硬件開發(fā)
常見SMT設(shè)計(jì)問題
雖然SMT在我國已有二十幾年的應(yīng)用歷史，但是由于種種原因，在一些以設(shè)計(jì)生產(chǎn)多品種小批量產(chǎn)品為特點(diǎn)的企業(yè)中，PCB設(shè)計(jì)人員還存在對(duì)SMT生產(chǎn)設(shè)備和工藝不熟悉、不能很好地應(yīng)用PCB設(shè)計(jì)規(guī)范和可制造性概念比較模糊的情況。導(dǎo)致在實(shí)際設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)對(duì)制造工藝流程的選擇、元器件與PCB材料的選擇、焊盤設(shè)計(jì)、PCB布局設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、應(yīng)力設(shè)計(jì)和可測(cè)試性設(shè)計(jì)等方面缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，需要反復(fù)多次修改或重新設(shè)計(jì)。
不良設(shè)計(jì)在SMT生產(chǎn)制造中帶來的質(zhì)量缺陷隱患非常大，如果PCB布線設(shè)計(jì)不符合規(guī)范要求，會(huì)造成可制造性差，增加工藝流程和工藝難度，影響設(shè)備利用率，降低生產(chǎn)效率，浪費(fèi)工時(shí)，拖延工期，最嚴(yán)重的是會(huì)造成大量焊接缺陷，勢(shì)必會(huì)進(jìn)行PCBA維修。我們知道返修就會(huì)帶來質(zhì)量隱患，可能會(huì)損壞元器件（有的元器件是不可逆的）和印制電路板，直接影響到產(chǎn)品的可靠性。最差情況下會(huì)導(dǎo)致改版或重新設(shè)計(jì)，延長產(chǎn)品實(shí)際開發(fā)周期。
SMT印制電路板設(shè)計(jì)中的常見問題有：沒有設(shè)計(jì)基準(zhǔn)標(biāo)志、PCB工藝邊、PCB外形和尺寸；元器件布局不合理；焊盤結(jié)構(gòu)尺寸不正確；導(dǎo)通孔設(shè)計(jì)不正確；阻焊膜和絲印不規(guī)范；PCB材料、厚度和寬度尺寸比不合適；PCB外形不規(guī)則和沒有制成拼板等。下面對(duì)此一一進(jìn)行說明并在分析問題的同時(shí)提出正確設(shè)計(jì)要求。
1、基準(zhǔn)標(biāo)志
基準(zhǔn)標(biāo)志是為了糾正PCB加工和變形引起的誤差，以及用于PCB定位和元器件定位。在整個(gè)SMT工藝流程中相關(guān)的自動(dòng)化設(shè)備都需要利用PCB光板上設(shè)置的基準(zhǔn)標(biāo)志來作精度上的校準(zhǔn)，如：貼片機(jī)、絲印機(jī)、AOI、飛針測(cè)試儀和全自動(dòng)返修臺(tái)等。生產(chǎn)中有的PCBA沒有設(shè)置基準(zhǔn)標(biāo)志也上線組裝了。我們知道，絲印機(jī)和貼片機(jī)除了可用標(biāo)準(zhǔn)形狀基準(zhǔn)標(biāo)志，還可以選用通孔器件焊環(huán)、焊孔及貼裝器件焊盤作為基準(zhǔn)標(biāo)志，但是因其制作不規(guī)范識(shí)別效果差，使用后存在很多問題，會(huì)造成批量返修。建議只要有SMD器件的PCB在布線時(shí)，都設(shè)置上基準(zhǔn)標(biāo)志。
2、PCB工藝邊
PCB應(yīng)留出一定的邊緣便于設(shè)備的夾持，也就是工藝邊。一般沿PCB焊接傳送方向，兩條邊應(yīng)留出至少5 mm的工藝邊，在這個(gè)范圍內(nèi)不允許放置元器件和焊盤。工藝邊一般設(shè)置在一對(duì)長邊上即可。
3、PCB尺寸太小
為了提高貼裝效率，在P C B外形尺寸小于7 0 mm×70 mm時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)成拼板，對(duì)于某些異形板也需拼板。如圖1所示，該板通過設(shè)計(jì)規(guī)范審查后制作了拼板，但是將工藝邊加在了短邊，應(yīng)該將工藝邊加在長邊方向，即SMT生產(chǎn)線夾持傳輸方向。建議：當(dāng)貼片機(jī)料位及供料器足夠的前提下，將PCB的頂面和底面拼在同一面，可節(jié)約1塊鋼網(wǎng)制作費(fèi)用，并減少一次更換貼片程序時(shí)間；另外也可以將一個(gè)項(xiàng)目中多塊PCB拼在同一塊大板中。這樣就能夠極大地提高貼裝效率和產(chǎn)成品效率。
4、焊盤寬度尺寸
焊盤寬度偏小時(shí)會(huì)造成引腳焊接面小、焊錫量小、焊點(diǎn)強(qiáng)度不夠、抗振動(dòng)及導(dǎo)電性能差等。航天及軍工產(chǎn)品要求焊盤寬度應(yīng)于元器件引腳寬度相同或?yàn)槠?.1倍，民品在高密度布線的限制下可縮小0.9倍。如圖2為不合格設(shè)計(jì)，圖3為合格設(shè)計(jì)。
5、元器件放置位置
當(dāng)元器件靠近印制板邊緣時(shí)會(huì)有下列問題：（a）不利于自動(dòng)化裝配；（b）機(jī)械應(yīng)力集中；（c）周轉(zhuǎn)過程中易損傷；（d）金屬化孔和焊盤易被拉傷。一般要求在距工藝邊、夾持邊或印制板邊緣3 mm內(nèi)，不允許布放元器件?？拷≈瓢暹吘壊挤旁骷r(shí)，元器件長邊應(yīng)于印制板邊平行。對(duì)于片式陶瓷電容，高溫老化或使用一段時(shí)間，會(huì)發(fā)現(xiàn)其失效有一個(gè)共同特征，大多位于拼板邊緣、螺釘和插座附近?？拷黀CB邊緣，如圖4所示。失效表現(xiàn)形式，如圖5和圖6所示。
6、元器件放置方向
在大型器件的四周要留出一定的維修空間，便于返修設(shè)備加熱頭進(jìn)行操作?？拷笮推骷吘壊挤旁r(shí)，元件長邊應(yīng)于器件邊緣平行。如圖7和圖8所示。
7、關(guān)鍵和貴重元件位置
關(guān)鍵和貴重元件靠近高應(yīng)力集中區(qū)域，易造成焊點(diǎn)疲勞或焊點(diǎn)斷裂。不要將其布放在PCB的角和邊緣，也不要靠近接插件、安裝孔、槽、拼板的切割、豁口和拐角等處。如圖9和10所示。BGA器件檢測(cè)一般采用非破壞性的X射線檢測(cè)方法。
8、過孔
焊盤上面不允許設(shè)置過孔。焊盤上有過孔會(huì)造成焊接時(shí)焊料熔化后通過過孔漏到金屬化孔內(nèi)或底層，引起焊點(diǎn)焊料過少、虛焊、豎碑和熱應(yīng)力等缺陷。過孔一般也不設(shè)置在器件下方，當(dāng)器件封裝小于0805時(shí)，易造成短路；當(dāng)過孔作阻焊處理時(shí)，較厚的阻焊膜會(huì)將器件托起，造成脫焊、立碑和虛焊等。
9、翼形引腳設(shè)計(jì)要求
翼形引腳腳底應(yīng)全部坐落在焊盤上。保證在引腳足跟部形成焊點(diǎn)，即主焊點(diǎn)，此處焊點(diǎn)是否形成，是保證該類型引腳焊接強(qiáng)度的關(guān)鍵點(diǎn)，保證焊盤伸出引腳足尖部0.3 mm以上。
10、BGA布局要求
早期設(shè)計(jì)規(guī)范要求不建議在雙面放置BGA器件，但是現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中對(duì)電子產(chǎn)品的微薄輕需求越來越迫切。如案例產(chǎn)品中PCB頂面就設(shè)置了10個(gè)BGA器件，PCB底面設(shè)置了6個(gè)BGA器件，雙面放置BGA器件已經(jīng)成為常態(tài)。PCBA組裝狀態(tài)的焊點(diǎn)接合部溫度循環(huán)壽命，同組裝密度有很大關(guān)系，特別是在兩面PCB相同位置同時(shí)組裝陣列式端子場(chǎng)合，會(huì)使接合部位壽命降低50%左右。
11、電連接器孔徑比
電連接器孔徑比設(shè)置要合理。孔徑比大，導(dǎo)致孔壁與引腳間隙大焊接時(shí)易造成透錫短路。對(duì)于特殊情況，如J30J微矩形電連接器，焊接的最小間隙為0.136 mm，小于通孔器件焊接最小安全間隙0.2 mm，焊接時(shí)易造成連錫，可設(shè)置橢圓形孔，以增加兩焊盤間的間隙，可達(dá)到0.25 mm，有效防止焊接時(shí)短路。
工藝總結(jié)
根據(jù)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，采取以下8項(xiàng)措施，PCB設(shè)計(jì)規(guī)范化可在企業(yè)內(nèi)部得到快速、全面和有效應(yīng)用，消除不良設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)可制造性設(shè)計(jì)。
（1）制定企業(yè)內(nèi)部PCB設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)（或指南）及評(píng)審制度；
（2）設(shè)立企業(yè)內(nèi)部PCB設(shè)計(jì)規(guī)范工藝設(shè)計(jì)師崗位；
（3）購買專業(yè)PCB設(shè)計(jì)規(guī)范軟件工具；
（4）建立PCB設(shè)計(jì)人員培訓(xùn)計(jì)劃和檔案，確認(rèn)從事PCB設(shè)計(jì)人員都經(jīng)過了可制造性設(shè)計(jì)培訓(xùn)；
（5）充分利用企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，建立快捷有效的PCB設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)信息獲取途徑，建立PCB設(shè)計(jì)問題反饋、審批和批準(zhǔn)快捷有效的實(shí)施流程；
（6）建立PCB設(shè)計(jì)缺陷案例庫，方便在日常工作中不同設(shè)計(jì)人員和工藝人員進(jìn)行獲取和更新的綠色通道；
（7）PCB設(shè)計(jì)人員與SMT加工廠之間有效溝通和協(xié)作；（8）SMT加工廠向客戶及時(shí)反饋，不斷改進(jìn)和完善產(chǎn)品PCB設(shè)計(jì)。
以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的SMT印制電路板設(shè)計(jì)常見問題及解決方法。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國內(nèi)外芯片代理商，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS方案開發(fā)、藍(lán)牙音頻開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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