1、桂 林 電 子 科 技 大 學微電子制造綜合設計 設 計 報 告 指導老師： 學 生： 學 號： 桂林電子科技大學機電工程學院微電子制造綜合設計設計報告目錄一、設計內容與要求二、設計目的意義三、PCB設計四、焊盤設計五、模板設計六、工藝分析與設計七、工藝實踐方法與步驟八、課程設計總結九、參考文獻十、附錄一、設計內容與要求1、設計內容：按給定的設計參數，繪制電路原理圖，完成相應的PCB設計，繪制PCB板圖等。包括焊接方式與PCB整體設計、PCB基板的選用、PCB外形及加工工藝的設計要求，PCB焊盤設計及工藝要求確定，元器件布局要求及設計，基準點標記制作。用PROTEL制作印刷電路板，包括設計電路

2、原理圖、定義元器件的封裝形式，PCB圖紙的基本設置、生成網表和加載網表、設置布線規則、布線，編寫貼裝程序等。SMT設計以及工藝文件的編寫，分析典型組裝工藝，對典型組裝工藝進行實踐。設計參數如下：表1 設計參數表元器件數量元器件數量要求080510120610連線總長不小于500mm；至少有2種不同的線寬；過孔不少于20個。SOP232SOIC2PLCC442FQFP484DIP142通孔插裝電阻5DIP84通孔插裝電容52、設計要求：（1）掌握印制電路板計算機輔助設計軟件，包括： 掌握電路原理圖與印制電路版圖分析對比，提高識圖能力； 掌握電路原理圖與印制電路版圖的特點、規律及識圖方法； 掌握印

3、制電路板計算機輔助設計軟件PROTEL的應用； 依據制定的電路原理圖，運用PROTEL完成原理圖的輸入、網絡表生成、板圖制作及輸出等操作。（2）掌握焊盤、模板的設計方法，包括： DFM原理與基本應用、設計原則以及相應的考核表； 熟悉焊盤設計標準（IPC-SM-782文件），掌握焊盤設計的基本原理與方法； 熟悉模板設計標準（IPC-7525文件），掌握模板設計的基本原理與方法。（3）掌握SMT工藝設計方法及其工藝文件的編寫，包括： 掌握SMT工藝設計的基本原理與過程，對電路原理圖進行相應的SMT工藝設計； 掌握SMT工藝文件的編寫方法，對所設計的SMT工藝進行工藝文件的編寫。（4）掌握典型工藝的

4、參數選取、操作步驟、操作要點，對典型工藝進行操作實踐，包括： 掌握貼片參數的設置與選取，貼片機的操作與編程； 掌握引線鍵合的設置與選取，鍵合操作方法與要點。（5）掌握設計說明書的編寫方法與編寫過程，包括： 設計目的、元器件布局方案的選取、PCB布線設計說明等； 繪制電路原理圖、PCB板圖等； 編寫SMT工藝文件清單； 編寫元器件清單。二、設計目的意義本綜合設計內容主要涉及主要專業課程和一些專業技術基礎課程，重點突出專業的專業性和綜合性，力求通過綜合設計達到以下三方面的目標：綜合應用基礎課程、專業課程的理論知識，初步培養PCB的設計能力；培養查閱技術文獻和資料，使用數據手冊，繪制規范的技術圖紙，

5、應用計算機進行輔助設計撰寫完整的技術報告的能力；本綜合設計將綜合運用所學的基礎與專業知識，較全面地掌握電子產品組裝全過程所涉及到的相關內容，建立系統工程的概念：（1）基本掌握電子產品組裝設計到的內容與基本要求；（2）掌握應用廣泛的EDA軟件，特別是PCB布線等后續部分；（3）掌握PCB的設計要領，能依據提供的印制板進行PCB布線設計與焊盤設計；（4）掌握IPC-7351標準，能依據提供的印制板完成模板的設計；（5）能依據提供的印制板制定該印制板的SMT工藝定制；（6）掌握電子產品典型組裝工藝參數設計、分析方法和操作步驟。通過電子工程設計與制造綜合設計，初步掌握DFM的原理與基本應用、設計基本原

6、則以及相應的考核表。初步掌握印制電路板的計算機輔助設計軟件，基本熟悉焊盤設計標準（IPC-SM-782文件）、焊盤設計的基本原理與設計過程，基本熟悉模板設計標準（IPC-7525文件），掌握模板設計的基本原理與方法。初步掌握SMT工藝設計及其工藝文件的編寫，包括SMT工藝設計的原理與方法，對已知的電路原理圖進行SMT工藝設計，掌握SMT工藝文件的編寫要點和過程，初步掌握SMT典型工藝的操作技能與實施過程。通過電子工程設計與制造綜合設計，培養一定的自學能力和分析問題、解決問題的能力，獨立完成工作任務的能力，為今后開展科學研究工作打下一定的基礎，包括學會自己分析、找出解決問題的方法，對設計中的遇到

7、的問題，能獨立思考、查閱資料，尋找答案，能按照國際標準、行業標準、企業標準進行設計與編寫有關文件，能對設計結果進行分析和正確的評價。通過電子工程設計與制造綜合設計，培養自己樹立嚴肅認真、一絲不茍、實事求是的科學作風，培養自己具有一定的生產觀點、經濟觀點、全面觀點及團結合作精神。三、PCB設計1、PCB的作用與構成（1）PCB的作用印制電路板PCB是附著于絕緣基材表面，用于連接電子元器件的導電圖形。它對電路的電性能、熱性能強度和可靠性都起著重要的作用。通常，電子設計在原理設計完成后，需要設計一塊PCB來完成原理設計中的電氣連接，并將各種元器件焊接在PCB上，經調試后，完成原理圖上功能。可以說PC

8、B是電子設計的最終結果。其作用有： 提供集成電路中各種電子元器件的固定、裝備的機械支撐； 實現集成電路中各種電子元器件之間的布線和電器連接或者電絕緣，提供所要求的電器特性； 為自動裝配提供阻焊圖形，為元器件插裝、檢查、維修等提供識別字符和圖形。（2）PCB的結構組成元器件：完成電路功能的各種元器件，各元器件都包含若干引腳，電信號通過引引腳入元件內部，以完成相應的功能，引腳還有固定的功能，PCB上的元器件包括集成電路芯片、分立元件、提供PCB輸入輸出端口和供電端口的連接器，某些PCB上還有用于指示的元器件。銅箔：銅箔在PCB上表現為導線、焊盤、過孔和敷銅，其作用如下： 導線：連接PCB上各元器件

9、的引腳，完成各元器件之間的電信號連接； 過孔：連接各層線路，各層連通導線交匯處的公共孔就是過孔，工藝上，過孔孔壁常用化學沉積的方法渡上一層金屬，以連通各層銅箔，過孔的上下兩面做成焊盤形狀，可直接與上下兩面的線路相通，多層板中，某些導線上會出現過孔； 焊盤：在PCB上某個區域填充銅箔稱為敷銅，敷銅可以改善電路性能，一般雙層板上下兩面都有銅箔； 敷銅：在PCB上某個區域填充銅箔稱為敷銅，敷銅可以改善電路性能，一般雙層板在上下兩面都有銅箔； 絲印層：PCB的頂層，用絕緣材料制成，銅箔層上的絲印層可以保護銅箔，在絲印層上，通常印刷所需要的標志圖案和文字代號等，例如，元件標號和標稱值、元件輪廓形狀和廠家

10、標志、生產日期等，以方便電路安裝和維修； 印制材料：在銅箔層之間采用的絕緣材料，印制材料將支撐整個PCB，主要有無機材料和有機材料兩類，無機材料主要指陶瓷，有機材料中最常用的是環氧玻璃纖維。2、PCB設計（1）焊接方式與PCB整體設計一般，再流焊工藝適于所有片式元件的焊接，波峰焊工藝則只適于矩形片式元件，圓柱形器件、SOT和較小的SOP（管腳數小于28、腳間距1mm以上）。從生產的可操作性考慮，PCB整體設計應盡量按以下順序優化： 單面混裝在PCB單面布放貼片元件或插裝元件； 兩面貼裝在PCB單面或兩面均布放貼片元件； 雙面混裝PCB的A面布放貼裝/插裝元件，B面布放適于波峰焊的貼片元件。（2

11、）PCB基板的選用對PCB基板的性能要求主要有： 銅箔粘合強度：由于表面貼裝元器件的焊區較小，因此要求基板的與銅箔具有良好的粘合強度，一般應達到1.5kg/cm²以上； 外觀：基板外觀應光滑平整，不可有翹曲、高低不平、表面裂紋、銹斑等； 熱膨脹系數：表面貼裝元器件的組裝形態會由于基板受熱后的脹縮應力對元器件產生影響，熱膨脹系數不同時會由于應力很大而造成元器件接合部電極的剝離，降低產品可靠性，一般元器件尺寸大于3.2×1.6mm²時，就必須注意這個問題； 耐熱性：由于基板將經過數次焊接，故要求基板耐焊接熱要達到260ºC,10秒； 導熱系數：集成電路工作時

12、的熱量主要通過基板擴散，在電路密集，發熱量最大時，基板必須具有高的導熱系數； 彎曲強度：貼裝后，由于元器件的質量和外力，會使基板擾曲，這將給元器件和接合點增加應力，使元器件產生微裂，因此要求基板的抗彎強度要達到25kg/cm²以上； 電性能：由于電路傳輸速度的高速比，要求基板的介電常數，介電正切要小，同時隨著布線密度的提高，基板的絕緣性能要達到規定要求，基板在清洗劑中浸漬5分鐘，表面不產生任何不良，并具有良好的沖裁性，基板的保存性與SMD的保管條件相同；（3）PCB外形設計 PCB厚度：一般PCB厚度取0.5-4mm，推薦采用1.6-2mm； 定位孔：為了PCB的準確定位，需要設置一

13、對大小約為5+0.1mm的定位孔，為了定位迅速，其中一個孔可以設計成橢圓形狀，在定位孔周圍1mm范圍內不能有元器件。 工藝夾持邊：在組裝以及插件波峰焊過程中，PCB應留出5cm左右的夾持邊，以便于設備夾持，在此范圍內不允許布放元器件和焊盤； PCB缺槽：PCB一些邊緣區域不能有缺槽，以免PCB定位或傳感器檢測時出現錯誤，具體位置因設備不同而有所變化； PCB翹曲度：PCB翹曲度應小于0.0075mm/mm，其中上翹曲0.5mm，下翹曲1.2mm。 拼板設計：對PCB的拼版格式一般有以下幾點要求：l 拼板尺寸應適中，以制造、裝配和測試中便于加工，不產生較大的變形為宜；l 拼板的工藝夾持邊和安裝工

14、藝孔應由PCB的制造和安裝工藝確定；l 每塊拼板上應設計基準標志，讓機器將每塊拼板當作單板看待；l 拼板可采用郵票版或雙面對刻V形槽的分離技術，用郵票版時，搭邊應均勻分布于每塊拼板的四周，以避免焊接時印制板受力不均而導致變形，在采用雙面對刻的V形槽時，V形槽深度應控制再板厚的1/61/8左右；l 采用波峰焊的雙面PCB，可選擇雙數拼板正反兩面各半，兩面圖形用相同的排列方法可以提高設備利用率，節約生產準備費用和時間。3、元器件布局設計元器件布局應滿足SMT生產工藝的要求，工藝設計所引起的質量的問題是比較難以克服的。因此，PCB設計人員應了解基本的SMT工藝特點，根據不同的工藝要求進行元器件布局，

15、正確的設計可以將焊接缺陷降至最低，元器件布局設計主要考慮： 布局中應參考原理框圖，根據單板的主信號流向規律安排主要元器件。 布局應盡量滿足以下要求:總的連線盡可能短，關鍵信號線最短;高電壓、大電流信號與小電流，低電壓的弱信號完全分開;模擬信號與數字信號分開；高頻信號與低頻信號分開；高頻元器件的間隔要充分。 同類型插裝元器件在X或Y方向上應朝一個方向放置。同一種類型的有極性分立元件也要力爭在X或Y方向上保持一致，便于生產和檢驗。 遵照“先大后小，先難后易”布置原則，即重要的單元電路、核心元器件應當優先布局。 相同結構電路部分，盡可能采用“對稱式”標準布局，按照均勻分布、重心平衡、版面美觀的標準優

16、化布局。 發熱元件要一般應均勻分布，以利于單板和整機的散熱，除溫度檢測元件以外的溫度敏感器件應遠離發熱量大的元器件。 元器件的排列要便于調試和維修，亦即小元件周圍不能放置大元件、需調試的元器件周圍要有足夠的空間。 需用波峰焊工藝生產的單板，其緊固件安裝孔和定位孔都應為非金屬化孔。當安裝孔需要接地時, 應采用分布接地小孔的方式與地平面連接。 焊接面的貼裝元件采用波峰焊接生產工藝時，阻、容件軸向要與波峰焊傳送方向垂直， 阻排及SOP（PIN間距大于等于1.27mm）元器件軸向與傳送方向平行；PIN間距小于1.27mm（50mil)的IC、SOJ、PLCC、QFP等有源元件避免用波峰焊焊接。 BGA

17、與相鄰元件的距離>5mm。其它貼片元件相互間的距離>0.7mm；貼裝元件焊盤的外側與相鄰插裝元件的外側距離大于2mm；有壓接件的PCB，壓接的接插件周圍5mm內不能有插裝元、器件，在焊接面其周圍5mm內也不能有貼裝元、器件。 用于阻抗匹配目的阻容器件的布局，要根據其屬性合理布置。 串聯匹配電阻的布局要靠近該信號的驅動端，距離一般不超過500mil。 匹配電阻、電容的布局一定要分清信號的源端與終端，對于多負載的終端匹配一定要在信號的最遠端匹配。 IC去偶電容的布局要盡量靠近IC的電源管腳，并使之與電源和地之間形成的回路最短。 元件布局時,應適當考慮用同一種電源的器件盡量放在一起, 以

18、便于將來的電源分隔。 布局完成后打印出裝配圖供原理圖設計者檢查器件封裝的正確性，并且確認單板、背板和接插件的信號對應關系，經確認無誤后方可開始布線。 排列元器件方向時應盡量做到：所有無源元件要相互平行，所有SOIC要垂直于無源元件的長軸；無源的長軸方向要垂直于PCB的傳送方向。 貴重的器件不要布防在PCB邊緣或靠近接插件、安裝孔、槽、拼板的切割、豁口和拐角等處，以上這些位置都是印制板的高應力區，容易造成元器件和焊點的開裂和裂紋。波峰焊時，有極性的表面貼裝元器件都應以相同的方向放置。4、布線設計（1）散熱器正面下方無走線（或已作絕緣處理）為了保證電氣絕緣性，散熱器下方周圍應無走線（考慮到散熱器安

19、裝的偏位及安規距離），若需要在散熱器下布線，則應采取絕緣措施使散熱器與走線絕緣，或確認走線與散熱器是同等電位。（2）印制板距板邊距離：V-CUT 邊大于0.75mm，銑槽邊大于0.3mm。為了保證PCB 加工時不出現露銅的缺陷，要求所有的走線及銅箔距離板邊：VCUT 邊大于0.75mm，銑槽邊大于0.3mm（銅箔離板邊的距離還應滿足安裝要求）。（3）線寬和線間距的設置主要考慮的因素 ： 單板的密度。板的密度越高，傾向于使用更細的線寬和更窄的間隙。 信號的電流強度。當信號的平均電流較大時，應考慮布線寬度所能承載的的電流，線寬可參考以下數據： 線寬和電流的關系如表2示： 表2 線寬和電流關系電流（

20、A）0.200.550.801.101.351.602.00線寬（mm）0.150.200.300.400.500.600.80組裝密度的提高要求導線密度的增大、導線間距的減小。PCB層數的增加則要求使用更多的通孔來實現這些增加層的必要連接。表2為引腳間距和PCB有關參數的關系：表 3 引腳間距和PCB有關參數的關系PCB相關參數2.54mm間距1.25mm間距0.63mm間距引腳數86481248244組裝公差（mm）0.250.1250.05導線/間距（mm）0.300.150.125焊盤（mm）1.50.750.63孔（mm）1.00.40.4圓環（mm）0.250.20.125（4）表

21、面導線連接焊盤的寬導線有將焊錫從焊盤上吸到導線上的偷錫作用，與內層電源或地線板通孔相連的寬導線還起散熱片的作用，在焊接時將熱量從焊盤/引腳區帶走，造成冷焊。當導線進入焊盤區時應變窄，最大導線寬度應取0.25mm，最小長度應取0.25mm。這個細頸提供了有效的焊錫阻擋，可避免使用焊錫膜。按右圖導線連接焊盤的方法可以防止分立器件在再流焊時移動。有源器件IC組裝時，這種布線允許設計者或焊盤帽的PCB使用相同的庫形狀。這種設計中兩種結構之間轉換容易，不需要改變或編輯元件庫，任何情況下都可以保證100%的測試點訪問。若要求較寬的導線，則通孔焊盤的尺寸要相應減小，以保證焊盤和導線間的空隙。阻焊層或選擇性去

22、掉電鍍層的裸銅是焊錫遷移的有效阻礙，可以提供足夠的保護。本設計采用三種線寬：l 6mil ：用于FQFP焊盤的引出線；l 10mil：用作基本線寬；l 20mil：用作地線和電源線（如圖1所示）。圖1 線寬5、基準點標記（1）基準點類型基準點是組裝工藝中各工序的共同測量點，是各組裝設備精確定位的電路圖形，是電路布線圖中同一工藝的印制圖特征，和電路引線同時腐蝕。基準點主要有以下兩種類型： 全局基準點(Global Fiducials) 基準點標記用于在單塊板上定位所有電路特征的位置。當一個多重圖形電路以組合板的形式處理時，全局基準點叫做組合板基準點。（見圖2） 局部基準點(Local Fiduc

23、ials) 用來定位單個元器件的標記。（見圖3）圖3局部基準點圖2全局基準點要求至少兩個全局基準點標記來糾正平移偏移（X與Y位置）和旋轉偏移（位置）。這些點在電路板或組合板上應該位于對角線的相對位置，并盡可能地距離分開。要求至少兩個局部基準點標記來糾正平移偏移（X與Y位置）和旋轉偏移（位置）。這可以是兩個位于焊盤圖案范圍內對角線相對的兩個標記。如果空間有限，則至少可用一個基準點來糾正平移偏差（X與Y位置）。單個基準點應該位于焊盤圖案的范圍內，作為中心參考點。局部、全局或組合板基準點的最小尺寸1.0mm。一些公司已經為組合板基準點選用較大的基準點（達到1.5mm）。保持所有的基準點為同一尺寸是個

24、很好的方法。（2）基準點的制作 形狀三角形、菱形、圓形、正方形等，最佳基準點形狀是實心圓。 空曠度(clearance)在基準點標記周圍，應該有一塊沒有其它電路特征或標記的空曠面積。空曠區的尺寸要等于標記的半徑。標記周圍首選的空地等于標記的直徑。如圖4所示。圖4 基準點空曠度要求 平整度(flatness)基準點標記的表面平整度應該在15微米0.0006"之內。 邊緣距離基準點要距離印制板邊緣至少5.0mm0.200"(SMEMA的標準傳輸空隙)，并滿足最小的基準點空曠度要求。 材料基準點可以是裸銅、由清澈的防氧化涂層保護的裸銅、鍍鎳或鍍錫、或焊錫涂層（熱風均勻的）電鍍或焊

25、錫涂層的首選厚度為510微米0.00020.0004"。焊錫涂層不應該超過25微米0.001"。如果使用阻焊(solder mask)，不應該覆蓋基準點或其空曠區域。應該注意，基準點標記的表面氧化可能降低它的可讀性。 尺寸基準點標記最小的直徑為1mm0.040"。最大直徑是3mm0.120"。基準點標記不應該在同一塊印制板上尺寸變化超過25微米0.001"。 對比度當基準點標記與印制板的基質材料之間出現高對比度時可達到最佳的性能。如圖5所示，將全局或組合板的基準點位于一個三點基于格柵的數據系統中是一個很好的設計。第一個基準點位于0,0位置。第二

26、和第三個基準點位于正象限中從0,0點出發的X與Y的方向上。全局基準點應該位于那些含有表面貼裝以及通孔元件的所有印制板的頂層和底層，因為甚至通孔裝配系統也正開始利用視覺對準系統。圖5 對比度所有的密間距元件都應該有兩個局部基準點系統設計在該元件焊盤圖案內，以保證每次當元件在板上貼裝、取下和/或更換時有足夠的基準點。所有基準點都應該有一個足夠大的阻焊(soldermask)開口，以保持光學目標絕對不受阻焊的干擾。如果阻焊要在光學目標上，那么一些視覺對中系統可能造成由于目標點的對比度不而不起作用。6、可測試性設計（可測性設計主要針對目前ICT的裝備情況，將后期產品制造的測試問題在電路和PCB設計時就

27、綜合考慮。提高可測性設計應考慮工藝設計和電氣設計兩方面的要求。l 工藝設計中要求的定位精度、基板制造程序、基板大小、探針類型等都是影響測試可靠性的因素。要求如下： 精確的定位孔。基板上定位孔的誤差應在-0.05到+0.05mm以內。一般至少應設置兩個定位孔，且距離愈遠愈好。采用非金屬化的定位孔可以減少由于焊錫鍍層的增厚而不能達到公差要求的問題。基板整片制造后再分開測試時，定位孔必須設在主板及單獨基板上。 應將測試點放置在元器件周圍1.0mm以外，以避免探針和元器件撞擊而損傷，定位空環狀周圍3.2mm以內，不可有元器件或測試點。 測試點直徑不應小于0.4mm，相鄰試點的間距最好在2.54mm以上

28、，不應小于1.27mm。 在測試面上不能放置高度超過64mm的元器件，過高的元器件將引起在線測試夾具探針對測試點的接觸不良等現象。 測試點不可設置在PCB邊緣5mm的范圍內，以留出保證夾具夾持的空間。 所有探測點最好鍍錫或選用質地較軟、易貫穿、不易氧化的金屬傳導物，以保證可靠接觸，延長探針的使用壽命。 測試點不可被阻焊劑或文字油墨覆蓋，否則將會縮小測試點的接觸面積，降低測試的可靠性。l 電氣設計的要求如下： 在電路的走線上設置測試點時，可將其寬度放大到40mil寬。 應將測試點均衡分布在PCB上，如果探針集中在某區域，較高的壓力會使帶側板或針床變形，進一步造成部分探針不能接觸到測試點。 應盡量

29、將元器件的測試點用過孔引到焊接面，過孔直徑應大于1mm。這樣在線測試時可采用單面針床來進行測試，從而降低了在線測試成本。 每個電氣節點都必須有一個測試點，每個IC都必須有POWER及GROUND的測試點，且盡可能接近元器件，最好在距離IC的2.54mm范圍內。 PCB上的供電線路應份區域設置測試斷點，以便電源去耦電容或電路板上其它元器件對電源短路時，查找故障點更為快捷準確。設計斷點時，應考慮恢復測試斷點后的功率承載能力。通過延伸線在元器件引線附近設置測試焊盤或利用過孔焊盤測試節點。測試節點嚴禁選在元器件的焊點上，這可能使虛焊節點在探針壓力作用下擠壓到理想位置，從而使虛焊故障被掩蓋，發生所謂的“

30、故障遮蔽效應”。探針因定位誤差引起的偏晃，容易使探針直接作用與元器件的端點或引腳上而造成元器件的損壞。四、焊盤設計1、影響焊盤的因素焊盤是PCB中的關鍵部分，它將確定元器件在PCB上的位置，對焊點的可靠性、焊接過程中可能的出現的缺陷、可清洗性、可測試性和檢修都有很大影響。良好的焊盤應該是指在工藝上容易組裝、便于檢查和測試以及組裝后的焊點有較長的使用壽命等。焊盤的設計包括焊盤本身的尺寸、阻焊劑或阻焊層框框的尺寸、元件占地面積、元器件下面的布線和點膠等。焊盤的設計應主要考慮以下五個方面的因素：元件的外形和尺寸、基本的種類和質量、組裝設備能力、所采用的工藝能力、要求的品質水平。2、焊盤的鏈接方式線路

31、和焊盤的連接可以多種方式，連接可在任意點進行，導線應避免成一定角度與焊盤連接，一般從焊盤的長邊中心處與其連接。如下圖6所示： 圖6 焊盤的鏈接 圖7 有引線元件的焊盤連接3、有引線元件的焊盤連接線路在與SOIC、PLCC、QFP、SOT和有引線元件的焊盤連接時，一般建議在兩端連接，如圖7所示。焊盤與線路的連接，將影響焊接中器件的泳動、焊接熱量控制和焊錫沿布線遷移等。 焊盤的導熱路徑由于元器件布局不合理，焊盤上焊膏不等以及焊盤導熱路徑不同等，在再流時可能使焊盤再流開始的時間不同而使元器件產生偏轉或者“立碑”現象。為了保證再流時間的一致，必須控制焊盤和引線間的熱耦合，以保證焊盤有足夠均勻的熱量。一

32、般不允許把寬度大于10mil的引線和再流焊盤相連，電源線或地線要和焊盤連接時，須將線變至0.25mm，且長度不應斷于0.635mm。 焊盤連接對元器件的影響再流焊時元器件泳動的方向和焊盤連線的潤濕面積有關，引線可以從任一端和焊盤連接，不應使焊錫的表面張力過分集中在某一根軸上。當各軸受到的焊錫力均衡時，元器件一般就不會相對焊盤發生偏轉而出現泳動。4、焊盤細化連接應盡量減少導線連接焊盤處的寬度，一般最大寬度取0.4mm，或者取焊盤寬度的一半（對較小焊盤而言）。焊盤與較大面積的導電區如地、電源線相連時，應用較細的導線進行電隔離。5、阻焊膜的設計阻焊膜的開口尺寸應比焊盤大0.050.25mm，視焊盤間

33、距而定。既要防止阻焊劑污染焊盤，又要避免焊膏印刷、焊接時的橋聯，且阻焊膜的厚度不得大于焊盤的厚度。常用的包括SMD（如圖8右圖）和NSMD（如圖8左圖）兩種類型。SMD是指由阻焊膜決定大小的焊盤，但由于高的應力容易造成阻焊膜脫落，在實際沒有得到廣泛應用；NSMD指非阻焊膜決定大小的焊盤，應用比較廣泛。圖8 SMD（右圖）和NSMD（左圖）6、PCB制造工藝設計本設計采用雙面印制板，雙面印制電路板指的是兩面都有導電圖形的印制板，通常由環氧玻璃樹脂覆銅箔板制造。主要用于電子性能要求較高的通信電子設備、高級儀表等。近年來，制造雙面鍍覆孔印制板的典型工藝是SMOBC，其工藝流程如下：雙面覆銅箔板鉆孔化

34、學鍍銅板電鍍堵孔網印電路圖形蝕刻去網印料和堵孔油墨清洗印阻焊圖形插頭鍍鎳鍍金插頭貼膠帶熱風整平清洗網印字符標志外形加工清洗干燥檢驗包裝用ProtelDXP制作印制電路板流程如圖9所示： 圖9 印制電路板制作流程（1）工藝設計 全表面組裝時，若電路板尺寸允許，可采用單表面組裝。這樣可以減少印刷焊膏和焊接的次數，縮短生產周期，降低成本。 電路中有表面貼裝件也有插裝件的應采用混合組裝。如果只有表面貼裝元件和小外形集成電路，應把這些元器件放在波峰面。這樣可以用單面印制電路板，并只用一次波峰焊就可以完成組裝。 混合組裝時，若有四邊引線的器件，如PLCC、QFP等時，不能采用波峰焊，因為用波峰焊容易產生焊

35、接橋聯，所以只可用再流焊，且這些器件和插裝件應布局在同一面。 在PLCC 的下方不要放置片式元件，因為片式元件的厚度稍有變化就會抬起PLCC，使PLCC的引線不能直接和焊盤接觸，從而影響焊接質量，且片式元器件的焊接質量不容易檢測。 插裝元器件應盡量采用“短插”工藝，避免使用浸焊工藝，以減少對元器件的熱沖擊。 若采用插裝機對元器件的引腳進行剪短和打彎，則插裝件和貼裝件間應留下一定的空隙以便操作。 設計階段應盡量不考慮采用手工焊接。（2） 設計結果按照要求及以上的分析，本設計選用雙面板印制板。利用Protel 繪制電路原理圖和PCB布線圖見附錄。五、模板設計1、板材選擇與厚度模板材料一般來說有三種

36、：不銹鋼、尼龍和聚酯，不同的材料有各自不同的性能特點。設計模板時應該根據具體的情況來選擇模板的材料，本設計選用不銹鋼板。鋼網鋼片厚度設計主要考慮元器件最小引腳間距，兩者關系如表4：表4 網板厚度與引腳間距引腳間距0.3mm0.4mm0.50.65mm1.27mm網板厚度0.1mm0.12mm0.15mm0.150.18mm模板印刷是接觸印刷，模板厚度決定了焊膏量。模板厚度應根據組裝密度、元器件大小、引腳間距確定。大的Chip、PLCC要求焊膏量多一些，模板厚度則應厚一些；小的Chip以及窄節距QFP和CSP要求焊膏量少一些，模板厚度應薄一些。本設計元器件最小間距為0.5mm，還有插裝元件，因此

37、厚度選用0.18mm較合適。2、模板的外形尺寸與標識模板的外形及參數如圖10和表5所示。DPCB傳送方向正視圖acabXYd側視圖cb圖10 模板外形尺寸（mm）表5 模板參數鋼網類型網框尺寸a鋼片尺寸b膠布粘貼寬度c網框厚度d小鋼網584+0/-5450±1025±530±3PCB中心、鋼片中心、鋼網外框中心需要重合，三者中心距最大偏差不應超過3mm。PCB、鋼片、鋼網外面的軸線在方向上應一致，任意兩條軸線的角度偏差不應超過2°。鋼網Mark點的制作為了保證鋼網和PCB的準確對位，鋼網B面至少需要制作兩個Mark點，鋼網上的Mark點應與PCB上的一致

38、。兩個Mark點應放置在板子的對角線位置。本設計鋼網采用激光制作，Mark點用表面燒結方式制作，Mark點的灰度應與實際生產中印刷機的識別能力相匹配。本設計中的Mark圖形如圖11示：1±0.15mm圖11 Mark圖形3、模板開孔設計焊膏印刷量主要取決于模板厚度和開孔尺寸。焊膏從開孔孔壁釋放到PCB上的能力主要取決于：面積比/寬厚比、開孔孔壁的幾何形狀、開孔孔壁的光滑程度。一般面積比>0.66，寬厚比>1.5。當焊盤面積比開孔孔壁面積大0.66倍時，焊膏才能完全釋放到PCB焊盤上。模板開孔應該比PCB焊盤相應減小，常根據PCB焊盤尺寸更改。減小面積和修正開孔形狀是為了提

39、高焊膏印刷質量，使模板在焊膏印刷中更加清潔。（1）開孔大小錫膏印刷量的大小主要取決于開孔大小和模板的厚度。印刷機印刷錫膏刮刀行進過程中，錫膏填滿模板的開孔；PCB與模板脫膜過程中，錫膏須完全脫離模板，釋放到PCB上，從模板的角度來看，錫膏從開孔孔壁釋放到PCB上的能力主要有以下三個因素： 設計的面積比和寬厚比； 開孔孔壁的幾何形狀； 開孔孔壁的光滑程度。（2）面積比/寬厚比開孔面積比和寬厚比，如圖18所示。錫膏有效釋放的通用設計導則為：寬厚比>1.5，面積比>0.66。寬厚比是面積比的一維簡化結果。當開孔長度大大地大于寬度時，面積比（W/2T）就成了寬厚比（W/T）的一個因數。當模

40、板與PCB相互剝離時，錫膏處在被相互爭奪的情況：錫膏將被轉移到PCB上，或粘在模板的開孔孔壁內。當焊盤面積比開孔孔壁面積的0.66倍大時，錫膏才能完全釋放到PCB焊盤上（3）開孔大小與PCB焊盤大小的比對通用的設計標準認為，開孔大小應該比PCB焊盤要相應減小。模板開孔通常比照PCB原始焊盤進行更改。減小面積和修正開孔形狀通常是為了提高錫膏的印刷質量、回流工藝和模板在錫膏印刷過程中更加清潔，這有利于減少錫膏印刷偏離焊盤的幾率，而印刷偏離焊盤易導致錫珠和橋連。在所有的開孔上開倒圓角能促進模板的清潔度。六、工藝分析與設計1、組裝工藝流程制定本次設計中，PCB上既有SMD又有THC，且在同一面上，兩面

41、都有導電圖形所以采用雙面混裝工藝，其工藝流程如下：來料檢測組裝開始PCB的A面涂敷焊膏貼裝SMD焊膏烘干粘接劑固化再流焊接溶劑清洗THC插裝波峰焊接清洗最終檢測圖12 雙面混裝工藝流2、組裝工藝材料選用（1）焊料組裝工藝中的焊膏由焊粉、粘合劑、溶劑、助焊劑和溶變劑等混合而成，在規定的存儲條件下，不凝結，表面不出現硬殼、硬塊。內部各種成分易攪拌均勻，確保特定的流體特性，極佳的可印刷性和穩定的粘度。常見焊膏如下：表6 常見焊膏焊膏成份熔點Sn/Pb:63/37183ºCSn/Pb/Ag:62/36/2179ºCSn/Pb/Ag:10/88/2268302 ºCSn/P

42、b/Sb:5/85/10239242 ºCSn/Pb/Ag:5/92.5/2.5287296 ºCSn/Pb/Bi:5/92.5/2.5144163 ºCSn/Ag:96.5/3.5221 ºC綜合焊膏性能和成本并聯系實際情況，本設計采用63Sn/37Pb焊膏。（2）助焊劑助焊劑在焊接工藝中起著重要的作用。正確使用的助焊劑，可焊性和焊接缺陷都可以改進和減少。傳統助焊劑焊后固體殘余物較多需清洗。而清洗工藝一直采用的CFC氟氯烴及1，1，1-三氯乙烷等清洗劑，雖然可以消除PCB表面殘留的導電物質或其它污染物，保證產品可靠性，但CFC清洗中含有ODS破壞生態環

43、境，嚴重威脅人類安全。免清洗助焊劑是隨著電子工業發展及環境保護的需要而產生的一種新型助焊劑。它解決了使用CFC清洗劑環境污染的問題，以及因細間距、高密度元器件組裝帶來的清洗困難問題。結合設計和實際條件，本設計采用非免清洗助焊劑。3、印刷工藝的設計（1）印刷工藝流程如下：焊膏準備安裝并校準模板調節參數印刷焊膏檢查清洗（2）焊膏將待用的焊膏從冰箱取出，在室溫下放置回溫4小時后打開蓋子，均勻攪拌10分鐘左右即可使用。本設計焊膏黏度為200Pa.s，由于設計中元器件的中心距是0.651.27mm，故選擇粒度為40微米的焊膏。（3）印刷工藝參數的設計l 刮刀速度印刷過程中，焊膏需要時間滾動并流進模板孔中

44、，所以應準確控制刮刀速度。刮刀的最大速度取決于PCB上元器件的最小間距。高精度印刷時，印刷速度一般取2030mm/s，由于本設計中元器件間距大于0.5mm，故刮刀速度取20mm/s。l 刮刀類型印刷工藝中所用刮刀按材料分為橡膠刮刀和金屬刮刀兩類，其中金屬刮刀由不銹鋼或黃銅制成，具有平的刀片形狀，印刷角度多為3045°。因為所用壓力較低，故不容易產生挖掘現象，也不容易磨損，基于以上優點，本設計選用不銹鋼刮刀。l 刮刀壓力刮刀壓力對印刷效果有著較大影響，壓力過低會造成遺漏和邊緣粗糙，壓力過大會引起斑點狀印刷，容易產生挖掘現象，也可能損壞刮刀和模板。一般，刮刀的壓力和速度應以正好把網板上的

45、焊膏刮凈為宜。本設計中刮刀壓力取1.75×105Pa。l 印刷方式為提高效率，減小占地面積，本設計采用雙路PCB傳送印刷l 刮刀角度一般刮刀角度與焊膏的轉移深度成反比，本設計中取60度l 印刷間隙印刷時模板和焊盤表面的間隙應控制在02.5mm，本設計取2.0mm。4、點膠工藝設計由于本設計只包含少量的貼裝件，且使用單面組裝方式焊接，所有的元器件都集中在PCB的焊接A面，而B面沒有元件。所以本設計不必用到點膠工藝。 5、貼裝工藝設計（1）貼裝工藝編程上料核對物料貼片檢測（2）貼片參數本設計的無鉛制成中，由于無鉛焊膏的流動性不如63/37。元器件在焊接中的自對中能力比較弱，故要求貼片機的

46、精度高一些，貼片速度選擇8000片/小時，分辨率為0.05mm，轉角分辨率為0.0035度，重復精度為±0.01度。貼裝大型集成芯片器件時，使用泛用機，為減小工作時間，采用雙路輸送貼裝機，它在保留了單路貼片機的性能下，將PCB的輸送、定位、檢測、貼片等設計成雙路結構。本設計采用同步貼裝方式，將大小兩塊相同的PCB拼板由雙路軌道同步送入貼片機。6、再流焊工藝設計（1）再流焊方式設計表7 各種焊接方式比較<<<<機器種類加熱方式優點缺點紅外回流焊輻射傳導熱效率高，溫度陡度大，易控制溫度曲線，雙面焊時PCB上下溫度易控制。有陰影效應，溫度不均勻、容易造成元件或PCB

47、局部燒壞熱風回流焊對流傳導溫度均勻、焊接質量好。溫度梯度不易控制強制熱風回流焊紅外熱風混合加熱結合紅外和熱風爐的優點，在產品焊接時，可得到優良的焊接效果會吹走小型元件氣相回流焊惰性液體汽化加熱焊接溫度可以精確定義價格昂貴，維護困難結合實際情況和成本等考慮，本設計采用強制熱風對流焊接方式。（2）傳輸系統設計傳輸系統是將組件傳送通過回流爐的通用方法。要求具有良好的平行性和穩定性，同時還要具有良好的耐熱性。（3）冷卻方式設計由于高的溫度會造成金屬間化合物的增長，使得焊點脆化，降低電子產品可靠性，所以冷卻須快速而有效，本設計采用強制風冷的冷卻方式。7、波峰焊工藝設計波峰焊工藝系統，包括涂覆助焊劑、預熱

48、、波峰焊接、冷卻和軌道傳輸系統。各系統對焊接工藝都非常重要，直接影響PCB的焊接質量。傳送帶上的電路板組件將按照規定的時間和路線通過這些系統。對于無鉛波峰焊來說，另一個重要系統就是氮氣保護系統。（1）助焊劑涂覆系統免清洗助焊劑是隨著電子工業的發展和環境保護的需要而產生的一種新型助焊劑，且將成為未來發展的必然趨勢。但由于免清洗助焊劑的固體含量較低（2%左右），就對助焊劑的涂覆系統就提出了較高的要求。無鉛波峰助焊劑的涂覆方法主要有發泡法和噴霧法。l 發泡發發泡發和連續焊接工藝相容，精度不高，但因溶液沸點高，預熱時間長，故蒸發量較大。另外，發泡發涂覆不均勻，在印制板上有殘留物，且涂覆量難以控制。該方

49、法對于固體含量大于5%的助焊劑來說，效果較好。對免清洗助焊劑來說，其固體含量基本上都在2%左右，故不宜使用。l 噴霧發噴霧法可以精確控制助焊劑涂覆量而使用廣泛。其噴霧系統可以是單通路系統，由單通路系統中非再循環封閉容器供給助焊劑，則不需要監控助焊劑的固體含量。噴霧法涂覆均勻、用量少、不需進行滴定或比重的監控，不需定期排放舊助焊劑。基于噴霧法的上述優點，本設計采用噴霧法涂覆助焊劑。（2）預熱系統基板助焊劑涂覆之后，首先是蒸發助焊劑中的多余溶劑，增加粘性，這就需要在焊接前進行預熱，其作用如下：l 提升焊接表面溫度，有助于助焊劑表面的反應和更快捷的焊接。l 減少元器件的熱沖擊，避免元器件功能削弱或失

50、效l 加快助焊劑中的揮發性物質從PCB上的蒸發速度，從而避免焊球和橋聯出現目前常用的波峰焊預熱方法有強制熱風對流、電熱板對流、電熱棒加熱和紅外加熱等，本設計采用的是強制熱風對流的方式。（3）波峰焊接系統與63/37焊料相比，高Sn的無鉛焊料在高溫焊接中更容易氧化，從而在錫爐液面形成氧化物殘渣而影響焊接質量，同時也造成浪費。解決辦法就是采用氮氣保護。由于無鉛焊料的焊接溫度比有鉛焊料高3050度，且Sn的含量較高就增加了無鉛焊料對錫爐和噴口的腐蝕性。為了提高設備的使用壽命，錫爐的葉輪、輸送管、噴口以及焊爐都采用表面滲氮的不銹鋼。 焊接溫度的設計焊接溫度并不等于錫爐的溫度，一般比錫爐的溫度低5度，也

51、就是250度測量的潤濕性能大致對應于255度的錫爐溫度。對于本設計選用的無鉛焊料合金，當錫爐溫度270度時，該焊料有最小的潤濕時間和最大的潤濕力。 波峰高度設計波峰高度直接影響波峰平穩性及波峰表面焊錫的流動性，適當的波峰高度可以保證PCB有良好的 壓錫的高度，使焊點能和焊錫充分接觸，平穩的波峰可得到均勻的焊接。當波峰較高時，泵內液態焊料的流速增大，對PCB的壓力增大，雖有利于焊縫的填充，但容易引起拉尖。橋連等缺陷。而波峰偏低時，泵內液態釬料流體流速降低并為層流，此時波峰跳動小、平穩、但流動性差、容易產生吃錫不夠、錫點不飽和等缺陷。波峰高度通常應控制在PCB厚度的1/21/3。 浸錫時間設計被焊

52、表面浸入和退出熔融焊料的速度，對潤濕質量焊點的均勻性和厚度都影響很大，焊料被吸收到PCB焊盤通孔內，立刻產生熱交換。當印制板離開波峰時，放出潛熱，焊料固化。當錫爐溫度在250260度時，焊接溫度約為245度，焊接時間控制在35秒。（4）冷卻工藝無鉛工藝過程中，常會出現基板發生剝離的缺陷，產生的原因在于冷卻過程中，焊料合金的冷卻速度與PCB的冷卻速度不一致。目前最好的解決辦法就是在波峰焊出口加冷卻系統，而冷卻速率和方式示具體情況而定。（5）軌道傳輸參數設計傾角波峰焊接設備的傳送帶控制著PCB通過各工序的速度和位置。因此，傳輸帶必須運行平穩，并維持恒定的角度。調節傳送帶角度，可以調節PCB與波峰的

53、接觸時間。合適的傾角，有利于液態焊料與PCB更快的脫離。本設計中采用的軌道傾角為57度速度當其他參數不變時，改變軌道的傳送速度，則助焊劑的噴霧量、預熱溫度、浸錫時間，都將改變。所以選擇合適的速度非常重要，傳輸速度過快，PCB上助焊劑涂覆不足，預熱溫度不夠，焊接中容易產生焊接不良，導致上錫量不足、漏焊、而且還會由于浸錫時間過長，會使助焊劑揮發過度，同樣會導致錫量不足、漏焊。而且還會由于浸焊時間過長，容易橋連。甚至損壞元器件。本設計中的傳送速度采用1.4m/min。8、檢測工藝設計常用的有人工視覺檢查（MVI）、在線測試（ICT）、自動光學測試（AOI）、自動X射線測試（AXI）、功能測試（FT）

54、等。本設計采用AOI檢測方法。（1）AOI的主要檢測兩方面內容：最終品質檢測對下線產品的最終狀態進行檢測；過程跟蹤用檢測設備來監視生產過程，包括詳細的缺陷分類和元件貼放偏移等信息。（2）AOI主要檢測三個位置：錫膏印刷之后這個位置最直接地支持過程跟蹤和特征化，其定量過程控制數據包括印刷偏移和焊錫量信息；再流焊前可以發現錫膏印刷以及貼片的大多數缺陷，可提供高速貼片機和細間距元器件貼裝設備的校準信息；再流焊后這個位置可以發現全部的組裝錯誤，可以提高高度的安全性，因為它可以識別由錫膏印刷、元器件貼裝和再流過程引起的缺陷。（3）檢測內容IPC-A-610C焊點驗收標準也基本是以目測為主，其對焊點外觀質量檢測的內容有：潤濕程度良好；焊料在焊點表面鋪展均勻連續，接觸角一般小于30 º，對于焊盤邊緣的較小焊點，應見到凹狀的彎月面，被焊金屬表面不允許有焊料的阻擋層及其它污染物；焊點處的焊料層要適中，避免過多或過少；焊點位置必須準確，元器件的端頭或引腳應處于焊盤的中心位置，寬度和長度方向不應出現超越現象；焊點表面應連續、圓滑，再