印制电路板可制造性设计规范.doc

1 范围1.1 主题内容本标准规定了电子产品中印制电路板设计时应遵循的基本要求。1.2 适用范围本标准适用于以环氧玻璃布层压板为基板的表面组装印制板设计，采用其它材料为基板的设计也可参照使用。2 引用标准GB 203694 印制电路术语GB 337582 焊接名词术语SJ/T 106681995 表面组装技术术语SJ/T 106691995 表面组装元器件可焊性试验Q/DG 722002 PCB设计规范3 定义3.1 术语本标准采用GB 3375、GB2036、SJ/T 10668定义的术语。3.2 缩写词 a. SMC/SMD(Surface mounted components/ Surface mounted devices)：表面组装元器件；b. SMT(Surface mounted technology)：表面组装技术；c. SOP(Small outline package)：小外形封装，两侧具有翼形或J形短引线的一种表面组装元器件封装形式；d. SOT(Small outline transistor)：小外形晶体管； e. PLCC(Plastic leaded chip carrier)：塑封有引线芯片载体，四边具有J形短引线，典型引线间距为1.27mm，采用塑料封装的芯片载体，外形有正方和矩形两种形式 f.；QFP(Quad flat package)：四边扁平封装，四边具有翼形短引线，引线间距为1.00mm，0.80mm，0.65mm，0.50mm，0.30mm等； g. DIP (Dual in-line package)：双列直插式封装 h.；BQFP (QFP with buffer)：带缓冲垫封装的Q FP；i. PCB (Printed circuit board)：印制板。J.BGA(Ball Grid Array):球形栅格列阵4 一般要求4.1 印制电路板的尺寸厚度4.1.1 印制板最小尺寸L×W为80mm×70mm，最大尺寸L×W为457mm×407mm4.1.2 印制板厚度一般为0.82.0mm。4.2 印制电路板的外形要求对于波峰焊，要求外形应该是矩形的，如果有缺槽，应考虑用工艺拼板的方式将缺槽补齐；对于纯SMT板，允许有缺槽，但缺槽尺寸应小于所在边长度的1/3，以确保PCB在链条上传送平稳.(如图1所示)图1 PCB板的外形要求4.3 印制电路板的工艺边要求在PCB布局时要留出35mm的工艺边，所谓工艺边，就是为PCB组装时便于设备传送、夹持。在这个范围内不允许布放元器件焊盘（整机连线用焊盘除外）但可走线。如果印制线路板上元器件过多，不得已要超出3mm范围时，可以在板的边缘加上3mm的辅边，辅边开V形槽，在生产后用手掰断即可。4.4 印制电路板的MARK点的设计要求基准点是供自动化设备做自动对位用的，视觉系统的基准点类型有几种，最佳的基准点标记是实心圆，基准点标记直径一般设置为1mm,按精度需求可采用PCB板基准点和局部基准点，PCB基准点用于整个PCB光学定位，局部基准点用于引脚数量多、间距小的单个器件。推荐的MARK点如图2所示：图2 MARK点的设计形状实心圆尺寸d=1.0mm+/0.025mm；无阻焊保护区D=3.0mm；基材:良好的对比度；无氧化；无阻焊剂；平整度<0.015 mm。使用3+1 Fiducial Marks，Mark点中心距离板边缘5mm双面都有贴片元件，则每一面都应有Mark点.局部Mark点建议采用二个。Mark点可以是裸铜、由清澈的防氧化涂层保护的裸铜、镀镍或镀锡、或焊锡涂层（热风均匀的）4.5 印制电路板坐标原点的要求 为了和贴片机的GEB文件相对应，减少相对误差，建议以左下角的全局MARK点作为PCB设计时的坐标原点4.6 印制电路板材料的要求尽量使用现有的环氧布层压板FR4，且保证热风整平均匀。4.7 元器件的选择4.7.1 无源元件应优选矩形片状封装。4.7.2 片状电阻和电容优选1206封装。4.7.3 钽电容器优选模压塑料封装。4.7.4 通用表面组装二极管和三极管优选高外形的SOT23，且尽量用标准的表贴二极管。4.7.5 有源器件优选具有J型或鸥翼形引脚的器件。4.7.6 QFP优选带缓冲垫封装（BQFP），且0.3mm的QFP尽量的用BGA来代替。4.7.7 SOP、PLCC、QFP的引脚应有良好的共面性，其最高引脚的脚底与最低三条引脚的脚底形成的平面之间的垂直距离要求不大于0.1mm，特殊情况下可放宽到与引脚厚度相同。4.7.8 元器件应能耐受的焊接条件是：再流焊时为230、20s，波峰焊时260、10s。4.7.9 慎重选用圆柱形的电阻、电容和二极管；4.7.10 所有元器件的可焊性应符合SJ/T10669中的要求。4.8 印制电路安装孔的设计要求，为了确保波峰焊时熔融的焊锡不会堵塞安装孔，定位孔、非接地安装孔，除了功能必须要求金属化的孔外，一般均应设计成非金属化孔。4.9 表面组装元器件的焊盘图形设计原则a. 表面组装焊盘尺寸应与所用元器件的外形、焊端、引脚等尺寸相匹配；b. 有源器件的焊盘图形优选长圆形焊盘；c. 同一元器件相邻焊盘之间的中心距应等于相邻引线的中心距；d. 对称引脚的焊盘，设计时应严格保持其对称性。e. SMD器件的引脚与大面积筒箔连接时，要进行热隔离处理（如图3）。图3 热隔离带的设计4.10 印制电路金属化、安装孔孔以及插装元器件焊盘的尺寸设计依照电子工程研究所标准Q/DG 722002来执行。4.11 印制电路拼版设计要求对于长边尺寸小于50mm、或短边小于50 mm、或尺寸范围小于125×100mm的PCB，宜采用拼板的方式，转换为符合生产要求的理想尺寸，以便于组装。拼板连接时主要考虑的是拼板分离后边缘是否整齐；分离是否方便，在经插装工序时是否有足够的刚度拼板的连接方式主要有双面对刻V形槽、长槽孔加圆孔、长槽孔三种，如图4所示： 图4 拼版的布局设计5 详细要求5.1 各种不同元器件的焊盘图形设计5.1.1 无源元器件的焊盘图形设计5.1.1.1 矩形元件的焊盘图形设计电阻和电容的外形及焊盘图形见图5。焊盘宽度按式（1）、电阻焊盘长度按式（2）、电容焊盘长度按式（3）、焊盘间距按式（4）计算。 （1） （2） （3） （4） 式中：A ¾¾ 为焊盘宽度，mm（mil）；B ¾¾ 为焊盘长度，mm（mil）；G ¾¾ 为焊盘间距，mm（mil）； Wmax¾¾ 为元件最大宽度，mm（mil）；Hmax¾¾ 为元件最大高度，mm（mil）； Tmax¾¾ 为元件端焊头最大宽度，mm（mil）； Tmin¾¾ 为元件端焊头最小宽度，mm（mil）；Lmax¾¾ 为元件最大长度，mm（mil）；K0.25mm (10mil)。图5 矩形元件的外形及焊盘图形示意图常用电阻和电容的焊盘尺寸列入表1、表2。表1 片状电阻的焊盘尺寸 mm 尺寸电阻规格ABGR02010.5080.380.35R04020.5080.5080.35R06030.960.960.43R08051.271.520.76R12061.521.771.78R12102.541.771.78表2 片状电容的焊盘尺寸 mm 尺寸电容规格 ABGC02010.500.500.50C04020.560.530.43C06030.760.890.76C08051.271.520.76C12061.521.781.78C12102.541.782.035.1.1.2 模压塑封钽电容器的焊盘设计钽电容器的外形及焊盘图形见图6。焊盘宽度按式（5）、焊盘长度按式（6）、焊盘间距按式（7）计算。 （5） （6） （7）式中：A ¾¾ 为焊盘宽度，mm（mil）；B ¾¾ 为焊盘长度，mm（mil）；G ¾¾ 为焊盘间距，mm（mil）； Wmax¾¾ 为元件最大宽度，mm（mil）；Hmax¾¾ 为元件最大高度（指焊端高度），mm（mil）； Tmin¾¾ 为元件端焊头最小宽度，mm（mil）；Lmax¾¾ 为元件最大长度，mm（mil）；Tmax¾¾ 为元件端焊头最大宽度，mm（mil）；K0.25mm (10mil)。图6 模压塑封钽电容器的外形及焊盘示意图常用模压塑封钽电容器的焊盘尺寸列入表3。表3 模压塑封钽电容器的焊盘尺寸 mm（mil） 尺寸封装类型ABG3216（A封装）1.27（50）1.52（60）1.02（40）3528（B封装）2.29（90）1.52（60）1.27（50）6032（C封装）2.29（90）2.29（90）3.05（120）7243（D封装）2.54（100）2.54（100）4.06（160）3518（E封装）1.78（70）2.03（80）1.02（40）3527（F封装）2.54（100）2.03（80）1.02（40）7227（G封装）2.54（100）3.05（120）3.05（120）7257（H封装）5.84（230）3.05（120）3.05（120）5.1.1.3 圆柱形元器件的焊盘设计 焊盘图形为长方形。采用再流焊时，还必须设计有凹形槽（见图7），其宽度一般为0.3±0.05mm。如果焊前采用胶粘剂固定元器件，则不必设计凹槽。常用圆柱形元器件的焊盘宽度、焊盘长度、焊盘间距及凹形槽长度列入表4。表4 圆柱形表面组装元器件的焊盘尺寸 mm（mil） 尺寸封装类型ABGDMLL342.0（80）1.4（55）2.2（87）0.7（28）MLL412.8（110）1.8（70）3.4（134）1.0（40）SOD802.0（80）1.6（63）2.2（87）0.8（32）电阻1/4W2.5（100）2.0（80）4.4（174）0.8（32）图7 圆柱形表面组装元器件的焊盘图形5.1.2 有源器件的焊盘图形设计5.1.2.1 一般原则a. 焊盘宽度和焊盘间距尺寸的设计焊盘宽度与焊盘间距的尺寸之比分为、三种系列，即把器件的引脚中心距分别按系列I为7:3、系列为6:4、系列为5:5不同的比例进行分割，优选系列。当引脚中心距为1.27mm时，三种比例的焊盘宽度和焊盘间距见表5。优选系列时，不同的引脚中心距对应的焊盘宽度和焊盘间距尺寸按表6选取表5 1.27mm引脚中心距器件焊盘宽度和焊盘间距系列图示系列 焊盘宽度 引脚中心距 焊盘间距分配比例7:36:45:5焊盘宽度mm0.890.760.64焊盘间距mm0.380.510.63表6 不同的引脚中心距对应的焊盘宽度和焊盘间距 mm（mil）引脚中心距焊盘宽度焊盘间距1.27（50）0.76（30）0.51（20）1.0（39）0.56（22）0.38（15）0.8（31）0.46（18）0.30（12）0.635（25）0.36（14）0.25（10）0.5（20）0.28（11）0.18（7）0.3(12)0.2（8）0.125（5）b. 焊盘长度一般为器件可焊引脚长度2.53倍，推荐3倍。5.1.2.2 晶体管焊盘图形设计焊盘的中心距离等于器件引线间的中心距离，焊盘尺寸在可焊端四周延伸0.38mm（15mil）。常用的SOT23、SOT89、SOT143焊盘图形见图8、 图9、图10。图8 SOT23焊盘示意图（单位mm）图9 SOT89焊盘示意图（单位mm）图10 SOT143焊盘示意图（单位mm）5.1.2.3 SOP器件焊盘图形的设计 SOP外形及焊盘图形见图11，焊盘宽度、焊盘间距计算按5.1.2.1a，焊盘长度按5.1.2.1b。两排焊盘内侧间距的计算按式（8）。 （8）式中：D ¾¾ 为两侧焊盘相对间距，mm（mil）；F ¾¾ 为器件的体宽，mm（mil）；K0.254mm（10mil）。图11 SOP外形及焊盘示意图5.1.2.4 SOJ器件焊盘图形设计焊盘宽度为0.76mm，焊盘间距为0.51mm，焊盘长度为2mm。两排焊盘内侧间距应保证引脚外侧部分的焊盘长度为整个焊盘长度的2/3。焊盘与引脚的相对位置见图12。焊盘焊盘2/3BB图12 SOJ焊盘示意图5.1.2.5 PLCC器件焊盘图形的设计 PLCC的外形及焊盘形状见图13，焊盘宽度一般为0.76mm，焊盘间距为0.51mm，焊盘长度为2mm，相对焊盘外侧间距的计算按式（9）、（10）。 （9） （10）式中：A¾¾ 横向焊盘外侧间距，mm（mil）；B ¾¾ 纵向焊盘外侧间距，mm（mil）；C1/C2¾¾ 器件的宽（含引脚），mm（mil）；K0.76mm(30mil) 图13 PLCC外形及焊盘示意图5.1.2.6 5.1.2.6BGA等球状栅格列阵元器件的焊盘设计原则aPCB上的每个焊球的中心与BGA底部相对应的焊球中心相吻合；bPCB焊盘图形为实心圆，导通孔不能加工在焊盘上；c与焊盘连接的导线宽度要一致，一般为0.15mm0.2mm；d阻焊尺寸比焊盘尺寸大0.1mm0.15mm；e导通孔在孔化电镀后，必须采用介质材料或导电胶进行堵塞，高度不得超过焊盘高度；f在BGA器件外廓四角加工丝网图形，丝网图形的线宽为0.2mm0.25mm。gBGA器件的焊盘形状为圆形，通常焊盘直径应比焊球直径小20%。焊盘旁边的通孔，在制板时须做好阻焊，以防引起焊料流失造成短路或虚焊。BGA焊盘间距应按公制设计，由于元件手册会给出公制和英制两种尺寸标注，实际上元件是按公制生产的，按英制设计焊盘会造成安装偏差。5.1.2.7 QFP类型封装器件焊盘图形的设计焊盘图形尺寸计算按5.1.2.1条，但应注意以下不同点：a. 在设计多引脚细间距的元器件焊盘时应保证焊盘位置总体累计误差(即每一排最后一个焊盘相对第一个焊盘的位置误差)控制在±0.0127mm之内；b. 当确定了焊盘长度及焊盘宽度后，焊盘外侧间距计算按式（11）、（12），器件外形及焊盘形状见图14。 （11） （12）式中： A ¾¾ 横向焊盘外侧间距，mm；B ¾¾ 纵向焊盘外侧间距，mm；L1/L2¾¾ 器件引脚外侧间距（取最小间距），mm； BA T ¾¾ 器件可焊引脚长度，mm。 图14 QFP的外形及焊盘示意图5.2 元器件的布局设计5.2.1 元器件的布置要求a. 全部采用表面组装元器件的印制板，优选同面组装设计。b. 采用双面表面组装设计时，尽量将大的封装器件布置在同一面上； c. 设计混合组装印制板时，表面组装元器件如果只有片状元器件和小外型的元器件，则尽量把这些器件都布置在插装元器件的焊接面上；d. 设计混合组装印制板时，对四边有引线的集成电路（PLCC，QFP），尽量与插装元器件布置在同一面上；e. 考虑到波峰焊的“遮蔽效应”，元器件的安装方向尽可能按下图15所示方向放置； f. 同类元器件尽可能按相同方向排列，有极性的元器件最好以同一方向放置在印制板上；gPLCC等器件的下方不要安放片式元器件；h 在电路板易弯曲变形的位置放置元器件时，元器件的方向应避开易使元器件断裂或焊点拉断的方向，见图16所示。I对于一些热容量大，易吸潮器件，如PLCC,BGA 等在印制板上布局时应尽量分散，避免产生冷焊现象。穿过波峰焊的方向图15 波峰焊基板上元器件取向j 在电路板易弯曲变形的位置上放置元器件时，元器件的方向应避开易使元器件断裂或焊点拉断的方向，见图16所示。图16 元件位置布置示意图注：其中打“×”者受应力最大，打“”者次之，打“O”者最小。5.2.2 元器件间距要求a. 相邻表面组装元器件（如PLCC、BGA、QFP等）之间的间距应不小于图17的规定； 图17 相邻表面组装元器件最小间距示意图（单位mm）b. 对于混装电路，通孔插装元器件与表面组装元器件之间的间距应不小于图18的规定。图18 混装电路元器件最小间距示意图（单位mm）5.3 布线设计5.3.1 印制导线的线宽和线距印制导线的线宽应根据布线密度及导线中通过的电流大小决定，常用的线宽有0.3mm（12mil）、0.2mm（8mil）、0.15mm（6mil）、0.12mm（5 mil）。对信号线一般要求粗细尽量均匀一致，避免粗细突变和走向急转弯。有关电源线、地线及大面积覆铜等的设计可参照相关规定进行。设计时焊盘间距、线与线间距、线与焊盘、线与孔、焊盘与孔之间的距离可参照表7。表7 几种线宽时的推荐间距 mm（mil）线宽0.3（12）0.2（8）0.15（6）0.12（5） PCB分层 间距外层内层外层内层外层内层外层内层焊盘间距0.25 （10）0.25（10）0.2（8）0.2（8）0.15（6）0.15（6）0.12（5）0.12（5）线与线间距0.25 （10）0.25（10）0.2（8）0.2（8）0.15（6）0.15（6）0.12（5）0.12（5）线与焊盘间距0.25 （10）0.25（10）0.2（8）0.2（8）0.15（6）0.15（6）0.12（5）0.12（5）线与孔间距0.38（15）0.45（18）0.3（12）0.41（16）0.18（7）0.33（13）0.15（6）0.33（13）焊盘与孔间距0.38（15）0.45（18）0.3（12）0.41（16）0.2（8）0.33（13）0.18（7）0.33（13）5.3.2 焊盘引出线设计焊盘的引出线应尽量从中间垂直引出，见图19。图19 焊盘引出线示意图5.3.3 焊盘与焊盘连线的设计同一多引脚元器件的相邻引脚焊盘之间的连线，应通过引出线短接，如图16 (a)。一般不采取焊盘直接短接的方法，如图20 (b)。a推荐 b 不推荐图20 焊盘连线示意图5.3.4 焊盘与导通孔连线的设计焊盘与导通孔之间应采用引线连接，导通孔与焊盘边缘之间的距离应大于0.5mm，且表面组装焊盘内及边缘上不允许有导通孔，见图21所示。图21 焊盘与导通孔的连线示意图（单位mm）5.4 阻焊膜图形设计印制板的表面上除焊盘、测试点、基准标志、接地部位之外，都应覆盖阻焊膜。且要求阻焊膜厚度不得大于焊盘的厚度。阻焊膜焊盘a. 阻焊图形一般应距焊盘边缘0.05 0.25m，如图22所示；图22 阻焊膜图形焊盘阻焊膜印制导线b. 多引脚器件的焊盘之间，必须设计阻焊膜，被阻焊膜覆盖的印制导线表面不得有锡铅合金层，如图23所示。图23 焊盘之间有导线时的阻焊膜图形（单位mm）5.5 字符图和字符的设计5.5.1 有极性的元器件，应按照实际安装位置标出极性以及安装方向；5.5.2 对两边或四周引出脚的集成电路，要用符号（如：小方块、小圆圈、小圆点）标出第1号管脚的位置，符号大小要和实物成比例；对BGA器件最好用阿拉伯数字和英文字母以矩阵的方式标出第一脚的位置；对连接器类元件，要标出插入方向、1号脚的位置。且所有标记应在元件安装框外，以免焊接后遮盖，不便于检查。5.5.3 丝印字符应清晰，大小一致，方向尽量整齐，便于查找；5.5.4 字符中的线、符号等不得压住焊盘，以免造成焊接不良。5.6 可测性设计在SMT可测性设计中应遵循下列原则：a. 测试点的设置应与测试设备和测试方法相适应；b. 要求尽量将元器件的测试点集中在一个面上， 并尽量放置在1.27mm的网格上；a. 测试点图形可以是圆形或方形，其直径或边长采用的尺寸系列为0.64mm、0.8mm、1.0mm、1.27mm、2.0mm等，推荐用圆形的测试点，其直径为2mm。b. 测试点与相邻元器件边缘的距离要等于或大于1mm，相邻测试点的中心距应大于2.54mm，测试点与任何类型元器件引线插孔的中心距应大于2.54mm；c. 金属化孔也可作为测试的支承点。