SMT环境下的PCB设计技术详细

1.引言

　　SMT工艺是利用钎料或焊膏在元件与电路板连接之间构成机械与电气两方面的连接，其主要优点在于尺寸小、重量轻、互连性好；高频电路的性能好，寄生阻抗显著降低；抗冲击力与振动性能好。采用SMT工艺时引线不需穿过电路板，可避免产生引线接受或辐射而得来的信号，进而提高电路的信噪比。

　　评价SMT工艺性能的好坏，首先应使焊点能够正确成型；而正确成型的前提是必须合理设计PCB板上元器件的焊盘尺寸；其次在PCB板布局时要合理安排元件的密度，满足测试点的要求。
进行电路板设计时，可通过DFM（可制造性设计）来完成。DFM是并行工程（CE）关键技术的重要组成部分，它从产品设计开始，考虑可制造性和可检测性，从设计到制造一次成功，是电路板设计的一种有效工具。

2.PCB材料选择

　　印刷电路板基材主要有二大类：有机类基板材料和无机类基板材料，使用最多的是有机类基板材料。层数不同使用的PCB基材也不同，比如3～4层板要用预制复合材料，双面板则大多使用玻璃－环氧树脂材料。无铅化电子组装过程中，由于温度升高，印刷电路板受热时发生弯曲的程度加大，故在SMT中要求尽量采用弯曲程度小的板材，如FR-4等类型的基板。由于基板受热后的胀缩应力对元件产生的影响，会造成电极剥离，降低可靠性，故选材时还应该注意材料膨胀系数，尤其在元件大于3.2×1.6mm时要特别注意。

　　表面组装技术中用PCB要求高导热性，优良耐热性（150℃，60min）和可焊性（260℃，10s），高铜箔粘合强度（1.5×104Pa以上）和抗弯强度（25×104Pa），高导电率和小介电常数、好冲裁性（精度±0.02mm）及与清洗剂兼容性，另外要求外观光滑平整，不可出现翘曲、裂纹、伤痕及锈斑等。

　　印制电路板厚度有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用于带金手指双面板的设计，1.8mm和3.0mm为非标尺寸。印制电路板尺寸从生产角度考虑，最小单板不应小于250×200mm，一般理想尺寸为（250～350mm）×（200×250mm），对于长边小于125mm或宽边小于100mm的PCB，易采用拼板的方式。

　　表面组装技术对厚度为1.6mm基板弯曲量的规定为上翘曲≤0.5mm，下翘曲≤1.2mm。通常所允许的弯曲率在0.065%以下。

3.PCB导通孔及元器件布局
3.1导通孔布局

　　（1）避免在表面贴装焊盘以内或距表面贴装焊盘0.6mm以内设置导通孔。

　　（2）无外引脚的元器件焊盘（如片状电阻电容、可调电位器及电容等），其焊盘之间不允许有通孔(即元件下面不开导通孔；若用阻焊膜堵死可以除外)，以保证清洗质量。

　　（3）作为测试支撑用的导通孔，在设计布局时，需充分考虑不同直径的探针进行自动在线测试时的最小间距。

　　（4）导通孔径与元件引线的配合间隙太大易虚焊。一般导通孔径比引线直径大0.05～0.2mm，焊盘直径为导通孔径的2.5～3倍时，易形成合格焊点。

　　（5）导通孔与焊盘不能相连，以避免因焊料流失或热隔离。如导通孔确需与焊盘相连，应尽可能用细线（小于焊盘宽度1/2的连线或0.3mm~0.4mm）加以互连，且导通孔与焊盘边缘间距离大于1mm。

3.2元器件布局

进行再流焊工艺时，元件排列方向应注意以下几点：

　　(1) 板面元件分布应尽可能均匀（热均匀和空间均匀）；
　　(2) 元器件应尽可能同一方向排列，以便减少焊接不良的现象；
　　(3) 元器件间的最小间距应大于0.5mm，避免温度补偿不够；
　　(4) PLCC、SOIC、QFP等大器件周围要留有一定的维修、测试空间；
　　(5) 功率元件不宜集中，要分开排布在PCB边缘或通风、散热良好位置；
　　(6) 贵重元件不要放在PCB边缘、角落或靠近插件、贴装孔、槽、拼板切割、豁口等高应力集中区，减少开裂或裂纹。

3.3元器件方向

进行波峰焊工艺时，元件排列方向应注意以下几点：

　　(1) 所有无源元件要相互平行；

　　(2) SOIC与无源元件的较长轴要互相垂直；

　　(3) 无源元件的长轴要垂直于板沿着波峰焊接机传送带的运动方向；

　　(4) 有极性的表面组装元件尽可能以相同的方向放置；

　　(5) 在焊接SOIC等多引脚元件时，应在焊料流方向最后两个焊脚处设置窃锡焊盘或焊盘面积加位，以防止桥连；

　　(6) 类型相似的元件应该以相同的方向排列在板上，使得元件贴装、检查和焊接时更容易；
　　(7) 采用不同组装工艺时，要考虑元件引脚及重量对再流焊或波峰焊工艺的适应性，防止掉件或漏焊，比如波峰焊接面上元件需能承受260℃高温，切不能是四边有引脚器件。

4.PCB线路及焊盘设计

4.1 线路工艺设计要求

　　(1) 印制电路板工艺夹持边最小为5mm。

(2) 避免导线与焊盘成一定角度相连，力求导线垂直