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SMT实用工艺基础-印制电路板设计技术

作者:博维科技 时间:2018-08-03 13:20
印制电路板(以下简称PCB)设计水平是衡量表面组装技术水平的一个重要标志,是保证表面组装质量的首要条件之一。SMT的组装质量与PCB的设计有着直接的关系。

7.1 PCB设计包含的内容:
                                                   
     
         
7.2如何对SMT电子产品进行PCB设计
一.总体目标和结构
1.首先确定电子产品功能、性能指标、成本以及整机的外形尺寸的总体目标
    新产品开发设计时,首先要给产品的性能、质量和成本进行定位。
   —般情况下,任何产品设计都需要在性能、可制造性及成本之间进行权衡和折中,因此在设计时首先要给产品的用途、档次定位。
1. 电原理和机械结构设计,根据整机结构确定PCB的尺寸和结构形状。画出SMT印制板外形工艺图,标出PCB的长、宽、厚,结构件、装配孔的位置、尺寸,留出边缘尺寸等,使电路设计师能在有效的范围内进行布线设计(见图7-1)。
 
 
 
     
3.确定工艺方案
  (1)确定组装形式
      组装形式的选择取决于电路中元器件的类型、电路板的尺寸以及生产线所具备的设备条件。印制板的组装形式的选原则:
遵循优化工序、降低成本、提高产品质量的原则
    例如:
    能否用单面板代替双面板;
    能否用双面板代替多层板;
    尽量采用一种焊接方法完成;
    尽量用贴装元件替代插装元件;
    最大限度地不使用手工焊等等。
    (2)确定工艺流程
        选择工艺流程主要根据印制板的组装密度和本单位SMT生产线设备条件,当SMT生产线具备再流焊、波峰焊两种焊接设备的条件下,可作如下考虑:
    a.尽量采用再流焊方式,因为再流焊比波峰焊具有以下优越性:
    ——元器件受到的热冲击小;
    ——焊料组分一致性好,焊点质量好;
    ——面接触,焊接质量好,可靠性高。
    ——有自定位效应(selfalignment)适合自动化生产。生产效率高;
    ——工艺简单,修板的工作量极小。从而节省了人力、电力、材料。
  b.在一般密度的混合组装条件下,当SMD和THC在PCB的同一面时,采用A面印刷焊膏、再流焊,B面波峰焊工艺:当THC在PCB的A面、SMD在PCB的B面时,采用B面点胶、波峰焊工艺。
  c.在高密度混合组装条件下,当没有THC或只有及少量THC时,可采用双面印刷焊膏、再流焊工艺,及少量THC采用后附的方法:当A面有较多THC时,采用A面印刷焊膏、再流焊,B面点胶、波峰焊工艺。
    注意:在印制板的同一面,禁止采用先再流焊SMD,后对THC进行波峰焊的工艺流程。

二.PCB材料和电子元器件选择
    PCB材料和电子元器件要根据产品的功能、性能指标以及产品的档次以及成本核算进行选择。
  1.PCB材料的选择
  对于—般的电子产品采用FR4环氧玻璃纤维基板,对于使用环境温度较高或挠性电路板采用聚酰亚胺玻璃纤维基板,对于高频电路则需要采用聚四氟乙烯玻璃纤维基板;对于散热要求高的电子产品应采用金属基板。
    选择PCB材料时应考虑的因素:
    (1)应适当选择玻璃化转变温度(Tg)较高的基材,Tg应高于电路工作温度。
    (2)要求热膨胀系数(CTE)低。由于X、Y和厚度方向的热膨胀系数不一致,容易造成PCB变形,严重时会造成金属化孔断裂和损坏元件。
    (3)要求耐热性高。一般要求PCB能有250℃/50S的耐热性。
    (4)要求平整度好。SMT的PCB翘曲度要求<0.0075mm/mm。
    (5)电气性能方面,高频电路时要求选择介电常数高、介质损耗小的材料。绝缘电阻,耐电压强度,抗电弧性能都要满足产品要求。
    2.电子元器件的选择
    选择元器件时除了满足电器性能的要求以外,还应满足表面组装对元器件的要求。还要根据生产线设备条件以及产品的工艺流程选择元器件的封装形式、元器件的尺寸、元器件的包装形式。例如高密度组装时需要选择薄型小尺寸的元器件:又如贴装机没有宽尺寸编带供料器时,则不能选择编带包装的SMD器件;
三.印制板电路设计
    这是PCB设计的核心。SMT工艺与传统插装工艺有很大区别,对PCB设计有专门要求。例如C1ip件的焊盘尺寸与焊盘间距设计正确的话,贴装时少量的歪斜可以在再流焊时由于熔融焊锡表面张力的作用而得到纠正(称为自定位或自校正效应);相反,如果焊盘尺寸与焊盘间距设计不正确,即使贴装位置十分准确,再流焊时由于熔融焊锡表面张力不平衡而造成元件位置偏移、脱焊、吊桥等焊接缺陷,这是smt再流焊工艺特性决定的。
    由于SMT迅速发展,元器件越来越小、组装密度越来越高,BGA、CSP、Flipchip、复合化片式元件等新封装不断出现,引起了SMT设备、焊接材料、印刷、贴装和焊接工艺的变化。因此,对PCB设计也提出了更高的要求。虽然目前已经有了PROTEL、POWER、PCB等功能较强的CAD设计软件,可以直接将电原理图转换成布线图,对于标准尺寸元器件的焊盘图形可以直接从CAD软件的元件库中调用,但实际上还必须根据组装密度、不同的工艺、不同的设备以及特殊元器件的要求进行设计。
四.印制板电路设计时应着重注意的内容:
    1.标准元器件应注意不同厂家的元器件尺寸公差非标准元器件必须按照元器件的实际尺寸设计焊盘图形及焊盘间距。
    2.设计高可靠电路时应对焊盘作加宽处理(焊盘宽度=1.1元件宽度)。
    3.高密度时要对CAD软件中元件库的焊盘尺寸进行修正。
    4.各种元器件之间的距离、导线、测试点、通孔、焊盘与导线的连接、阻焊等都要按照SMT工艺要求进行设计。
    5.应考虑到返修性要求,例如,大尺寸SMD周围要留有返修工具进行操作的尺寸。
6.应考虑散热、高频、电磁干扰等问题。
7.元器件的布放位置与方向也要根据不同工艺进行设计。例如,采用再流焊工艺时,元器件的布放方向要考虑到:PCB进入再流焊炉的方向;采用波峰焊工艺时,波峰焊接面不能布放PLCC、QFP、接插件以及大尺寸的SOIC器件。为了减小波峰焊阴影效应提高焊接质量,对各种元器件布放方向和位置有特殊要求,波峰焊的焊盘图形设计时对矩形元器件、SOT、SOP元器件的焊盘长度应作延长处理,对SOP最外侧的两对焊盘加宽,以吸附多余的焊锡(俗称窃锡焊盘),小于3.2mmxl.6mm的矩形元件可在焊盘两端作45°倒角处理等等。
 8.PCB设计还要考虑到设备,不同贴装机的机械结构、对中方式、PCB传输方式都不同,因此对PCB的定位孔位置、基准标志(MARK)的图形和位置、PCB板边形状以及PCB板边附近不能布放元器件的位置都有不同的要求。如果采用波峰焊工艺,还要考虑PCB传输链需要留有的工艺边,这些都属于可生产性设计的内容。
 9.应注意相应的设计文件。因为SMT生产线的点胶(焊膏)机、贴装机、在线测验、X--RAY焊点测验、自动光学检测等设备均属于计算机控制的自动化设备。这些设备在组装PCB之前,均需要编程人员花费相当时间进行准备和编程,因此在PCB设计阶段就应考虑到:生产。一旦设计完成,则将设计所产生的有关数据文件输入SMT生产设备,编程时直接调用或进行相关的后处理就可以驱动加工设备。
 10.在保证可靠性的前提下,还要考虑降低生产成本。

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