启云方EDA-常见PCB封装的设计规范及要求

PCB封装是元件实物在PCB上的物理映射，其设计是否规范，直接影响元件的贴片与焊接质量。设计时应准确构建封装数据，以满足实际的生产与装配需求。若封装设计不合理，则可能出现无法适配手工贴片或机器贴片的情况；若缺少清晰的1脚标识，则可能导致元件贴片方向错误，进而引发PCB短路等问题。因此，工程师需要对封装进行约束，确保其符合生产与装配要求。

封装设计应统一采用公制单位，对于特殊元件，若其规格资料仅提供英制标注，为避免在英制与公制转换过程中产生误差，可直接采用英制单位进行设计。精度要求：采用mil为单位时，精度为2；采用mm为单位时，精度为4。

1 SMD贴片封装设计

1．无引脚延伸型SMD贴片封装设计

图5-1显示了数据手册中无引脚延伸型SMD贴片封装的尺寸数据，数据说明如下。

A：元件的实体长度。

H：元件的可焊接高度。

T：元件的可焊接长度。

W：元件的可焊接宽度。

X：PCB封装焊盘宽度。

Y：PCB封装焊盘长度。

S：两个焊盘之间的距离。

注：A、T、W均取数据手册推荐的平均值。

图5-1  无引脚延伸型SMD贴片封装的尺寸数据

定义：

T1为T的外侧补偿常数，取值范围为0.3～1mm。

T2为T的内侧补偿常数，取值范围为0.1～0.6mm。

W1为W的侧边补偿常数，取值范围为0～0.2mm。

通过实践经验并结合数据手册可得出以下经验公式：

X=T1+T+T2

Y=W1+W+W1

S=A+T1+T1-X

实例数据如图5-2所示，根据图上数据及经验公式，可以得到如下实际封装的创建数据。

X=0.6mm（T1）+0.4mm（T）+0.3mm（T2）=1.3mm

Y=0.2mm（W1）+1.2mm（W）+0.2mm（W1）=1.6mm

S=2.0mm（A）+0.6mm（T1）+0.6mm（T1）-1.3mm（X）=1.9mm

图5-2  无引脚延伸型SMD贴片封装实例数据

2．翼形引脚型SMD贴片封装设计

图5-3所示为翼形引脚型SMD贴片封装的尺寸数据，数据说明如下。

A：元件的实体长度。

T：元件引脚的可焊接长度。

W：元件引脚宽度。

X：PCB封装焊盘宽度。

Y：PCB封装焊盘长度。

S：两个焊盘之间的距离。

注：A、T、W均取数据手册推荐的平均值。

图5-3  翼形引脚型SMD贴片封装的尺寸数据

定义：

T1为T的外侧补偿常数，取值范围为0.3～1mm。

T2为T的内侧补偿常数，取值范围为0.3～1mm。

W1为W的侧边补偿常数，取值范围为0～0.2mm。

通过实践经验并结合数据手册可得出以下经验公式：

X=T1+T+T2

Y=W1+W+W1

S=A+T1+T1-X

3．平卧型SMD贴片封装设计

图5-4所示为平卧型SMD贴片封装的尺寸数据，数据说明如下。

A：元件引脚的可焊接长度。

C：元件引脚间隙。

W：元件引脚宽度。

X：PCB封装焊盘宽度。

Y：PCB封装焊盘长度。

S：两个焊盘之间的距离。

注：A、C、W均取数据手册推荐的平均值。

图5-4  平卧型SMD贴片封装的尺寸数据

定义：

A1为A的外侧补偿常数，取值范围为0.3～1mm。

A2为A的内侧补偿常数，取值范围为0.2～0.5mm。

W1为W的侧边补偿常数，取值范围为0～0.5mm。

通过实践经验并结合数据手册可得出以下经验公式：

X=A1+A+A2

Y=W1+W+W1

S=A+A+C+A1+A1-X

4．J形引脚型SMD贴片封装设计

图5-5所示为J形引脚型SMD贴片封装的尺寸数据，数据说明如下。

A：元件的实体长度。

D：元件引脚中心间距。

W：元件引脚宽度。

X：PCB封装焊盘宽度。

Y：PCB封装焊盘长度。

S：两个焊盘之间的距离。

注：A、D、W均取数据手册推荐的平均值。

图5-5  J形引脚型SMD贴片封装的尺寸数据

定义：

T为元件引脚的可焊接长度。

T1为T的外侧补偿常数，取值范围为0.2～0.6mm。

T2为T的内侧补偿常数，取值范围为0.2～0.6mm。

W1为W的侧边补偿常数，取值范围为0～0.2mm。

通过实践经验并结合数据手册可得出以下经验公式：

T=  (A-D)   /2X=T1+T+T2

Y=W1+W+W1    S=A+T1+T1-X

5．圆柱式引脚型SMD贴片封装设计

圆柱式引脚型SMD贴片封装如图5-6所示，其公式参考无引脚延伸型SMD贴片封装的公式。

6．BGA类型SMD贴片封装设计

BGA类型SMD贴片封装如图5-7所示。此类封装可以根据BGA器件的Pitch间距进行常数的添加补偿，如表5-1所示。

图5-6  圆柱式引脚型SMD贴片封装

图5-7  BGA类型SMD贴片封装

表5-1  常见BGA焊盘补偿常数

2 插件类型封装设计

除贴片封装外，另一类常见的封装形式为插件封装，这类封装多用于接插件、连接器及各类座子等器件。针对插件封装的焊盘尺寸设计，工程实践中已总结形成若干经验公式，具体如表5-2所示。

表5-2  插件类型封装的焊盘尺寸

3 沉板元件的特殊设计要求

沉板元件的引脚并非位于元件底部，而是分布在元件本体的中间位置。此类元件无法像常规元件那样直接贴装于PCB表面，通常需要在PCB对应位置进行开槽处理，使元件本体的凸起部分嵌入板内，从而保证引脚能够正常贴片焊接，如图5-8所示。

图5-8  沉板元件处理示意图

需要沉板处理的元件封装一般可按以下方法进行。

开孔尺寸：元件四周开孔尺寸应保证比元件最大尺寸单边大0.2mm（8mil），保证能正常放进去。

开孔尺寸标注：开孔尺寸通常标注在Layout/Dimension层，线宽为0。挖了洞的地方要在Dimension层标注所挖洞的长、宽尺寸，非金属化孔处用文字Non-plated标注，所挖器件体用三号大写NPTH标注；为了实现在板上挖洞角的加工，应将四角都画成半径为0.5mm的圆弧，并标注圆弧直径。

假接地引脚：沉到板外的接地引脚在原理图库上要手工画上假接地引脚；封装库中相应位置用沉板电子元件来实现。

丝印标注：为了在板上能清楚地看到该沉板元件所处位置，其丝印在原有基础上应外扩0.25mm，保证丝印在板上；有些元件的个别引脚带偏角，丝印要画出来，方便识别方向；丝印必须避让焊盘的Resist_Top层，根据具体情况向外让或切断丝印。

Inhibit Route层画法：挖了洞的地方要放一个比洞大0.25mm的Inhibit Route；不能压在焊盘上。

Inhibit Via层画法：挖了洞的地方要放一个比洞大0.50mm的Inhibit Via；不能压在焊盘上。

Assembly层画法：Assembly_Top层包括焊盘；Assembly_Bottom层不包括焊盘。

Placement Area层画法：Placement Area_Top层包括焊盘；Placement Area_Bottom层不包括焊盘。

4 阻焊设计

阻焊就是Resist，是指PCB上要上绿油的部分。在实际 PCB 制作中，阻焊层通常采用负片输出工艺。因此，设计在阻焊层上的图形对应到实际PCB时，并非覆盖绿油，而是将该区域的铜皮裸露出来。其主要作用是在波峰焊的过程中，避免相邻焊盘因焊锡搭接而发生桥连短路。

图5-9  阻焊层单边封装2.5mil

常规设计时，采取单边封装2.5mil的方式，如图5-9所示。如果有特殊要求，则需要在封装里面设计。

5 丝印设计

（1）元件丝印，一般默认字符线宽为0.2032mm（8mil），建议不小于0.127mm（5mil）。

（2）焊盘在元件之内时，轮廓丝印应与元件轮廓等大或比元件轮廓外扩0.1～0.5mm，以保证丝印与焊盘之间保持6mil以上的间隙；焊盘在元件之外时，轮廓丝印与焊盘之间保持6mil及以上的间隙，如图5-10所示。

（3）引脚在元件的边缘上时，轮廓丝印应比元件轮廓大0.1～0.5mm，丝印为断续线，丝印与焊盘之间保持6mil以上的间隙；丝印不要上焊盘，以免引起焊接不良，如图5-11所示。

图5-10  丝印与焊盘之间的间隙

图5-11  丝印为断续线

6 元件1脚标识的设计

元件1脚标识可以表示元件的方向，防止在装配时出现芯片、二极管、极性电容等装反的现象，有效提高生产效率和良品率。

在制作封装时，1脚标识一般用字母“1”或圆圈“○”表示，放在1脚附近。BGA一般至少需要注明“A”“1”的位置，如表5-3所示。

表5-3  元件1脚、极性及安装方向的设计

7 元件极性标识的设计

做PCB封装时，对于有极性的元件，如二极管、蜂鸣器、电解电容、钽电容、电池等，需要标识正、负号。一般我们习惯添加正极标识“+”。具体标识方法可参考以下几个元件封装，如图5-12所示。

图5-12  极性标识示意图

8 常用元件丝印图形式样

为了方便设计师设计标准的封装，表5-4列出了常用元件丝印图形式样。

表5-4  常用元件丝印图形式样