PCB的元器件焊盘设计

PCB的元器件焊盘设计是一个重点，最终产品的质量都在于焊点的质量。因此，焊盘设计是否科学合理，至关重要。 对于同一个元 件，凡是对称使用的焊盘（如片状电阻、电容、SOIC、QFP等），设计时应严格保持其全面的对称性，即焊盘图形的形状与尺寸应完全一致。以保证焊料熔融 时，作用于元器件上所有焊点的表面张力（也称为润湿力）能保持平衡（即其合力为零），以利于形成理想的焊点。以下分类讲一下不同类型元器件的焊盘设计要求：一、片式（Chip）元件焊盘设计应掌握以下关键要素对称性：两端焊盘必须对称，才能保证熔融焊锡表面张力平衡；对于小尺寸的元件0603、0402、0201等，两端融焊锡表面张力的不平衡，很容易引起元件形成“立碑”的缺陷。焊盘间距：确保元件端头或引脚与焊盘恰当的搭接尺寸；焊盘剩余尺寸：搭接后的剩余尺寸必须保证焊点能够形成弯月面；焊盘宽度：应与元件端头或引脚的宽度基本一致。 A ：焊盘宽度 B ：焊盘长度 G ：焊盘间距 S ：焊盘剩余尺寸

在实际生产中，最常见到0402元件焊盘设计不合理，造成缺陷比较多，在这里，给大家一个0402元件的优选焊盘设计方案，这个方案在生产实际中效果比较好，缺陷率极低。0402优选焊盘各项参数及焊盘图形：A=0.7-0.71B=0.38G=0.52S=0.14

焊盘的两端可以设计成半园形，焊接后的焊点比较饱满。二、SOP及QFP设计原则：1、 焊盘中心距等于引脚中心距；2、 单个引脚焊盘设计的一般原则 Y=T+b1+b2=1.5~2mm （b1=0.3～1.0mm b2=0.3～0.7mm）X=1~1.2W3、 相对两排焊盘内侧距离按下式计算（单位mm）G=F-K式中：G—两排焊盘之间距离，F—元器件壳体封装尺寸，K—系数，一般取0.25mm，

SOP 包括QFP的焊盘设计中，需要注意的就是上面第2条中的b1和b2两个参数。良好的焊点可以看下面的图，在这个图里，前面称为的焊点的脚趾，后面称为焊点 的脚跟，一个合格的焊点，必须包含这两部分，缺一不可，而且焊点的强度也是靠这两个部位来保证的，尤其是脚跟部位。在一些设计不良的案例中，或者是b2太 短，或者b1太短，导致的结果就是无法形成合格的焊点。

三、BGA的焊盘设计原则1、PCB上的每个焊盘的中心与BGA底部相对应的焊球中心相吻合；2、PCB焊盘图形为实心圆，导通孔不能加工在焊盘上；3、与焊盘连接的导线宽度要一致，一般为0.15mm~0.2mm；4、阻焊尺寸比焊盘尺寸大0.1mm~0.15mm；5、焊盘附近的导通孔在金属化后，必须用阻焊剂进行堵塞，高度不得超过焊盘高度；6、在BGA器件外廓四角加工丝网图形，丝网图形的线宽为0.2mm~0.25mm。BGA 器件的焊盘形状为圆形，通常PBGA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。上面提到的PBGA是塑封体，有铅PBGA的焊球的材料为63Sn37Pb，与有铅焊料的成份是一致的，在焊接过程中与焊料同时融化，形成焊点。无铅PBGA的焊球是SAC307或SAC305，与常用的无铅焊料的成份也比较接近，在焊接中也会融化，形成焊点。但是还有一种BGA，封装体是陶瓷，称为CBGA，CBGA的焊球是高温焊料，其熔点远远高于常见的焊料，在焊接中，CBGA的焊球是不融化的，因此，CBGA的焊盘设计与PBGA的焊盘设计是不一样的。具体设计参数可参考下图：

四、焊盘的热隔离SMD器件的引脚与大面积筒箔连接时，要进行热隔离处理，否则会由于元件两端热量不均衡，造成焊接缺陷。

五、再流焊工艺导通孔的设置

1、 一般导通孔直径不小于0.75mm；2、 除SOIC、QFP、PLCC 等器件外，不能在其它元器件下面打导通孔；3、 导通孔不能设计在焊接面上片式元件的两个焊盘中间的位置；4、 更不允许直接将导通孔作为BGA器件的焊盘来用；5、 导通孔和焊盘之间应有一段涂有阻焊膜的细连线相连，细连线的长度应大于0.5mm；宽度大于0.4mm。要绝对避免在表面安装焊盘以内设置导通孔，在距表面安装焊盘0.635mm以内设置导通孔，应该通过一小段导线连接，并用阻焊剂将焊料流失通道阻断，否则容易引起“立片”或“焊料不足”等缺陷。

六、插装元器件焊盘设计1、 孔距为5.08mm或以上的，焊盘直径不得小于3mm；2、 孔距为2.54mm的，焊盘直径最小不应小于1.7mm；3、 电路板上连接220V电压的焊盘间距，最小不应小于3mm；4、 流过电流超过0.5A（含0.5A）的焊盘直径应大于等于4mm；5、 焊盘以尽可能大一点为好，对于一般焊点，其焊盘直径最小不得小于2mm。插装元器件焊盘孔径设计 采用波峰焊接工艺时，元件插孔孔径，一般比其引脚线径大0.1 mm- 0.3mm为宜，其焊盘的直径应大于孔径的3倍。电阻、二极管的安装孔距应设计为标准系列7.5mm、10mm、12.5mm、15mm，电解电容的安装 孔距应与元件引脚距一致，三极管的安装孔距应为2.54mm。七、采用波峰焊工艺时，贴片元件的焊盘设计采用波峰焊焊接片式元件时，应注意“阴影效应(缺焊)、‘桥接’(短路)”的发生，对于CHIP元件，应将元件的轴向方向垂直于PCB的传送方向，小的元件应在大的元件前面，间距应大于2.5mm；采用波峰焊工艺时焊盘设计的几个要点1、高密度布线时应采用椭圆焊盘图形，以减少连焊； 2、为了减小阴影效应提高焊接质量，波峰焊的焊盘图形设计时对于SOT、钽电容，延伸元件体外的焊盘长度，在长度方向应比正常设计的焊盘向外扩展0.3mm；3、对于SOP，为防止桥接，对SOP最外侧的两对焊盘加宽，以吸附多余的焊锡；或设置工艺焊盘（也称为盗锡焊盘）。工艺焊盘是个空焊盘，作用就是吸收多余的焊锡，它的位置是在沿传送方向的最后一个焊盘的后面。

八、丝印字符的设计1、一般情况需要在丝印层标出元器件的丝印图形，丝印图形包括丝印符号、元器件位号、极性和IC的第一脚标志，高密度窄间距时可采用简化符号，特殊情况可省去元器件的位号；2、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；3、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；4、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；5、对连接器类元件，要标出安装方向、1号脚的位置。6、以上所有标记应在元件安装框外，以免焊接后遮盖，不便于检查。7、丝印字符应清晰，大小一致，方向尽量整齐，便于查找；8、字符中的线、符号等不得压住焊盘，以免造成焊接不良。