表面组装技术（SMT）自20世纪60年代问世以来，经过40年的发展，已进入成熟阶段，不仅成为当代电子产品组装技术的主流，而且继续向纵深方向发展。目前，SMT设备都已经达到相当高的精度，然而，在一些使用高精度设备的企业，其产品并没有达到预想的质量效果，其中困扰产品质量的原因之一就是表面组装印制电路板的设计问题。一些企业只强调设计速度，在设计阶段不能全面考虑到制造工艺要求，结果由于可制造性很差，不得不回头纠正产品中存在的问题，导致整个产品的实际开发周期变长，成本也随之增加。

1.常见的不良设计

企业生产过程中，特别是在样品的试制阶段，常见的不良设计如下。

（1）没有工艺边、定位孔，不能满足SMT设备装夹的要求。

（2）外形异形、尺寸过大或过小，不能满足SMT设备装夹的要求。

（3）缺少基准标志或标志不标准，造成标志不能正常识别，机器频繁报警不能正常工作。

（4）焊盘结构尺寸不正确。如片式元件的焊盘间距过大或过小，焊盘不对称，以至造成片式元件焊接后出现歪斜、立碑等多种焊接缺陷。

（5）焊盘上有过孔，焊接时焊料熔化后通过过孔漏到底层，引起焊点焊料过少。

（6）阻焊层和丝印字符不规范，如阻焊层和丝印字符落在焊盘上造成虚焊。

（7）焊盘与导线连接不正确，如IC焊盘之间的互连导线放在中央等。

（8）拼板设计不合理，如V形槽加工不合理，再流焊接后容易变形。

上述只是常见的一些不良设计，这些不良设计在产品中出现一个或同时出现多个时，将不同程度地影响生产效率和产品质量等。

2.不良设计原因分析

（1）设计人员对SMT设备不了解。设计人员不能正确掌握SMT设备对设计的具体要求，不能把设计的印制电路板与其后续的加工设备联系起来，做不到两者兼顾。

（2）设计人员对SMT工艺不了解。设计人员不能正确理解元器件在再流焊接时的“动态”过程是产生不良设计的主要原因之一。在再流焊过程中，焊料熔化时，元器件是漂浮在熔融焊料之上的，如果印制电路板焊盘设计正确，即使贴装时有少量的歪斜也可以在熔融焊料表面张力的作用下得到纠正。相反，如果印制板焊盘设计不正确，即使贴装位置十分准确，再流焊后反而会出现元件位置偏移、吊桥等焊接缺陷。

（3）缺乏本企业的可制造性设计规范。部分企业，特别是小型企业，设计部门比较分散，并且缺乏统一的设计规范。良好的企业可制造性设计规范应该是根据SMT工艺的要求，以及本企业（或外协企业）SMT设备的现状制定出来的，以规范不同设计人员的设计。

3.可制造性设计的具体要求

1）SMT设备对设计的要求

下面对工艺设备以 JUKI贴装机 KE2060为例进行说明，如图5−21所示。其他型号机器略有差异。

图5−21　JUKI贴装机KE2060实物

（1）外形设计。进行印制电路板设计时，首先要考虑其外形。印制电路板的外形尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。同时印制电路板外形尺寸的准确性与规格直接影响到生产加工时的可制造性与经济性。

① 幅面设计。印制电路板的外形应尽量简单，一般为矩形，长宽比为3:2或4:3，其尺寸应尽量挂靠标准系列的尺寸，以便简化加工工艺，降低加工成本。

② 最大、最小外形尺寸设计。最大、最小外形尺寸是由贴装机贴装范围决定的，最大尺寸 = 贴装机最大贴装尺寸（330 mm × 250 mm），最小尺寸 = 贴装机最小贴装尺寸（50 mm × 30 mm）。

在设计印制电路板时，一定要考虑贴装机的最大、最小贴装尺寸。当印制电路板尺寸小于最小贴装尺寸时，必须采用拼板方式。

③ 厚度设计。一般贴装机允许的板厚为0.4～5 mm，只装配集成电路、小功率晶体管、电阻、电容等小功率元器件时，在没有较强负荷振动的条件下，使用厚度为1.6 mm、板尺寸在500 mm × 500 mm内。有较强负荷振动条件下，可根据振动条件采取缩小板的尺寸或加固和增加支撑点的办法，仍使用1.6 mm的板。板面较大或无法支撑时，应选择2～3 mm厚的板。

④ 工艺边设计。在SMT生产过程中，印制电路板应留出适当的边缘便于设备夹持。这个夹持边的范围应为5 mm，且在此范围内不允许布放元器件和焊盘。

⑤ 定位孔设计。定位孔尺寸和定位孔位置如图5−22所示。孔壁应光滑，不应有涂覆层，周围2 mm处应无铜箔，且不得贴装元件。

图5−22　工艺边和定位孔示意图

⑥ 拼板设计。拼板的尺寸不可太大，也不可太小，应以制造、装配和测试过程中便于加工、不产生较大变形为宜。可根据印制电路板厚度确定（1 mm厚的印制电路板最大拼板尺寸为200 mm × 150 mm）。拼板的工艺夹持边一般为10 mm。定位孔加在工艺边上，中心应距离各边5 mm。双面贴装如果不进行波峰焊时，可采用双数拼板正反各半。拼板中各块印制电路板之间的互连有双面对刻 V形槽和断签式两种方式，要求既有一定的机械强度，又便于贴装后的分离。

（2）基准标志设计。基准标志是提供印制机和贴装机等设备光学定位的标志，可提高印制和元件贴装的定位精度。基准标志可分为整体基准标志和局部基准标志。基准标志是用于整个光学定位的一组图像，如图5−23所示。其基准标志的形状与尺寸应根据不同型号贴装机的具体要求进行设计，常见的设计如下。

图5−23　基准标志示意图(www.daowen.com)

① 形状。包括实心圆、空心圆、实心方形、空心方形、实心上三角、空心上三角、实心下三角、空心下三角、实心菱形、空心菱形等，优选实心圆。

② 尺寸。φ 1～3 mm，典型值φ 1.5～2 mm。基准标志表面裸铜、镀锡、镀金均可，但要求镀层均匀，不能太厚。基准标志点周围要有1～2 mm的无阻焊区。

③ 位置。整体基准标志应设在印制电路板的对角线上，一般在印制电路板的两个对角或者4个角上各安排一个基准标志。局部基准标志应设在对应IC的对角位置上。

2）SMT工艺对设计的要求

（1）元器件布局设计。

① 元器件要均匀分布，特别要把大功率的器件分散开，避免电路工作时印制电路板上局部过热产生应力，影响焊点的可靠性；在设计许可的条件下，元器件的布局尽可能做到同类元器件按相同的方向排列，相同功能的模块集中在一起布置；相同封装的元器件等距离放置，以便贴装、焊接和检测。

② 采用回流焊工艺时，元器件的长轴应与工艺边方向（即板传送方向）垂直，这样可以防止在焊接过程中出现元器件在板上漂移或立碑的现象。

③ 双面贴装的元器件，两面上体积较大的器件要错开安装位置；否则在焊接过程中会因为局部热容量增大而影响焊接效果。

④ 小、低元器件不要埋在大、高元器件群中，影响检测、维修。

（2）布线规则。

① 板面布线应疏密得当，当疏密差别太大时应以网状铜箔填充。

② SMT焊盘引出的走线，尽量垂直引出，避免斜向拉线，如图5−24（a）所示。

图5−24　焊盘与印制导线连接示意图

③ 当从引脚宽度比走线细的SMT焊盘引线时，走线不能从焊盘上覆盖，应从焊盘末端引线，如图5−25（b）所示。

④ 当密间距的SMT焊盘引线需要互连时，应在焊盘外部进行连接，不允许在焊盘中间直接连接，如图5−25（c）所示。

（3）焊盘设计一般原则。

① SMT焊盘设计应遵循相关标准，如IPC−SM−782标准。

② 焊盘大小要根据元器件的尺寸确定，焊盘的宽度不小于元器件引脚的宽度，焊接效果最好。

③ 在两个互相连接的SMD元器件之间，要避免采用单个的大焊盘，因为大焊盘上的焊料将把两元器件拉向中间。正确的做法是把两元器件的焊盘分开，在两个焊盘中间用较细的导线连接。如果要求导线通过较大的电流，可并联几根导线，并在导线上覆盖阻焊层。

知识梳理

（1）印制电路板是各类电子设备中用得最多也是最基本的组装单元。它可以根据生产要求的不同，实现设备的各项功能和性能指标，本项目以八路抢答器为例，引出了印制电路板的设计和制作方法。印制电路板的设计是根据电路原理图进行的，所以必须研究电路中各元器件的排列，确定它们在印制电路板上的最佳位置。可先草拟几种方案，经比较后确定最佳方案，并按正确比例画出设计图样。本书所述的设计原则既适用于手工画图设计，也适用于计算机设计。电路板的手工制作流程可分为元器件的选择、设计、准备覆铜板、转印图形、腐蚀、钻孔、表面处理等几个环节。

（2）印制电路板的生产工艺、印制电路板的质量检验、表面组装印制电路板的制造等方面的知识，详细描述了印制电路板从生产到成形的过程。通过本项目的学习，使读者进一步掌握制作印制电路板的方法和原则，并且掌握印制电路板制作的工艺流程，这也为电子产品整机工艺的学习奠定了基础。

（3）在任务实施中，讲述了手工制作印制电路板的思路、布局和装配方法，其中包括电路元器件的识别与检测、印制电路板的制作步骤、印制电路板插装焊接以及装好后的检查测试，便于今后在实际应用中完成简易印制电路板的制作。

思考与练习

（1）说明印制电路中元件之间的接线安排方式。

（2）印制电路板的主要工艺是什么？

（3）在设计中，布局是一个重要的环节，说出印制电路板布局方式，并对其进行分析说明，列举布局的检查项目。

（4）请写出在印制电路板设计中需注意的地方。

（5）请用最简洁的语言描述焊接电子元器件时的焊接顺序。

（6）印制电路板的制作流程是什么？