面向可制造性设计 (DFM) 和自动化装配的 PCB 装配设计规则

目录

1. 元件放置规则
2. 垫片设计要求
3. 热设计注意事项
4. 基准点和对齐特征
5. 混合技术指南
6. 自动化装配设计

在 Highleap Electronics，我们会在免费的 DFM 审核过程中根据这些规则验证设计。遵循这些准则有助于确保一次组装成功。

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1）元件放置规则

正确的元件放置方式能够实现高效的自动化装配，并防止缺陷的产生。

1.1 组件间距要求

间距类型	最低限度	首推最高性价比
SMD 对 SMD（同侧）	0.5mm	0.75mm
SMD 到 PTH	1.0mm	1.5mm
PTH 到 PTH	1.5mm	2.0mm
元件到电路板边缘	2.0mm	3.0mm
组件到导轨边缘（面板）	3.0mm	5.0mm

1.2 组件方向

一致的方向有助于提高检测效率并减少放置误差：

• 极化分量： 所有部件极性方向相同
• 集成电路： 1号钉位于固定的角落（通常是左上角）
• 芯片组件： 尽可能与板边平行对齐
• 连接器： 考虑配合方向和电缆布线

回流焊方向：

• 垂直方向可防止组件移位（波效应）
• 靠近电路板边缘的小元件：长轴垂直于边缘

1.3 组件高度考虑因素

用于回流焊：

• 较高的元件应与较小的元件保持距离（2毫米以上间隙）。
• 高大的部件可能会遮挡相邻的小部件。
• 放置高元件时，请考虑回流焊方向。

用于自动投放：

• 将较高的组件放在较低的组件之后。
• 标准设备的最大高度通常为 25 毫米
• 非常高的部件可能需要手动放置

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2）垫片设计要求

焊盘设计会影响焊点质量和长期可靠性。

2.1 SMD焊盘尺寸

焊盘尺寸应符合元件规格。一般准则：

芯片组件（0402 及以上尺寸）：

• 焊盘长度：端子长度的 1.0 倍至 1.2 倍
• 焊盘宽度：等于或略宽于元件宽度
• 趾部延伸：超出组件本体 0.25-0.5 毫米
• 鞋跟延伸：至少 0.25 毫米

小间距集成电路：

• 使用制造商推荐的底座
• 考虑 IPC-7351 焊盘图案
• 核对封装尺寸与实际组件

2.2 QFN/DFN焊盘设计

QFN器件需要特别注意：

周边垫：

• 焊盘长度：焊盘图案超出封装边缘 0.25-0.5 毫米
• 焊盘和散热焊盘之间没有阻焊层。

导热垫：

• 尺寸：占元件散热垫面积的 80-90%
• 过孔阵列：0.3mm 过孔，网格间距 1.0-1.2mm
• 过孔填充：用于防止焊锡渗漏
• 阻焊层：开口略小于焊盘。

2.3 BGA焊盘设计

垫类型：

• NSMD（非阻焊层定义）：适用于细间距封装
• SMD（焊料阻膜定义）：用于大间距、高附着力的封装。

垫片直径：

• NSMD：球径的75-80%
• 口罩开口：垫片直径 + 0.1mm（最小）

通过以下考虑：

• 垫内通孔可接受，带填充和盖
• 用于较大间距 BGA 的狗骨形布线
• 参见 模板开口指南 用于糊状物覆盖

3）热设计考虑因素

热平衡可防止回流焊过程中出现装配缺陷。

3.1 防止墓碑效应

墓碑效应是指由于焊料表面张力不均，导致芯片元件的一端在回流焊过程中翘起。

预防策略：

• 平衡两个散热垫的热质量
• 对称走线至焊盘
• 如果其中一个焊盘连接到平面，则需要添加散热垫。
• 避免在芯片元件下方布线。

3.2 热释放设计

对于飞机转机：

• 使用散热辐条（通常为 4 根辐条）
• 辐条宽度：最小 0.25-0.3 毫米
• 气隙：最小 0.25 毫米

需要缓解热量时：

• 连接到内部平面的SMD焊盘
• 带平面连接的PTH焊盘
• 任何需要回流焊/波峰焊的焊盘

3.3 大面积铜矿区的管理

大面积铜（导热垫、散热片）会影响回流焊：

• 预热是否充分： 确保回流焊曲线覆盖所有区域
• 粘贴覆盖率： 减少大面积导热垫上的导热膏用量，以防止导热垫漂浮。
• 通过数组： 有助于导热，需要填充过孔。

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4) 基准点和对齐特征

基准标记可实现元件放置的自动光学对准。

4.1 全球信托

要求：

• 每块板/面板至少需要 3 个（2 个对角线方向 + 1 个方向指示）
• 位于板材导轨中
• 非对称放置可防止 180° 方向错误

产品规格：

• 焊盘直径：典型值 1.0 毫米（0.5 毫米至 2.0 毫米均可接受）
• 阻焊层开口：2×焊盘直径
• 与其他部件的间隙：最小 3 毫米
• 铜箔表面处理：与电路板相同（未被阻焊层覆盖）

4.2 本地受托人

局部基准标记可提高小间距元件的放置精度。

必要时：

• 间距≤0.5mm的元件
• 球间距≤0.8mm的BGA
• 需要更严格安装公差的元件

放置：

• 每个组件有两个基准点（对角角）
• 组件50毫米范围内
• 组件之间不共享

4.3 工装孔

面板操作：

• 直径：3.0-4.0毫米（典型值，未镀层）
• 位置：位于面板导轨内，对称放置
• 间距：距板边缘 5 毫米

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5）混合技术指南

同时采用SMT和通孔元件的电路板需要特别考虑。

5.1 工艺顺序

典型的混合技术流程：

1. SMT 面 1：粘贴打印 → 放置 → 回流焊
2. SMT 面 2（如适用）：粘贴打印 → 放置 → 回流焊
3. 通孔：插入 → 波峰焊或选择性焊接
4. 手动组装（如有）

5.2 波峰焊注意事项

组件方向：

• 长轴垂直于波的方向
• 连接器后缘（最后一个离开波的）

波侧的SMT：

• 仅限于额定波温的组件
• 波峰焊期间固定组件所需的胶水
• 避免使用小间距和波侧的BGA封装

5.3 选择性焊接

选择性焊接技术可实现同一侧的通孔和SMT焊接：

选择性设计：

• THT焊盘周围留出喷嘴通道所需的空间
• 尽可能将 THT 成分分组
• 考虑使用焊锡窃取器来平衡热质量

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6) 面向自动化装配的设计

优化自动化流程可以降低成本并提高质量。

6.1 组件选择

优先选择易于自动化的组件：

• 标准卷带包装
• 一致的组成体
• 清晰的极性标记
• 制造商推荐的占地面积

避免或尽量减少：

• 需要手动放置的异形元件
• 非标准包装
• 元件尺寸过小（0201）或过大，不适合设备使用。

6.2 设计文件要求

完整的文件包可实现高效组装：

• 格伯斯： 完整的制造数据
• 拣选和放置文件: 用于放置的组件坐标
• 质心文件: XY坐标、旋转、侧面
• 物料清单： 包含制造商零件编号
• 装配图： 组件放置参考

有关完整规格，请参阅PCB 组装文件要求。

6.3 面板设计

合理的面板化设计可以提高装配效率：

• 一致的董事会方向
• 轨道尺寸匹配设备
• 轨道上的基准点和工具
• 路由/V-score 的充分清除

有关详细指南，请参阅SMT 的面板化要求。

6.4 获取设计评审

将您的设计提交给 Highleap Electronics 进行免费的 DFM 审核。我们的工程师将根据这些规则验证您的设计，并提供详细的DFM 报告。提交前，请使用我们的PCB DFM 清单进行自我验证，并查看DFT 指南以了解可测试性要求。如有任何设计问题或特殊要求，请联系我们的工程团队进行讨论。