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SMT可制造性设计（全彩）

作译者：贾忠中

出版时间：2015-04 千字数：374 版次：01-01 页数：236

开本：16(185*260) 装帧： I S B N ：9787121256387

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纸质书定价：￥88.0

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上篇 背景知识
第 1章　重要概念………………………………………………………………… 2 
1.1　印制电路板 ………………………………………………………………………… 2 
1.2　印制电路板组件 …………………………………………………………………… 3 
1.3　元器件封装 ………………………………………………………………………… 4 
1.4　PCBA混装度 ……………………………………………………………………… 6
第 2章　可制造性设计…………………………………………………………… 9 
2.1　PCBA可制造性设计概述 ………………………………………………………… 9 
2.2　PCBA可制造性设计的原则 …………………………………………………… 11 
2.3　PCBA可制造性设计内容与范围 ……………………………………………… 12 
2.4　可制造性设计与制造的关系 …………………………………………………… 13
第 3章　PCB制作工艺流程、方法与工艺能力 ………………………………15 
3.1　PCB概念 ………………………………………………………………………… 15 
3.2　刚性多层 PCB的制作工艺流程 ………………………………………………… 16 
3.3　高密度互连 PCB的制作工艺流程 ……………………………………………… 19 
3.4　阶梯 PCB的制作工艺流程 ……………………………………………………… 23 
3.5　柔性 PCB的制作工艺流程 ……………………………………………………… 25 
3.6　刚-柔 PCB的制作工艺流程 …………………………………………………… 27
第 4章　PCBA组装工艺与要求 ………………………………………………30 
4.1　焊膏印刷 ………………………………………………………………………… 30 
4.2　贴片 ……………………………………………………………………………… 33 
4.3　再流焊接 ………………………………………………………………………… 34 
4.4　波峰焊接 ………………………………………………………………………… 36 
4.5　选择性波峰焊接 ………………………………………………………………… 38 
4.6　通孔再流焊接 …………………………………………………………………… 39 
4.7　柔性板组装工艺 ………………………………………………………………… 41
中篇 设计要求
第 5章　元件封装与选型…………………………………………………………44 
5.1　选型原则 ………………………………………………………………………… 44 
5.2　片式元件封装的工艺特点 ……………………………………………………… 47 
5.3　J形引脚封装的工艺特点………………………………………………………… 48 
5.4　L形引脚封装的工艺特点 ……………………………………………………… 49 
5.5　BGA类封装的工艺特点 ………………………………………………………… 50 
5.6　QFN类封装的工艺特点 ………………………………………………………… 51
第6章　PCB的可制造性设计要求 ……………………………………………52 
6.1　PCB加工文件要求 ……………………………………………………………… 52 
6.2　PCB制作成本预估 ……………………………………………………………… 53 
6.3　板材选择 ………………………………………………………………………… 54 
6.4　尺寸与厚度设计 ………………………………………………………………… 55 
6.5　压合结构设计 …………………………………………………………………… 56 
6.6　线宽 /线距设计 ………………………………………………………………… 59 
6.7　孔盘设计 ………………………………………………………………………… 60 
6.8　阻焊设计 ………………………………………………………………………… 61 
6.9　表面处理 ………………………………………………………………………… 65
第 7章　FPC的可制造性设计要求 ……………………………………………71 
7.1　柔性 PCB及其制作流程 ………………………………………………………… 71 
7.2　柔性 PCB材料的选择 …………………………………………………………… 72 
7.3　柔性 PCB的类型 ………………………………………………………………… 74 
7.4　柔性 PCB布线设计 ……………………………………………………………… 76 
7.5　覆盖膜开窗设计 ………………………………………………………………… 79
第8章　PCBA的可制造性设计 ………………………………………………80 
8.1　PCBA可制造性的整体设计 …………………………………………………… 80 
8.2　PCBA自动化生产要求 ………………………………………………………… 81 
8.3　组装流程设计 …………………………………………………………………… 86 
8.4　再流焊接面元件的布局设计 …………………………………………………… 89 
8.5　波峰焊接面元器件的布局设计 ………………………………………………… 94 
8.6　掩模选择焊元件的布局设计 …………………………………………………… 100 
8.7　在线测试设计要求 ……………………………………………………………… 102 
8.8　组装可靠性设计 ………………………………………………………………… 105 
8.9　PCBA的热设计 ………………………………………………………………… 106 
8.10　表面组装元器件焊盘设计 ……………………………………………………… 109 
8.11　插装元件孔盘设计 ……………………………………………………………… 115 
8.12　导通孔盘设计 …………………………………………………………………… 116 
8.13　焊盘与导线连接设计 …………………………………………………………… 117 
8.14　BGA内层布线设计 …………………………………………………………… 123 
8.15　拼版设计要求 …………………………………………………………………… 124 
8.16　金属化板边的设计 ……………………………………………………………… 128 
8.17　盘中孔的设计与应用 …………………………………………………………… 129 
8.18　插件孔与地 /电层的连接设计 ………………………………………………… 130 
8.19　散热焊盘的设计 ………………………………………………………………… 132 
8.20　线束接头的处理 ………………………………………………………………… 133
下篇 典型 PCBA的工艺设计
第 9章　手机板的可制造性设计……………………………………………… 135 
9.1　手机板工艺 ……………………………………………………………………… 135 
9.2　HDI板的设计 …………………………………………………………………… 136 
9.3　01005焊盘设计 ………………………………………………………………… 138 
9.4　0201焊盘设计 …………………………………………………………………… 140 
9.5　0.4mmCSP焊盘设计 …………………………………………………………… 142 
9.6　手机外接连接器焊盘设计 ……………………………………………………… 143 
9.7　弹性电接触元件的焊盘设计 …………………………………………………… 144 
9.8　破口安装元件的安装槽口设计 ………………………………………………… 145 
9.9　屏蔽架工艺设计 ………………………………………………………………… 146 
9.10　手机按健设计 …………………………………………………………………… 148 
9.11　手机热压焊盘的设计 …………………………………………………………… 149 
9.12　手机板的拼版设计 ……………………………………………………………… 150
第 10章　通信板的可制造性设计 …………………………………………… 152 
10.1　通信线卡的工艺特点 …………………………………………………………… 152 
10.2　阶梯钢网应用设计 ……………………………………………………………… 154 
10.3　片式电容的布局设计 …………………………………………………………… 155 
10.4　BGA的布局设计 ……………………………………………………………… 157 
10.5　散热器安装方式设计 …………………………………………………………… 159 
10.6　埋置元件设计 …………………………………………………………………… 161 
10.7　埋电容设计 ……………………………………………………………………… 163 
10.8　埋电阻设计 ……………………………………………………………………… 166 
10.9　PCB防变形设计………………………………………………………………… 168 
10.10　连接器的应用设计 …………………………………………………………… 170 
10.11　“三防”工艺设计 ……………………………………………………………… 171
第 11章　典型不良设计案例 ………………………………………………… 173 
11.1　BGA焊盘与导通孔阻焊开窗距离过小导致桥连 …………………………… 173 
11.2　盲孔式的散热孔导致元件移位 ………………………………………………… 174 
11.3　掩模选择焊接元件布局不合理导致冷焊 ……………………………………… 175 
11.4　元件下导通孔塞孔不良导致移位 ……………………………………………… 176 
11.5　通孔再流焊接插针太短导致气孔 ……………………………………………… 177 
11.6　散热焊盘导热孔底面冒锡 ……………………………………………………… 178 
11.7　片式电容布局不合理导致开裂失效 …………………………………………… 180 
11.8　通孔再流焊接焊膏扩印字符上易产生锡珠 …………………………………… 181 
11.9　导通孔藏锡引发锡珠的现象 …………………………………………………… 182 
11.10　单面塞孔质量问题 …………………………………………………………… 183 
11.11　PCB基材 Tg选择不当导致特定区域波峰焊接后起白斑…………………… 184 
11.12　焊盘与元件引脚尺寸不匹配引起开焊（Open）……………………………… 185 
11.13　设计不当引起片式电容失效 ………………………………………………… 186 
11.14　薄板拼版连接桥宽度不足引起变形 ………………………………………… 187 
11.15　灌封 PCBA插件焊点断裂 …………………………………………………… 188 
11.16　精细间距元器件周围的字符、标签可能导致焊点桥连 …………………… 189 
11.17　波峰焊接盗锡焊盘设计不科学 ……………………………………………… 190 
11.18　波峰焊接元器件布局方向不符合要求导致漏焊 …………………………… 191 
11.19　波峰焊接元器件的间距设计不合理导致桥连 ……………………………… 192 
11.20　PCB外形不符合工艺要求 …………………………………………………… 193 
11.21　掩模选择焊接面典型的不良布局 …………………………………………… 194 
11.22　元器件布局设计不良特例 …………………………………………………… 195 
11.23　波峰焊接面大小相邻片式元件的不良布局 ………………………………… 196 
11.24　子板与母板连接器连接的不良设计 ………………………………………… 197
附录 A ………………………………………………………………………… 198 
A.1　PCB的加工能力 ………………………………………………………………… 198 
A.2　再流焊接元器件间距 …………………………………………………………… 199 
A.3　波峰焊接元器件间距 …………………………………………………………… 200 
A.4　封装与焊盘设计数据 …………………………………………………………… 201

序
电子制造技术知识体系，包括焊接基础知识、SMT、可制造设计技术、产品制造技术、失效分析技术五大部分。其中，可制造性设计技术起着连接设计与制造的桥梁作用，用电子产品设计的重要内容之一。
可制造性设计，不仅在缩短转产时间、提高焊接直通率、降低生产成本方面起着决定
性作用，而且在提高产品质量方面同样发挥着重要作用。可制造性设计决定着工艺的固有能力，高水平的可制造性设计就高质量制造的保证。本书作者根据公开的资料与多年的实践经验，编写了这本可制造性设计的专著，图文
并茂，具有使用性、可读性强的特点，是一本不可多得的专业参考书。本人愿将此书推荐给电子制造业界的朋友参考。
中兴通讯股份有限公司高级顾问
马庆魁
前言
可制造性设计这个概念已经流行多年，不同的行业有不同的内涵，比如在机械制造行业，可制造性设计一般指零件的可加工性设计，但在电子制造领域，主要是指可组装性的设计。本书所讲的可制造性设计指后者，即印制电路板组件（Print Circuit Board Assembly，PCBA）的可组装性设计。为了网上查阅方便，本书特更命为《SMT可制造性设计》。
PCBA可制造性设计，在专业的 SMT代工企业以及以 PCBA为产品核心的企业（如通信设备、手机、汽车电子）已经有比较深入的研究与应用，各企业都有专职的可制造性设计工程师队伍和自己的设计规范。但在大多数不以 PCBA为主要制造对象的企业，基本上还停留在 20世纪 50～60年代的“电装”工艺管理阶段——PCB画板完成后才介入，主要负责生产工艺文件的编制。国内很多企业设计的 PCBA工艺水平很低，甚至连基本的要求都没有做到，比如波峰焊接元件的布局方向与间距要求。造成这种局面的原因很多，但最基本的一点就是不了解可制造性设计的意义与要求，不知道怎样去做。为此，笔者将自己多年对可制造性设计的理解与认识进行了总结，供同行参考。
PCBA可制造性设计是一门复杂的工程技术，也是一项综合性的设计工作，涉及PCB、SMT、元器件封装以及焊接等多方面的专业知识和自动化生产、焊接、装配、测试、可靠性等多方面的设计要求，需要专门的工程师支撑。
PCBA可制造性设计是一门系统工程，绝不能孤立地进行单项设计，必须对焊盘、阻焊、钢网、布局等设计要素或项目作整体性考虑与设计，这就是所谓的 PCBA“一体化”设计概念。
PCBA可制造性设计具有公司属性，必须基于公司产品的工艺特性、质量属性、成本属性、生产属性（批量大小）以及生产线的设备配置而定。如果你的产品一年只做数十块，就没有必要考虑工装的设计需求，产品的设计必须能够适应最简单的生产工艺。但如果你的产品每天要生产数千块，从质量、成本角度考虑，必须按照最高专业化生产要求进行设计，以获得最低成本、最高直通率。
PCBA可制造性设计不仅关系到生产效率、成本，更关系到组装的可靠性与应用的可靠性！良好的设计，不仅能够提供稳定的生产质量，而且能够提供顶级的可靠性。“第一次做好”是获得合格焊点质量的最好保证。
本书分三部分，即上、中、下篇。上篇为背景知识篇，介绍可制造性设计的有关概念、PCB的加工方法与能力、表面组装的工艺特点与要求，以便理解本书所提出的设计要求；中篇为设计要求篇，介绍基本的设计要求，包括元器件的选型、PCB的设计要求和 PCBA的设计要求，这些设计要求重在了解设计要考虑的“要素或项目”，而不是给出具体的“数据或参数”，因为每家的生产线设备能力、工艺方法不一样，下篇为典型应用篇，介绍了通信与手机 PCBA的可制造性设计方面的独特要求以及一些典型的不良设计案例。本篇提到的设计要求也是本书设计要求的一部分。
本书是一本专门介绍 PCBA可制造性设计的专著，专业、系统和全面，前后内容有顺序性、关联性，建议读者通读。由于精力所限，本书把工艺原理与设计要求分开介绍，没有细化到每一条具体要求中，建议读者学习本书时思考以下四个关联问题，以便能够深入掌握 PCBA可制造性设计的知识，做到举一反三。
（1）设计要求提出的依据或原理是什么？ 
（2）产品或焊接工艺的需求是什么——是越大越好，还是越小越好？必须明白设计的目标。 
（3）受限于 PCB制作、钢网加工或参数设置的能力，可达到的极限是什么？
（4）可行、合理的设计又是什么？ 本书继承了笔者写作的一个理念——简洁、实用、好用、好读，仍然采用笔者已出版的《SMT核心工艺解析与案例分析》一书的编写风格，即以表格形式进行编排。本书主要以图进行说明，对于非专业人士也非常好理解，适合 EDA工程师、工艺工程师和质量工程师阅读和参考。
由于可制造性设计是一种针对特定工艺、设备与能力的工程技术，书中所述要求，特别是那些量化的数据要求，不会完全与你的 PCB供应商加工能力、你自己工厂设备的工艺要求匹配，因此，希望使用时根据具体情况掌握，不当之处敬请指正。
感谢中兴通讯执行副总裁、顾问马庆魁先生在百忙中为本书作序，同时感谢刘哲、邱华盛资深工艺专家对本书的审校。

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