SMT印制板設(shè)計(jì)質(zhì)量的審核

 一、概述

    采用smt技術(shù)設(shè)計(jì)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(wú)可比比擬的。隨著smt技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品的更新和換代速度也很快，因此越來(lái)越多的企業(yè)在開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品中逐步加大了采用smt生產(chǎn)技術(shù)的力度。

    在保證smt印制板的生產(chǎn)質(zhì)量的過(guò)程中，設(shè)計(jì)質(zhì)量是質(zhì)量保證的前提和條件，如果疏忽了對(duì)設(shè)計(jì)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(fèi)。根據(jù)這一情況我們結(jié)合焊裝過(guò)程的實(shí)際情況和有關(guān)資料總結(jié)出smt印制板設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)員的自審和專業(yè)工藝工程人員的復(fù)審內(nèi)容和項(xiàng)目，供產(chǎn)品設(shè)計(jì)師和工藝師參考。

二、smt設(shè)計(jì)程序

    新產(chǎn)品在開(kāi)發(fā)過(guò)程中往往分為方案設(shè)計(jì)階段、初步設(shè)計(jì)階段、工程設(shè)計(jì)階段、樣板和試生產(chǎn)階段、批量生產(chǎn)階段等幾個(gè)環(huán)節(jié)。

1、方案設(shè)計(jì)階段；新產(chǎn)品經(jīng)過(guò)調(diào)研、分析與立項(xiàng)過(guò)程中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師和工藝師分別規(guī)劃產(chǎn)品功能、外觀造型設(shè)計(jì)和應(yīng)該采用的工藝方法和建議。對(duì)于smt印制板的設(shè)計(jì)，提供設(shè)計(jì)人員應(yīng)采用的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求。
2、初步設(shè)計(jì)階段；在完成造型設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)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(zhǎng)度和厚度要求、與結(jié)構(gòu)件裝配孔大小位置、應(yīng)預(yù)留邊緣尺寸等，使電路設(shè)計(jì)師能在有效范圍內(nèi)進(jìn)行布線設(shè)計(jì)。
3、工程設(shè)計(jì)階段；電路設(shè)計(jì)師過(guò)程中，依據(jù)各種標(biāo)準(zhǔn)和手冊(cè)進(jìn)行詳細(xì)布線，實(shí)現(xiàn)功能。
4、樣機(jī)與試生產(chǎn)階段：根據(jù)設(shè)計(jì)資料加工smt印制板，驗(yàn)證設(shè)計(jì)功能是否達(dá)到與是否滿足工序要求
5、批量生產(chǎn)階段，在smt印制板設(shè)計(jì)的各個(gè)階段設(shè)計(jì)師應(yīng)經(jīng)常對(duì)自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行自我審查，工藝師也應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行復(fù)審，提出建議和解決辦法。而在上述各階段中以工程設(shè)計(jì)階段完成后的設(shè)計(jì)師的自我審查與工藝師的復(fù)審為重要和關(guān)鍵，忽視了這一環(huán)節(jié)將給試生產(chǎn)和批量生產(chǎn)帶來(lái)不必要的損失和困難，下面詳細(xì)介紹此階段自審與復(fù)審項(xiàng)目和內(nèi)容和一些基本設(shè)計(jì)原則。

三、設(shè)計(jì)完成后設(shè)計(jì)質(zhì)量的審核

    smt印制板詳細(xì)階段設(shè)計(jì)完成后，設(shè)計(jì)者按以下條目進(jìn)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(jiàn)的問(wèn)題，工藝員或?qū)I(yè)工程人員進(jìn)行復(fù)審將盡可能地提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1） 審核PCB設(shè)計(jì)后的組裝形式。
    從加工工藝的過(guò)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(shè)計(jì)者應(yīng)考慮smt板型設(shè)計(jì)是否大限度地減少組裝流程的問(wèn)題，即多層板或雙面板的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。
    因PCB組裝過(guò)程中，PCB應(yīng)留出一定的邊緣便于設(shè)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(gè)范圍內(nèi)不容許布放元器件和焊盤(pán)，遇有高密度板無(wú)法留出夾持邊的，可設(shè)計(jì)工藝邊或采用拼板形式焊后切去。有些型號(hào)貼片機(jī)還需設(shè)置定位孔，那么在定位孔周?chē)?mm范圍內(nèi)也不允許貼片。

3） 審核PCB設(shè)計(jì)定位基準(zhǔn)符號(hào)、尺寸。
（a） 對(duì)于采用光學(xué)基準(zhǔn)符號(hào)定位的貼片設(shè)備必須設(shè)計(jì)出光學(xué)定位基準(zhǔn)符號(hào)。
（b） 基準(zhǔn)符號(hào)的應(yīng)用有三種情況，一是用于PCB的整板定位；二是用于細(xì)間距器件的定位，對(duì)于這種情況原則上間距小于0.65mm的QFP均應(yīng)在其對(duì)角位置設(shè)置定位基準(zhǔn)符號(hào)；三是用于拼版PCB子板的定位?；鶞?zhǔn)符號(hào)成對(duì)使用，布置于定位要素的對(duì)角處。
（c） 基準(zhǔn)符號(hào)種類和尺寸
(d)基準(zhǔn)符號(hào)材料為覆銅箔或鍍錫鉛合金覆銅箔?？紤]到材料顏色與環(huán)境的反差，通常留出比基準(zhǔn)符號(hào)大1.5mm的無(wú)阻焊區(qū)。

4）審核smt印制板的布線設(shè)計(jì)：
    smt印制板的布線密度設(shè)計(jì)原則；在組裝密度許可情況下，盡量選用低密度布線設(shè)計(jì)，以提高無(wú)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(shí)，可適當(dāng)加寬印制導(dǎo)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(duì)于高頻信號(hào)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(shí)，地線應(yīng)設(shè)計(jì)成網(wǎng)格形式，避免在高溫焊接產(chǎn)生應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)線布線圖盡可能短，過(guò)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(yīng)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(shí)安裝模擬電路和數(shù)字電路時(shí)，宜將兩種電路的地線系統(tǒng)完全分開(kāi)，它們的供電系統(tǒng)同樣也宜完全分開(kāi)，防止它們之間的相互串?dāng)_。
  e)作為高速數(shù)字電路的輸入端和輸出端用的印制導(dǎo)線，應(yīng)避免相鄰平行布線。必要時(shí)，在這些導(dǎo)線之間要加接地線。
  f)印制板信號(hào)走線，盡量粗細(xì)一致，有利于阻抗的匹配，一般為0.2~0.3mm(8~12mil)，對(duì)于電源線和地線應(yīng)盡可能的加大，地線能排在印制板的四周對(duì)電路防護(hù)有利。

5） 審核smt印制板的布局設(shè)計(jì)。
    smt印制板設(shè)計(jì)中SMD等元器件的布置是關(guān)系到獲得穩(wěn)定的焊接質(zhì)量的重要保障，因此在設(shè)計(jì)和審核smt印制板設(shè)計(jì)中注意從下面幾個(gè)方面：
  a)采用波峰焊接時(shí)，應(yīng)盡量去除“陰影效應(yīng)”即，器件的管腳方向應(yīng)平行于錫流方向。
  b)SMD在PCB上應(yīng)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(shí)應(yīng)排布散熱器的位置和固定方式，熱敏感器件應(yīng)遠(yuǎn)離散熱器，大質(zhì)量的器件應(yīng)考慮加裝器件固定架或固定盤(pán)。
  c)SMD在PCB上的排列，原則上應(yīng)隨元器件類型改變而變化，但同時(shí)SMD盡可能采取一個(gè)位向、一個(gè)間距、一個(gè)極性排列。這樣有利于貼裝、焊接和檢測(cè)。
  d)考慮到元器件制造誤差、貼裝誤差以及檢測(cè)和返修之需，相鄰元器件焊盤(pán)之間間隔不能太近，建議按下述原則設(shè)計(jì)。
*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(shè)計(jì)
*波峰焊不適合于細(xì)間距QFP、PLCC、BGA和小間距SOP器件的焊接，也就是說(shuō)在要波峰焊的PCB面盡量不要布置這類器件。
*當(dāng)元件尺寸相差較大的貼片元器件相鄰排列且間距較小時(shí)，較小的元器件應(yīng)排在首先進(jìn)入焊料波的位置。一般將PCB長(zhǎng)尺寸邊作為傳送邊，布局時(shí)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?chē)粦?yīng)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(dāng)它們跨越印制導(dǎo)線時(shí)，應(yīng)當(dāng)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(yīng)考慮PCB變形對(duì)元件可靠性的影響。

6） 審核smt印制板過(guò)孔與焊盤(pán)的設(shè)計(jì)。
A、焊盤(pán)上原則上應(yīng)盡量避免設(shè)計(jì)過(guò)孔，如果孔和焊點(diǎn)靠得太近，通孔由于毛細(xì)管作用可能把熔化的焊錫從元器件上吸走，造成焊點(diǎn)不飽滿或虛焊。六屆裝聯(lián)學(xué)會(huì)論文集中，有人嘗試直接在焊盤(pán)上使用了過(guò)孔設(shè)計(jì)，原因是元器件密度較高，是多層板，設(shè)計(jì)時(shí)過(guò)孔盡量設(shè)置在焊盤(pán)的頂端，過(guò)孔必須小于焊盤(pán)，要求過(guò)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(duì)要復(fù)雜一些，因此如果在條件許可的情況下，仍應(yīng)盡量避免在焊盤(pán)上設(shè)計(jì)過(guò)孔。
B、進(jìn)行smt印制板焊盤(pán)的設(shè)計(jì)有一些標(biāo)準(zhǔn)和資料都描述得很清楚，審核也是以這些標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。但是有幾個(gè)容易忽視的問(wèn)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(biāo)準(zhǔn)，各廠家生產(chǎn)的封裝尺寸不完全一致。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)以供應(yīng)商提供的封裝結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這就要求設(shè)計(jì)者應(yīng)掌握器件供應(yīng)商的資料，在電路設(shè)計(jì)工作組中，應(yīng)隨時(shí)更新和增補(bǔ)元器件材料庫(kù)，保證設(shè)計(jì)者能從庫(kù)中直接調(diào)用器件時(shí)不會(huì)發(fā)生記錄與器件不符現(xiàn)象。
*當(dāng)采用波峰焊接工藝時(shí)，插腳的焊盤(pán)通孔，一般應(yīng)比其引腳線徑大0.05-0.3mm，其焊盤(pán)的直徑應(yīng)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(wú)法插入孔徑的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)過(guò)程中是難以審核出這種問(wèn)題，該問(wèn)題只能在材料的入庫(kù)前檢驗(yàn)把關(guān)，因此材料檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)應(yīng)具備與設(shè)計(jì)同樣的詳細(xì)器件資料。
C、smt印制板可測(cè)試性焊盤(pán)的設(shè)計(jì)的審核
在規(guī)模生產(chǎn)中，smt印制板的測(cè)試主要采用ICT方式，在使用針床接觸式測(cè)試時(shí)，應(yīng)注意審核的主要內(nèi)容：
*定位孔設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中定位孔按對(duì)角設(shè)計(jì)，孔徑應(yīng)符合所選ICT設(shè)備定位銷的尺寸及公差要求。在印制板面積較大時(shí)，好設(shè)計(jì)三個(gè)定位孔，呈三角形排列。
*測(cè)試點(diǎn)的焊盤(pán)尺寸應(yīng)大于0.9或1 mm。
*采用真空媳婦，針床接觸測(cè)試方式時(shí)，盡量將需要測(cè)試點(diǎn)的焊盤(pán)設(shè)計(jì)在一個(gè)平面，可以減少測(cè)試工序，測(cè)試點(diǎn)將測(cè)試點(diǎn)均勻地分布在印制板上，保持板面受力均勻。
*測(cè)試點(diǎn)焊盤(pán)的位置應(yīng)布置在網(wǎng)格上。

7）審核設(shè)計(jì)輸出資料的齊套性
在進(jìn)行完資料檢查后，smt印制板的設(shè)計(jì)者應(yīng)向制造商提供以下磁盤(pán)文件和說(shuō)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(biāo)明。
（3）外形圖（包括定位孔尺寸及位置要求。）

說(shuō)明性文件應(yīng)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(shuō)明的特殊要求

四、smt印制板的設(shè)計(jì)質(zhì)量審核質(zhì)量記錄

    在smt設(shè)計(jì)至加工過(guò)程中，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問(wèn)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(yīng)有一套嚴(yán)謹(jǐn)?shù)馁|(zhì)量保障體系。印制板的設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)明確質(zhì)量是關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量的前提，完成功能的設(shè)計(jì)并不意味任務(wù)的結(jié)束，他仍需組織試制樣機(jī)評(píng)審、設(shè)計(jì)的更改與完善直至交付批量生產(chǎn)，在這些過(guò)程中質(zhì)量記錄是很重要的信息也是設(shè)計(jì)者改進(jìn)和依據(jù)，它一直貫穿于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)至生產(chǎn)過(guò)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(rèn)證單位，它有一套完善的設(shè)計(jì)質(zhì)量控制程序，公以smt印制工程設(shè)計(jì)后的審核程序?yàn)槔f(shuō)明：
    在smt印制板完成工程設(shè)計(jì)后，要求設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)完成電性能的驗(yàn)證，同時(shí)按下述內(nèi)容自審理布板的內(nèi)容：

1）smt板型設(shè)計(jì)是否考慮了大限度地減少組裝流程的問(wèn)題，即雙面板的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)出定位基準(zhǔn)符號(hào)？尺寸是否正確？定位基準(zhǔn)符號(hào)周?chē)欠裼?mm~1.5mm無(wú)阻焊區(qū)？
4）PCB非接地安裝孔是否標(biāo)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(cè)和修補(bǔ)？
7）SMD的排布是否按照一個(gè)極性、一個(gè)引線引向的原則排列？
8）對(duì)于采用波峰焊的PCB面上，元器件引線的排列是否嚴(yán)格按照一個(gè)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(pán)尺寸是否一致？
10）軸向插裝元件立式安裝時(shí)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(gè)插裝元件安裝空間是否足夠？
14）PCB的元件標(biāo)識(shí)符是否易于看到？有極向元件極性是否標(biāo)出？IC一腳位置是否標(biāo)出？
15）SMD焊盤(pán)與引線的連接、SMD焊盤(pán)與導(dǎo)通孔的連接是否符合工藝要求？
16）測(cè)試焊盤(pán)是否考慮？
17）阻焊膜是否將不需要焊的金屬導(dǎo)體全部覆蓋？
18）PCB安裝時(shí)，是否有導(dǎo)電地方同機(jī)架相碰？
19）PCB外形形狀和尺寸是否與結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)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(guò)設(shè)計(jì)自審后，一般能避免許多常見(jiàn)問(wèn)題的出現(xiàn)。設(shè)計(jì)資料交由工藝工程人員進(jìn)行復(fù)審，復(fù)審的內(nèi)容與設(shè)計(jì)自審的內(nèi)容相似，在審核過(guò)程中工藝工程人員逐項(xiàng)完成印制板的設(shè)計(jì)審核，并在《印制板設(shè)計(jì)工藝聯(lián)絡(luò)單》中記錄審核過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題，該記錄將作為設(shè)計(jì)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(yǔ)

    目前內(nèi)外電子裝聯(lián)技術(shù)發(fā)展很快，smt表面貼裝技術(shù)已廣泛使用，特別是高精度、高速度的貼裝設(shè)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(shí)際工作中，影響質(zhì)量的一個(gè)主要方面是smt印制板的設(shè)計(jì)質(zhì)量。往往設(shè)計(jì)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(hù)和返修費(fèi)用，而且可以極大地提高設(shè)備的利用率和生產(chǎn)效率。因此我們應(yīng)充分的認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要性，加強(qiáng)設(shè)計(jì)質(zhì)量工作中的的自審和復(fù)審工作就一定能取得理想的實(shí)際效果 。