昆山焊盤設計中的關鍵技術
　　摘　要：昆山焊盤設計技術是表面組裝技術(昆山SMT)的關鍵。詳細分析了焊盤圖形設計中的關鍵技術，包括元器件選擇的原則、矩形無源元件、SOIC和PLCC及QFP器件的焊盤優化設計。最后提出了設計印制電路板時與焊盤相關的問題。
　　關鍵詞：表面組裝技術;焊盤技術;印制電路板
　　1　引　言
　　昆山表面組裝技術(昆山SMT)是一項復雜的系統工程，而SMT設計技術則是各種SMT支持技 術之間的橋梁和關鍵技術。SMT設計技術由SMT線路設計、工藝設計、設備運作設 計和檢測設計四部分組成。
　　昆山SMT焊盤圖形設計是印制線路板設計的關鍵部分，因為它確定了元器件在印制線路板上的 焊接位置，而且對焊點的可靠性、焊接過程中可能出現的焊接缺陷、可清洗性、可測試性和 檢修量等都有很大的影響。換句話說，焊盤圖形的設計是決定表面組裝部件可制造性的關鍵 因素之一。
　　目前，表面組裝元器件SMC/SMD品種規格繁多，結構各異，生產廠家也多。實現同樣 功能的元件，其封裝形式可能有多種多樣;而對于某一給定的封裝類型，其規格尺寸也存在 一定的差異。因此，建立統一的設計規范，對減少焊盤圖形設計時的復雜性和提高焊點可靠 性是大為有益的。
　　設計表面組裝焊盤圖形與元器件選擇和工藝方法兩項因素密切相關。因為，合理的焊盤圖形 要與元器件尺寸相匹配，可用于不同廠家稍有差異的元件，能適應各種不同工藝(如回流焊 和波峰焊)，最大程度地滿足布局和布線的要求。
　　2　焊盤圖形設計中的關鍵技術
　　2.1　選擇元器件的原則
　　選擇元器件時要根據系統和電路原理及組裝工藝的要求，在保證滿足元器件功能和性能的基 礎上，指定有限數目的供應商提供適合的元器件，以減小焊盤圖形設計必須提供的公差，減 小焊盤圖形設計的復雜程度。
　　2.2　矩形無源元件焊盤圖形設計
　　無源元件可用波峰焊、回流焊或其他工藝進行焊接。由于各種焊接方法的工藝和熱分布存在 一定的差別，從優化焊盤圖形的角度出發，不同工藝有不同大小的焊盤圖形，因為焊接過程 中元件容易發生移動和直立。在波峰焊過程中，由于元件用黏合劑粘貼，故元件移動問題就 不突出了，為回流焊設計的最佳焊盤圖形也適合于波峰焊。典型的矩形無源元件焊盤圖形為 長方形，如圖1所示。
　　圖1　典型的矩形無源元件焊盤圖形
　　焊盤大小的計算公式為：
　　A=Wmax-K　(1)
　　貼裝電容器時：B=Hmax+Tmin-K　(2)
　　貼裝電阻時：B=Hmax+Tmin+K　(3)
　　G=Lmax-2Tmax-K　(4)
　　式中，K=0.25mm，W為元件寬度，H為元件厚度，T為元件端 焊頭寬度，L為元件 長度。焊盤寬度(A)決定元件在涂敷焊膏/回流焊過程中的位置以及防止旋轉或偏移 ，一 般小于或等于元件寬度;焊盤長度(B)決定焊料熔融時能否形成良好的彎月形輪廓焊 點， 還得避免焊料產生橋接現象，焊接實踐證明，表面貼裝元器件的焊接可靠性主要取決于焊盤 長度而不是寬度;焊盤間隔(G)控制元件在涂敷焊膏/回流焊過程中的水平移動。
　　由于元件的公差較大，最好以最小或最大元件外形參數來計算焊盤外形參數。而矩形電阻器 的厚度約為電容器厚度的一半，故在焊盤長度的設計上應有所不同，否則電阻器會發生移位 。
　　2.3　SOIC和PLCC焊盤圖形設計
　　以往SOIC、PLCC及QFP元件的焊盤圖形均是長方形，由于印制電路生產方面的原 因，使用橢圓形焊盤更有益處。其主要原因是：①改進印制板表面錫/鉛焊料鍍層的平坦度 和厚度;②減少離子污染引起的邊角處樹突性增長造成的高電阻通路;③焊盤間線路布線會 更緊密。
　　對于1.27mm引腳中心距的SOIC/SOJ和PLCC封裝器件，焊盤寬度與焊盤 間 距的比例有7∶3、6∶4和5∶5三種。第一種焊盤間距最小，中間不能走線，第三 種焊 盤寬度最小，容易造成移位，影響焊點質量，第二種最合適。這種焊盤寬度為0.76m m 、焊盤間距為0.51mm、焊盤間可以走一根0.15mm連線的設計已廣泛應用于 高性能產品中。焊盤長度標準為1.9mm。
　　SOIC的引腳形狀為鷗翼形，SOJ、PLCC封裝器件引腳為“J”形，如圖2所示。
　　圖2　PLCC和SOIC器件引腳焊點輪廓
　　由于鷗翼形引線比J形引線柔性好，且SOIC器件外形比PLCC外形尺寸小得多，因此 焊點上產生的應力小，可靠性問題相對小些。PLCC的焊點輪廓主要形成在器件引腳外側 ，而鷗翼形引腳的焊點輪廓主要在引腳內側，則焊盤長度和焊盤圖形中相對焊盤間的間距大 小的設計方法就有所區別，“J”型引線與焊盤的相切點應向內移至焊盤的1/3處， 是至關重要的。
　　2.4　QFP焊盤圖形設計
　　QFP器件的引腳也為鷗翼形，因而焊盤圖形所要考慮的問題基本與SOIC相同，但它的 引腳中心距比SOIC的小，常用的幾種中心距有1.0mm、0.8mm、0.65mm和0.5mm等。
　　QFP焊盤尺寸沒有標準計算公式，引腳間距又很密，所以QFP焊盤圖形的合理設計較困 難，在設計中要注意以下幾點：
　　a)焊盤長度決定焊點可靠性。如圖3所示，焊盤長度與器件可焊引腳最大長度之間應保持 一個適當比例，一般在2.5∶1～3∶1左右，這樣，焊盤上的引腳前后端 都有過盈的焊盤(b1，b2)，使焊料在熔化后能形成有效的彎月面，以增強焊接強度。 此外，過盈端還可以讓過量的焊料有一個“溢料區”，減少橋接。
　　b)焊盤寬度一般為引腳中心距的55%左右。
　　圖3　QFP器件焊盤設計示意圖
　　c)確定了焊盤長度和焊盤寬度后，就可計算出焊盤圖形中焊盤間相對距離及焊盤圖形 的外形尺寸。即：
　　LA或LB=Dmin+2b2　(5)
　　△LA=(LA-△x)/2-L　(6)
　　△LB=(LB-△y)/2-L　(7)
　　式中，D為元件外形尺寸，m為器件可焊引腳長度，b1為器件內側焊盤過盈 長度，b2為器件外側焊盤過盈長度。
　　d)對于多引腳細間距的QFP器件，焊盤的中心距必須與QFP引腳的中心距一致，此外 還應保證焊盤總體的累積誤差應在±0.0127mm范圍內。這是由于在用計算機排版 時若是以英制單位來計算時與公有制單位有一個精度差異，因此相鄰焊盤中心距就比相鄰引 腳中心距大，造成第一條引腳與第一個焊盤對齊時最后一個焊盤已落在最后一條引腳之外的 現象。
　　3　設計印制電路板時與焊盤相關的問題
　　自行設計焊盤時，對稱使用的焊盤(如片狀電阻、電容、 SOIC、QFP等)在設計時應嚴格保持其全面的對稱性，即焊盤圖形的形狀尺寸應完全 一致，以及圖形所處的位置應完全對稱。
　　設計焊盤圖形時最好以CAD系統中的焊盤和線條為元素來設計，以便今后可再編輯。
　　焊盤內不允許印有字符和圖形標志，標志符號離焊盤邊緣距離應大于0.5　mm。凡無外 引腳的器件焊盤，其焊盤之間不允許有通孔，以保證清洗質量。
　　兩個元件之間不應使用單個大焊盤，避免錫量過多，熔融后拉力大，將元件拉到一側。如圖 4所示。
　　圖4　使用一個大焊盤的失誤
　　對于引腳中心距為0.65　mm及其以下的細間距元件，應在焊盤圖形的對角線上，增設 兩個對稱的裸銅基準標志，用于光學定位，提高貼片精度。
　　應正確標注每個元器件所有引腳的順序號，以避免布線時引腳混淆。
　　4　結束語
　　昆山SMT焊盤設計是表面組裝器件制造中的關鍵技術，但其中的設計問題容易被忽視。應正確 選擇適合的元器件，優化設計各種元器件的焊盤圖形設計，使得設計的印制線路板達到性能 最佳、質量最優。