摘　要：焊盤(pán)設計技術(shù)是表面組裝技術(shù)(smt)的關(guān)鍵。詳細分析了焊盤(pán)圖形設計中的關(guān)鍵技術(shù)，包括元器件選擇的原則、矩形無(wú)源元件、SOIC和PLCC及QFP器件的焊盤(pán)優(yōu)化設計。后提出了設計印制電路板時(shí)與焊盤(pán)相關(guān)的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：表面組裝技術(shù);焊盤(pán)技術(shù);印制電路板

1　引　言

表面組裝技術(shù)(smt)是一項復雜的系統工程，而smt設計技術(shù)則是各種smt支持技 術(shù)之間的橋梁和關(guān)鍵技術(shù)。smt設計技術(shù)由smt線(xiàn)路設計、工藝設計、設備運作設 計和檢測設計四部分組成。

smt焊盤(pán)圖形設計是印制線(xiàn)路板設計的關(guān)鍵部分，(南京smt)因為它確定了元器件在印制線(xiàn)路板上的 焊接位置，而且對焊點(diǎn)的可靠性、焊接過(guò)程中可能出現的焊接缺陷、可清洗性、可測試性和 檢修量等都有很大的影響。換句話(huà)說(shuō)，焊盤(pán)圖形的設計是決定表面組裝部件可制造性的關(guān)鍵 因素之一。

目前，表面組裝元器件SMC/SMD品種規格繁多，結構各異，生產(chǎn)廠(chǎng)家也多。實(shí)現同樣 功能的元件，其封裝形式可能有多種多樣;而對于某一給定的封裝類(lèi)型，其規格尺寸也存在 一定的差異。因此，建立統一的設計規范，對減少焊盤(pán)圖形設計時(shí)的復雜性和提高焊點(diǎn)可靠 性是大為有益的。

設計表面組裝焊盤(pán)圖形與元器件選擇和工藝方法兩項因素密切相關(guān)。因為，合理的焊盤(pán)圖形 要與元器件尺寸相匹配，可用于不同廠(chǎng)家稍有差異的元件，能適應各種不同工藝(如回流焊 和波峰焊)，大程度地滿(mǎn)足布局和布線(xiàn)的要求。

2　焊盤(pán)圖形設計中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1　選擇元器件的原則

選擇元器件時(shí)要根據系統和電路原理及組裝工藝的要求，在保證滿(mǎn)足元器件功能和性能的基 礎上，指定有限數目的供應商提供適合的元器件，以減小焊盤(pán)圖形設計必須提供的公差，減 小焊盤(pán)圖形設計的復雜程度。

2.2　矩形無(wú)源元件焊盤(pán)圖形設計

無(wú)源元件可用波峰焊、回流焊或其他工藝進(jìn)行焊接。由于各種焊接方法的工藝和熱分布存在 一定的差別，從優(yōu)化焊盤(pán)圖形的角度出發(fā)，不同工藝有不同大小的焊盤(pán)圖形，因為焊接過(guò)程 中元件容易發(fā)生移動(dòng)和直立。(南京smt)在波峰焊過(guò)程中，由于元件用黏合劑粘貼，故元件移動(dòng)問(wèn)題就 不突出了，為回流焊設計的佳焊盤(pán)圖形也適合于波峰焊。典型的矩形無(wú)源元件焊盤(pán)圖形為 長(cháng)方形，如圖1所示。

圖1　典型的矩形無(wú)源元件焊盤(pán)圖形

焊盤(pán)大小的計算公式為：

A=Wmax-K　(1)

貼裝電容器時(shí)：B=Hmax+Tmin-K　(2)

貼裝電阻時(shí)：B=Hmax+Tmin+K　(3)

G=Lmax-2Tmax-K　(4)

式中，K=0.25mm，W為元件寬度，H為元件厚度，T為元件端 焊頭寬度，L為元件 長(cháng)度。焊盤(pán)寬度(A)決定元件在涂敷焊膏/回流焊過(guò)程中的位置以及防止旋轉或偏移 ，一 般小于或等于元件寬度;焊盤(pán)長(cháng)度(B)決定焊料熔融時(shí)能否形成良好的彎月形輪廓焊 點(diǎn)，(南京smt)還得避免焊料產(chǎn)生橋接現象，焊接實(shí)踐證明，表面貼裝元器件的焊接可靠性主要取決于焊盤(pán) 長(cháng)度而不是寬度;焊盤(pán)間隔(G)控制元件在涂敷焊膏/回流焊過(guò)程中的水平移動(dòng)。

由于元件的公差較大，好以小或大元件外形參數來(lái)計算焊盤(pán)外形參數。而矩形電阻器 的厚度約為電容器厚度的一半，故在焊盤(pán)長(cháng)度的設計上應有所不同，否則電阻器會(huì )發(fā)生移位 。

2.3　SOIC和PLCC焊盤(pán)圖形設計

以往SOIC、PLCC及QFP元件的焊盤(pán)圖形均是長(cháng)方形，由于印制電路生產(chǎn)方面的原 因，使用橢圓形焊盤(pán)更有益處。其主要原因是：①改進(jìn)印制板表面錫/鉛焊料鍍層的平坦度 和厚度;②減少離子污染引起的邊角處樹(shù)突性增長(cháng)造成的高電阻通路;③焊盤(pán)間線(xiàn)路布線(xiàn)會(huì ) 更緊密。

對于1.27mm引腳中心距的SOIC/SOJ和PLCC封裝器件，焊盤(pán)寬度與焊盤(pán) 間 距的比例有7∶3、6∶4和5∶5三種。一種焊盤(pán)間距小，中間不能走線(xiàn)，三 種焊 盤(pán)寬度小，容易造成移位，影響焊點(diǎn)質(zhì)量，二種合適。這種焊盤(pán)寬度為0.76m m 、焊盤(pán)間距為0.51mm、焊盤(pán)間可以走一根0.15mm連線(xiàn)的設計已廣泛應用于 高性能產(chǎn)品中。焊盤(pán)長(cháng)度標準為1.9mm。

SOIC的引腳形狀為鷗翼形，SOJ、PLCC封裝器件引腳為“J”形，如圖2所示。

圖2　PLCC和SOIC器件引腳焊點(diǎn)輪廓

由于鷗翼形引線(xiàn)比J形引線(xiàn)柔性好，且SOIC器件外形比PLCC外形尺寸小得多，因此 焊點(diǎn)上產(chǎn)生的應力小，可靠性問(wèn)題相對小些。PLCC的焊點(diǎn)輪廓主要形成在器件引腳外側 ，而鷗翼形引腳的焊點(diǎn)輪廓主要在引腳內側，則焊盤(pán)長(cháng)度和焊盤(pán)圖形中相對焊盤(pán)間的間距大 小的設計方法就有所區別，“J”型引線(xiàn)與焊盤(pán)的相切點(diǎn)應向內移至焊盤(pán)的1/3處， 是至關(guān)重要的。

2.4　QFP焊盤(pán)圖形設計

QFP器件的引腳也為鷗翼形，因而焊盤(pán)圖形所要考慮的問(wèn)題基本與SOIC相同，但它的 引腳中心距比SOIC的小，常用的幾種中心距有1.0mm、0.8mm、0.65mm和0.5mm等。

QFP焊盤(pán)尺寸沒(méi)有標準計算公式，引腳間距又很密，所以QFP焊盤(pán)圖形的合理設計較困 難，在設計中要注意以下幾點(diǎn)：

a)焊盤(pán)長(cháng)度決定焊點(diǎn)可靠性。如圖3所示，焊盤(pán)長(cháng)度與器件可焊引腳大長(cháng)度之間應保持 一個(gè)適當比例，一般在2.5∶1～3∶1左右，這樣，焊盤(pán)上的引腳前后端 都有過(guò)盈的焊盤(pán)(b1，b2)，使焊料在熔化后能形成有效的彎月面，以增強焊接強度。 此外，過(guò)盈端還可以讓過(guò)量的焊料有一個(gè)“溢料區”，減少橋接。

b)焊盤(pán)寬度一般為引腳中心距的55%左右。

圖3　QFP器件焊盤(pán)設計示意圖

c)確定了焊盤(pán)長(cháng)度和焊盤(pán)寬度后，就可計算出焊盤(pán)圖形中焊盤(pán)間相對距離及焊盤(pán)圖形 的外形尺寸。即：

LA或LB=Dmin+2b2　(5)

△LA=(LA-△x)/2-L　(6)

△LB=(LB-△y)/2-L　(7)

式中，D為元件外形尺寸，m為器件可焊引腳長(cháng)度，b1為器件內側焊盤(pán)過(guò)盈 長(cháng)度，b2為器件外側焊盤(pán)過(guò)盈長(cháng)度。

d)對于多引腳細間距的QFP器件，焊盤(pán)的中心距必須與QFP引腳的中心距一致，此外 還應保證焊盤(pán)總體的累積誤差應在±0.0127mm范圍內。這是由于在用計算機排版 時(shí)若是以英制單位來(lái)計算時(shí)與公有制單位有一個(gè)精度差異，(南京smt)因此相鄰焊盤(pán)中心距就比相鄰引 腳中心距大，造成一條引腳與一個(gè)焊盤(pán)對齊時(shí)后一個(gè)焊盤(pán)已落在后一條引腳之外的 現象。

3　設計印制電路板時(shí)與焊盤(pán)相關(guān)的問(wèn)題

自行設計焊盤(pán)時(shí)，對稱(chēng)使用的焊盤(pán)(如片狀電阻、電容、 SOIC、QFP等)在設計時(shí)應嚴格保持其全面的對稱(chēng)性，即焊盤(pán)圖形的形狀尺寸應完全 一致，以及圖形所處的位置應完全對稱(chēng)。

設計焊盤(pán)圖形時(shí)好以CAD系統中的焊盤(pán)和線(xiàn)條為元素來(lái)設計，以便今后可再編輯。

焊盤(pán)內不允許印有字符和圖形標志，標志符號離焊盤(pán)邊緣距離應大于0.5　mm。凡無(wú)外 引腳的器件焊盤(pán)，其焊盤(pán)之間不允許有通孔，以保證清洗質(zhì)量。

兩個(gè)元件之間不應使用單個(gè)大焊盤(pán)，避免錫量過(guò)多，熔融后拉力大，將元件拉到一側。如圖 4所示。

圖4　使用一個(gè)大焊盤(pán)的失誤

對于引腳中心距為0.65　mm及其以下的細間距元件，應在焊盤(pán)圖形的對角線(xiàn)上，增設 兩個(gè)對稱(chēng)的裸銅基準標志，用于光學(xué)定位，提高貼片精度。

應正確標注每個(gè)元器件所有引腳的順序號，以避免布線(xiàn)時(shí)引腳混淆。

4　結束語(yǔ)

smt焊盤(pán)設計是表面組裝器件制造中的關(guān)鍵技術(shù)，但其中的設計問(wèn)題容易被忽視。應正確 選擇適合的元器件，優(yōu)化設計各種元器件的焊盤(pán)圖形設計，使得設計的印制線(xiàn)路板達到性能 佳、質(zhì)量?jì)?yōu)。

來(lái)源：SMT焊盤(pán)設計中的關(guān)鍵技術(shù)