5.8 表面组装元器件焊盘设计

概述

1.焊盘设计考虑因素

焊盘设计是表面组装最基本的工艺设计，一般应从以下四个方面考虑。

（1）最小重叠面积，如图5-64所示，必须满足IPC-A-610所规定的最小焊缝宽度或长度要求。

（2）焊缝/焊点强度要求。

（3）焊接热传递要求。

（4）工艺性要求，如减少移位、立碑、桥连、开焊等。

2.元器件焊端/引脚类别

元器件的封装结构形式很多，但焊端/引脚的种类并不多，主要有六类，包括：

（1）帽形端电极（Chip类封装），如图5-65（a）所示；

（2）L形引脚，如图5-65（b）所示；

（3）J形引脚，如图5-65（c）所示；

（4）球形引脚（BGA类封装），如图5-65（d）所示；

（5）城堡类焊端，如图5-65（e）所示；

（6）QFN焊端（BTC类封装），如图5-65（f）所示。

设计原则

1.帽形端电极的焊盘设计

所谓帽形端电极，是指片式元件那样的有三个或五个焊接面的焊端。使用帽形端电极的元器件只有无引线的片式元件。

1）设计原则

片式元件如果封装尺寸为0603及其以上，焊盘尺寸对焊接直通率的影响不是很大，可以根据组装密度选择IPC-7351给出的合适焊盘尺寸来进行设计。但如果封装尺寸为0603以下，特别是对于0201、01005，焊盘尺寸对焊接直通率的影响就比较大了，变得非常敏感。

主要影响尺寸为焊盘的伸出长度F，如图5-66所示，太长容易引起立碑。

一般设计原则为（单位mm）：

X=W+2B，其中B可取0～0.1；

G=S-(0.1～0.2);

F=(1/2～3/4)T.

需要指出的是，电阻在宽度方向上的两面无电镀层，如果用波峰焊接，焊盘宽度应减少30%，在长度方向外增0.2mm以上。

2）业界设计参考

表5-2为推荐的焊盘设计尺寸，仅参考。

2.L形引脚的焊盘设计

L形引脚的封装有QFP、SOP。

1）设计原则

L形引脚焊缝、焊盘结构示意图如图5-67所示，脚跟为主焊缝，脚尖为辅焊缝。焊盘设计原则上脚尖（F_t）外扩（1/3～1/2）T，脚跟（F_h）外扩（2/3～3/3）T，焊盘间隔最小为0.13mm。

2）业界设计参考

IPC推荐的设计尺寸见表5-3，表中Z的取值方式如图5-68所示。

一般焊接问题多的是引脚中心距为0.4mm的QFP，经验就是钢网开窗宽度应小于焊盘0.05mm以上。

3.J形引脚的焊盘设计

J形引脚的封装有PLCC、SOJ。

1）设计原则

J形引脚焊缝、焊盘结构示意图如图5-69所示，脚尖为主焊缝，脚跟为辅焊缝。由于引脚间距标准，焊盘的设计也很标准，原则上脚尖（F_t）外扩（1/3～1/2）T，脚跟（F_h）外扩（2/3～3/3）T。

2）业界设计

IPC推荐设计尺寸：

X=0.60mm;

Y=2.20mm;

Z=L+0.5mm.

4.球形引脚的焊盘设计

使用球形引脚的封装主要有BGA类封装。

球形引脚焊盘的设计，理想情况下应根据BGA载板焊盘直径的大小来设计，由于各封装厂家采用的焊球尺寸、焊盘尺寸不统一（见表5-4），实际上很难做到。一般都是根据BGA焊球的中心距设计，以兼顾不同供应商的BGA。表5-5是参考业界多家的设计规范给出的一个BGA焊盘设计尺寸，仅供参考。

5.城堡焊端的焊盘设计

城堡焊端焊盘的设计如图5-70所示，设计原则：

F_t=0.20～0.30mm;

F_h=0～0.10mm;

W=b+(0～0.05)mm.

6.QFN的焊盘设计

QFN的焊接，特别是多排焊端的QFN，问题比较多，主要为开焊和桥连。之所以如此，是因为QFN封装下面一般有一个大的散热焊端，焊接时PCB焊盘上的熔融焊料会对QFN产生向上的推举作用。

1）设计的原则

原则上，焊盘与热沉焊盘、焊盘与焊盘最小间隔应≥0.2mm，以免贴装时发生桥连。焊盘尺寸如图5-71所示。

F_t=0.2～0.3mm;

F_h=0;

W=B+0.03mm.

2）热沉焊盘上导热孔的设计

热沉焊盘的有效散热有赖于导热孔与地电层的连接，散热孔布局在热沉焊盘的周边比中心要好很多，20个以上的孔对散热效率并没有太明显的提升。塞孔焊缝中的空洞率要高一些，而不塞孔则少一些，但是存在冒锡珠的风险。塞孔与不塞孔取决于板厚、表面处理，通常对于板厚超过3.0mm大单板，不建议塞孔；对于OSP处理的单板也不建议塞孔。

散热孔径一般按0.20～0.33mm设计，中心距大于1.0mm设计即可，这样的设计可以满足80%的散热需求。

7.业界优秀设计案例

图5-72为业界一些优秀的焊盘设计案例，说明焊盘的设计具有高度的工艺性。