元器件布局不合理对可制性的影响

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元器件在PCB上的正确安装布局是降低焊接缺陷的极重要一环。元器件布局时，应尽量远离挠度很大的区域和高应力区，分布应尽可能均匀，特别是对热容量较大的元器件，应尽量避免采用过大尺寸的PCB，以防止翘曲。布局设计不良将直接影响PCB的可生产性和可靠性。
1、布局设计不良
①如图1（a）所示，磁珠的高度高于下面的绝缘片高度，用螺钉将绝缘垫片固定在PCB上时，力度稍有偏大，便会造成磁珠破裂。
②如图1（b）所示，PBGA 17mm×15mm共4只，分别在A面和B面完全对称放置，返修时难以控制上、下两面BGA的焊球焊接工艺。
图1　磁珠的高度高于绝缘片高度的PCB布局及A、B两面BGA镜向设计
③靠近板边的系列插针距离板边距离不足1mm，而此边为V-CUT拼板处，影响V槽机器自动分板，如图2（a）所示。
④A面的D32/D35的引脚被包含在B面元器件X2的丝印框内，造成生产中由于过波峰焊B面需要贴胶纸，挡住了D32/D35的引脚，如图2（b）所示。
图2 导致无法自动分板和增加焊接保护工序的布局设计
⑤使用工艺流程为B面点胶固定片式元器件→插装A面元器件→过波峰焊。但B面的D3元器件本体下方有长槽腰孔，无法对该元器件进行点胶固定，只能采取手工焊接D3，如图3（a）所示。
⑥发光二极管（HL31、HL32、HL34、HL35）的引脚方向与面板垂直，插装后没有办法装入面板中，需将灯的焊盘及丝印旋转90°，如3（b）所示。
图3　无法进行自动焊接的布局设计
⑥PCBA上装有8个连接器，每个连接器有168个引脚，工艺流程为双面回流焊后手工焊，手工焊接时间太长，焊点多且烙铁头无法完全伸入焊接，严重影响产品质量和生产时间效率，如图4所示。
图4　需要手工焊的布局设计
⑦PCB上、下质量和密度分布不均匀，导致单板加工时变形等缺陷，如图5所示。
图5 质量和密度分布不均匀
2、应用波峰焊工艺时，元器件布局没有采取克服“阴影效应”措施
①表面张力和元器件体造成的“阴影效应”，如图6（a）所示。
②延长焊盘克服“阴影效应”，如图6（b）所示。
图6　波峰焊时的“阴影效应”及正确设计
3、元器件的排布不符合工艺要求
采用回流焊和波峰焊工艺时不同的元器件布局设计如图7所示。
①采用回流焊工艺时，元器件的排布方向应与PCB进入回流焊炉的方向一致。
②采用波峰焊工艺时，应考虑波峰焊阴影效应。
图7　采用回流焊和波峰焊工艺时不同的元器件布局设计
4、安放在PCB焊接面的QFP和SOIP没有设计成“菱形”和设计导流盘
①QFP等封装不建仪采用波峰焊接。
②如需采用波峰焊接，则按图8所示设计。
图8　采用波峰焊接工艺时QFP的菱形布局设计
5、双面组装PCBA焊接面元器件焊盘或本体边缘与插件零件边缘距离过小
①双面组装的产品，过波峰焊时需要使用载具，底面贴片元器件的焊盘或本体边缘与插件零件边缘距离大于或等于4mm。
②双列或多列组件引脚内部不可有贴片零件，如图9所示。
图9　组件内部有贴片零件
6、元器件布放不符合自动化生产要求
①元器件靠近印制电路板边缘不利于自动化装配、机械应力集中、周转过程中易损伤、金属化孔和焊盘易被拉伤。距工艺边、夹持边或印制电路板边缘5mm 内不允许布放元器件。
②靠近印制电路板边缘布放元器件时，元器件长边应与印制电路板边平行。拼板边缘、螺钉和插座附近的片式陶瓷电容在高温老化或使用一段时间后容易失效，如图10所示。
图10　片式陶瓷电容靠近PCB边缘，导致元器件开裂
③大型元器件的四周要留出一定的维修空间，以便于返修设备加热头进行操作。靠近大型元器件边缘布放元器件时，元器件长边应与元器件边缘平行；图11所示为错误设计（小型元器件短边与大型元器件本体垂直）。
图11　小型元器件短边与大型元器件本体垂直
④关键和贵重元器件如靠近接插件、安装孔、槽、拼板的切割、豁口、拐角和紧固处等高应力集中区域，易造成焊点疲劳或焊点断裂，如图12所示。
图12 关键元器件靠近高应力区域，易造成焊点疲劳或焊点断裂
7、元器件布放位置距紧固件太近的设计缺陷
①BGA布局时应远离螺钉至少5mm以上，以避免BGA角部靠近螺钉。BGA靠近螺钉，PCBA安装后BGA出现焊点开裂，如图13所示。
图13　BGA靠近螺钉，安装后BGA焊点开裂
②散热器螺钉靠近BGA，引起BGA周边焊点断裂，如图14所示。
图14 散热器螺钉靠近BGA，导致BGA周边焊点断裂
③片式电容布局在充电端子、螺钉、按键或插座附近，引起片式电容开裂，如图15所示。
图15 片式电容布局在充电端子附近导致片式电容开裂
8、波峰焊应用中的布局设计缺陷
1)插装元器件布局设计缺陷
①通孔插装元器件排列混乱，如图16所示。
图16　元器件排列混乱及改进
②极性方向一致性不好。
③质量轻的元器件引脚排列与波峰焊入板方向平行，阻容件会因引脚受热不对称而造成卧式元器件浮起、翘起，如图17所示。
图17　错误排列导致卧式阻容件翘起
④元器件之间的引脚间距过小：小于0.75mm。
⑤引脚成形跨距小于2.54mm。
2)片式元器件布局设计缺陷
①元器件排列混乱。
②极性方向一致性不好。
③片式元器件布局设计不符合波峰焊要求，如图18所示。
图18 片式元器件布局设计不符合波峰焊要求
④元器件间距过小，易连焊。
⑤PCB上安放有小于0603、元器件间距小于或等于0.63mmQFP、城堡封装、插座、高度高于3.2mm元器件和玻璃封装二极管等元器件。
⑥底部存在很多孔径大于0.4mm的金属化导通孔。
⑦特定区域未做阻焊。
⑧元器件间距小于1mm或可视焊盘角度小于45°影响元器件安放、目检、焊接、返修等操作，如图19所示。
图19 元器件间距设计要求
9、回流焊应用中的布局设计缺陷
①元器件排列混乱。
②电路功能模块不集中。
③元器件及通孔间距不统一。
④元器件极性标记及方向混乱。
⑤双面板：大型元器件、高热元器件对应位置有元器件。
⑥芯片周边元器件、间距过小。
⑦芯片周边（边长一倍以内）设置螺钉安装孔。
⑧双面板首次回流元器件质量过大易掉件。
⑨特定区域未做阻焊。
⑩未设拼板、细间距芯片、单板基准点。
10、PCB布局混乱，严重影响焊接可靠性
PCB布局混乱，严重影响焊接可靠性，如图20所示。
图20 PCB布局混乱典型案例
①如图21所示，PCB设计存在布局没有定位基准、插座布在中心且与其他元器件紧邻、元器件面无工艺边、元器件坐标难识别、插座周围焊点有失效风险、元器件面无法用AOI检测等多种设计缺陷。
图21　存在多种设计错误的PCB
②电感布放在焊接面，二次回流焊时掉件。
③连接器间距太小，不具备可返修性。
④如图22所示，元器件间距太小，存在短路风险。
图22　晶体三极管、晶体振荡器及连接器间距设计太小
⑤厚度较大的两个元器件紧密排在一起，会造成贴片机贴装第二个元器件时碰到前面已贴的元器件，机器会检测到危险，造成机器自动断电，如图23所示。
图23　无法机贴的元器件排列
⑥大型元器件下面放置小型元器件，如在数码管底下有电阻，会给返修造成困难，返修时必须先拆数码管，还有可能造成数码管损坏，如图24所示。
图24 给返修造成困难的元器件重叠放置
根据陈正浩编著的<高可靠性电子装备PCBA设计缺陷案例分析及可制造性设计>改编


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