高速pcb設(shè)計(jì)指南之二(已修改)
2025-08-01 10:20 本頁(yè)面
【正文】 ： ； :； 群： 高速 PCB 設(shè)計(jì)指南之二 第一篇 高密度 (HD)電路的設(shè)計(jì) 本文介紹，許多人把芯片規(guī)模的ＢＧＡ封裝看作是由便攜式電子產(chǎn)品所需的空間限制的一個(gè)可行的解決方案，它同時(shí)滿足這些產(chǎn)品更高功能與性能的要求。為便攜式產(chǎn)品的高密度電路設(shè)計(jì)應(yīng)該為裝配工藝著想。 當(dāng)為今天價(jià)值推動(dòng)的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)電子產(chǎn)品時(shí)， 性能與可靠性是最優(yōu)先考慮的。為了在這個(gè)市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)，開(kāi)發(fā)者還必須注重裝配的效率，因?yàn)檫@樣可以控制制造成本。電子產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)步和不斷增長(zhǎng)的復(fù)雜性正產(chǎn)生對(duì)更高密度電路制造方法的需求。當(dāng)設(shè)計(jì)要求表面貼裝、密間距和向量封裝的集成電路 ＩＣ 時(shí)，可能要求具有較細(xì)的線寬和較密間隔的更高密度電路板?？墒牵雇磥?lái)，一些已經(jīng)在供應(yīng)微型旁路孔、序列組裝電路板的公司正大量投資來(lái)擴(kuò)大能力。這些公司認(rèn)識(shí)到便攜式電子產(chǎn)品對(duì)更小封裝的目前趨勢(shì)。單是通信與個(gè)人計(jì)算產(chǎn)品工業(yè)就足以領(lǐng)導(dǎo)全球的市場(chǎng)。 高密度電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)者越來(lái)越受到幾個(gè)因素 的挑戰(zhàn)：物理 復(fù)雜元件上更密的引腳間隔 、財(cái)力 貼裝必須很精密 、和環(huán)境 許多塑料封裝吸潮，造成裝配處理期間的破裂 。物理因素也包括安裝工藝的復(fù)雜性與最終產(chǎn)品的可靠性。進(jìn)一步的財(cái)政決定必須考慮產(chǎn)品將如何制造和裝配設(shè)備效率。較脆弱的引腳元件，如０．５０與０．４０ｍｍ ０．０２０ ″與０．０１６ 引腳間距的ＳＱＦＰ ｓｈｒｉｎｋ ｑｕａｄ ｆｌａｔ ｐａｃｋ ，可能在維護(hù)一個(gè)持續(xù)的裝配工藝合格率方面向裝配專家提出一個(gè)挑戰(zhàn)。最成功的開(kāi)發(fā)計(jì)劃是那些已經(jīng)實(shí)行工藝認(rèn)證的電路板設(shè)計(jì)指引和工藝認(rèn)證的焊盤(pán)幾何形狀。 在環(huán) 境上，焊盤(pán)幾何形狀可能不同，它基于所用的安裝電子零件的焊接類型?？赡艿臅r(shí)候，焊盤(pán)形狀應(yīng)該以一種對(duì)使用的安裝工藝透明的方式來(lái)定義。不管零件是安裝在板的一面或兩面、經(jīng)受波峰、回流或其它焊接，焊盤(pán)與零件尺寸應(yīng)該優(yōu)化，以保證適當(dāng)?shù)暮附狱c(diǎn)與檢查標(biāo)準(zhǔn)。雖然焊盤(pán)圖案是在尺寸上定義的，并且因?yàn)樗怯≈瓢咫娐穾缀涡螤畹囊徊糠郑鼈兪艿娇缮a(chǎn)性水平和與電鍍、腐蝕、裝配或其它條件有關(guān)的公差的限制。生產(chǎn)性方面也與阻焊層的使用和在阻焊與導(dǎo)體圖案之間的對(duì)齊定位有關(guān)。 焊盤(pán)的要求 國(guó)際電子技術(shù)委員會(huì) ＩＥＣ Ｉｎｔｅ ｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ 的６１１８８標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)識(shí)到對(duì)焊接圓角或焊盤(pán)凸起條件的不同目標(biāo)的需要。這個(gè)新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)確認(rèn)兩個(gè)為開(kāi)發(fā)焊盤(pán)形狀提供信息的基本方法： １ )．基于工業(yè)元件規(guī)格、電路板制造和元件貼裝精度能力的準(zhǔn)確資料。這些焊盤(pán)形狀局限于一個(gè)特定的元件，有一個(gè)標(biāo)識(shí)焊盤(pán)形狀的編號(hào)。 ２ )．一些方程式可用來(lái)改變給定的信息，以達(dá)到一個(gè)更穩(wěn)健的焊接連接，這是用于一些特殊的情況，在這些情況中用于貼裝或安裝設(shè)備比在決定焊盤(pán)細(xì)節(jié)時(shí)所假設(shè)的精度有或多或少的差別。 該標(biāo)準(zhǔn) 為用于貼裝各種引腳或元件端子的焊盤(pán)定義了最大、中等和最小材料情況。除非另外標(biāo)明，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)將所有三中 “希望目標(biāo) ”標(biāo)記為一級(jí)、二級(jí)或三級(jí)。 一級(jí) ：最大 － 用于低密度產(chǎn)品應(yīng)用， “最大 ”焊盤(pán)條件用于波峰或流動(dòng)焊接無(wú)引腳的片 狀元件和有引腳的翅形元件。為這些元件以及向內(nèi)的 ″Ｊ ″型引腳元件配置的幾何形狀可以為手工焊接和回流焊接提供一個(gè)較寬的工藝窗口。 二級(jí) ：中等 － 具有中等水平元件密度的產(chǎn)品可以考慮采用這個(gè) “中等 ”的焊盤(pán)幾何形狀。與ＩＰＣ－ＳＭ－７８２標(biāo)準(zhǔn)焊盤(pán)幾何形狀非常相似，為所有元件類型配置的中等焊盤(pán)將為 回流焊接工藝提供一個(gè)穩(wěn)健的焊接條件，并且應(yīng)該為無(wú)引腳元件和翅形引腳類元件的波峰或流動(dòng)焊接提供適當(dāng)?shù)臈l件。 三級(jí) ：最小 － 具有高元件密度的產(chǎn)品 通常是便攜式產(chǎn)品應(yīng)用 可以考慮 “最小 ”焊盤(pán)幾何形狀。最小焊盤(pán)幾何形狀的選擇可能不適合于所有的產(chǎn)品。在采用最小的焊盤(pán)形狀之前，使用這應(yīng)該考慮產(chǎn)品的限制條件，基于表格中所示的條件進(jìn)行試驗(yàn)。 在ＩＰＣ－ＳＭ－７８２中所提供的以及在ＩＥＣ６１１８８中所配置的焊盤(pán)幾何形狀應(yīng)該接納元件公差和工藝變量。雖然在ＩＰＣ標(biāo)準(zhǔn)中的焊盤(pán)已經(jīng)為使用者的多數(shù)裝配應(yīng)用提供一個(gè)穩(wěn)健的界面 ，但是一些公司已經(jīng)表示了對(duì)采用最小焊盤(pán)幾何形狀的需要，以用于便攜式電子產(chǎn)品和其它獨(dú)特的高密度應(yīng)用。 國(guó)際焊盤(pán)標(biāo)準(zhǔn) (ＩＥＣ６１１８８ )了解到更高零件密度應(yīng)用的要求，并提供用于特殊產(chǎn)品類型的焊盤(pán)幾何形狀的信息。這些信息的目的是要提供適當(dāng)?shù)谋砻尜N裝焊盤(pán)的尺寸、形狀和公差，以保證適當(dāng)焊接圓角的足夠區(qū)域，也允許對(duì)這些焊接點(diǎn)的檢查、測(cè)試和返工。 圖一和表一所描述的典型的三類焊盤(pán)幾何形狀是為每一類元件所提供的：最大焊盤(pán) (一級(jí) )、中等焊盤(pán) (二級(jí) )和最小焊盤(pán) (三級(jí) )。 圖一、兩個(gè)端子的、矩形電容與電阻元件的 IEC 標(biāo)準(zhǔn)可以不同以滿足特殊產(chǎn)品應(yīng)用 焊盤(pán)特性 最大一級(jí) 中等二級(jí) 最小三級(jí) 腳趾 焊盤(pán)突出 腳跟 焊盤(pán)突出 側(cè)面 焊盤(pán)突出 開(kāi)井余量 圓整因素 最近 最近 最近 表一、矩形與方形端的元件 (陶瓷電容與電阻 ) (單位 :mm) 焊接點(diǎn)的腳趾、腳跟和側(cè)面圓角必須針對(duì)元件、電路板和貼裝精度偏差的公差 平方和。如圖二所示，最小的焊接點(diǎn)或焊盤(pán)突出是隨著公差變量而增加的（表二） 。 圖二、帶狀翅形引腳元件的 IEC 標(biāo)準(zhǔn)定義了三種可能的變量以滿足用戶的應(yīng)用 焊盤(pán)特性 最大一級(jí) 中等二級(jí) 最小三級(jí) 腳趾 焊盤(pán)突出 腳跟 焊盤(pán)突出 側(cè)面 焊盤(pán)突出 開(kāi)井余量 圓整因素 最近 最近 最近 表二、平帶 L 形與翅形引腳 (大于 的間距 ) (單位 :mm) 如果這些焊盤(pán)的用戶希望對(duì)貼裝和焊接設(shè)備有一個(gè)更穩(wěn)健的工藝條件，那么分析中的個(gè)別元 素可以改變到新的所希望的尺寸條件。這包括元件、板或貼裝精度的擴(kuò)散，以及最小的焊接點(diǎn)或焊盤(pán)突出的期望（表３，４，５和６）。 用于焊盤(pán)的輪廓公差方法的方式與元件的類似。所有焊盤(pán)公差都是要對(duì)每一個(gè)焊盤(pán)以最大尺寸提供一個(gè)預(yù)計(jì)的焊盤(pán)圖形。單向公差是要減小焊盤(pán)尺寸，因此得當(dāng)焊接點(diǎn)形成的較小區(qū)域。為了使開(kāi)孔的尺寸標(biāo)注系統(tǒng)容易，焊盤(pán)是跨過(guò)內(nèi)外極限標(biāo)注尺寸的。 在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，尺寸標(biāo)注概念使用極限尺寸和幾何公差來(lái)描述焊盤(pán)允許的最大與最小尺寸。當(dāng)焊盤(pán)在其最大尺寸時(shí)，結(jié)果可能是最小可接受的焊盤(pán)之間的間隔；相反，當(dāng)焊盤(pán)在 其最小尺寸時(shí)，結(jié)果可能是最小的可接受焊盤(pán)，需要達(dá)到可靠的焊接點(diǎn)。這些極限允許判斷焊盤(pán)通過(guò)／不通過(guò)的條件。 假設(shè)焊盤(pán)幾何形狀是正確的，并且電路結(jié)構(gòu)的最終都滿足所有規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，焊接缺陷應(yīng)該可以減少；盡管如此，焊接缺陷還可能由于材料與工藝變量而發(fā)生。為密間距 ｆｉｎｅ ｐｉｔｃｈ 開(kāi)發(fā)焊盤(pán)的設(shè)計(jì)者必須建立一個(gè)可靠的焊接連接所要求的最小腳尖與腳跟，以及在元件封裝特征上允許最大與最小 或至少 的材料條件。 表三、 J 形引腳 (單位 :mm) 焊盤(pán)特性 最大一級(jí) 中等二級(jí) 最小三級(jí) 腳趾 焊盤(pán)突出 腳跟 焊盤(pán)突出 側(cè)面 焊盤(pán)突出 開(kāi)井余量 圓整因素 最近 最近 最近 表四、圓柱形端子（
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