IPC-2221A-2003中文版-印制板设计通用标准 - 第66页
8.1 布 局 要求 总则 8.1.1 ⾃动组装 当使用元 件 自 动 插 装和 贴 装技术 时 、 有 几个 印制板设计 参数一 定要 注 意、 这 些 参数 在 使用 手 工组装技术 时是 不 适 用 的。 8.1.1.1 板的尺⼨ 用于自 动组装印制板 、 可 以 有 许多 不 同 尺寸 。 因 此 、 制 造 商 对设 备 的 技术要求 宜以 成品印制板的要求来评 价 ( 见 5.3.3)。 自 动装 配 操 作 的标准 化、 …
焊接点失效的疲劳次数取决于但并不仅限于:
元件和印制板之间的热膨胀系数不匹配、组装
件必须操作的温度变化范围、如果元件和板子
之间有明显的温差存在、焊接点尺寸、元件尺
寸和电源回路可能会引起不合要求的热膨胀不
匹配出现。
7.4 热设计可靠性
设计寿命可以通过模拟
运行环境的比较测试来验证。表7-4为表面贴
装器件在对三种运行环境下验证设计的一个例
子: 每天0.1周期、每天1周期、每天10周期。
运行环境表示四种不同的温度范围。该表对设
计寿命要求为5年、10年、或20年的设备、建
立了一个相对的可靠性指数(ppm/℃)。该可靠
性指数(R)是一个可用于考虑组装件是否能在
期望寿命环境中能经受得住的参数。
R =Δγ/ΔT≌LDΔα/h[(ppm/℃)]
式中:
Δγ= 焊点总应变(ppm)
ΔT =循环温度摆动(℃)
LD = 元件上任意焊点中心间、拐角与拐角或
端点与端点之间的最大距离的一半(mm)
Δα= 基材与元件的热膨胀系数间的绝对差
(ppm/℃)
h = 焊点高度(mm)
要求寿命较长或更为恶劣条件、矩阵表中的数
值变得较低。可靠性指数粗略地给出在一个平
均的疲劳寿命将产生最大周期应变、正好相等
于期望的设计寿命。矩阵表主要用于无引脚元
件; 而对一些相互关系根本不同的有引脚元
件、虽然不改变指示趋向、但将改变矩阵表的
数值。这仅仅表示周期寿命的平均值、表明系
统中有一半的元件预期失效、而非第一个元件
失效。焊接处疲劳失效的统计分布、应包括在
可靠性评估中。
就通孔安装的玻璃元件来说、它往往为元件引
线弯头提供充分的应力释放(见8.1.14)。随着
表面贴装元件的出现、疲劳周期数可能会通过
下列措施而增加: 减少热膨胀的不匹配、减
少温度梯度、增加焊接点高度、尽可能使用最
小实物尺寸的元件、以及优化元件和印制板之
间传热通路。更多的详细内容、见IPC-D-279、
IPC-SM-785和IPC-9701。
8 元件和组装问题
元件的安装和贴装在印制板设计中起着重要
的作用。除了在元件密度和导线的布线方面具
有明显的影响以外,这些方面的印制板设计也
对制作、装配、焊接区的完整性、可维修性及
测试产生影响。因此、设计反映这些内容和其
它对制造方面有意义的事项、要适当地权衡考
虑、这是十分重要的。
元件在安装后应要经得住振动、机械冲击、潮
湿、温度循环、以及其它在安装和在后续的整
个寿命使用过程必须承受的环境条件、所有元
件都应如此选择。下列是设计者宜考虑的要求
并宜在装配图上详细的具体注释及图解。
元件的安装和连接至少宜考虑下列方面:
• 电路设计对电气性能和电气间距的要求;
• 环境的要求;
• 有源与无源电子元件和相关硬件的选择;
• 尺寸和重量;
•尽量减少热产生和散热问题;
• 制造、加工和操作要求;
• 合同要求;
•维护性要求;
• 设备用途和使用寿命;
• 组装使用自动插入和布局的要求;
• 组装之前、组装期间、组装之后的测试方
法;
• 现场维修和维护考虑的事项;
• 应力的释放;
•胶粘剂的要求。
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8.1 布局要求总则
8.1.1 ⾃动组装
当使用元件自动插装和贴
装技术时、有几个印制板设计参数一定要注
意、这些参数在使用手工组装技术时是不适用
的。
8.1.1.1 板的尺⼨
用于自动组装印制板、可
以有许多不同尺寸。因此、制造商对设备的
技术要求宜以成品印制板的要求来评价(见
5.3.3)。
自动装配操作的标准化、可以通过使用适应板
的尺寸变化的标准夹具、或以在制板形式的组
装板来达到。使用在制板的装配、原则上要求
与印制板制造商密切合作以确立定位意图、定
位孔定位、板定位、附连板及基准标记定位。
8.1.1.2 混合组装
既用于表面安装元件、又
用于通孔直插元件的自动处理、在设计上需要
专门考虑、使元件第一阶段装配不影响第二阶
段插入引脚。
元件布局应考虑装在板上的插件设备对板的应
力、尽可能将部件隔离在特定的区域、以便于
第二阶段插入/布局的应力不对先前焊接点产
生影响。
8.1.1.3 表⾯安装
表面安装元件的自动组
装、考虑包括用于安装/定位片状元件、分立
芯片载板、小外形封装及扁平封装的拾放设
备。
设计中宜设置特殊的定向符号、以便于表面安
装器件的检验。方法可包括特殊符号、或特殊
焊盘的外形、以识别集成电路封装的引线。
8.1.2 元件布局
如果印制板采用机 器焊
接、只要可能、通孔直插器件与元件宜安装在
与印制板焊锡接触的背面。
使用表面安装与通孔安装元件混合安装、或在
印制板两面都装有元器件、要求充分了解组装
和贴装工艺(见IPC-CM-770和IPC-SM-780)。
如果把元器件引线插进孔里、只要有可能、轴
向和非轴向引线的元件、宜按IPC-CM-770要
求、只在印制板组件的一面安装。
除非一个元器件被明确地设计成允许另一元件
进入其构造内、不应有元器件互相叠装(重
叠)
(见J-STD-001)。
元件引线应当为表面安装、通孔安装、或在接
线柱上安装。引线与导线末端应被焊接或导线
键合。
元件的引线插入镀覆孔中或接线端区域上、实
际位置的变异加上元件的外壳(主体和引脚)的
允许偏差、会引起元件主体从预定的安装位置
移动。这种错位应考虑这类最差情况的元件布
局问题、不应减少至邻近印制导线或其他元件
的间距小于要求的电间隔。
如果元件利用黏合剂(结构型或导热型)与印制
板表面黏合、这个元件的放置就应该顾及黏合
剂覆盖区域上黏合剂是否流到接线端区域上
面、或是使之变得模糊。零件连接工艺应规定
控制黏结材料的数量和类型、使零件可被拆
除、而不损坏印制板组件。黏合剂的使用应与
印制板材料、元件以及或与黏合剂接触的部件
材料相容。一些胶黏剂与相邻的元件接触可能
是不接受的。与焊接端点
或相邻元件的应力释
放区接触是否在另外的区域、取决于材料。
散热问题、功能的分隔、电气问题、封装密
度、贴装机械的限制、波峰焊托架问题、振动
问题、部件相互干扰问题、制造和测试的难易
程度、等等、都会影响零件的布局。
只要可能、零件宜以0.5mm[0.020in]布局网格
放置。若0.5mm[0.020in]网格不合适、宜使用
0.05mm[0.00197in]布局网格。某些零件(例
如一些继电器)的引脚不在标准网格但在其他
网格上、零件的放置宜使通孔在标准网格上。
有些元件、比如“贴着”外壳、引脚不在网
格上。这种情况下、建议将部件的中心置于网
格上。
如果设备或其它限制不允许使用米制网格、零
件可按2.54mm[0.100in]布局网格放置。如果
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这个网格也不适当、可用1.27mm[0.050in]
的网格、甚至0.64mm[0.025in]的网格。2.54
[0.100in]布局网格不仅方便零件的插入、而
且方便板和组件的标准测试针床的测试。如果
使用测试针床测试(包括印制板组件的在线测
试)、那么当元件布局在网格之外、会使测试
夹具的制作变得困难许多。
图7-1说明了对元件自动插装的可生产性设计
的允差。通孔安装印制板宜遵循在两个相对面
边缘上的元件到板边缘间距要求、这两个相对
面的边缘允许直接插装
进入波峰焊抓手。其它
的设计将需要夹具。
元件散热器的考虑和板散热器的要求都必须在
零件布局中提及。
如果印制板组装件不用针床测试、则组装件网
格将只受组装件机械装置限制。如果印制板组
装件可与测试针床电路一起测试, 则以2.54mm
[0.100in]网格间隔设置镀覆孔为首选。1.91mm
[0.075in]网格允许较高的设计密度、且与组
装件机械装置无关。但应用测试针床的测试
时、则与裸板和整个组装件测试有关。裸板测
试通常由印制板供方进行
、而且目前对于不合
要求的网格或缩小网格印制板测试还没有作经
济赔偿。
设计者宜充分保证元件与板边缘的间隔为测试
和装配作准备。如果这做不到、设计者应考虑
添加可拆卸板(也就是可分离边条)。元件边缘
定义为从元件没有引线伸出那一面的边缘, 以
及元件有引线伸出的那一面,其焊盘结构的表
面边缘。元件最好应该距板和导板或安装硬件
的边缘最小为1.5mm[0.0591in]、以便于元件
的布局、焊接和测试夹具准备。
在焊接期间元件不宜以一个遮盖另一个的方
式组合在一起。元件的排列不要与行进方向垂
直、要交错。
在一项设计中、元件极性宜布向一致(同一方
向)。
对于波峰焊表面贴装片状元件、宜在自动焊
接之前、使用特制配方的胶粘剂黏接在印制板
上。
零件安装的专门要求包括该类型元件的功能、
印制板组件选用的安装技术、元件引线的弯曲
要求、减轻引线应力
的方法选择以及元件的布
局(或者安装在没有裸露的线路表面上、在被
保护的表面上、或者在线路之上)。附加要求
则取决于诸如散热需求(操作环境温度、最大
节点温度要求以及元件的散热能量)、以及机
械支撑要求(基于元件的重量)等。
印制板组装元件安装方法的选择、应使得成品
组装件符合适用的振动、机械冲击、潮湿以及
其它的环境条件中。元件安装时、其操作温度
的选择应不使元件的使用寿命低于设计极限。
元件安装技术的选择、应确保板的材料在操作
条件下不高于允许的最大温度值。
8.1.3 ⽅位
元件的安装宜与印制板边缘平
行。为使外观显得整齐划一、元件相互之间也
宜保持平行或垂直。当可能时、元件的安装方
式宜使冷却通风尽可能达到完善。
组件通常是流动焊接、以板的顶部边缘(垂直
于波的传送方向)在前、安装凸缘及其硬件对
着固定装置或运送装置的机械抓手、板边连接
器在后。表面贴元件宜以有利于波峰上焊料流
动的方式放置。矩形元
件(带有末端焊接帽)的
方位宜与板的引导端的长轴线平行、且垂直于
传送方向。这就避免了“阴影”效应、即元件
的主体以别的方式防止焊料自由流动到焊接点
拖痕。见图8-1。
8.1.4 可接近 性
应 将 电 子元件定位和隔
开、使得每个元件的焊盘不被别的元件或别的
固定安装件所妨碍。每个元件应可以从组装件
里移走、而不必移动任何其它元件。这些要求
不适用于不准备修理(抛弃型组件)的组装件制
造、或按8.2.13的规定。
8.1.5 设计包容
除板上的连接器外、元件
的突出部分不宜超出板的边缘或妨碍板的安
装。
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