五、元器件布局的要求

　　元器件布局要滿足SMT生產(chǎn)工藝的要求。由于設計所引起的產(chǎn)品質(zhì)量問題在生產(chǎn)中是很難克服的；因此，PCB設計工程師要了解基本的SMT工藝特點，根據(jù)不同的工藝要求進行元器件布局設計，正確的設計可以焊接缺陷到最低。在進行元器件布局時要考慮以下幾點：

PCB上元器件分布應盡可能地均勻；大質(zhì)量器件再流焊時熱容量較大，因此，布局上過于集中容易造成局部溫度低而導致假焊； 

大型器件的四周要留一定的維修空隙(留出SMD返修設備加熱頭能夠進行操作的尺寸)； 

功率器件應均勻地放置在PCB邊緣或機箱內(nèi)的通風位置上； 

單面混裝時，應把貼裝和插裝元器件布放在A面；采用雙面再流焊混裝時，應把大的貼裝和插裝元器件布放在A面，PCB A、B兩面的大器件要盡量錯開放置；采用A面再流焊，B面波焊混裝時，應把大的貼裝和插裝元器件布放在A面(再流焊)，適合于波峰焊的矩形、圓柱形片式元件、SOT和較小的SOP(引腳數(shù)小于28，引腳間距1mm以上)布放在B面(波峰焊接面)。波峰焊接面上不能安放四邊有引腳的器件，如，QEP、PLCC等； 

波峰焊接面上元器件封裝必須能承受260度以上溫度并是全密封型的； 

貴重的元器件不要布放在PCB的角、邊緣，或靠近接插件、安裝孔、槽、拼板的切割、豁口和拐角等處，以上這些位置是印制電路板的高應力區(qū)，容易造成焊點和元器件的開裂或裂紋。 

波峰焊接元件的方向 

所有的有極性的表面貼裝元件在可能的時候都要以相同的方向放置。在任何第二面要用波峰焊接的印制電路板裝配上，在該面的元件首選的方向如圖2所示。使用這個首選方向是要使裝配在退出焊錫波峰時得到的焊點質(zhì)量最佳。在排列元件方向時應盡量做到：

(1) 所有無源元件要相互平行 ；

(2) 所有SOIC要垂直于無源元件的長軸 ；

(3) SOIC和無源元件的較長軸要互相垂直；

(4) 無源元件的長軸要垂直于板沿著波峰焊接機傳送帶的運動方向 。

(5) 當采用波峰焊接SOIC等多腳元件時，應于錫流方向最后兩個(每邊各1)焊腳處設置竊錫焊盤，防止連焊。 

貼裝元件方向的考慮 

類型相似的元件應該以相同的方向排列在板上，使得元件的貼裝、檢查和焊接更容易。還有，相似的元件類型應該盡可能接地在一起，如圖3所示。 

                                 圖2　波峰焊接應用中的元件方向

                                                   圖3　相似元件的排列

　　在內(nèi)存板上，所有的內(nèi)存芯片都貼放在一個清晰界定的矩陣內(nèi)，所有元件的第一腳在同一個方向。這是在邏輯設計上實施的一個很好的設計方法，在邏輯設計中有許多在每個封裝上有不同邏輯功能的相似元件類型。在另一方面，模擬設計經(jīng)常要求大量的各種元件類型，使得將類似的元件集中在一起頗為困難。不管是否設計為內(nèi)存的、一般邏輯的、或者模擬的，都推薦所有元件方向為第一腳方向相同。

 

六、基準點標記(Fiducial Marks)制作的要求 

　　為了精密地貼裝元器件，可根據(jù)需要設計用于整塊PCB的光學定位的一組圖形(全局基準點)，用于引腳數(shù)較多，引腳間距小的單個器件的光學定位圖形(局部基準點)，如圖4所示。若是拼板設計，則需要在每塊面板上設計基準，讓機器把每塊面板當作單板看待，如圖5所示。

 

圖4　局部/全局基準點                                                                      圖5　拼板/全局基準點

　　在設計基準點標記時要考慮以下因素：

基準標志常用圖形有：■●▲╋等，推薦采用的基準點標記是實心圓，直徑1mm。 

基準點標記最小的直徑為0.5mm[0.020″]。最大直徑是3mm[0.120″]。基準點標記不應該在同一塊印制電路板上尺寸變化超過25微米[0.001″]。 

基準點可以是裸銅、由清澈的防氧化涂層保護的裸銅、鍍鎳或鍍錫、或焊錫涂層(熱風均勻的)。電鍍或焊錫涂層的首選厚度為5 - 10微米[0.0002 - 0.0004″]。焊錫涂層不應該超過25微米[0.001″]。 

基準點標記的表面平整度應該在15微米[0.006″]之內(nèi)。 

在基準點標記周圍，應該有一塊沒有其它電路特征或標記的空曠區(qū)(Clearance)?？諘鐓^(qū)的尺寸最好等于標記的直徑，如圖6所示。 

基準點要距離印制電路板邊緣至少5.0mm[0.200″](SMEMA的標準傳輸空隙，并滿足最小的基準點空曠度要求。 

當基準點標記與印制電路板的基質(zhì)材料之間出現(xiàn)高對比度時可達到最佳的性能。 

圖6　推薦的空曠區(qū)                     圖7　測試點設計示例

 

七、可測性設計的考慮

　　SMT的可測性設計主要是針對目前ICT裝備情況。將后期產(chǎn)品制造的測試問題在電路和SMT表面安裝印制電路板SMB設計時就考慮進去。提高可測性設計要考慮工藝設計和電氣設計兩個方面的要求。

工藝設計的要求

定位的精度、基板制造程序、基板的大小、探針的類型都是影響探測可靠性的因素。

(1)精確的定位孔。在基板上設定精確的定位孔，定位孔誤差應在±0.05mm以內(nèi)，至少設置兩個定位孔，且距離愈遠愈好。采用非金屬化的定位孔，以減少焊錫鍍層的增厚而不能達到公差要求。如基板是整片制造后再分開測試，則定位孔就必須設在主板及各單獨的基板上。 

(2)測試點的直徑不小于0.4mm，相鄰測試點的間距最好在2.54mm以上，不要小于1.27mm。

(3)在測試面不能放置高度超過64mm的元器件，過高的元器件將引起在線測試夾具探針對測試點的接觸不良。 

(4)最好將測試點放置在元器件周圍1.0mm以外，避免探針和元器件撞擊損傷。定位孔環(huán)狀周圍3.2mm以內(nèi)，不可有元器件或測試點。

(5)測試點不可設置在PCB邊緣5mm的范圍內(nèi)，這5mm的空間用以保證夾具夾持。通常在輸送帶式的生產(chǎn)設備與SMT設備中也要求有同樣的工藝。

(6)所有探測點最好鍍錫或選用質(zhì)地較軟、易貫穿、不易氧化的金屬傳導物，以保證可靠接觸，延長探針的使用壽命。

(7)測試點不可被阻焊劑或文字油墨覆蓋，否則將會縮小測試點的接觸面積，降低測試的可靠性。 

電氣設計的要求

(1)要求盡量將元件面的SMC/SMD的測試點通過過孔引到焊接面，過孔直徑應大于1mm。這樣可使在線測試采用單面針床來進行測試，從而降低了在線測試成本。

(2)每個電氣節(jié)點都必須有一個測試點，每個IC必須有POWER及GROUND的測試點，且盡可能接近此元器件，最好在距離IC 2.54mm范圍內(nèi)。

(3)在電路的走線上設置測試點時，可將其寬度放大到40mil寬。

(4)將測試點均衡地分布在印制電路板上。如果探針集中在某一區(qū)域時，較高的壓力會使待測板或針床變形，進一步造成部分探針不能接觸到測試點。

(5)電路板上的供電線路應分區(qū)域設置測試斷點，以便于電源去耦電容或電路板上的其它元器件出現(xiàn)對電源短路時，查找故障點更為快捷準確。設計斷點時，應考慮恢復測試斷點后的功率承載能力。 

　　圖7所示為測試點設計的一個示例。通過延伸線在元器件引線附近設置測試焊盤或利用過孔焊盤測試節(jié)點，測試節(jié)點嚴禁選在元器件的焊點上，這種測試可能使虛焊節(jié)點在探針壓力作用下擠壓到理想位置，從而使虛焊故障被掩蓋，發(fā)生所謂的“故障遮蔽效應”。由于探針因定位誤差引起的偏晃，可能使探針直接作用于元器件的端點或引腳上而造成元器件損壞。

 

八、結(jié)束語

　　PCB工藝設計在產(chǎn)品開發(fā)設計過程中雖不是最關(guān)鍵部分，但它對產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率等起著至關(guān)重要的作用。若設計不當，SMT根本無法實施或生產(chǎn)效率很低。因此，希望設計者務必注意本文所提出的幾個要求，使得設計的印制電路板達到性能最佳、質(zhì)量最優(yōu)。