PCB焊盘设计原则详解，一文总结，几分钟，带你搞懂PCB焊盘设计

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   今天分享的是PCB焊盘设计。

   在 PCB 板上，焊盘的不正确尺寸、对齐或位置可能会导致组件在电气性能和可制造性方面出现问题。 PCB 设计的焊盘就像建房子中的地基一样，地基没有打好，那房子能稳固吗？同样的 PCB 焊盘设计出了问题，那板子可靠吗？

PCB焊盘--地基

   就像地基对房子的重要，PCB焊盘的设计也是同样的重要。

一、PCB设计中的焊盘是什么？

   焊盘就是电路板上金属暴露区域，用于将管芯上的电路连接到封装芯片栅的引脚。

    想了解更多关于PCB设计的内容，可以阅读以下文章：

    PCB过孔怎么处理？一文解读PCB过孔设计，快速搞定PCB过孔设计

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PCB板上的焊盘图

二、PCB中错误的焊盘尺寸会导致的问题

   PCB 封装中焊盘的尺寸、形状、位置直接关系到电路板的制造能力，在PCB组装的焊接过程中，使用尺寸不正确位置或者位置不正确的焊盘可能会导致不同的问题，以下列出几点：

1、浮动部件

   如果贴片元件位于太大或间距不正确的焊盘上，那么该部件可能会在回流焊期间浮动偏离位置。这可能导致焊料桥接到其他金属上，并且导致热冷却、返工和 PCB 测试的元件间距不足。

2、不完整的焊点

   焊盘太小或间隔太近可能没有足够的空间形成足够的焊料圆角。这会使零件的焊接连接不良或根本没有焊点。

3、焊料桥接

   太大的表面贴装焊盘会使零件浮动，这可能导致焊料桥接。这是焊料越过另一个网络上的焊盘或金属特征并产生直接短路的地方。如果正确的阻焊层和焊膏特征没有设计到 CAD 工具中的焊盘形状中，也可能发生焊料桥接。

4、立碑

   小的两个固定 SMT 零件，例如电阻和电容，如果它们的焊盘尺寸不同，则可能会出现焊接问题。一个焊盘会比另一个焊盘加热得更快，熔化的焊料会将零件向上拉离另一个焊盘，像墓碑一样粘在上面。

5、焊料芯吸

   如果构造不正确，通孔焊盘也会遇到困难。如果将太大的钻孔尺寸用于进入孔的元件引线，则焊料可能会在良好连接之前通过孔芯吸走。另一方面，钻头尺寸太小会使插入元件引线变得困难并减慢组装速度。

6、通孔断路

   通孔焊盘必须有一个实心圆环以确保可焊性，它是孔壁和焊盘外周边之间的金属。圆环规格设计得足够大，允许钻头从孔中心偏移符合预期。但是，如果焊盘太小，则环形圈可能会出现一些断裂，而太多的断裂会导致焊接不当或电路损坏和不完整。

   如果焊盘尺寸对于所使用的钻孔来说太小，钻头在正常钻孔操作过程中可能会轻微晃动并脱离焊盘形状。

7、 与其他金属短路

   焊盘太小会使表面走线过于靠近焊接在其上的部件，从而产生潜在的金属短路区域。另一方面，太大的焊盘可能会限制它们之间的走线布线，从而使电路板布线更加困难。

三、PCB中焊盘设计的分类

1、表面贴装焊盘

1）用于安装表面贴装元件的焊盘称为表面贴装焊盘。

   这些焊盘具有以下特点：显示铜面积的焊盘。这可以是矩形、圆形、方形或长方形等其他形状。

焊盘形状和应用

2）阻焊层

3）焊膏

4）焊盘编号（组件存在的焊盘数量）

表面贴装焊盘的焊盘设计

2、通孔焊盘

   用于安装通孔元件的焊盘称为通孔焊盘，有两种类型：

1）电镀通孔 (PTH)

   PTH 是指带有通孔的焊盘，孔壁会镀上铜，有时还会镀上焊料或其他保护性镀层。孔电镀是使用电解工艺完成的，镀层提供了电路板不同层之间的电连接。

2）非镀通孔（NPTH）

   NPTH 是指在孔中没有电镀的焊盘。该焊盘主要用于单面板或这些孔用于将 PCB 安装在外壳中，并通过这些孔安装螺钉。通常，未电镀的孔在孔周围的区域中没有任何铜（类似于板边缘间隙），这样做是为了防止铜层和要放置的部件之间发生短路。

   通孔焊盘的不同部分通常称为焊盘堆栈，包括：

• 顶垫
• 底垫
• 内垫
• 钻头
• 环形圈
• 针号

插件焊盘

3、BGA 焊盘的特殊功能

1）SMD 焊盘与 NSMD 焊盘

   正确的焊盘设计对于确保BGA 组件的可制造性至关重要。基本上有两种类型的 BGA 焊盘——阻焊层定义焊盘 (SMD) 和非阻焊层定义焊盘 (NSMD)。

2）阻焊层定义 (SMD) BGA 焊盘

   SMD 焊盘由应用于 BGA 焊盘的阻焊孔定义。这些焊盘具有阻焊孔，使得掩膜开口小于它们覆盖的焊盘的直径，这样做是为了缩小零件焊接到的铜焊盘尺寸。

   下图显示了如何指定阻焊层覆盖下面的铜焊盘的一部分。

   这可以带来两个优点——首先，重叠的掩模有助于防止焊盘因机械或热应力而从板上抬起。第二个优点是掩模中的开口将为 BGA 每一个焊球创建一个通道，以便在零件通过焊接过程时与之对齐。

   SMD BGA 焊盘的铜层通常具有与 BGA 上的焊盘相同的直径。为了生成 SMD 覆盖，传统上使用减少 20%。

MD 和 NSMD 焊盘

3）非阻焊层定义的 BGA 焊盘 (NSMD)

   NSMD 焊盘与 SMD 焊盘的不同之处在于阻焊层被定义为不接触铜焊盘，是创建掩模，以便在焊盘边缘和阻焊层之间产生间隙。

NSMD焊盘横截面

   这里的铜焊盘尺寸是由铜焊盘直径而不是掩模层定义的。

   NSMD 焊盘可以小于焊球的直径，焊盘尺寸的减小是焊球直径的 20%。这种方法在相邻焊盘之间留出更多空间，使走线更容易，并用于高密度和细间距 BGA 芯片。NSMD 焊盘的一个缺点是它们很容易因热应力和机械应力而分层。然而，当遵循标准制造和处理实践时，可以防止 NSMD 焊盘分层。

四、怎么得到PCB 焊盘设计尺寸？

   下面几个方法可用于获得你将使用的 PCB 焊盘和组件封装的正确尺寸和形状。

1、行业标准

   PCB 设计行业多年来为电路板布局的各个方面制定了标准，包括推荐的焊盘和焊盘图案尺寸。IPC-7351就是其中之一，还有其他例子。

2、焊盘和焊盘图形生成器

   当今的电子设计自动化 (EDA) 工具包括焊盘和焊盘图形生成器，也称为库向导。此类软件功能通常与 IPC 标准相结合，并将自动生成组件所需的焊盘形状和尺寸。

3、组件供应商datasheet

   每个 PCB 组件制造商都会发布一份关于他们提供的零件的 datasheet。除了这些数据表中的电气和物理规格外，它们通常还包括推荐的 PCB 布局焊盘图案。

4、焊盘和焊盘图形计算器

   工程师和其他用户可以在线找各种焊盘和焊盘图形计算器。

5、公司标准

   许多公司都有自己的焊盘焊盘图案标准，他们希望在设计电路板时遵循这些标准。这些封装通常是为特定 PCB 制造商量身定制的行业标准和供应商规范的组合。

6、PCB 设计 CAD 供应商库

   EDA 工具还提供可下载和使用的预制焊盘库和焊盘图案，购买了设计工具使用许可的用户可以使用这些内容。

7、PCB 制造商

   个别印刷电路板合同制造商也可能有他们希望你遵循的首选 PCB 焊盘尺寸和焊盘图案，他们应该能够为提供最适合他们自己的制造工艺的垫的尺寸和形状。

8、第三方库供应商

   还有一些在线 PCB 库供应商已经构建了焊盘和焊盘图案并可以提供使用。

   但是，在 PCB 中使用的焊盘的尺寸和形状并不是唯一应受标准规范的规格，用于精确元件放置的间距也很重要。如果板上的部件放置得太近，你可能会遇到与焊盘尺寸不正确时相同的焊料桥接问题

五、PCB设计的焊盘形状尺寸设计标准（仅供参考）

   1、所有焊盘单边最小不小于0.25mm，整个焊盘最大直径不大于器件孔径的3倍。

   2、应尽量保证两个焊盘边缘的间距大于0.4mm。

   3、在布线密集的情况下，建议使用椭圆形和长方形圆形焊盘。单面焊盘的直径或最小宽度为1.6mm；双面弱电路焊盘只需要0.5mm的孔径。如果焊盘太大，很容易造成不必要的接头焊接。孔径超过1.2mm或焊盘直径。超过 3.0mm 的焊盘应设计为菱形或梅花形焊盘。

   4、对于插件元件，为避免焊接时铜箔破损，单面连接焊盘完全覆铜箔；但是，双面板的最低要求是弥补泪珠。

   5、所有的机器零件都需要沿弯曲方向设计成滴水垫，以保证弯曲脚处的焊点饱满。

   6、大面积铜焊盘上的焊盘应使用菊花焊盘代替假焊盘。如果 PCB 有大面积的地线和电源线区域（面积超过 500 mm2），则应部分开路或设计为网格填充。

六、PCB焊盘设计制造工艺要求（仅供参考）

   1、测试元件应加在贴片元件两端未与插入元件连接的地方。测试点的直径应等于或大于1.8mm，以方便在线测试仪的测试。

   2、间距较紧的IC焊盘如果不接手插焊盘，需要加一个测试焊盘。对于贴片IC，测试点不能放在贴片IC的丝印内。测试点直径等于或大于1.8mm，便于在线测试仪测试。

   3、如果焊盘间距小于0.4mm，必须铺白油，以减少过峰焊接。

   4、贴片元件的尖端和末端应采用铅锡设计。铅锡的宽度建议使用0.5mm的线材，长度一般为2、3mm。

   5、如果单面板有手工焊接的元件，则需要打开锡槽。方向与锡的方向相反。孔的宽度为0.3mm至1.0mm。

   6、导电胶按键的间距和尺寸应与导电胶按键的实际尺寸一致。与此连接的PCB板应设计为金手指，并指定相应的镀金厚度。

   以上就是关于 PCB 焊盘设计简单的介绍，希望能够对大家有用，欢迎大家多多指教。