元器件的焊盤(pán)，且導(dǎo)線應(yīng)從焊盤(pán)的長(zhǎng)邊中心與焊盤(pán)相連。

　　(3) 減小導(dǎo)線連通焊盤(pán)處的寬度，除非受電荷容量、加工極限等因素的限制，否則最大寬度為0.4mm或焊盤(pán)寬度的一半（以小焊盤(pán)為準(zhǔn)）。一是為了防止散熱太快，二是防止阻焊層精度不夠，造成焊錫流動(dòng)，形成不良焊接。

　　(4) 印制電路板導(dǎo)線結(jié)構(gòu)：線寬與間距為0.6mm的正?？涛g技術(shù)制作的走線；線寬與間距為0.3mm的細(xì)線刻蝕技術(shù)制作的細(xì)走線；線寬0.3mm，間距0.15mm的超細(xì)走線。

　　(5) 不同的組裝方式，布線要求也不同。插裝方式引線寬度為0.2mm以上，貼裝方式引線寬度為0.1～0.2mm，精細(xì)間距組裝引線寬度為0.05～0.1mm。

　　(6) 應(yīng)盡量避免在其焊盤(pán)之間穿越互連線（特別是細(xì)間距的引腳器件），凡穿越相鄰焊盤(pán)之間的互連線，必須用阻焊膜對(duì)其加以遮隔。

　　(7) 對(duì)于多引腳元器件（如S0IC、QFP等），引腳焊盤(pán)之間的短接處不允許直通，應(yīng)由焊盤(pán)引出互連線之后再短接（若用阻焊膜加以遮隔可以除外），以免產(chǎn)生位移或焊后被誤認(rèn)為發(fā)生了橋接。

　　(8) 對(duì)于有未封裝的芯片（裸片）的PCB設(shè)計(jì)時(shí)，裸片的田字形焊盤(pán)應(yīng)接地線而不宜懸空；另外為保證可靠鍵合，要求焊盤(pán)一定均勻鍍金。對(duì)于有方向性的元器件，如三極管、芯片等在布線時(shí)應(yīng)注意其極性。

4.2線路電氣設(shè)計(jì)要求

　　(1) 引腳間距內(nèi)過(guò)線原則：低密度要求在2.54mm引腳中心距內(nèi)穿過(guò)2條線徑為0.23mm的導(dǎo)線；中密度要求在1.27mm引腳中心距內(nèi)穿過(guò)1條線徑為0.15mm的導(dǎo)線；高密度要求在1.27mm引腳中心距內(nèi)穿過(guò)2～3條更細(xì)導(dǎo)線。

　　(2) 印制板線條的寬度要求盡量一致，這樣有利于阻抗匹配。從印制板制作工藝來(lái)講，寬度可以做到0.3mm，0.2mm及0.1mm，但隨著線條變細(xì)，間距變小，生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量將難以控制。除非有特殊要求，一般選用0.3mm線寬和0.3mm線間距的布線原則是比較適宜的。

　　(3) 盡量走短線，特別是對(duì)小信號(hào)電路來(lái)講，線越短電阻越小，干擾越小，同時(shí)藕合線長(zhǎng)度盡量減短。

　　(4) 多層板走線方向：按電源層，地線層和信號(hào)層分開(kāi)，減少電源、地、信號(hào)之間的干擾。而且要求相鄰兩層印制板的線版權(quán)法應(yīng)盡量相互垂直或走斜線、曲線，而不平行走線，以利于減少基板層間藕合和干擾。

　　(5) 電源線，地線設(shè)計(jì)原則：走線面積越大越好，以利于減少干擾，對(duì)于高頻信號(hào)線最好是用地線屏蔽。大面積的電源層地線層要相鄰，其作用是在電源和地之間形成一個(gè)電容，起到濾波作用。

4.3 焊盤(pán)設(shè)計(jì)

　　焊盤(pán)尺寸對(duì)SMT產(chǎn)品的可制造性和壽命有著很大的影響，是PCB線路設(shè)計(jì)的極其關(guān)鍵部分，對(duì)焊點(diǎn)的可靠性、焊接過(guò)程中可能出現(xiàn)的缺陷、可測(cè)試性和檢修量等都起著顯著作用。元器件制作要求不一樣，焊盤(pán)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)元器件規(guī)格進(jìn)行制作，方能保證線路的可靠性和防止工藝缺陷（如豎碑及偏斜），顯示SMT的優(yōu)越性。在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)時(shí)，還必須根據(jù)具體產(chǎn)品的組裝密度、不同工藝、不同的設(shè)備以及特殊元器件的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　目前表面組裝元器件還沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同的國(guó)家，不同的廠商所生產(chǎn)的元器件外形封裝都有差異，所以在設(shè)計(jì)焊盤(pán)尺寸時(shí)，應(yīng)與自己所選用的元器件的封裝外形、引腳等相適應(yīng)，確定焊盤(pán)長(zhǎng)度和寬度。常用的元件焊盤(pán)設(shè)計(jì)可以參考一些標(biāo)準(zhǔn)，如IPC-SM-782、IPC-7095、IPC-7525、IEC-TC52 WG6、JIS C-5010和電子行業(yè)工藝標(biāo)準(zhǔn)匯編。

焊盤(pán)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)：

　　(1) 對(duì)于同一個(gè)器件，凡是對(duì)稱(chēng)使用的焊盤(pán)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格保持其全面的對(duì)稱(chēng)性，即焊盤(pán)圖形的形狀與尺寸應(yīng)完全一致；

　　(2) 對(duì)同一種器件，焊盤(pán)設(shè)計(jì)采用封裝尺寸最大值和最小值為參數(shù)，計(jì)算焊盤(pán)尺寸，保證設(shè)計(jì)結(jié)果適用范圍寬；

　　(3) 焊盤(pán)設(shè)計(jì)時(shí)，焊點(diǎn)可靠性主要取決于長(zhǎng)度而不是寬度；

　　(4) 焊盤(pán)設(shè)計(jì)要適當(dāng)：太大則焊料鋪展面較大，形成的焊點(diǎn)較?。惠^小則焊盤(pán)銅箔對(duì)熔融焊料的表面張力太小，當(dāng)銅箔的表面張力小于熔融焊料表面張力時(shí)，形成的焊點(diǎn)為不浸潤(rùn)焊點(diǎn)；

　　(5) 焊盤(pán)與較大面積的導(dǎo)電區(qū)（如地、電源等平面）相連時(shí)，應(yīng)通過(guò)一較細(xì)導(dǎo)線進(jìn)行熱隔離，一般寬度為0.2～0.4，長(zhǎng)度約為0.6mm。

　　(6) 波峰焊時(shí)焊盤(pán)設(shè)計(jì)一般比再流焊時(shí)大，因?yàn)椴ǚ搴钢性心z水固定，焊盤(pán)稍大，不會(huì)危及元件的移位和直立，相反卻能減少波烽焊“遮蔽效應(yīng)”。
4.4矩形元件（L?W）焊盤(pán)寬度C與元件焊端寬度W之間的關(guān)系為：C=W?（0.7～1.3）mm。對(duì)于0805以下的阻容元器件，C≤W；對(duì)于0805以上的阻容元器件，C＝W＋0.1~0.25mm。長(zhǎng)度為約0.9mm左右，焊盤(pán)間距為A=L－0.7mm。

　　厚度相差很大，如電阻器僅為電容器的一半左右，在焊盤(pán)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以注意，尤其是小尺寸阻容元件，應(yīng)考慮端頭側(cè)面良好的浸潤(rùn)焊接。另外，元源二端片元件端頭焊區(qū)上，下并不完全一致，為了可靠焊接，也需要端側(cè)浸潤(rùn)焊接。所以，要求焊盤(pán)比元件的焊區(qū)大。

4.5圓柱形元件（φD?L）

　　MELF元件焊盤(pán)圖形設(shè)計(jì)公式：焊盤(pán)的寬度為C=D?（0.7～1.0）mm=φmax，長(zhǎng)度S=Lmax-(Lmin-2I)，約為1mm左右，兩焊盤(pán)間距為A=Lmax-2S=Lmin-2I，約為L-1mm。（僅考慮元件公差的理想設(shè)計(jì)，未考慮帖放誤差）具體制作時(shí)，考慮到元件貼裝誤差，尺寸要稍微放大。再流焊時(shí)，寬度增加0.05~0.1mm，長(zhǎng)度增加0.2~0.3mm；波峰焊時(shí)，寬度增加0.1mm，長(zhǎng)度增加0.2~0.6mm。另外再流焊工藝時(shí)，希望在焊盤(pán)設(shè)計(jì)時(shí)開(kāi)一個(gè)缺口，以便元件在再流焊過(guò)程中定位。缺口深度尺寸F=(Lmax-A)/2，缺口深度E取0.3mm（對(duì)小尺寸元件，如1/8W電阻）和0.4mm（對(duì)尺寸較大的元件，如1/4W電阻）。由于一般焊盤(pán)銅層厚度（包括鍍層和阻焊層）不會(huì)超過(guò)0.2mm，缺口E不宜取得過(guò)大。

4.6 SOP（翼型引腳）、QFP封裝器件

　　這類(lèi)器件焊盤(pán)設(shè)計(jì)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算公式，相對(duì)困難。焊盤(pán)寬度C應(yīng)等于（或稍大/?。┖付耍ɑ蛞_）的寬度，一般為C=W+0.1mm。焊盤(pán)長(zhǎng)度常取2.0?0.5mm，一般為B=T+b1+b2，其中b1=0.45～0.6mm，有利于焊料熔融時(shí)能形成良好的彎月形輪廓的焊點(diǎn)，還能有效避免釬料產(chǎn)生橋連缺陷及兼顧元器件的貼裝偏差為宜；b2=0.25～1.5mm，主要以保證能形成最佳的彎月形輪廓的焊點(diǎn)為宜，（對(duì)于SOIC、QFP等器件還應(yīng)兼顧其焊盤(pán)抗剝離的能力）及其焊盤(pán)對(duì)于SOIC、QFP器件，焊盤(pán)長(zhǎng)度B=T+（0.6～0.8）mm，焊盤(pán)中心之間的間距與芯片本身的間距相等，焊盤(pán)的空隙等于（或稍小于）引線間的空隙。

　　腳間距在1.27mm以上的SO、SOJ等IC芯片，焊盤(pán)寬度C≤1.2W，腳間距在0.65～1.27之間，焊盤(pán)寬度C≥W，一般為C=W+0.1~0.25mm；而對(duì)于0.65mm包括0.65mm引腳間距以下的IC芯片，焊盤(pán)寬度應(yīng)等于引腳的寬度。

　　QFP焊盤(pán)寬度應(yīng)等于引腳的寬度，C=W+0.1mm；為對(duì)于細(xì)間距的QFP，有時(shí)候焊盤(pán)寬度要適當(dāng)減小，如在兩焊盤(pán)之間有引線穿過(guò)時(shí)。焊盤(pán)長(zhǎng)度B=L+（0.6~1.0）mm，焊盤(pán)間距A＝F－0.25mm。
同時(shí)較長(zhǎng)的焊盤(pán)，增大了焊膏與焊盤(pán)之間的表面張力利于焊膏釋放，給印制焊膏工藝帶來(lái)方便。實(shí)際應(yīng)用中還證明焊盤(pán)上引腳前后有過(guò)盈區(qū)非常有利于過(guò)量的焊料儲(chǔ)料以較少焊后橋連危險(xiǎn)。

4.7 晶體管（SOT）

　　焊盤(pán)寬度C與元件引線寬度W之間的關(guān)系為：C≥W；焊盤(pán)長(zhǎng)度＝元件引腳長(zhǎng)度＋b1+b2，其中b1＝b2＝0.3～0.5mm；焊盤(pán)間距在保證等于引線中心距的基礎(chǔ)上，將每個(gè)焊盤(pán)四邊的尺寸向外延伸至少0.35mm。

4.8 SOJ、PLCC器件（J形引腳）

　　焊盤(pán)設(shè)計(jì)原則：（0.5～0.8mm）?（1.85～2.15mm）；引腳中心應(yīng)在焊盤(pán)圖形內(nèi)側(cè)1/3至焊盤(pán)中心之間；SOJ相對(duì)兩排焊盤(pán)間距一般為4.9mm。

4.9 BGA焊盤(pán)設(shè)計(jì)及假焊盤(pán)

　　BGA焊盤(pán)形狀為圓形，直徑為焊球直徑的80％，設(shè)計(jì)時(shí)最好采用公制尺寸，因?yàn)樵前垂粕a(chǎn)的，按英制設(shè)計(jì)會(huì)造成貼裝偏差。

　　從組裝工藝因素考慮，有時(shí)在二端片式元件下面設(shè)計(jì)一個(gè)假焊盤(pán)，它并不作焊接用，而是為波峰焊點(diǎn)膠之用，故稱(chēng)傀儡圖形。該圖形使膠與元件粘連容易，不致因膠面過(guò)低而粘不上元件。