SMT工艺中常见元器件的焊盘与钢网开孔设计

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 SMT工艺中的可制造性设计（OEM）越来越受OEM、ODM及EMS厂商的关注。一个被优化的可制造性设计能使产品更好的制造出来，减少制造难度系数，避免了被返修的可能。不仅能更快更好的交货，更能在某种程度上节约成标本从而创造利润。

 SMT工艺中关键的一点是焊接，可以这样说，SMT就是如何将元件放到预定的位置，通过焊接达到一定的电气性能的过程。

 如何根据元件尺寸与特性设计出合理的焊盘，如何根据元件与焊盘及焊点要求设计出钢网，并且设计出来的焊盘与钢网是可制造性，这将是一个工艺工程师面临的问题。

备注：1、文件涉及的标准为IPC-A-610中的二级标准，涉及的检查方法是用如下的放大倍数得出的：

http://s9/bmiddle/b8273939gd96f2a36e978&690

 

       2、文中默认元件是标准件，以此为基础进行对焊盘与钢网的设计。

 1、        PCB的可制造性设计。

http://s6/mw690/b8273939gd96f2b5019c5&690
http://s16/mw690/b8273939gd96f2cb7b63f&690

http://s1/mw690/b8273939gd96f2cf48670&690

2、         钢网的可制造性设计。

为了使锡膏印刷后更好的成形，钢网在厚度选择及开孔设计时应注意到如下要求：

http://s16/bmiddle/b8273939gd96f2de94ecf&690

 

3、SMT工艺中常用元器件及其焊盘钢网开孔设计

  （1）片式元件尺寸：包括电阻（排阻）、电容（排容）、电感等。

http://s14/mw690/b8273939gd96f2e814d7d&690

（2）片式元件焊点上锡要求：包括电阻（排阻）、电容（排容）、电感等。

http://s3/mw690/b8273939gd96f30994ad2&690

http://s1/mw690/b8273939gd96f30db15b0&690

（3）片式元件焊盘设计：包括电阻（排阻）、电容（排容）、电感等。

     据元件尺寸及焊点要求可得出如下焊盘尺寸：

http://s4/mw690/b8273939gd96f31c8aaa3&690

（4）片式元件钢网开孔设计：包括电阻（排阻）、电容（排容）、电感等。

 （ 4.1）0201类元件钢网设计：

         设计要点：元件不可浮高，墓碑。

         钢网厚度：0.08-0.12MM，开马蹄形，内距保持0.30，总下锡面积为焊盘的95%。

http://s11/mw690/b8273939gd96f3277deea&690

（ 4.2）0402类元件钢网设计：

       设计要点：元件不可浮高，锡珠，墓碑。

      钢网厚度：0.10-0.15MM，最佳0.12MM，中间开0.2的凹形防锡珠，内距保持0.45，电阻外三端外加0.05，电容外三端外加0.1，总下锡面积为焊盘的100%-105%。（注：因电阻电容的厚度不同，电阻为0.3MM，电容为0.5MM故下锡量不同，这对上锡高度及AOI光学自动检测的检出度是一个很好的帮助）

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（ 4.3）0603类元件钢网设计：

       设计要点：元件避锡珠，墓碑，上锡量。

       钢网厚度：0.12-0.15MM，0.15MM最佳。中间开0.25的凹形防锡珠，内距保持0.8，电阻外三端外加0.1，电容外三端外加0.15，总下锡面积为焊盘的100%-110%。（注：0603类元件0402，0201元件在一起时钢网厚度被限定，为了增加上锡量须采取外加的方式完成）

http://s16/mw690/b8273939gd96f34260a2f&690

（ 4.4）尺寸大于0603（1.6*0.8MM）类片式元件钢网设计：

       设计要点：元件避锡珠，上锡量。

       钢网厚度0.12-0.15MM，中间开1/3的凹形进行防锡珠，下锡量为90%.

http://s12/mw690/b8273939gd96f34e312fb&690

(5.1)SOT23(三级管小晶体类)元件的焊盘与钢网开孔设计

http://s10/mw690/b8273939gd96f368f5c79&690

(6.1)翼型元件（SOP、QFP等）的焊盘与钢网开孔设计

翼型元件分为直翼形与欧翼型，直翼形元件在焊盘钢网开孔设计上应注意内切，以防止焊锡上元件体。

http://s14/mw690/b8273939gd96f3f41afad&690

http://s10/mw690/b8273939gd96f4159f809&690

注：为了不使元件引脚间短路，且前端润湿良好，钢网开孔在设计时应注意内缩与外加，外加不应超过0.25，否则易产生锡珠，钢网厚度应为0.12MM。

(6.2)翼型元件焊盘与钢网开孔设计应用

0.4MM pitch board to board 连接器

焊盘设计：焊盘宽度0.23（元件脚宽0.18MM），长度1.2（元件脚长0.8MM）。

钢网开孔：长1.4，宽0.2，钢网厚度：0.12MM。

http://s5/mw690/b8273939gd96f42b2af14&690
(7.1)QFN类元件焊盘与钢网开孔设计

QFN（Quad Flat No Lead）类元件是一种无引脚元件，在高频领域得到广泛应用，但应其焊接结构为城堡形，且为无引脚式焊接，故在SMT焊接工艺中存在一定难度。

http://s3/mw690/b8273939gd96f43e4e892&690

(7.2)结合QFN类元件本身的尺寸与焊点要求焊盘与钢网开孔设计对应如下：

要点：不可产生锡珠，浮高，短路，在此基础上增加可焊端及下锡量。

方法：焊盘设计上距元件尺寸对可焊端外加至少0.15-0.30MM（最多不超过0.30MM，否则元件易产生上锡高度不足）。

钢网：在焊盘的基础上在外加0.20MM，且对中间散热焊盘架桥开孔，防止元件浮高。

http://s8/mw690/b8273939gd96f44ab92c7&690

(7.3)一个典型的QFN类元件焊盘与钢网开孔设计

    元件：0.4MM pitch QFN，可焊端长0.6MM，宽0.2.

     焊盘：长0.75，宽0.25.

     钢网：长0.95，宽0.22（拉长外加防止短路锡珠），中间散热块按80%架桥开孔，防止浮高造成假焊。

http://s15/mw690/b8273939gd96f45bdac2e&690

(8.1)BGA（Ball Grid Array）类元件尺寸：

http://s13/mw690/b8273939gd96f466d1d9c&690

BGA（Ball Grid Array）类元件在设计焊盘时主要依据是焊球的直径与间距:

焊接后焊球熔化与锡膏及铜铂形成金属间化合物，此时球的直径变小，同时熔化时的锡膏在分子间作用力及液体间张力的作用下回缩，从而得出焊盘与钢网的设计如下：

（1）      焊盘的设计一般较球的直径小10%-20%。

（2）      钢网的开孔较焊盘大10%-20%。

注意：fine pitch 时除外，此时0.4pitch时按100%开孔，0.4以内的一般按90%开孔以防止短路。

http://s3/mw690/b8273939gd96f478efbe2&690

BGA类元件在焊接时在焊点上注意出现空洞、短路等问题。此类问题的出现有多种因素，如BGA的烘烤，PCB的二次回流等，回流时间的长短，但对焊盘及钢网而言应注意一下几点：

1、 焊盘设计时应注意尽量避开通孔，埋盲孔等可能出现盗锡的孔类出现在焊盘上。

2、 对于间距较大的BGA（超过0.5MM）的应适量加锡可以通过加厚钢网或扩大开孔来达到，对于fine pitch的BGA（小于0.4MM）应减小开孔直径及钢网厚度。

备注：钢网是指采用激光电抛光技术制作的钢网。

      锡膏是指SnAg（3.5）Cu（0.5）的无铅锡膏。

      PCB是指采用FR4制作的纤维板。

      FPC是指柔性线路板。