摘 要: 电路板焊接是电子技术的重要组成部分。进行正确的焊点设计和良好的加工工艺,是获得可靠焊接的关键因素。所谓“可靠”是指焊点不仅在产品刚生产出来时具有所要求的一切性质,而且在电子产品的整个使用寿命中都保证工作无误。
关键词: 电路板焊接 布线 原则
焊接是制造电子产品的重要环节之一,如果没有相应的工艺质量保证,任何一个设计精良的电子产品都难以达到设计要求。电子产品的功能取决于电子元器件正确的相互连接,这些元器件的相互连接大都依据于电路板焊接。电路板焊接在电子产品的装配中,一直起着重要的作用。即使当前有许多连接技术,但电路板焊接仍然保持着主导地位。
尽管所有焊接过程的物理一化学原理是相同的,但电子电路的焊接又具有它自身的特点,即高可靠与微型化,这是与电子产品的特点相一致的。电路板的焊接质量是受多方面因素影响的。例如基金属材料的种类及其表层、镀层的种类和厚度、加工工艺和方式,焊接前的表面状态,焊剂成分,焊接方式,焊接温度和时间,被焊接基金属的间隙大小,助焊剂种类与性能,焊接工具,等等。不仅被焊元器件引线表面的氧化物及引线内部结构的金属间化合物状况是影响引线可焊性的重要原因,而且印制板表面的氧化物也是影响焊盘可焊性的主要原因。
锡焊的质量主要取决于焊料润湿焊件表面的能力,即两种金属材料的可润性,即可焊性。如果焊件的可焊性差,就不可能焊出合格的焊点。可焊性是指焊件与焊锡在适当的温度和焊剂的作用下,形成良好结合的性能。不是所有的材料都可以用锡焊实现连接的,只有部分金属有较好可焊性,一般铜及其合金、金、银、锌、镍等具有较好可焊性,而铝、不锈钢、铸铁等可焊性很差。一般需要特殊焊剂与方法才能锡焊。
为了使焊锡和焊件达到良好的结合,焊件表面一定要保持清洁。即便是可焊性良好的焊件,如果焊件表面存在氧化层、灰尘和油污,在焊接前务必清除干净,否则影响焊件周围合金层的形成,从而无法保证焊接质量。手工焊接是传统的焊接方法,虽然批量电子产品生产已较少采用手工焊接了,但对电子产品的维修、调试中不可避免地还会用到手工焊接。焊接的质量也直接影响到维修效果。手工焊接是一项实践性很强的技能,在了解一般方法后,要多练;多实践,才能有较好的焊接质量。对电路板焊接布线应注意的几点原则我总结如下。
1.输入端与输出端的边线应避免相邻平行,以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离,两相邻层的布线要互相垂直,平行容易产生寄生耦合。
2.电路与模拟电路的共地处理。现在有许多PCB不再是单一功能电路(数字或模拟电路),而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰的问题,特别是地线上的噪音干扰。数字电路的频率高,模拟电路的敏感度强,对信号线来说,高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件,对地线来说,整个PCB对外界只有一个结点,所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题,而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连,只是在PCB与外界连接的接口处(如插头等)。数字地与模拟地有一点短接,请注意,只有一个连接点。也有在PCB上不共地的,这由系统设计来决定。
3.导线拐弯处一般取圆弧形,而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。如非要取直角,一般采用两个135°角来代替直角。
4.大面积导体中连接腿的处理。在大面积的接地(电)中,常用元器件的腿与其连接,对连接腿的处理需要进行综合的考虑,就电气性能而言,元件腿的焊盘与铜面满接为好,但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如:①焊接需要大功率加热器。②容易造成虚焊点。所以兼顾电气性能与工艺需要,做成十字花焊盘,称之为热隔离(heatshield),俗称热焊盘(Thermal)。这样,可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电(地)层腿的处理相同。
5接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条,则接地电位随电流的变化而变化,使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗,使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能,接地线应在2―3mm以上。
6.正确的单点和多点接地。在低频电路中,信号的工作频率小于1MHz,它的布线和器件间的电感影响较小,而接地电路形成的环流对干扰影响较大,因而应采用一点接地。当信号工作频率大于10MHz时,如果采用一点接地,其地线的长度不应超过波长的1/20,否则应采用多点接地法。
7.信号线布在电(地)层上在多层印制板布线时,由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多,再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量,成本也相应增加。为解决这个矛盾,可以考虑在电(地)层上进行布线。首先应考虑用电源层,其次才是地层,最好保留地层的完整性。
8.尽可能缩短高频元器件之间的连线,设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近,输入和输出元件应尽量远离。某些元器件或导线之间可能有较高的电位差,应加大它们之间的距离,以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。
9.设计规则检查。布线设计完成后,需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则,同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求,一般检查有如下几个方面:线与线、线与元件焊盘、线与贯通孔、元件焊盘与贯通孔、贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理,是否满足生产要求?电源线和地线的宽度是否合适,电源与地线之间是否紧耦合(低的波阻抗)?在PCB中是否还有能让地线加宽的地方?对于关键的信号线是否采取了最佳措施,如长度最短,加保护线,输入线及输出线被明显地分开?模拟电路和数字电路部分是否有各自独立的地线。后加在PCB中的图形(如图标、注标)是否会造成信号短路?对一些不理想的线形进行修改。在PCB上是否加有工艺线?阻焊是否符合生产工艺的要求,阻焊尺寸是否合适,字符标志是否压在器件焊盘上?以免影响电装质量。多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小?如电源地层的铜箔露出板外,容易造成短路。
本文目的在于说明PCB进行印制板设计的流程和一些注意事项,为设计人员提供设计规范,方便设计人员之间进行交流和相互检查。
参考文献:
[1]高传贤主编.电子技术应用基础项目教程.
[2]韩广兴等编著.电子技术基础应用技能上岗实训.