从焊接角度谈画PCB图时应注意的问题

发布时间:2025-01-10 18:11:48  

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随着电子技术的飞速发展,电子元器件的小型化、微型化、BGA、间距为0.3~0.5mm高密度的芯片越来越普遍,对电子焊接技术的要求也就越来越高。 现在有了更精密的贴片机可以代替 人工焊接,但影响焊接质量的因素太多。 本文将从贴片焊接的角度,介绍了几点PCB设计时需要注意的要点, 根据经验,如果未按照这些要求,很有可能造成焊接质量不高,虚焊和甚至在返修PCB 的时候损坏焊盘或电路板。


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一、影响PCB焊接质量的因素

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从PCB设计到所有元件焊接完成为一个质量很高的电路板,需要PCB设计工程师乃至焊接工艺、焊接工人的水平等诸多环节都有着严格的把控。主要有以下因素:PCB图、电路板的质量、 器件的质量、器件管脚的氧化程度、锡膏的质量、锡膏的印刷质量、贴片机的程序编制的精确程度、贴片机的贴装质量、回流焊炉的温度曲线的设定等等因素。 焊接厂本身无法逾越的 环节就是PCB画图的环节。 由于做电路设计的人往往不焊电路板从而无法获得直接的焊接经验,不知道影响焊接的各种因素;而焊接厂的工人不懂画板,他们只管完成生产任务,没有心思、更没有 能力分析造成不良焊接的原因。 由于这两方面的人才各司其职,难以有机结合。


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二、画PCB图时的建议

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下面就PCB画图的环节给画PCB图的设计布线工程师们提出一些建议,希望在画图的过程中能避免出现影响焊接质量的各种不良画法。将主要以图文的形式介绍。
1、关于定位孔:PCB板的四角要留四个孔(最小孔径 2.5mm),用于印刷锡膏时定位电路板。要求X轴或Y轴方向圆心在同一轴线上,如下图:
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2、关于Mark点: 用于贴片机定位。 PCB板上要标注Mark点,具体位置: 在板的斜对角,可以是圆形,或方形的焊盘,不要跟其它器件的焊盘混在一起。 如果双面有器件,双面都要标注。
设计PCB时,请注意以下几点:
a、Mark点的形状如以下图案。(上下对称或左右对称)
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b、A的尺寸为2.0mm。
c、从Mark点的外缘离2.0mm的范围内,不应有可能引起错误的识别的形状和颜色变化。(焊盘、焊膏)
d、Mark点的颜色要和周围PCB的颜色有明暗差异。
e、为了确保识别精度,Mark点的表面上电镀铜或锡来防止表面反射。对形状只有线条的标记,光点不能识别。
3、关于留5mm边: 画PCB时,在长边方向要留不少于3mm的边用于贴片机运送电路板,此范围内贴片机无法贴装器件。 此范围内不要放置贴片器件。 如图:
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双面有器件的电路板应考虑到第二次过回流时会把已焊好的一面靠边的器件蹭掉,严重时会蹭掉焊盘、毁坏电路板。如下图所示:
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所以建议芯片少的一面(一般为Bottom面)的长边离边5mm范围内不要放置贴片器件。如果确实由于电路板面积受限,可以在长边加工艺边,参见本文17条“关于拼板的建议及加工艺边”。
4、不要直接在焊盘上过孔:直接在焊盘上过孔的缺陷是在过回流时锡膏熔化后流到过孔内,造成器件焊盘缺锡,从而形成虚焊。如图:
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5、关于二极管、钽电容的极性标注: 二极管、钽电容的极性标注应符合行规,以免工人凭经验焊错方向。 如图:
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6、关于丝印和标识: 请将器件型号隐藏。 尤其是器件密度高的电路板。 否则,眼花缭乱影响找到焊接位置。 如下图:
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也不要只标型号,不标标号。 如下图所示,造成贴片机编程时无法进行。
丝印字符的字号不应太小,以至于看不清。字符放置位置应错开过孔,以免误读。
7、关于IC焊盘应延长:SOP、PLCC、QFP等封装的IC画PCB时应延长焊盘,PCB上焊盘长度=IC脚部长度×1.5为适宜,这样便于手工用烙铁焊接时,芯片管脚与PCB焊盘、锡三者 熔为一体。 如图:
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8、关于IC焊盘的宽度:SOP、PLCC、QFP等封装的IC,画PCB时应注意焊盘的宽度,PCB上焊盘a的宽度=IC脚部宽度(即:datasheet中的Nom.值),请不要增宽,保证b(即两焊盘间)有足够 的宽度,以免造成连焊。 如图:
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9、放置器件不要旋转任意角度:由于贴片机无法旋转任意角度,只能旋转90℃、180℃、270℃、360℃。如下图B 旋转了1℃,贴片机贴装后器件管脚与电路板上的焊盘就会错开1℃的角度,从 而影响焊接质量。
10、相邻管脚短接时应注意的问题:下图a的短接方法不利于工人识别该管脚是否应该相连,且焊接后不美观。如果画图时按图b、图c的方法短接并加上阻焊,焊接出来的效果就不一样:只要 保证每个管脚都不相连,该芯片就无短路现象,而且外观也美观。
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11、关于芯片底下中间有焊盘的问题:芯片底下中间有焊盘的芯片,画图时如果按芯片的封装图画中间的焊盘,就容易引起短路现象。建议将中间的焊盘缩小,使它与周围管脚焊盘之间的距离 增大,从而减少短路的机会。 如下图:
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12、厚度较高的两个器件不要紧密排在一起:如下图所示,这样布板会造成贴片机贴装第二个器件时碰到前面已贴的器件,机器会检测到危险,造成机器自动断电。
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13、关于BGA:由于BGA封装比较特殊,其焊盘都在芯片底下,外面看不到焊接效果。为了返修方便,建议在PCB板上打两个 Hole Size:30mil 的定位孔,以便返修时定位(用来刮锡膏的)钢 网。
温馨提示:定位孔的大小不宜过大或过小,要使针插入后不掉、不晃动、插入时稍微有点紧为宜,否则定位不准。 而且建议BGA周围一定的范围内要留出空地别放置器件,以便返修时能放得下网板刮锡膏。
14、关于PCB板的颜色:建议不要做成红色。因为红色电路板在贴片机的摄像机的红色光源下呈白色,无法进行编程,不便于贴片机进行焊接。
15、关于大器件下面的小器件:有的人喜欢将小的器件排在同一层的大器件底下,比如:数码管底下有电阻。如此排版会给返修造成困难,返修时必须先拆数码管,还有可能造成数码管损坏。 建议将数码管底下的电阻排到Bottom面。
16、关于覆铜与焊盘相连影响熔锡: 由于覆铜会吸收大量热量,造成焊锡难以充分熔化,从而形成虚焊。 如图所示:
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图a中器件焊盘直接与覆铜相连;图b中50Pins连接器虽然没直接与覆铜相连,但由于四层板的中间两层为大面积覆铜,所以图a、图b都会因为覆铜吸收大量热量而造成锡膏不能充分熔化。 图b中 50Pins连接器的本体是不耐高温的塑料,若温度设定高了,连接器的本体会熔化或变形,若温度设定低了,覆铜吸收大量热量而造成锡膏不能充分熔化。因此,建议焊盘与大面积覆铜隔离。如图所 示:
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17、关于拼板的建议及加工艺边:
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附录:BGA焊接问题

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BGA是一种芯片封装的类型,英文 (Ball Grid Array)的简称,封装引脚为球状栅格阵列在封装底部,引脚都成球状并排列成一个类似于格子的图案,由此命名为BGA。
主板控制芯片诸多采用此类封装技术,采用BGA技术封装的内存,可以使其在体积不变的情况下,容量提高2-3倍,BGA与TSOP相比,体积更小、散热和电性能更好。


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BGA封装焊盘走线设计

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1、 BGA焊盘间走线
设计时,当BGA焊盘间距小于10mil,两个BGA焊盘中间不可走线,因为走线的线宽间距都超出生产的工艺能力,除非减小BGA焊盘,在制作生产稿时保证其间距足够,但当焊盘被削成异形后,可能导致焊接位置不准确。
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2、 盘中孔树脂塞孔电镀填平
当BGA封装的焊盘间距小而无法出线时,需设计盘中孔,将孔打在焊盘上面,从内层走线或底层走线,这时的盘中孔需要树脂塞孔电镀填平,如果盘中孔不采取树脂塞孔工艺,焊接时会导致焊接不良,因为焊盘中间有孔焊接面积少,并且孔内还会漏锡。
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3、 BGA区域过孔塞孔
BGA焊盘区域的过孔一般都需要塞孔,而样板考虑到成本以及生产难易度,基本过孔都是盖油,塞孔方式选择的是油墨塞孔,塞孔的好处是防止孔内有异物或保护过孔的使用寿命,再者是在SMT贴片过回流焊时,过孔冒锡会造成另一面开短路。
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4、 盘中孔、HDI设计
引脚间距较小的BGA芯片,当超出工艺制成引脚焊盘无法出线时,建议直接设计盘中孔,例如手机板的BGA芯片比较小,且引脚多,引脚的间距小到无法从引脚中间走线,就只能采取HDI盲埋孔布线方式设计PCB,在BGA焊盘上面打盘中孔,内层打埋孔,在内层布线导通。
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BGA焊接工艺

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1、 印刷锡高
焊膏印刷的目的,是将适量的锡膏均匀施加在PCB焊盘上,以保证贴片元器件与PCB相对应的焊盘再回流焊接时,达到良好的电气连接,并具有足够的机械强度,印刷锡膏需要制作钢网,锡膏通过各焊盘在钢网上对应的开孔,在刮刀的作用下,将锡均匀的涂覆在各焊盘上,以达到良好焊接的目前。
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2、 器件放置
器件放置就是贴片,用贴装机将片式元器件,准确的贴装到印好锡膏或贴片胶的PCB表面相应的位置,高速贴片机,适用于贴装小型大量的组件,如电容,电阻等,也可贴装一些IC组件;泛用贴片机,适用于贴装异性或精密度高的组件,如QFP,BGA,SOT,SOP,PLCC等。
文章来源于:PCB电路板之家    原文链接
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