许继集团工艺处 郭晓甫

1.概述

由于微电子技术的迅速发展，电子元个件和器个件的小型化和高密度安装已成为发展的必然趋势。目前，集成电路的引线距离最小的可达到0．127mm。这样高集成化、高密度的器件再采用传统的工艺安装和焊接几乎已径不再可能。从而，一场电子元器件的装联工艺技术革命就成为必然。表面安装器件(SMD，Surface Mounting Device)和表面安装工艺(SMT，Surface Mounting Technotogy)的出现，导致了印制电路板(PCB，Printed Circuit Board)装联革命。SMT组装工艺和组装设备

是产品生产的手段和工具，组装工艺的制定是依据产品设计中所选定材料的技术条什和组装没备的技术条件而制定的。在产品设计中充分地考虑生产工艺条件，把生产工艺融合到产品设计中，对产品质量、提高生产效率、降低生产成本都有着很重要的作用。同时，SMT已将当代电子技术领域所广泛使用的计算机辅助设计CAD和计算机辅助制造CAM有机地结合在了一起。

SMT生产线的一般构成包括如下设备：装料机、焊膏印刷机、贴片机、自动检测装置、气相再流焊机、在线检测装置和卸料机。SMT的工艺过程为：由上料机将PCB装在生产线上，输送到焊膏印刷机上后，按已经编好的程序和预制的检板，将焊膏(同时含有粘接剂、助焊剂和焊料)刷在PCB上。进入贴片机后，按照设计要求由机械手自动地将所需的元器件放置在指定位置。由于焊膏中含有贴接剂，元器件可暂时定位、固定。自动检测装置对元器件的安装进行检验。进入气相再流焊机时，先预热，再逐步升温至焊接温度，经保温后，元器件的焊接任务也就完成。经过在线检测合格后，由卸料机将已装联好元器件的PCB板卸下，从此完成了全部的PCB装联工作。

SMT的特点：

a)简化传统PCB装联工艺；

b)免清洗；

c)可靠性高；

d)减少人为因素影响。

2．SMT对PCB设计的要求

由于SMT的特殊性，传统的PCB设计方法也应针对其特点作一些改变。

2.1网络尺寸

PCB设计中的网络距应采用2．54mm(用于英制器件)或者2．5mm(用于公制器件)，以及它们的倍份数值。如：2．54mm的倍份数值为1．27、0．635……，2．5的倍数值为1．25、0．625……。

2．2布线区域

印制电路板的布线区域主要取决于以下各因素：

a)元器件选型及其接脚。选性价比高的元器件是保证系统性能和经济指标的首要条件。但相同型号、相同性能的元件，又有不同的封装形式和包装形式，而SMT生产线设备的技术性能恰好又对元器件的这些形式作出了一些限制，故了解和掌握承担产品生产的SMT生产线的技术条件对SMT产品设计中元器件的选择及PCB的设计优化很重要；

b)元器件形状、尺寸及间距。产品设计时考虑此项因素既能更好地利用现有设备，如贴片机、焊接检测设备等，同时为元器件的合理布局(如对电气性能、生产工艺的考虑等)提供依据，往往因设计而引起的质量问题而在产品生产中很难得以克服；

c)连通元器件的布线通道及布线设计。线宽不宜选得太细，在布线密度允许的条件下，应将连线设计得尽量宽，以保证机械强度、高可靠性及方便制造；

d)装联要求及导轨槽尺寸。元器件的排列方向与顺序，对再流焊的焊接质量有着直接的影响，一个好的布局设计，除了要考虑热容量的均匀设计外，另一点要考虑元器件的排列方向与顺序。当导轨槽用于接地线或供电线时，与它们没有电气联系的印制板最外边缘的导电图形应与导轨槽外缘保持有2．5mm以上的距离；

e)安装空间要求及制造要求。为防止印制板加工时触及印制导线造成层间短路，内层和外层最外边缘的导电图形距离印制板边缘应大于1．25mm。当印制板外层的边缘布设接地线时，接地线可以占据边缘位置。对因结构要求已占据的印制板板面位置，不能再布设元器件和印制导线。

2．3 布线要求

由于SMT提高了PCB上的组装密度，在通过CAD系统进行布线设计时，线宽和线间距、线与过孔、线与焊盘、过孔与过孔、线与穿孔焊盘等间的距离都要考虑好。当元器件尺寸较大、布线密度较蔬盹，应适当加大印制导线宽度及其间距，并尽可能把空余的区域合理地设置接地线和电源线。一般来说，功率(电流)回路的线宽、间距应大于信号(电压)回路；模似回路的电线宽、间距应大于数字回路。

对于多层印制板，当内层不需电镀时，则内层线路应多于外层且采用较细的线条布线：在双层或多层印制板中，相邻两层的印制导线走向宜相互垂直、斜交，应尽量避免平行走向以减少电磁干扰；印制板上同时布设模拟电路和数字电路时，宜将它们的地线系统分开，电源系统分开；高速数字电路的输入端和输出端的印制导线，也应避免平行布线，必要时，其间应加设地线，同时数字信号线应靠近地线布设，以减小干扰；模似电路输入线应加设保护环，以减小信号线与地线之间的电容。

印制电路上装有高压或大功率器件时，应尽量和低压小功率器件分开，并要确保其连接设计的合理、可靠。

大面积导线(如电源或接地区域)，应在局部开设窗口(见图1)。

印制导线的设计原则是：

a)最短走线原则；

b)尽量少通过焊盘；

c)避免尖角设计；

d)均匀、对称的设计；

e)充分合理地利用空间。

2．4元器件布置

贴装元器件的线脚间距应与元器件尺寸一致以保证贴装后焊脚尺寸与之吻合。元器件的布置应尽可能均匀分布，以避免相互干扰(见图2)。

 

SMD不应跨越插装元件(见图3)。

 

元件的极性排列应尽量一致(见图4)。

 

另外，大功率元件附近应避开热敏元件，并与其它元件留有足够的距离；较重的元器件应安排在印制板的支撑点附近，以减小印制板变形；元器件排列应有利于空气的流通。

元器件位置的改动，特别是多层板上的元器件位置的任何改动，都应经认真分析和试验，以免造成错误的布线。

2．5 焊盘设计及印字符号

最小焊盘及中继孔焊盘的边缘尺寸应为127DLm(见图5a)，焊盘与导线的交接处应锒边，锒边形式见图5b。阻焊膜孔应稍大于焊盘。

丝网漏印的元件符号位置应避免元件贴装或插装后遮盖符号，以便识别(见图6)。

 

焊盘设计的对比例子见图7。

 

另外，焊盘应设置钻孔的导向点，导向点应与焊盘同心并小于钻孔尺寸。

2．6 基准点

SMT所用印制板应设计和制作基准作为定位点和公共测量点，以便印制板的层间定位和元件定位。但基准点的设置既不能覆盖阻焊膜，也不能接近布线。印制板的基准点最好在板的边缘，一般为2-3个(见图8)；元器件的基准点可设置在元器件的布置区域内或在区域外的边缘处，一般为1-3个(见图9)，可根据需要设置。

 

推荐的定位标记图形见图10。

 

3．结束语

一项新技术的出现需要许多领域和环节的协调和配合，特别是在当今电子组装领域里，电子产品正朝着超薄、超小、超轻、高密度组装方向发展，使今天的设计人员已不能仅满足于对你所设计的电路、系统的请悉，还要要求你了解你所设计的产品将怎样去制造，了解产品制造的主要工艺环节。只有这样才能使新开发的产品具有较短的制造周期，具有较低的制造成本，具有较强的市场竞争能力，才能产生较好的经济效益和社会效益。本文谈及到的是其中的一些实例，希望本文能起到抛砖引玉的作用，使产品设计人员在产品设计中得到一些启示