一、概述

    采用smt技術設計的印制板具有集成度高、電氣特性優(yōu)、可靠性高和便于規(guī)模生產(chǎn)等特性，是THT無可比比擬的。隨著smt技術的發(fā)展，電子產(chǎn)品的更新和換代速度也很快，因此越來越多的企業(yè)在開發(fā)新產(chǎn)品中逐步加大了采用smt生產(chǎn)技術的力度。

    在保證smt印制板的生產(chǎn)質(zhì)量的過程中，設計質(zhì)量是質(zhì)量保證的前提和條件，如果疏忽了對設計質(zhì)量的控制或缺乏有效的控制手段，往往造成批量生產(chǎn)中的很大的損失和浪費。根據(jù)這一情況我們結(jié)合焊裝過程的實際情況和有關資料總結(jié)出smt印制板設計過程中設計員的自審和專業(yè)工藝工程人員的復審內(nèi)容和項目，供產(chǎn)品設計師和工藝師參考。

二、smt設計程序

    新產(chǎn)品在開發(fā)過程中往往分為方案設計階段、初步設計階段、工程設計階段、樣板和試生產(chǎn)階段、批量生產(chǎn)階段等幾個環(huán)節(jié)。

1、方案設計階段；新產(chǎn)品經(jīng)過調(diào)研、分析與立項過程中，產(chǎn)品設計師和工藝師分別規(guī)劃產(chǎn)品功能、外觀造型設計和應該采用的工藝方法和建議。對于smt印制板的設計，提供設計人員應采用的標準和技術要求。
2、初步設計階段；在完成造型設計和結(jié)構(gòu)設計的基礎上，規(guī)劃出smt印制板外型圖，該圖主要規(guī)劃出印制板的長度和厚度要求、與結(jié)構(gòu)件裝配孔大小位置、應預留邊緣尺寸等，使電路設計師能在有效范圍內(nèi)進行布線設計。
3、工程設計階段；電路設計師過程中，依據(jù)各種標準和手冊進行詳細布線，實現(xiàn)功能。
4、樣機與試生產(chǎn)階段：根據(jù)設計資料加工smt印制板，驗證設計功能是否達到與是否滿足工序要求
5、批量生產(chǎn)階段，在smt印制板設計的各個階段設計師應經(jīng)常對自己的設計進行自我審查，工藝師也應經(jīng)常進行復審，提出建議和解決辦法。而在上述各階段中以工程設計階段完成后的設計師的自我審查與工藝師的復審為重要和關鍵，忽視了這一環(huán)節(jié)將給試生產(chǎn)和批量生產(chǎn)帶來不必要的損失和困難，下面詳細介紹此階段自審與復審項目和內(nèi)容和一些基本設計原則。

三、設計完成后設計質(zhì)量的審核

    smt印制板詳細階段設計完成后，設計者按以下條目進行一次全面的自我審查非常必要，有助于減少一些顯而易見的問題，工藝員或?qū)I(yè)工程人員進行復審將盡可能地提高設計質(zhì)量。

1） 審核PCB設計后的組裝形式。
    從加工工藝的過程考慮，優(yōu)化工序環(huán)節(jié)不但可以降低生產(chǎn)成本、而且提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。因此設計者應考慮smt板型設計是否大限度地減少組裝流程的問題，即多層板或雙面板的設計能否用單面板代替？PCB每一面是否能用一種組裝流程完成？能否大限度地不用手左焊？使用的插裝元件能否用貼片元件代替？

2） 審核PCB工藝夾持邊和定位孔的設計。
    因PCB組裝過程中，PCB應留出一定的邊緣便于設備的夾持。一般沿PCB焊接傳送方向兩條邊留出4mm夾持邊，在這個范圍內(nèi)不容許布放元器件和焊盤，遇有高密度板無法留出夾持邊的，可設計工藝邊或采用拼板形式焊后切去。有些型號貼片機還需設置定位孔，那么在定位孔周圍1mm范圍內(nèi)也不允許貼片。

3） 審核PCB設計定位基準符號、尺寸。
（a） 對于采用光學基準符號定位的貼片設備必須設計出光學定位基準符號。
（b） 基準符號的應用有三種情況，一是用于PCB的整板定位；二是用于細間距器件的定位，對于這種情況原則上間距小于0.65mm的QFP均應在其對角位置設置定位基準符號；三是用于拼版PCB子板的定位。基準符號成對使用，布置于定位要素的對角處。
（c） 基準符號種類和尺寸
(d)基準符號材料為覆銅箔或鍍錫鉛合金覆銅箔。考慮到材料顏色與環(huán)境的反差，通常留出比基準符號大1.5mm的無阻焊區(qū)。

4）審核smt印制板的布線設計：
    smt印制板的布線密度設計原則；在組裝密度許可情況下，盡量選用低密度布線設計，以提高無缺陷可靠性的制造能力。
  a)在元器件尺寸較大，而布線密度較低時，可適當加寬印制導線及其間距，走線間距一般定為0.3mm(12mil)，并盡量把不用的地方合理地作為接地和電源用，對于高頻信號好用地線屏蔽，提高高頻電路的屏蔽效果。在大面積使用地線布置時，地線應設計成網(wǎng)格形式，避免在高溫焊接產(chǎn)生應力，增加印制板變形度。
  b)在雙面或多層印制電路板中，相鄰兩層印制導線，宜相互垂直走線，或斜交、彎曲走線、力求避免相互平行走線。
  c)印制導線布線圖盡可能短，過孔盡可能少，特別是電子管理柵極，晶體管的堪極和高頻回路更應注意布線要短，線路短電阻越小，干擾也越小。
  d)印制電路板上同時安裝模擬電路和數(shù)字電路時，宜將兩種電路的地線系統(tǒng)完全分開，它們的供電系統(tǒng)同樣也宜完全分開，防止它們之間的相互串擾。
  e)作為高速數(shù)字電路的輸入端和輸出端用的印制導線，應避免相鄰平行布線。必要時，在這些導線之間要加接地線。
  f)印制板信號走線，盡量粗細一致，有利于阻抗的匹配，一般為0.2~0.3mm(8~12mil)，對于電源線和地線應盡可能的加大，地線能排在印制板的四周對電路防護有利。

5） 審核smt印制板的布局設計。
    smt印制板設計中SMD等元器件的布置是關系到獲得穩(wěn)定的焊接質(zhì)量的重要保障，因此在設計和審核smt印制板設計中注意從下面幾個方面：
  a)采用波峰焊接時，應盡量去除“陰影效應”即，器件的管腳方向應平行于錫流方向。
  b)SMD在PCB上應均勻分布，特別是大功率器件和大質(zhì)量器件必須分散布置。大功率器件如果加裝散熱時應排布散熱器的位置和固定方式，熱敏感器件應遠離散熱器，大質(zhì)量的器件應考慮加裝器件固定架或固定盤。
  c)SMD在PCB上的排列，原則上應隨元器件類型改變而變化，但同時SMD盡可能采取一個位向、一個間距、一個極性排列。這樣有利于貼裝、焊接和檢測。
  d)考慮到元器件制造誤差、貼裝誤差以及檢測和返修之需，相鄰元器件焊盤之間間隔不能太近，建議按下述原則設計。
*PLCC、QFP、SOP、各自之間和相互之間間隙≥2.5mm。
*PLCC、QFP、SOP與chip、SOT之間間隙≥1.5mm。
*Chip、SOT各自之間和相互之間間隙≥0.7mm。
e)采用波峰焊焊接的PCB面，元器件的布局按以下要求設計
*波峰焊不適合于細間距QFP、PLCC、BGA和小間距SOP器件的焊接，也就是說在要波峰焊的PCB面盡量不要布置這類器件。
*當元件尺寸相差較大的貼片元器件相鄰排列且間距較小時，較小的元器件應排在首先進入焊料波的位置。一般將PCB長尺寸邊作為傳送邊，布局時將小元件置于它相鄰大元件的同一側(cè)。
f)插裝元件布局
*元件盡可能有規(guī)則地分布排列，以得到均勻的組裝密度。
*大功率元件周圍不應布置熱敏元件，要留有足夠的距離。
*裝在印制板組件上的元件不允許重疊。
*所有不絕緣的金屬外殼元件，如鉭電容、有金屬基底的扁平組件，當它們跨越印制導線時，應當用指定材料加以絕緣，如套管和絕緣帶。
*插件元件極性盡量同一方向布置。
g)在電路易扭曲變形、受力部位元件的布置應考慮PCB變形對元件可靠性的影響。

6） 審核smt印制板過孔與焊盤的設計。
A、焊盤上原則上應盡量避免設計過孔，如果孔和焊點靠得太近，通孔由于毛細管作用可能把熔化的焊錫從元器件上吸走，造成焊點不飽滿或虛焊。六屆裝聯(lián)學會論文集中，有人嘗試直接在焊盤上使用了過孔設計，原因是元器件密度較高，是多層板，設計時過孔盡量設置在焊盤的頂端，過孔必須小于焊盤，要求過孔越小越好，小鉆孔直徑控制在0.3mm喧種方式在工藝和質(zhì)量控制手段上相對要復雜一些，因此如果在條件許可的情況下，仍應盡量避免在焊盤上設計過孔。
B、進行smt印制板焊盤的設計有一些標準和資料都描述得很清楚，審核也是以這些標準為依據(jù)。但是有幾個容易忽視的問題值得注意：
*SOP、QFP、PLCC、BGA存在著英制和公制兩種規(guī)格，而除了PLCC外，其它封裝形式很不標準，各廠家生產(chǎn)的封裝尺寸不完全一致。設計時，應以供應商提供的封裝結(jié)構(gòu)尺寸來進行設計。這就要求設計者應掌握器件供應商的資料，在電路設計工作組中，應隨時更新和增補元器件材料庫，保證設計者能從庫中直接調(diào)用器件時不會發(fā)生記錄與器件不符現(xiàn)象。
*當采用波峰焊接工藝時，插腳的焊盤通孔，一般應比其引腳線徑大0.05-0.3mm，其焊盤的直徑應不大于孔徑的3倍。由于器件的生產(chǎn)企業(yè)的不同，批次的不同，引線管腳尺寸常有誤差，往往生產(chǎn)中才發(fā)現(xiàn)有器件無法插入孔徑的問題，在設計過程中是難以審核出這種問題，該問題只能在材料的入庫前檢驗把關，因此材料檢驗機構(gòu)應具備與設計同樣的詳細器件資料。
C、smt印制板可測試性焊盤的設計的審核
在規(guī)模生產(chǎn)中，smt印制板的測試主要采用ICT方式，在使用針床接觸式測試時，應注意審核的主要內(nèi)容：
*定位孔設計的尺寸和精度要求，在印制板規(guī)劃圖中已規(guī)劃出定位孔尺寸和精度，設計中定位孔按對角設計，孔徑應符合所選ICT設備定位銷的尺寸及公差要求。在印制板面積較大時，好設計三個定位孔，呈三角形排列。
*測試點的焊盤尺寸應大于0.9或1 mm。
*采用真空媳婦，針床接觸測試方式時，盡量將需要測試點的焊盤設計在一個平面，可以減少測試工序，測試點將測試點均勻地分布在印制板上，保持板面受力均勻。
*測試點焊盤的位置應布置在網(wǎng)格上。

7）審核設計輸出資料的齊套性
在進行完資料檢查后，smt印制板的設計者應向制造商提供以下磁盤文件和說明文件：
（1）PCB制造用主要菲林文件，包括每層布線圖、字符圖、阻焊圖。
（2）鉆孔圖，不需孔金屬化的要標明。
（3）外形圖（包括定位孔尺寸及位置要求。）

說明性文件應包括以下內(nèi)容：
（1） 基板材料，終厚度及公差要求
（2） 鍍層厚度，孔金屬化終尺寸要求
（3） 絲印油墨材料及顏色
（4） 阻焊膜材料及厚度
（5） PCB拼版圖紙
（6） 其它必須要說明的特殊要求

四、smt印制板的設計質(zhì)量審核質(zhì)量記錄

    在smt設計至加工過程中，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題均有可能造成產(chǎn)品質(zhì)量的降低，因此在質(zhì)量控制中應有一套嚴謹?shù)馁|(zhì)量保障體系。印制板的設計人員首先應明確質(zhì)量是關系到產(chǎn)品質(zhì)量的前提，完成功能的設計并不意味任務的結(jié)束，他仍需組織試制樣機評審、設計的更改與完善直至交付批量生產(chǎn)，在這些過程中質(zhì)量記錄是很重要的信息也是設計者改進和依據(jù)，它一直貫穿于產(chǎn)品的設計至生產(chǎn)過程中。深圳中興通訊股份有限公司是內(nèi)電訊企業(yè)中首家獲得ISO9001質(zhì)量認證單位，它有一套完善的設計質(zhì)量控制程序，公以smt印制工程設計后的審核程序為例說明：
    在smt印制板完成工程設計后，要求設計人員首先應完成電性能的驗證，同時按下述內(nèi)容自審理布板的內(nèi)容：

1）smt板型設計是否考慮了大限度地減少組裝流程的問題，即雙面板的設計能否用單面板代替？PCB每一面是否能用一種組裝流程完成？能否大限度地不用手工焊？
2）PCB是否留出工藝傳送邊？
3）PCB是否設計出定位基準符號？尺寸是否正確？定位基準符號周圍是否有1mm~1.5mm無阻焊區(qū)？
4）PCB非接地安裝孔是否標明非金屬化？
5）SMD的布局是否均勻？大元件是否分散布局？
6）SMD之間的間距是否利于檢測和修補？
7）SMD的排布是否按照一個極性、一個引線引向的原則排列？
8）對于采用波峰焊的PCB面上，元器件引線的排列是否嚴格按照一個引線位向排列，一大一小相鄰很近元件的排列是否利于消除遮蔽現(xiàn)象？
9）PCB上SMD元件引線與焊盤尺寸是否一致？
10）軸向插裝元件立式安裝時的插孔跨距是否大小合適？
11）徑向插裝元件插孔跨距是否與元件引線中心距一致？
12）相鄰插裝元件之間的間距是否利于手工插裝作業(yè)？
13）每個插裝元件安裝空間是否足夠？
14）PCB的元件標識符是否易于看到？有極向元件極性是否標出？IC一腳位置是否標出？
15）SMD焊盤與引線的連接、SMD焊盤與導通孔的連接是否符合工藝要求？
16）測試焊盤是否考慮？
17）阻焊膜是否將不需要焊的金屬導體全部覆蓋？
18）PCB安裝時，是否有導電地方同機架相碰？
19）PCB外形形狀和尺寸是否與結(jié)構(gòu)件設計一致？
20）PCB上接插座位置是否利于布線和插拔？
21）PCB布線密度是否滿足電氣性能要求？
22）小尺寸板是否考慮了拼版制造？

    上述內(nèi)容經(jīng)過設計自審后，一般能避免許多常見問題的出現(xiàn)。設計資料交由工藝工程人員進行復審，復審的內(nèi)容與設計自審的內(nèi)容相似，在審核過程中工藝工程人員逐項完成印制板的設計審核，并在《印制板設計工藝聯(lián)絡單》中記錄審核過程中的質(zhì)量問題，該記錄將作為設計者更改依據(jù)，也作為生產(chǎn)中跟蹤生產(chǎn)效果和質(zhì)量狀態(tài)。

五、結(jié)束語

    目前內(nèi)外電子裝聯(lián)技術發(fā)展很快，smt表面貼裝技術已廣泛使用，特別是高精度、高速度的貼裝設備的采用，生產(chǎn)質(zhì)量得到了有利的保障。相反，我們發(fā)現(xiàn)在實際工作中，影響質(zhì)量的一個主要方面是smt印制板的設計質(zhì)量。往往設計較好的印制板，不但可以提高成品率，降低生產(chǎn)成本，減少維護和返修費用，而且可以極大地提高設備的利用率和生產(chǎn)效率。因此我們應充分的認識設計質(zhì)量的重要性，加強設計質(zhì)量工作中的的自審和復審工作就一定能取得理想的實際效果 。