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電路板的焊盤設計

 焊盤(land)，表面貼裝裝配的基本構成單元，用來構成電路板的焊盤圖案(land pattern)，即各種為特殊元件類型設計的焊盤組合。沒有比設計差勁的焊盤結構更令人沮喪的事情了。當一個焊盤結構設計不正確時，很難、有時甚至不可能達到預想的焊接點。焊盤的英文有兩個詞：Land 和 Pad ，經常可以交替使用；可是，在功能上，Land 是二維的表面特征，用于可表面貼裝的元件，而 Pad 是三維特征，用于可插件的元件。作為一般規律，Land 不包括電鍍通孔(PTH, plated through-hole)。旁路孔(via)是連接不同電路層的電鍍通孔(PTH)。盲旁路孔(blind via)連接最外層與一個或多個內層，而埋入的旁路孔只連接內層。

    如前面所注意到的，焊盤Land通常不包括電鍍通孔(PTH)。一個焊盤Land內的PTH在焊接過程中將帶走相當數量的焊錫，在許多情況中產生焊錫不足的焊點。可是，在某些情況中，元件布線密度迫使改變到這個規則，最值得注意的是對于芯片規模的封裝(CSP, chip scale package)。在1.0mm(0.0394")間距以下，很難將一根導線布線通過焊盤的“迷宮”。在焊盤內產生盲旁通孔和微型旁通孔(microvia)，允許直接布線到另外一層。因為這些旁通孔是小型和盲的，所以它們不會吸走太多的焊錫，結果對焊點的錫量很小或者沒有影響。

     有許多的工業文獻出于IPC(Association Connecting Electronics Industries), EIA(Electronic Industry Alliance)和JEDEC(Solid State Technology Association)，在設計焊盤結構時應該使用。主要的文件是IPC-SM-782《表面貼裝設計與焊盤結構標準》，它提供有關用于表面貼裝元件的焊盤結構的信息。當J-STD-001《焊接電氣與電子裝配的要求》和IPC-A-610《電子裝配的可接受性》用作焊接點工藝標準時，焊盤結構應該符合IPC-SM-782的意圖。如果焊盤大大地偏離IPC-SM-782，那么將很困難達到符合J-STD-001和IPC-A-610的焊接點。

       元件知識(即元件結構和機械尺寸)是對焊盤結構設計的基本的必要條件。IPC-SM-782廣泛地使用兩個元件文獻：EIA-PDP-100《電子零件的注冊與標準機械外形》和JEDEC95出版物《固體與有關產品的注冊和標準外形》。無可爭辯，這些文件中最重要的是JEDEC 95出版物，因為它處理了最復雜的元件。它提供有關固體元件的所有登記和標準外形的機械圖。

    JEDEC出版物JESD30(也可從JEDEC的網站免費下載)基于封裝的特征、材料、端子位置、封裝類型、引腳形式和端子數量，定義了元件的縮寫語。特征、材料、位置、形式和數量標識符是可選的。
        封裝特征：一個單個或多個字母的前綴，確認諸如間距(pitch)和輪廓等特征。
        封裝材料：一個單字母前綴，確認主體封裝材料。
        端子位置：一個單字母前綴，確認相對于封裝輪廓的端子位置。
        封裝類型：一個雙字母標記，指明封裝的外形類型。
        引腳新式：一個單字母后綴，確認引腳形式。
        端子數量：一個一位、兩位或三位的數字后綴，指明端子數量。

 表面貼裝有關封裝特性標識符的一個簡單列表包括：
                        · E 擴大間距(>1.27 mm)
                        · F 密間距(<0.5 mm)；限于QFP元件
                        · S 收縮間距(<0.65 mm)；除QFP以外的所有元件。
                        · T 薄型(1.0 mm身體厚度)
                        　　表面貼裝有關端子位置標識符的一個簡單列表包括：
                        · Dual 引腳在一個正方形或矩形封裝相反兩側。
                        · Quad 引腳在一個正方形或矩形封裝的四側。
                        　　表面貼裝有關封裝類型標識符的一個簡單列表包括：
                        · CC 芯片載體(chip carrier)封裝結構
                        · FP 平封(flat pack)封裝結構
                        · GA 柵格陣列(grid array)封裝結構
                        · SO 小外形(small outline)封裝結構
                        　　表面貼裝有關引腳形式標識符的一個簡單列表包括：
                        · B 一種直柄或球形引腳結構；這是一種非順應的引腳形式
                        · F 一種平直的引腳結構；這是一種非順應的引腳形式
                        · G 一種翅形引腳結構；這是一種順應的引腳形式
                        · J 一種“J”形彎曲的引腳結構；這是一種順應的引腳形式
                        · N 一種無引腳的結構；這是一種非順應的引腳形式
                        · S 一種“S”形引腳結構；這是一種順應的引腳形式
                        　　例如，縮寫詞F-PQFP-G208，描述0.5
                        mm(F)塑料(P)方形(Q)平面封裝(FP)，翅形引腳(G)，端子數量208。

    對元件和板表面特征(即焊盤結構、基準點等)的詳細公差分析是必要的。IPC-SM-782解釋了怎樣進行這個分析。許多元件(特別是密間距元件)是嚴格公制單位設計的。不要為公制的元件設計英制的焊盤結構。累積的結構誤差產生不配合，完全不能用于密間距元件。記住，0.65mm等于0.0256"，0.5mm等于0.0197"。
    在IPC-SM-782標準內，每個元件與相應的焊盤結構組織在四個頁面中。結構如下：
    第一頁包括有關元件的通用信息，包括可應用文件、基本結構、端子或引腳數量、標記、載體封裝格式、工藝考慮、和焊接阻力。
    第二頁包括設計焊盤結構所必須的元件尺寸，對于其它元件信息，參考EIA-PDP-100和95 出版物。
    第三頁包括相應焊盤結構的細節與尺寸。為了產生最適合的焊接點條件，在這頁上描述的焊盤結構是基于最大材料情況(MMC, maximum material condition)。使用最小材料情況(LMC, least material condition)時，尺寸可能影響焊接點的形成。
    第四頁包括元件與焊盤結構的公差分析。它也提供對于焊接點的形成應該期望得到什么的詳細內容。焊點強度受錫量的影響。在決定不使用基于MMC尺寸的焊盤結構之前，應該進行公差分析和焊接點評估。

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