在PCB上,所有元器件的电气连接都是通过焊盘实现的。焊盘是PCB设计中最重要的基本单元。根据不同的元器件和焊接工艺,PCB中的焊盘可以分为非过孔焊盘和过孔焊盘两类。非过孔焊盘主要用于表面贴装元器件的焊接,过孔焊盘主要用于通孔插装元器件的焊接。
焊盘形状的选择与元器件的形状、大小、布局情况、受热情况和受力方向等因素有关,设计人员需要根据情况综合考虑后进行选择。大多数PCB设计工具可以为设计人员提供圆形(Round)焊盘、矩形(Rectangle)焊盘和八角形(Octagonal)焊盘等不同类型的焊盘 [2] 。
1 .圆形焊盘
在PCB中,圆形焊盘是最常用的一种焊盘。对于过孔焊盘来说,圆形焊盘的主要尺寸是孔径尺寸和焊盘尺寸,焊盘尺寸与孔径尺寸存在一个比例关系,如焊盘尺寸一般是孔径尺寸的两倍。非过孔型圆形焊盘主要用作测试焊盘、定位焊盘和基准焊盘等,其主要的尺寸是焊盘尺寸。
2 .矩形焊盘
矩形焊盘包括方形焊盘和矩形焊盘两大类。方形焊盘主要用来标识PCB上用于安装元器件的第1个引脚。矩形焊盘主要用作表面贴装元器件的引脚焊盘。焊盘尺寸与所对应的元器件引脚尺寸有关,不同元器件的焊盘尺寸不同。
为了避免元器件再流焊后出现偏位、立碑现象,对于0805尺寸及0805尺寸以下的片式元器件,再流焊时两端焊盘应保证散热对称性,焊盘与印制导线的连接部宽度应控制在0.3mm以内(对于不对称焊盘)。
一些元器件焊盘的具体尺寸请参考1.3节的内容。
3 .八角形焊盘
八角形焊盘在PCB中应用得相对较少,它主要是为了同时满足PCB的布线及焊盘的焊接性能等要求而设定的。
4 .异形焊盘
在PCB的设计过程中,设计人员还可以根据设计的具体要求,采用一些特殊形状的焊盘。例如,对于一些发热量较大、受力较大和电流较大等的焊盘,可以将其设计成泪滴状。如图1-17所示,为了保证透锡良好,在大面积铜箔上的元器件的焊盘要求用隔热带与焊盘相连。注意:对于需流过5A以上大电流的焊盘不能采用隔热焊盘。
图1-17 焊盘与铜箔间以“米”字形或“十”字形连接
焊盘尺寸对SMT产品的可制造性和寿命有很大的影响。影响焊盘尺寸的因素很多,设计焊盘尺寸时应该考虑元器件尺寸的范围和公差、焊点大小的需要、基板的精度、稳定性和工艺能力(如定位和贴片精度等)。焊盘的尺寸具体由元器件的外形和尺寸、基板种类和质量、组装设备能力、所采用的工艺种类和能力,以及要求的品质水平或标准等因素决定。
设计的焊盘尺寸,包括焊盘本身的尺寸、阻焊剂或阻焊层框的尺寸,设计时需要考虑元器件占地范围、元器件下的布线和点胶(在波峰焊工艺中)用的虚设焊盘或布线等工艺要求。
由于目前在设计焊盘尺寸时,还不能找出具体和有效的综合数学公式,故用户还必须配合计算和试验来优化本身的规范,而不能简单采用他人的规范或计算得出的结果。用户应建立自己的设计档案,制定一套适合自己的实际情况的尺寸规范。
用户在设计焊盘时需要了解多方面的资料,包括以下几部分。
① 元器件的封装和热特性虽然有国际规范,但不同国家、不同地区及不同厂商的规范在某些方面相差很大。因此,必须在元器件的选择范围内进行限制或把设计规范分成等级。
② 需要对PCB基板的质量(如尺寸稳定性和温度稳定性)、材料、油印的工艺能力和相对的供应商有详细了解,需要整理和建立自己的基板规范。
③ 需要了解产品制造工艺和设备能力,如基板处理的尺寸范围、贴片精度、丝印精度、点胶工艺等。了解这方面的情况对焊盘的设计会有很大的帮助。