電子產品PCB設計及其可制造性分析

東莞職業技術學院 王志兵 魏海紅廣東創新科技職業學院 李杏清

電子產品PCB設計及其可制造性分析

東莞職業技術學院 王志兵 魏海紅
廣東創新科技職業學院 李杏清

【摘要】本文提出了一種電子產品PCB設計及其可制造性分析方法，該方法針對回流焊時由于表面張力不平衡產生的元器件位置偏移、立碑、橋接等焊接缺陷，通過布局設計、布線設計、元器件間距設計和焊盤設計對PCB設計提出了更嚴格的要求，并通過物理參數檢測、焊接質量檢測和可裝配性檢測來對電子產品進行可制造性分析。實驗表明，該方法可以有效克服由于表面張力不平衡產生的回流焊接缺陷，有利于提高組裝質量，增強產品可靠性。

【關鍵詞】電子產品；PCB設計；表面張力；檢測；可制造性分析

引言

作為電子元器件組裝使用的印制電路板必須適用當前表面組裝技術的快速發展，表面組裝印制電路板已成為PCB設計與制造的主流產品，其功能與通孔插裝印制電路板相同，但對工藝、密度和精度等要求要比插裝PCB高得多，設計制造也復雜很多。

SMT生產設備具有全自動、高精度、高速度等特點，PCB設計與制造必須滿足SMT設備的工藝、密度和精度等要求，否則會影響組裝質量和生產效率，嚴重時可能無法實現自動貼裝，實踐表明，即使電路原理圖設計正確，印制電路板設計不當或者精度不夠時，回流焊由于表面張力不平衡會產生元器件位置偏移、立碑、橋接等焊接缺陷。

一、電子產品PCB設計

由于表面貼裝元器件體積小，質量輕，組裝密度高，能夠滿足自動化生產設備高密度，高精度的組裝要求，可實現電子產品體積小型化、功能多樣化的發展要求，因此，對PCB的設計提出了更高的要求。為了提高組裝質量和生產效率，設計出更好的PCB，本文主要通過對PCB布局設計、布線設計、元器件間距設計和焊盤設計四方面來對PCB設計提出了更嚴格的要求：

1、布局設計：

（1）PCB外形長寬比和板面不宜過大，回流焊時容易產生翹曲變形，長寬比一般設置為3：2或4：3。

（2）PCB上應有適應SMT生產的定位孔、工藝邊和Mark點，定位孔和工藝邊方便夾持；Mark點有PCB Mark點和IC Mark點兩類，PCB Mark點方便糾正PCB制作過程中產生的誤差，IC Mark點保證貼裝精度。

（3）元器件要均勻分布，平行排列，同類器件盡可能按相同的方向排列，便于貼裝、焊接和檢測。

（4）元器件布局要滿足回流焊工藝間距要求，大功率元器件周圍布置熱敏等其它元器件時要有足夠的距離，低頻和高頻電路、低電位和高電位電路的元器件不能靠得太近。

（5）多引腳元器件焊盤之間的短接處不允許直通，以免產生橋接。

2、布線設計：

（1）通孔孔徑、過孔孔徑和焊盤尺寸之間應該有一定的比例，一般為1：2。

（2）布線應短而直，應避免長距離平行走線，必要時采用跨接線，最小線距不應小于0.1mm。

（3）低頻導線和公共地線布置在板邊緣，高頻線路放在板面中間，要設置地線。

（4）導線不應有急彎或尖角，過渡部分宜用圓弧連接，輸入導線要遠離輸出導線，引出線要相對集中設置。

3、間距設計：

（1）波峰焊工藝要略寬于回流焊工藝，PLCC之間為4mm。

（2）PLCC與片式元件、SOP、QFP之間為2.5mm。

（3）SOP之間，SOP與QFP之間為2mm。

（4）片式元件之間，SOT之間，SOP與片式元件之間為1.25mm。

4、焊盤設計：

（1）焊盤設計主要包括矩形片式元件、小外形封裝和四方扁平封裝焊盤設計，PCB焊盤不僅與焊接后焊點強度有關，而且與焊接工藝，與元器件連接的可靠性有關。

（2）矩形片式元件焊盤長度、寬度和間距主要和元件長度、寬度和高度有關。

（3）小外形封裝和四方扁平封裝焊盤設計要注意焊盤中心距等于引腳中心距。

二、電子產品可制造性分析

1、物理參數檢測

物理參數檢測主要是針對PCB密度設計、PCB設計參數錯誤和錯誤率進行檢測。其中PCB密度設計可以設定元件密度等級，計算焊盤間的最小間距、焊盤與過孔最小間距、焊盤與通孔最小間距和通孔之間最小間距；PCB設計參數錯誤主要是檢測并顯示錯誤類型、錯誤元件、錯誤位置以及錯誤原因說明；錯誤率檢測主要是通過焊盤數量和錯誤數量計算出錯誤率。

2、焊接質量檢測

焊接質量檢測主要是針對元器件排列設計、SMT焊盤寬度設計、PCB設計影響焊接質量分析進行檢測。其中元器件排列設計可以對PCB板正反面采用回流焊還是波峰焊工藝進行檢測，并顯示Chip元件和QFP器件回流焊最小間距或者Chip元件和SOP器件波峰焊最小間距；SMT焊盤寬度設計主要檢測SOP、SOJ、PLCC、LCCC、BGA 和CSP等的焊盤寬度，并確定性能等級；PCB設計影響焊接質量分析主要是根據錯誤代號來分析錯誤元件、錯誤類型及其錯誤位置，并進行錯誤原因說明。

3、可裝配性檢測

可裝配性檢測主要針對間距、尺寸邊緣，PCB可裝配性錯誤、錯誤率進行檢測。其中間距、尺寸邊緣主要檢測元件最小間距，PCB最大、最小尺寸，中心距邊緣和定位孔距邊緣；PCB可裝配性錯誤主要檢測可裝配性的錯誤類型、錯誤元件和錯誤位置，并進行錯誤原因說明；錯誤率檢測主要進行可裝配性的錯誤率和累計錯誤率的統計。

三、結束語

本文提出了一種電子產品PCB設計及其可制造性分析方法。該方法針對回流焊時由于表面張力不平衡產生的元器件位置偏移、立碑、橋接等焊接缺陷，通過布局設計、布線設計、元器件間距設計和焊盤設計對PCB設計提出了更嚴格的要求，并通過物理參數檢測、焊接質量檢測和可裝配性檢測來對電子產品進行可制造性分析。實驗表明，該方法可以有效克服由于表面張力不平衡產生的回流焊接缺陷，有利于提高組裝質量，增強產品可靠性。

參考文獻

［1］FUJITA Y， KAWAGUCHI H. Full-custom PCB implementation of the FDTD/FIT dedicated computer［J］. IEEE Trans Magnetics，2009，45（3）∶ 1100-1103.

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基金項目：東莞職業技術學院科研基金資助，課題項目：電子SMT虛擬制造系統及其關鍵技術的研究，項目編號：2015a04。