pcb焊盤設(shè)計(jì)課件

1、1,主講：張 黎,PCB焊盤設(shè)計(jì),2,阻焊涂覆方式文字標(biāo)示厚度及線寬的一般要求阻容組件焊盤要求,回 顧,本課主要內(nèi)容,IC類零件焊盤設(shè)計(jì),3,SMD分立器件包括各種分立半導(dǎo)體器件，有二極管、晶體管、場效應(yīng)管，也有由2、3只晶體管、二極管組成的簡單復(fù)合電路。 典型SMD分立器件的電極引腳數(shù)為2～6個。 二極管類器件一般采用2端或3端SMD封裝，小功率晶體管類器件一般采用3端或4端SMD封裝，

2、4～6端SMD器件內(nèi)大多封裝了2只晶體管或場效應(yīng)管,表面組裝分立器件,4,典型SMD分立器件的外形,5,塑料封裝二極管一般做成矩形片狀，外形尺寸一般為3.8mm×1.5mm×1.1mm。 還有一種SOT-23封裝的片狀二極管，多用于封裝復(fù)合二極管，也用于高速開關(guān)二極管和高壓二極管。,6,三極管,晶體管(三極管)采用帶有翼形短引線的塑料封裝，可分為SOT-23、SOT-89、SOT-l43、

3、SOT-252幾種尺寸結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品有小功率管、大功率管、場效應(yīng)管和高頻管幾個系列；其中SOT-23是通用的表面組裝晶體管，SOT-23有3條翼形引腳。 SOT-l43有4條翼形短引腳，對稱分布在長邊的兩側(cè)，引腳中寬度偏大一點(diǎn)的是集電極，這類封裝常見雙柵場效應(yīng)管及高頻晶體管。,7,SOT-23晶體管內(nèi)部結(jié)構(gòu),8,晶體管焊盤設(shè)計(jì),9,小外形三極管焊盤設(shè)計(jì),10,對于小外形晶體管，應(yīng)在保持焊盤間中心距等于引線間中心

4、距的基礎(chǔ)上，再將每個焊盤四周的尺寸分別向外延伸至少0.35mm。,小外形三極管焊盤設(shè)計(jì),11,小外形三極管焊盤設(shè)計(jì),12,集成電路焊盤設(shè)計(jì)焊盤設(shè)計(jì),,常見IC有哪些？,集成電路的封裝分為THT IC和SMT IC兩類。,THT IC有塑料封裝和陶瓷封裝兩類，常見的有DIP、SIP和PGA。SMT IC的封裝形式較多，常見的有SOP、SOJ、QFP、PLCC和BGA。,13,外觀封裝——IC的常見封裝 （一）,DIP (dual in

5、-line package)雙列直插式封裝 如：DIP-8SOP (small outline package)小外型封裝 如：SOP-14SSOP (shrink SOP)長度縮小型SOP如：SSOP-20TSOP (thin SOP)薄型SOPQFP (quad flat package)四邊出腳扁平封裝,14,IC的常見封裝,TQFP (thin QFP)薄型QFPPLCC (plastic l

6、eaded chip carrier)塑料J型有引線片式載體封裝QFN (quad flat non-leaded package)四側(cè)無引腳扁平封裝 CSP (Chip Scale Package)封裝，是芯片級封裝的意思SOT（Small Out-Line Transistor）小外形晶體管 SOT23 SOT23-5 SOT23-6 SOT223 SOT89 D2PAK D2PAK5,15

7、,翼形小外形IC(SOP)焊盤設(shè)計(jì),,SOP、QFP連接盤尺寸沒有標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算公式，所以焊盤圖形的設(shè)計(jì)相對困難。當(dāng)相鄰焊盤間沒有導(dǎo)線通過時，允許涂覆阻焊膜。,16,,SOP焊盤間距等于引腳間距。,SOP焊盤設(shè)計(jì)原則,17,引腳焊盤為什么有橢圓形？,根據(jù)吉布斯函數(shù)判據(jù),在恒溫恒壓不作非體積功的條件下,系統(tǒng)總的表面吉布斯函數(shù)減少的過程是自發(fā)的,如液滴自動收縮以減小表面積,氣體在固體表面吸附以降低固體的表面張力等.,水滴成球形以使其表面積最小,

8、汞在玻璃表面的形狀.小汞滴成幾乎完美的球形,而大的汞滴成扁平狀,表明表面張力對小汞滴形狀的影響更大.這是由于小汞滴的比表面積更大的緣故.,引腳焊盤為何有橢圓形？,18,,SOP焊盤設(shè)計(jì)原則,19,（QFP）焊盤設(shè)計(jì),QFP分類,20,QFP焊盤設(shè)計(jì)總則,①焊盤中心距等于引腳中心距。②單個引腳焊盤設(shè)計(jì)的一般原則：Y=T+b1+ b2=1.5～2mm。,21,QFP焊盤設(shè)計(jì)總則,③相對兩排焊盤內(nèi)側(cè)距離(mm）：G=A/B-K式中，b1

9、= b2=O.3～0.5mm；G表示兩排焊盤之間的距離；A/B表示元器件殼體封裝尺寸；K表示系數(shù)，一般取0.25mm。,22,QFP焊盤設(shè)計(jì),23,QFP焊盤設(shè)計(jì),QFP焊盤設(shè)計(jì)是主要問題：如果焊盤長度太短，組件中心和焊盤中心不重合，導(dǎo)致部分組件的腳后跟在焊盤以外，一旦發(fā)生貼片偏移，焊盤上的表面張力的不平衡導(dǎo)致組件一邊或幾邊焊接時翹起。,解決辦法：加大焊盤尺寸，保證組件引腳都在焊盤上。,24,J型引腳焊盤設(shè)計(jì),,J型引腳,25,J型引腳

10、焊盤設(shè)計(jì),,SOJ與PLCC的引腳均為J形，典型引腳中心距為1.27mm。,26,①單個引腳焊盤設(shè)計(jì)(O.50～0.80mm)×(1.85～2.15mm)。,J型引腳焊盤設(shè)計(jì),,②引腳中心應(yīng)在焊盤圖形內(nèi)側(cè)1/3至焊盤中心之間。,③SOJ相對兩排焊盤之間的距離(焊盤圖形內(nèi)廓)A值，一般為5、6.2、7.4、8.8mm。,④PLCC相對兩排焊盤外廓之間的距離J=C+K(mm)。,27,1）一種只裸露出封裝底部的一面，其它部分被封裝

11、在組件內(nèi)。,2）另一種焊盤有裸露在封裝側(cè)面的部分 。,QFN焊盤設(shè)計(jì),QFN封裝具有良好的電性能、熱性能，且體積小、重量輕，已成為許多新應(yīng)用的理想選擇，,28,中間熱焊盤及過孔的設(shè)計(jì),QFN封裝具有優(yōu)異的熱性能，主要是因?yàn)榉庋b底部有大面積暴露焊盤。為了有效地將熱從芯片傳導(dǎo)到PCB上，PCB底部必須設(shè)計(jì)與之相對應(yīng)的熱焊盤以及傳熱過孔。熱焊盤提供了可靠的焊接面積，過孔提供了散熱途徑。,29,QFP周邊焊盤、熱焊盤設(shè)計(jì),QFN的焊盤設(shè)計(jì)有

12、3個方面: 第一：周邊引腳的焊盤設(shè)計(jì)。 第二：中間熱焊盤及過孔的設(shè)計(jì)。 第三：考慮PCB的阻焊層結(jié)構(gòu)。,30,周邊引腳的焊盤設(shè)計(jì),31,周邊引腳的焊盤設(shè)計(jì),ZDmax（ZEmax）為焊盤引腳最外端尺寸，GDmin (GEmin)焊盤引腳最里端相對尺寸。X、Y是焊盤的寬度和長度CLL頂角點(diǎn)相鄰焊盤間的最小距離。CPL外圍焊盤內(nèi)頂角與熱焊盤的外邊間的最小距離。CLL、CPL為避免焊橋而定義。D2(E2)熱

13、焊盤的尺寸。,32,1）大面積熱焊盤的設(shè)計(jì)尺寸≈器件大面積暴露焊盤尺寸,還需考慮避免和周邊焊盤橋接等因素。2）導(dǎo)電焊盤與器件四周相對應(yīng)的焊盤尺寸相似，但向四周外惻稍微延長一些（0.3-0.5mm）。,,33,熱焊盤設(shè)計(jì)通常熱焊盤的尺寸至少和組件暴露焊盤相匹配，還需考慮各種其他因素，如避免和周邊焊盤的橋接等。,中間熱焊盤設(shè)計(jì),34,有些芯片在暴露焊盤周邊有環(huán)狀設(shè)計(jì).因此PCB熱焊盤設(shè)計(jì)時可以不考慮這些環(huán)狀焊盤，只根據(jù)暴露焊盤設(shè)

14、計(jì)。,中間熱焊盤設(shè)計(jì),35,QFN封裝底部大面積暴露的熱焊盤提供了可靠的焊接面積，PCB底部必須設(shè)計(jì)與之相對應(yīng)的熱焊盤及熱過孔。熱過孔提供散熱途徑，能夠有效地將熱從芯片傳導(dǎo)到PCB上。,中間熱過孔設(shè)計(jì),36,組件底部的大焊盤，在焊接時會產(chǎn)生氣孔，為了將氣孔減少到最小，需要在熱焊盤上開設(shè)熱過孔。熱過孔還可以迅速傳導(dǎo)熱量，有利于散熱。,熱過孔的設(shè)計(jì),37,氣孔對性能的影響：若小氣孔總和大于焊接覆蓋率50％，不會導(dǎo)致熱或板級性能的降低。

15、如果氣孔的最大尺寸大于過孔的間距，焊點(diǎn)內(nèi)的氣孔可能對高速、RF應(yīng)用以及熱性能方面有不利的影響。,熱過孔的設(shè)計(jì),38,熱過孔設(shè)計(jì) 熱過孔的數(shù)量及孔尺寸設(shè)計(jì)取決于封裝的應(yīng)用場合和芯片功率大小以及電性能的要求，根據(jù)熱性能仿真，建議傳熱過孔的間距在1.0--1.2mm，過孔尺寸在0.3—0.33mm，,中間熱焊盤及過孔的設(shè)計(jì),39,PCB阻焊層結(jié)構(gòu),建議使用阻焊層。阻焊層開口應(yīng)比焊盤開口大120—150微米，即焊盤銅箔到阻焊層

16、的間隙有60—75微米，因?yàn)榻z網(wǎng)印刷阻焊油墨的制造公差在50—65微米之間。當(dāng)引腳間距小于0.5mm時，引腳之間的阻焊可以省略。,40,過孔的阻焊形式(a)頂部阻焊 ：產(chǎn)生氣孔較少，影響焊膏印刷。(b)底部阻焊：產(chǎn)生較大氣孔，當(dāng)覆蓋2個過孔時，影響可靠性和導(dǎo)熱性。(c)底部堵塞 ：同上。(d)貫通孔：允許焊料流進(jìn)孔內(nèi)，導(dǎo)致焊盤上焊料減少。,中間熱焊盤及過孔的設(shè)計(jì),41,熱焊盤模板設(shè)計(jì),由于大面積的焊盤，焊接時氣體將會向外溢出，

17、產(chǎn)生一定的氣孔；如果焊膏覆蓋太大，將加重氣孔的程度，還會引起各種缺陷（如濺射、焊球等）。為了將氣孔減小到最低量，在熱焊盤區(qū)域模板設(shè)計(jì)時，要經(jīng)過仔細(xì)考慮，建議在該區(qū)域開多個小的開口，而不是一個大開口。典型值為50％－80％的焊膏覆蓋量.,42,熱焊盤模板設(shè)計(jì),43,44,散熱焊盤防焊及通孔設(shè)計(jì)規(guī)則,使用綠油在散熱焊盤上畫出“田”字形或更多框,使焊盤露出的面積占散熱焊盤總面積的70％(暫定義).70％以外的面積用于綠油走線,線寬原

18、則上應(yīng)大于等于0.3mm(通孔直徑為0.3mm),通孔鉆到走在線,兩面塞孔.散熱焊盤上如果有激光孔,也設(shè)計(jì)在走線中.,,,綠色：OK紅色：NG,總結(jié),QFN封裝是一種新型封裝，無論是從PCB設(shè)計(jì)、工藝還是可靠性方面都需要認(rèn)真考慮。1.焊盤設(shè)計(jì)應(yīng)遵循IPC的總原則，熱焊盤的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，它起著熱傳導(dǎo)的作用，不要將其阻焊掉。2.過孔的設(shè)計(jì)最好阻焊；,45,總結(jié),3.對熱焊盤的模板設(shè)計(jì)時，一定考慮焊膏的釋放量在50％—80％范圍內(nèi)，