表面贴装设计与焊盘结构标准(1.0)[分享]

表面贴装设计与焊盘结构标准(1.0)


IPC-SM-782 Revision A - August 1993(本文是该标准的1.0~1.6.1的翻译稿，其后的内容为2.0可应用文件)
1.0 范围 　
　本文提供用于电子元件表面附着的焊盘(land)几何形状的信息。这里介绍信息的意图是要提供表面贴装焊盘的适当尺寸、形状和公差，以保证足够的面积来形成适当的焊接圆角(solder fillet)，还有，允许这些焊接点的检查与测试。
2.0 目的　
　虽然，在许多场合，焊盘几何形状基于用来附着电子零件的焊接类型可以稍有不同，但是，在尽可能的地方，焊盘是以这样一种方式定义的，它们对使用的附着工艺是透明的。设计者应该能够使用这里所包含的信息，建立标准的配置，不止是对手工设计，而且要对计算机辅助设计系统。根据波峰焊接、回流焊接或其它焊接类型，不管零件贴装在电路板的一面或两面，焊盘图案与零件的尺寸应该优化，以保证适当的焊接点和检查标准。　　虽然图案标准化，但由于它们是印制板电路几何图形的一部分，它们应该服从可生产性级别和与电镀、腐蚀、或其它条件有关的公差。可生产性方面也与阻焊(solder mask)的使用和在阻焊与导体图案之间所要求的定位有关。(见段落1.2.2)
1.2 性能等级(Class)　
　在有关的IPC标准和规格中建立了三个通用的终端产品等级(class)，以反映在复杂程度、功能性能要求和测试/检查频率方面的逐步增加。应该认识到，有介于等级之间的设备交迭。　
　设计要求决定等级。等级的定义对于确认满足封装(packaging)和互联结构的设计/性能要求所需要的精密度、和建立设计与制造之间的通信媒介和原则是有用的。　
　印制板用户有决定其产品所属等级的责任。合同要规定所要求的性能等级和表示出在适当的地方对特殊参数的任何期望。在设计要求与这里所定义的等级之间有冲突的情况下，前者应该优先，并在主图中反映出来。　
　这些等级是：第一等级 通用电子产品包括消费产品、某些计算机和计算机外围设备、以及适合于那些外观不完整并不重要的和主要要求是完整的印制板或印制板装配的功能的一般军用硬件。第二等级 专用服务电子产品包括那些要求高性能和长寿命的通信设备、复杂的商业机器、仪器和军用设备，并且对这些设备希望有不间断服务但不是关键的。允许一定的外观缺陷。 第三等级 高可靠性电子产品包括那些连续性能或性能请求是关键的商业与军事产品设备。设备故障停机是不允许的，对诸如生命支持或导弹系统这些应用要求功能性。这一类的印制板和印制板装配适合于那些要求高水平保障和服务是必要的应用。 本标准的焊盘结构具有接纳所有三个性能等级的能力。
1.2.1 最终使用用途 除了三个性能等级之外，表面贴装委员会为电子产品已经建立了最终使用的情况。这些是： 消费产品，包括游戏、玩具、音频与视频电子产品。一般，方便的大小和最大的功能性是重要的，但是产品成本特别重要。 一般用途计算机，如用于商业或个人用途。比较消费产品，消费者希望较长的寿命和较持续的服务。 电信产品，包括电话、开关系统、PBX、和交换机。这些产品使用于希望服务寿命长和忍受相对恶劣环境的应用中。 商业飞机要求尺寸小、重量轻和高性能。 工业产品和车厢汽车应用。尺寸和功能是这些产品的格言。假设降低产品不失去最高可达到的产品质量的话，成本是非常重要。 高性能产品包括基地与舰船上的军用产品、高速与高性能计算机、关键的过程控制器、和生命支持的医疗系统。品质、可靠性和性能都是极为重要的，紧跟着就是尺寸和功能。成本是在这些要求的基础上优化的，但是相对不重要。 太空产品，包括所有在其上面建立来满足苛刻的外部空间条件的产品。这意味着在很大范围的空间环境和物理极限上的高品质与性能。 军用航空电子设备用来满足要求非常高的机械与温度变化。尺寸、重量、性能和可靠性都是极为重要的。 引擎罩下的汽车电子产品要忍受所有使用环境的最恶劣情况。这些产品面对极度的温度与机械变化。除此而外还有达到大规模生产的最低成本和最佳的可制造性。
1.2.2 可生产性级别(Level) 适当的时候，本标准将提供三个级别的设计复杂性：特性、公差、测量、装配、成品的测试或者制造工艺的确认，这些都反映在工具、材料或工艺的复杂性方面有逐渐的提高，因此在制造成本上也有逐渐的提高。这些级别是：A 级 简单的装配技术，用来描述通孔元件的安装；B 级 中等的装配技术，用来描述表面元件的贴装；C 级 复杂的装配技术，用来描述在同一装配中通孔与表面安装的相互混合。复杂性的分类不应该与1.2.章中所描述的最终产品的性能分类混淆。
1.3 装配类型(Type) 类型的规定进一步地描述元件是否安装在装配和互联结构的单面或双面。第1类型定义为只在一面安装元件的装配；第2类型定义为两面都有元件的装配。第2类型只限于B级或C级的装配。　　图1-1显示了两个装配类型的关系。　
　应用某个设计概念的需要应该取决于要求用来生产一个特殊焊盘图形或P&I结构的复杂性和精度。任何的设计级别都可以应用于任何的最终产品设备类型；因此，一个将元件安装在一个面上(所有表面贴装)的中等复杂性类型(1B类型)，当用于第二等级的产品时，叫做第1B类型、第二等级(Type 1B, Class 2)。描述为第1B类型、第二等级的产品可以使用在任何最终使用的用途中；等级的选择取决于使用产品的顾客的要求。
1.4 图示 尺寸和公差以毫米(mm)和微米(mn)表示是恰当的。当所显示的计量没有单位时，单位将被认为是“毫米”。对英制转换的参考信息在附录中显示。
1.5 外形公差 外形公差用于决定元件外形与焊盘图形几何形状之间关系的尺寸系统中。详情在3.3章中描述，它跟随了ANSI Y14.5中的原则。所有尺寸都考虑为最大和最小的材料情况(取决于正在分析中的特征)，因此外形公差单向作用的（一个方向 - 最大到最小，或者最小到最大），与标称特性的双向相反（正或负）。
1.6 焊盘图形的确定 本文件讨论了提供焊盘有关部门形式信息的两种方法：基于工业元件规格、板制造和元件贴装精度能力的准确数据。这些焊盘形式是登记给一个特殊元件的，具有登记的焊盘形式号码，见表3.5和段落3.3.3.4。 用来改变给定信息以达到更加稳健的焊接连接的方程式，它用于一些特定的情形，如贴装或安装的设备比在确定准确的焊盘图形数据时所假设的更精确或者更不精确。 1.6.1 SMT的一般使用 通常，如果一个产品有如下要求，那么最好是选用SMT：尺寸小、板面空间受限制 能够接纳大数量的内存 重量轻 能够接纳几个大型、高引脚数的复杂IC，如ASIC和晶阵 能够在高频与高速下工作 能够发射很小或没有噪音，抗EMI和RFI 能够使用自动化大批量生产 　
　现在，大多数有50个以上元件的SMT板都使用SMT与通孔技术的结合。其混合度是元件可获得性、供应商数量和成本的函数。80%的SMT与20%的通孔元件的混合是非常常见的。可是，100%SMT的装配数量也在不断增加。　
　密间距技术(FPT, Fine Pitch Technology)涉及工艺的改变以及一个封装系列，用于板装配工艺的封装是与SMT不同的。例如，几种商业上可买到的FPT元件要求在贴装之前引脚的检查与成型。它们是以塑料封装或模压成型的，以分立封装的元件发送给顾客，这些零件是与模压的保护环或将引脚固定在位的滑板支架一起运输的。完整的封装元件将用于直接板面贴装。　
　FPT封装现有各种封装名称，如PQFP(plastic Flat Pack), CQFP(Ceramic Quad Flat Pack), QFP(Quad Flat Pack)和VSOIC(Very Small Outline Integrated Circuits)。