SMT工艺设计规范.doc

SMT工艺设计规范目录前言 .31 范围 .42 定义 .4 3 贴片机参数 .4 4 PCB设计 .5 4.1 PCB尺寸设计 .5 4.2 PCB元件布局 5 4.3 PCB拼板设计 .6 4.4 PCB定位孔设计 .7 4.5 PCB焊盘设计 .7 4.6 PCB丝印设计 .9 4.7 PCB的MARK点设计 . .10 4.8 双面PCB的设计 .10 4.9 PCB坐标电子档输出要求 .11 5 钢网设计.12 5.1 钢网外框尺寸 .12 5.2 钢网的厚度设计 125.3 烧结模块的钢网布局 135.4 钢网的网孔形状 . .136 元器件明细表输出要求 13 7 元器件封装标注 14 8 元器件包装选择 .15 9 元器件的耐温性及引脚镀层 . .15前 言 本标准是根据公司SMT生产线现有生产条件（工装、设备）而编制的，编写本规范的目的是使设计人员在进行PCB设计时，充分考虑到产品的生产条件，使设计出来的产品满足可生产性要求，从而快速投放市场，满足市场及客户的需要。 本标准（Q/JX A07-006）是04ME-03-3007SMT工艺设计规范的修订版。本标准（Q/JX A07-006）代替04ME-03-3007SMT工艺设计规范。Q/JX A07-006与04ME-03-3007SMT工艺设计规范比较，主要修订内容如下： a) 本标准的文件编号由“04ME-03-3007”改为“Q/JX A07-006”。 b) 增加了无铅焊接内容。 c) 增加第三种钢网标准。 d) 增加了正规的元器件明细表样板。 e) 修改了MARK点的设计要求，增加了钢网的MARK点设计要求。 本标准中提到的MARK点设计，拼板设计，定位孔设计，丝印设计以及元器件的封装标注，包装形式等，在业界还有通用标准，设计人员应遵照执行。 然而，社会在发展，公司在发展，SMT工艺水平也会随之而更新和改善，适当时候本规范也会相应更新，我们不应放过任何一个改善和提高的机会。本规范中出现的疏漏和不足，请大家提出宝贵意见。 本标准由制造中心生技部提出并归口。 本标准主要起草人：陈亚平。 本标准首次发布时间：2004年11月。本标准首次修订时间：2007年5月。SMT工艺设计规范1 范围为了满足SMT工艺要求，本标准对PCB设计、钢网设计、元器件明细表、设计输出、元器件的封装及包装选择等进行了规范。本标准适用于SMT加工工艺的PCB设计，钢网设计、元器件明细表的编制，采购部门对元器件包装的选择。2 定义SMT：Surface Mount Technology的缩写，通常解释为表面贴装技术，是当今流行的电子组装技术，主要包括：表面贴装元件、表面贴装设备和表面贴装工艺。MARK：是一组用于PCB贴片定位的独立标准焊盘，因其制作时与元件焊盘一起制作，可保持与元件焊盘的位移一致性，印锡膏、机器贴片和自动元件检查时可通过识别该记号而修正元件的坐标位置，从而减少粗略的PCB机械定位带来的位置偏差。QFP：Quad Flat Package的缩写，指两边或四边引脚向外伸展的精密间距IC。贴片时需为该器件设计专用的元件MARK点。BGA：Ball Grid Array的缩写，指底部带有球形引脚阵列的精密间距IC，公司已经引进专门处理该类器件的返修设备，但尚缺乏内部焊点的检查设备。贴片时需为该器件设计专用的元件MARK点。PLCC：Plastic Leaded Chip Carrier的缩写，指两边或四边引脚内嵌的精密间距IC。贴片时需为该器件设计专门的元件MARK点。3 贴片机参数 本公司目前SMT生产线的贴片机参数如下：l 可处理的PCB板：L460W400 - L50W30（mm）l 可处理元件大小：1005（英制0402）3232（mm ）（包括SOP, SOJ, PLCC，QFP）l 最小脚距0.3mml 可处理元件高度：最大6.5mml 可放置供料器数量（Tape）：机器最多摆放100种8mm载带包装的最小尺寸物料，大尺寸物料加入后，综合起来一般只能放75种物料，研发人员尽量控制单板的贴片元器件种类，超过75种的时候应考虑和并相似种类元件或分成两块PCB布放。l PCB固定方式：边定位注意：超出以上尺寸的元器件都是不能进行机器贴片的，包括耐温不能满足230的元器件，设计人员应预先知会SMT工艺人员，以便提前准备。4 PCB设计4.1 PCB尺寸设计 因为机器的限制，PCB的长宽尺寸目前必须在L460W400 - L50W30（mm）之间，否则将无法生产，厚度必在0.5-4mm之间。如果能将PCB分成一个一个系列，一个系列一个固定的尺寸，这样将提高生产线上测试和装配夹具的通用性，带来方便。4.2 PCB元件布局4.2.1 从装配角度来看，元件通常按四个角度的方式摆放，即：00、900、1800、2700，如图1所示，不提倡450角度等非垂直角度摆放。 00 900 1800 2700 图1 元件的4种常规摆放方向 图2为各种元件的00时的摆放情形，其他角度可依此类推，以便输出标准统一的元件角度坐标。 小型晶体管，大型放大管（00） 钽电容（00） 十字型放大管（00） 电位器（00） 铝电解电容（00） IC（00） 文字方向 MELF二极管（00） 电阻、电容、电感（00） 其他元件（00）图2 各种元件的00摆放图4.2.2 QFP、PLCC、BGA等精密脚距及功分器等大尺寸，吸热量大的元件一般排放在PCB的中间位置，而且周围需要留有5mm以上的维修的空间，布有BGA芯片的PCB要求翘曲度0.5%。4.2.3 PCB四周距板边5mm的范围内不能布放元件及元件焊盘、金属屏蔽框和MARK点，因为贴片机是边定位，板边必须留有余地以便机器定位。如果电气和结构上强烈需要元件靠边布放，则需在PCB的长边设计可分离的5mm宽的工艺边（见图3），工艺边与PCB之间采用1/3的V-CUT连接，待贴片完成后分离掉（参考后续的“4.3 PCB拼板设计”）。5mm宽的工艺边 贴片完成后去除 图3 3mm宽的工艺边设计 图4 元件体比焊盘大时，预留的装配空间不够4.2.4 元件布放必须充分考虑元件体的尺寸，在很多情况下元件体比焊盘要大，如果不考虑到元件体的实际大小，会出现元件装配时挤在一起的情况，如图4所示。4.2.5 需侧面包边屏蔽的多层高频PCB板，必须设计额外的5mm工艺边，此时一般采用邮票孔来连接PCB与工艺边，每个连接处间隔不能大于8mm，以便提供足够的连接强度。由于独立的包边层容易脱落，应考虑尽量将包边与PCB正反两面的接地层联在一起，加强附着强度。如图5所示。 图5 侧面屏蔽包边时的工艺边设计4.3 PCB拼板设计 对于尺寸小于5050mm的PCB，可以设计成拼板，对于整机中成偶数量使用的PCB，则必须按整机用量的偶数倍设计拼接，如图6所示。但拼板后的总尺寸又不能超出L460W400mm的范围(包括附加的工艺边)，各小拼板的方向尽量保持一致，并维持长边在PCB的流向方向，丝印文字正对人眼。各拼板之间采用V-CUT半切口连接，如图7所示。即两面各切入1/3的深度，中间保留1/3的板厚，可用手工很方便的分离。 在电路设计中可直接将PCB实体拷贝拼接在一起，板间留0.3mm的余量用于切口，但注意应将完全靠边的铜箔线路从板边往内收缩至少0.75mm，避免PCB切口加工时刀具伤及铜箔线路。采用V-CUT拼板的PCB厚度一般不超过3.5mm。5mm5mm 图6 拼板方式 图7 V-CUT的半切口连接图 图8 PCB四角的标准定位孔4.4 PCB定位孔设计 对于边定位的贴片机，定位孔已经不再使用，但丝印锡膏还需使用至少4个定位孔来将PCB固定，定位孔的尺寸选用标准的2.5、3、4、5四个系列，优先位置是设计在离板边各5mm的四个角的位置上，当因电路布局而影响定位孔的布置时，可适当沿PCB长边方向平行移动定位孔的位置，但原则是4个孔之间尽量拉开，以便更好的固定PCB，如图8所示。如果板内已经没有空位设计定位孔，则需设计5mm宽的工艺边来安放定位孔。4.5 PCB焊盘设计 焊盘设计总的规则是元件的焊盘投影必须落在PCB焊盘之内，且周围留有一定的剩余面积以利形成带弧度的焊接表面，焊盘设计应对称，双端元件两个焊盘尺寸一致。优先选用圆形和椭圆形的焊盘，有助于焊锡的固化结晶。各类型元件的焊盘具体尺寸见图9、表1及图10、图11、图12。LWD 1）焊盘长度L元件焊盘长度元件焊盘高度0.25 （mm） 2）焊盘宽度W=元件宽度0.25 （mm） 3）焊盘间距D=元件焊盘间距0.25（mm）4）具体尺寸见表1 图9 矩形、圆柱形片状元件的焊盘设计 表1 普通片状元件的焊盘设计尺寸备查表元件种类英制标称公制标称实例焊盘设计（单位mm）备注LWD电阻040210050.50.60.5厚度0.5060316081.01.00.7080520121.31.50.8120632161.51.81.8121032251.52.72.0181245321.83.32.4181546382.04.02.4电容实心电感040210050.50.60.5厚度0.5060316081.01.00.7080520121.31.50.8120632161.61.81.6磁珠L4.6*W1.53A / 6A2.21.63.2厚度1.5空心电感贴片绕线电感0603L1.7*W1.00.61.00.9焊盘朝下0805L2.3*W1.622NH1.01.50.91210（1206）L3.4*W2.868NH1.02.71.8钽电容AL3.2*W1.61.31.51.2BL3.5*W2.82.2uF/35V2.01.81.3CL6.0*W3.210 uF/25V2.32.33.1DL7.2*W4.210 uF/50V3.33.34.1二极管MELFL3.4*D1.4RLZTE-115.1B1.81.52.6 焊盘从引脚弯折处开始，到元件脚边缘结束，四周再向外延伸0.3mm。图10 晶体管焊盘设计 1） 焊盘从元件脚弯折处开始，到元件脚边沿结束，四周再向外延伸0.3mm。 2）采用椭圆形焊盘有助于形成光滑的焊接表面。图11 普通集成电路芯片焊盘设计1- 2mm由于芯片引脚的间距很小，小于0.5mm，因此焊盘一般设计成与芯片引脚同宽，不再向两侧扩展，此时应将焊盘径向向外延伸1-2mm，倒装的PLCC及SOJ芯片都应考虑延长焊盘图12 精密间距芯片的焊盘设计 大面积接地块上设计焊盘时，一般采用细的十字形导线将焊盘引出，减少焊接时的温度损耗，连接导线长度大于0.5mm，宽度小于0.4mm。个别元件金属外壳需大面积直接接地时，一般将整个焊盘分割成格状，焊盘最大55mm，通孔分布在网格上，这样既保证接地可靠，又防止了焊盘过孔漏锡（如AG603等放大管、3DB电桥等）。 图13 接地焊盘的十字形连接 图14 外壳接地的网状焊盘及通孔位置4.6 PCB丝印设计 丝印文字的方向尽量一致，空间不够时可用连线引出再标注丝印文字。二极管、钽电容等有极性的元件和集成电路等外观对称型元件要标明装配方向。见图15-图19。 图15 二极管用横杠标出负极 图16 钽电容用号标出正极图17 放大管用色点标明方向 图18 集成电路用色点或缺口标明方向 图19 QFP/PLCC元件用缺口 或色点标明方向注意事项：1）焊盘上不能设计丝印图框，不能设计过孔，以免引起虚焊；2）当需要在大面积裸露的铜箔上设计小面积焊盘时，焊盘四周要加丝印框；3）相邻而又短联的两焊盘之间要用阻焊层或丝印框隔开，以阻挡焊锡任意流动。4）元器件流水号应按元件在PCB上的实际位置的顺序依次编号，以方便查找。5) 丝印文字应放置在元件安装位置的旁边，避免装配后丝印被元件挡住。6）BGA丝印框应尽量与元件外尺寸同宽。4.7 PCB的MARK点设计 所有PCB都必须设计MARK点。贴片机能识别圆形、十字形、方形等裸铜、镀铅锡、镀金的MARK点，一般使用直径为0.5-3mm的圆形独立焊盘作为MARK点，MARK点外围必须是一个没有涂敷金属的环形区域，圆环区域还需覆盖绿油阻焊层，每板设计2个，成对角分布，但要避免中心对称，间隔尽量拉大，离四周板边距离不小于5mm，拼板时除每大板要设计2个MARK点外，每小板还要设计2个，如图20所示。对脚距小于0.5mm的精细间距IC还要设计独立的元件MARK点，以便实现精确贴片，如图21所示。 图20 PCB板的MARK点设计 图21 精细间距元件的MARK点设计4.8 双面PCB的设计 双面板的处理是先贴装和焊接其中的一面，再返回来贴装和焊接另一面，为方便第2面的处理，应注意的是：1） 尽量将重量大，体积大的一些元件集中布放到第二面（第2次焊接）。2） 重量轻，体积小的元件集中布放到第一面（第1次焊接），并在板四周至少留5mm的空余，中间留有至少4个直径5的空余地，留作顶针的位置。第一面所有小尺寸元件重量（A元件重量/引脚与焊盘接触面积）要求如下： 片式元件：A0.075g/mm2 翼形元件：A0.3g/mm2J形元件：A0.200g/mm2 面阵列元件：A0.300g/mm24.9 PCB坐标电子档输出的要求4.9.1 贴片机编程已经可以直接利用CAD的坐标数据，不需再次手工输入，但坐标文件必须是文本文件格式，栏数据之间以空格分隔，包含丝印号（Designator），X（Mid X），Y（Mid Y），R（Rotation）坐标，以及元件名称（Comment）这5个栏目，XY的单位为“mm”，小数点后保留两位有效数即可，R的单位为“度”。设计输出时需同时输出PCB的坐标文件电子档给相关编程部门，表2是PROTEL直接导出的坐标文件格式，即可作为贴片机编程坐标数据。表2 PROTLE导出的坐标文件格式（文本文件）Designator Footprint Mid X Mid Y Ref X Ref Y Pad X Pad Y TB Rotation CommentL22 0805 103.13mm -35.83mm 103.13mm -35.83mm 103.13mm -34.69mm T 270 22nHUI4 8132 -123.58mm -45.15mm-123.58mm -45.15mm -121.68mm-42.35mm T 180 8132UI3 8132 -123.36mm -26.06mm-123.36mm -26.06mm -121.46mm-23.26mm T 180 74HC04UI2 8132 -122.29mm 12.35mm-122.29mm 12.35mm -124.20mm 9.55mm T 0 LM258 4.9.2 贴片机的坐标系如图22所示，为简便统一，应将所有PCB的坐标原点定在PCB的左下角尖端位置，如图23所示。900YYRPcb板号：00-RSXX180000XOOX2700 图22 贴片机的坐标系 图23 以PCB的左下角为原点4.9.3 需要烧结到一块铜板上的两块或多块PCB在输出坐标文件时要放置在一个文件，输出一份坐标文件，板与板之间统一间隔6mm的距离，在X方向平行放置，由此要求这几块PCB板的丝印号不能重复，简单的做法是第2块板从100开始编号，第3块板从300开始。PCB群组的原点统一定在第1块板的左下角，共用1个原点。而各个PCB的名称及其他标志仍然使用各自的原来结果，设计及生产发料方面仍当做独立的不同的PCB对待不需要改动。如图24所示。00-5113B-5002PC00-5113B-5003PCC1C100PCB1PCB26mmO 图24 烧结类模块的坐标输出要求4.9.4 顶层及底层都装配元件的双面板要求元件号不能重复，顶层及底层元件统一编号。5 钢网设计5.1 钢网外框尺寸 由于锡膏印刷机的双斜刀结构，钢网框四周要留有一定的下刀余量，如图25所示。目前公司已经有420520（mm）、420665（mm）、735735mm三种固定的网框尺寸，因此设计钢网时应注意尺寸的选择。一般小PCB选用420520（mm）的外框尺寸，这也是公司钢网的默认尺寸，输出时不需标明尺寸，当焊盘的覆盖长度超过260（mm）时，就应选用420665（mm）的外框尺寸，在钢网图中必须明确标示。带有脚距小于0.5mm精密芯片或BGA的PCB板的钢网应设计成735735mm的大尺寸，边框厚度4040mm，钢网厚度0.12mm，采用激光刻孔，设计输出时在钢网图注明。有效网孔范围进刀余量进刀余量小钢网：260mm网框宽30mm 图25 钢网的有效网孔范围5.2 钢网的厚度设计 现钢网厚度为0.15mm，为公司所使用的钢网的默认厚度，印刷后的锡膏层厚度为：68mil，如要求更厚的锡膏层，应选用更厚的钢网，高密度PCB的钢网厚度为0.12mm。5.3 烧结模块的钢网布局为实现印刷锡膏夹具的通用性，钢网必须按一定的规范进行设计:两块PCB间固定距离6mm，PCB与铜板边缘间隔120mm，铜板下边缘与功放管下边沿间隔120mm，铜板、功放管底座、功放管引脚及大面积的接地焊盘的钢网孔应分成小格状，网状钢栅格条宽1mm，网孔边长5mm，螺丝孔要被钢片遮住，功放管的引脚的钢网孔与PCB其他元件钢网孔在一张钢网上，详细要求参考研发部输出的烧结PCB板设计规范5.4 钢网的网孔形状 钢网的网孔应优先选用圆形和椭圆形网孔，有铅焊接时0603、0805、1206、1810电阻、电容、电感的网孔面积缩小为焊盘面积的0.8倍，如图27所示。无铅焊接时采用网孔与焊盘1:1的比例。 图26 网孔缩小为焊盘面积的0.8 图27 大于180度的网孔分隔 内陷的多边形网孔应重新分割，避免出现内角大于180度的尖状突起，防止刷锡膏时刮刀将钢网掀起，如图28所示。元件MARK点的焊盘、PCB定位孔、PCB螺丝孔、通孔直插元件、测试点的孔位焊盘在钢网图中应删除，不留网孔，只保留贴片元件焊盘的网孔，所有PCB的整板的2个MARK点也必须保留在钢网图上。6 元器件明细表输出要求 SMT工艺对元器件明细表的要求如下，样本见表3： 1） 元件器明细表必须标明元件的封装形式；2） 通孔直插元件与SMT贴片元件应有区分；3） 双面板处于顶面、底面的元件应有区分标示；4） 要求特定供应商的元件应在备注栏注明；5） 调试元件或预留元件应元件描述栏用“*”号标明或在备注栏作标示；6） 明细表要有有效的版本号，钢网、PCB要有版本号。表3 元件明细表样板7 元器件封装标注7.1 片状电阻、电容、电感没有突出的引脚，元件体两端就是元件焊盘，元件近似长方体，元件的标称封装直接引用元件的长宽数据。英制的0201、0402、0603、0805、1206片状元件，相当于公制的0603、1005、1608、2012、3216（mm）元件，通常使用的都是英制标注。注意事项：目前使用空心绕线电感并不是标准的0603、0805或1206尺寸，而实际是0704、0906和1310的尺寸，在焊盘设计和封装标注时不能使用如标准电阻电容的焊盘，而应另行设计，请参看本规范的表1。7.2 钽电容分A、B、C、D、E五种封装，业内有标准的尺寸，供应商也会按标准标注。7.3 二极管目前有三种封装：MELF、引脚突出的长方体、无引脚的长方体。也需标注元件的尺寸。7.4 三极管已经有标准的系列封装，常见的用SOT23、SOT89、SOT143等表示元件的封装。7.5 IC的种类繁多，分SOP、SOJ、PLCC、QFP、BGA等，规范的封装标注应包括元件脚总数，元件长、宽、厚，脚距，如SOP40-2813P127T195，表示40脚的SOP元件，长28mm，宽13mm，厚1.95mm，脚距1.27mm。7.6 其他元件如按键、晶振、混频率器、滤波器等因形状各异而没有统一的封装标准。8 元器件包装选择8.1 贴片元件包装形式包括带装、管装、盘装、散装四种，带装是最常见的包装形式，容易处理，上料和贴装都比较方便，因此应为元件包装的首选，业界也已形成标准的8mm、12mm，16mm、24mm等带宽系列，一般大于24mm就考虑选用管装、盘装形式。8.2 管装供料器主要适用于长条形的IC器件、接插件，贴片时需用特殊的STICK供料器，目前公司虽配备1个这样的供料器，但最多也只能处理48个器件，加上贴装效率低，吸取问题多，应尽量避免采用。8.3 盘装供料器主要是针对大尺寸精密元件而设计的，特别是PLCC、QFP、BGA等器件，装料和贴装都比较麻烦，而且包装和运输过程中需注意直立放置（不能倾倒和翻转），密封防潮，防振动，防静电等 。9 元器件的耐温性及引脚镀层 虽然元件已经设计成贴片的形式了，那还不一定能过高温炉采用回流焊接，因为每个公司，每条贴片生产线可能使用了不同的锡膏，采用了不同的温度设置，不同的锡膏熔点从95到380度不等，相应的炉温设置也会有很大不同。此外，在选用元器件的时，应考虑元件引脚的镀层尽量与公司使用的焊料一致，因此应优先选用能适应现有工艺条件的元件（现京信公司的有铅回流焊最高温为230度实际板面温度，有铅焊料的合金结构为Sn63Pb37，无铅焊料选用Sn96.5Ag3Cu0.5的合金结构，最高温度达到245度），如果有不适应该温度条件或元件引脚镀层的元件，应事先通知工艺部门做好准备工作，并知会生产部门。相关参考文件： 02RD-03-306印制板制图；04RD-03-324RF四层印制板制设计规范05RD-03-308烧结类PCB设计规范；07RD-03-002功放PCB设计规范