PCB单板器件封装图形设计规范汇总.docx
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PCB单板器件封装图形设计规范汇总
单板器件封装图形设计规范
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修订信息表
版本
修订人
修订时间
修订内容
V1.0
前言
本规范由公司研发部电子工艺部负责组织编写，参考了IEC、IPC相关标准，主要涉及单板装联器件的封装图形设计。
本规范所指的器件封装图形专指用于PCB设计的器件装联设计图形，包括焊盘图形、丝印图形、装配图形、禁布区等要素。
根据器件的装联方式、装联尺寸、引脚形状等工艺特征，对封装图形的设计进行规范。
本规范由各产品开发部、遵照执行。
本规范拟制部门：
本规范拟制人：
本规范会签人：
本规范批准人：
1.
目的
规范单板器件封装图形的设计，确保器件封装图形设计科学、规范、实用，保证其设计有据可查，有法可依。
2.适用范围
本规范适用于公司的所有单板装联器件封装图形的设计。
本规范之前的相关标准、规范的内容如与本规范的规定相抵触的，以本规范为准。
本规范由研发部主管或其授权人员，负责解释、维护、发布，研发部QA负责监督执行。
3.引用/参考标准或资料
下列标准、规范包含的条文，通过在本规范中引用而构成本规范的条文。
在标准、规范出版时，所示版本均为有效。
所有标准、规范都会被修订，使用本规范的各方应探讨使用下列标准、规范最新版本的可能性。
IPC-SM-782ASurfaceMountDesignAndLandPatternStandard
IEC60194Printedboarddesign,manufactureandassembly–Termsanddefinitions（Revision41999）印制板设计、制造与组装-术语与定义
4.名词解释
封装（Package）：
一个或多个电路元件的包装物，用于保护内含物和为其他电路的连接提供终端。
指器件本体的外观类型。
其命名符合IEC60194中关于Package-Outline-styleCodes的要求，如CC、PLCC、CQFP等。
封装图形（Landpattern或Footprint）：
用于特定元件安装、互连和测试的连接盘的综合。
该图形主要用于PCB设计，在PCB板上通过该图形提供元器件的电气连接和机械固定。
包括焊盘图形、丝印图形、装配图形、禁布区等要素。
通常简称“封装”。
封装图形库（LandpatternLibrary或FootprintLibrary）：
由不同器件的封装图形组成的集合。
通常简称“封装库”。
表面安装（Surfacemounting）：
元件引线/终端与构件上导电图形间的电气连接，其元件本身和焊接点在同一平面上。
通常简称“表面贴装”或“表贴”。
焊接工艺通常可以采用回流焊、波峰焊。
两种焊接条件下，同一器件的封装图形设计不同。
通常情况下，回流焊封装图形为表面贴装器件的默认封装图形。
通孔安装（Through-holemounting）：
利用元件引线穿过支撑基板上孔与导电图形达到电气连接和机械固定。
通常简称“插装”。
焊接工艺通常采用手工焊接、波峰焊，也可采用回流焊（又称为穿孔回流焊）。
采用后者时，其封装图形与前两者有差异。
通常情况下，波峰焊封装图形为插装器件的默认封装图形。
波峰焊（Wavesoldering）：
一块被装配印制板与一个连续循环流动的液态焊料的表面相接触的过程。
再流焊（Reflowsoldering）：
将已涂锡和/或期间有焊锡的配合表面组合在一起，加热至焊锡熔融，然后使焊接处冷却的接合方法。
通常又称“回流焊”。
元件（Component）：
单独零件或零件的组合，当集合在一起时执行一项设计功能。
器件（Device）：
一个独立的电路元件，如不损坏其原有功能则无法再做分割。
由于习惯问题，同时对封装图形设计没有影响，因此本文对元件、器件没有做严格区分，可以互相通用。
焊盘/连接盘（Pad/Land）：
用于电气连接、元器件附着或两者兼备的那部分导电图形。
通常只称焊盘/Pad。
丝印图形（Silkscreen）：
器件封装图形的组成要素之一,PCB设计时该图形被放置在丝印层中并在PCB制造时以丝网印刷的方式印刷在PCB上。
其主要目的是印刷在PCB上以图形及符号的形式提供PCBA装联加工所需的器件的外形信息、极性指引信息、引脚编号信息等。
装配图形（Assembly）：
器件封装图形的组成要素之一,PCB设计时该图形被放置在装配层中。
器件装配图形就是器件以设计装联方式放置时的俯视图,允许细节的简化,但必须提供以下信息:
器件的外形轮廓及特征形状信息、和其它器件有装配关系的装配面、器件的极性标识信息（对于有极性标识器件）。
其主要目的是PCB设计完毕后以制成板装配图的形式输出,用于提供PCBA装联加工时器件装配位置、方式、方向信息。
对于PCB设计时一些有装配位置要求的器件（如PCBA加工时需要装配在一起的功率器件及散热器、组合使用的接插件）,装配图形作为器件的实际尺寸图形可作为放置时的基准。
器件禁布区（Placemen-obstruct）：
器件封装图形的组成要素之一,PCB设计时器件放置面的该区域一般禁止再放置其它器件,以避免器件之间的空间干涉。
对于特殊的需要空间立体装联的情况,器件是否干涉需具体确认。
布线禁布区（Route-obstruct）：
器件封装图形的组成要素之一,PCB设计时器件放置面的该区域禁止布线,以避免影响安规距离及器件金属外壳本体同布线接触短路等问题。
布线禁布区主要针对原副边隔离的变压器及贴板安装的金属外壳器件。
5.规范简介
本规范介绍了封装图形的设计依据、设计规则以及相关注意点。
强调必须依照器件资料进行封装图形设计，对封装图形的设计文件格式做出了具体规定。
只有依据正确的封装图形设计文件，才能保证在任何ECAD环境下图形录入的正确性。
对于如何将封装图形录入ECAD环境，由相关的操作指导书进行规范、指导，本文以及封装图形设计文件均不涉及。
本规范按照元器件主要装配方式的不同，将器件的封装图形分两大类：
表贴器件封装图形和插装器件封装图形。
按照焊接工艺的不同，再各自分成两小类：
回流焊接封装、波峰焊接封装。
这样，就形成了如下表所示的四类主要封装图形库。
装配方式
焊接工艺
表贴器件
插装器件
回流焊接工艺
表贴封装图形库
穿孔回流焊封装图形库
波峰焊接工艺
表贴波峰焊封装图形库
插装封装图形库
6.规范内容
6.1封装图形的命名
封装图形的名称与按统一命名。
6.2封装图形设计基本原则
6.2.1必须根据厂家提供的器件资料和该器件所满足的装联工艺进行封装图形设计；
6.2.2一般情况下插装器件只需设计波峰焊工艺的封装图形，表贴器件只需设计回流焊工艺的封装图形；
6.2.3可以采用波峰焊工艺装联的表贴器件，需要同时设计波峰焊、回流焊工艺的两种封装图形；
6.2.4已经经过量产验证的封装图形，需要进行优化时，必须要经过试验验证后方可归档应用；
6.3封装图形设计本规范约定范围外的特殊器件、新型器件，其新设计的封装图形必须经过试验验证后方可归档应用。
6.3焊盘图形设计
6.3.1插装器件
6.3.1.1波峰焊或手工焊接工艺
本小节提到的尺寸指最大尺寸，即器件资料中引脚的标称尺寸加上最大公差。
6.3.1.1.1一般器件的焊盘
对于一般器件的焊盘，除有极性的插件元件第1PIN焊盘设计成方形外，其它焊盘通常设计为圆形或椭圆形。
孔径一般根据引脚横截面的形状尺寸按下表查取，同时应符合孔径序列要求：
···24mil、28mil、32mil、36mil、40mil、45mil、50mil、55mil、60mil···。
孔径增加修正值的目的是为了保证焊接时的良好透锡。
为保证器件容易插装，设计孔径时要考虑器件引脚之间的距离公差。
当公差过大时可适当增大修正值，但不宜大于1mm,以避免焊接时先透锡而后焊锡再回落以及器件插装后严重偏位。
在必须大于1mm的情况下，通过试验来验证。
焊盘尺寸的设计应综和考虑以下几点：
1）焊盘环宽不能过小，以避免PCB及PCBA加工过程中焊盘起翘、焊盘缺损和影响焊点强度；
2）环宽较小时，为提高焊点强度可采用椭圆形焊盘；
3）焊盘尺寸设计应满足“相邻焊盘边缘距离不小于1mm”的要求以避免连锡缺陷。
在必须小于1mm的情况下,通过试验来验证并考虑其它一些避免连锡的措施，如采用偷锡焊盘及焊盘间加丝印线；
4）焊盘环宽不能过大以避免焊后焊点太薄影响焊点强度；
5）焊盘设计时还应考虑安规距离要求。
项目
横截面的形状为圆形的器件引脚直径（D）
横截面的形状为矩形，且长宽比不大于2的引脚，对角线长度（L）
引脚横截面的形状为矩形，且长宽比虽然大于2但其对角线的长度不大于2mm的长方形引脚，对角线长度（L）
D≦1.0mm
1.0mm＜D≦2.0mm
D＞2.0mm
L≦2.0mm
L＞2.0mm
L＋0.2mm
PCB焊盘孔径
D＋0.3mm
D＋0.4mm
D＋0.5mm
L＋0.2mm
L＋0.3mm
PCB焊盘直径
Min:
D+0.7mm
Max:
D+4mm
Min:
D+1mm
Max:
D+4mm
Min:
D+1.5mm
Max:
D+4mm
Min:
L+0.8mm
Max:
L+4mm
Min:
L+1.3mm
Max:
L+4mm
Min:
L+0.8mm
Max:
L+4mm
6.3.1.1.2长宽比大于2，且对角线长度大于2mm的长方形引脚
对于长宽比大于2且对角线长度大于2mm的长方形引脚，其焊盘设计为腰形或长方形。
项目
引脚横截面宽度A，引脚横截面长度B
A≦1.0mm
1.0mm＜A≦2.0mm
2.0mm＜A≦3.0mm
A>3.0mm
腰形孔宽度
A+0.3mm
A+0.5mm
A+0.7mm
使用长方形孔，孔宽度：
A+0.8mm
腰形孔长度
B
B-0.5mm
B-0.8mm
使用长方形孔，孔长度：
B+0.8mm
6.3.1.1.3多个圆形导线并排而成的引脚
对于由多个圆形导线并排而成的引脚（如某些电感的引脚），其焊盘设计为腰形或长方形，焊盘孔设计为腰形孔。
项目
引脚横截面宽度A,引脚横截面长度B
A≦1.0mm
1.0mm＜A≦2.0mm
2.0mm＜A≦3.0mm
A>3.0mm
腰形孔宽度
A+0.3mm
A+0.5mm
A+0.7mm
A+0.8mm
腰形孔长度
B-A
B-A
B-A
B-A
6.3.1.1.4腰形孔的焊盘
腰形孔的焊盘焊环宽度不能过小，以避免PCB及PCBA加工过程中焊盘起翘、焊盘缺损和影响焊点强度；同时焊盘环宽不能过大以避免焊后焊点太薄影响焊点强度。
项目
腰形孔长度C
C≦5mm
5mm＜C≦10mm
10mm＜C≦20mm
C>20mm
焊盘焊环宽度
Min:
0.5mm
Max:
2mm
Min:
1mm
Max:
2mm
Min:
2mm
Max:
3mm
3mm
6.3.1.1.5卧装或立装成形的轴向元件
需要卧装或立装成形的轴向元件，其两焊盘孔中心距离应根据计算得出，同时应满足100mil、200mil、300mil、400mil、500mil、600mil….的序列要求。
6.3.1.1.6自动插件封装
自动插件封装适用元件：
编带式轴向引脚元件（碳电阻、柱状陶瓷电容、固态电阻器，二极管、带式跳线。
自动插件满足条件
A：
电阻或二极管
B：
元件引脚直径0.4mm＜D≦0.8mm
C：
元件本体直径1.7mm＜D≦3.8mm
项目
横截面的形状为圆形的器件引脚直径（D）
0.4mm＜D≦0.8mm
PCB焊盘孔径
D＋0.5mm
PCB焊盘直径
Min:
D+0.9mm
Max:
D+4mm
器件焊盘向内1mm，不能布其他网络走线。
（在装配层中标示）
6.3.2表贴器件
6.3.2.1回流焊工艺
6.3.2.1.1翼形引脚（gullwing）器件
该类器件包括SOP、QFP等，SOT封装的一些引脚也属于翼形引脚。
焊盘间距（padpitch）严格按照器件资料中引脚间距（pinpitch）及单位。
焊盘内侧距离C、焊盘外侧宽度D、焊盘宽度F按下表计算：
项目
焊盘内侧距离C（mm）
焊盘外侧宽度D（mm）
焊盘宽度F（mm）
G＞1.27mm
WMIN-2BMAX-1.4mm
WMAX+1mm
EMAX
0.635mm＜G≤1.27mm
WMIN-2BMAX-1mm
WMAX+1mm
EMAX
G≤0.635mm
WMIN-2BMAX-0.7mm
WMAX+0.7mm
EMAX
注：
1）设计焊盘宽度F时，必须保证相邻焊盘之间的间隙不小于0.2mm；
2）在设计SOT等一些器件的翼形引脚焊盘宽度F时，为提高焊点强度，可适当加大F，但一般最大不超过EMAX+3倍的引脚厚度。
6.3.2.1.2J形引脚（Jbend）器件
该类器件包括SOJ、PLCC等。
焊盘间距（padpitch）严格按照器件资料中引脚间距（pinpitch）及单位。
焊盘内侧距离C、焊盘外侧宽度D、焊盘宽度F按下表计算：
项目
焊盘内侧距离C（mm）
焊盘外侧宽度D（mm）
焊盘宽度F（mm）
G=1.27mm
WMIN-2BMAX-1mm
WMAX+1mm
EMAX
注：
1）为避免PLCC四个角位置处的焊盘连锡，此处焊盘内侧距离可适当扩大；
2）对于其它一些J形引脚的器件，为提高焊点强度，可适当加大F，但一般最大不超过EMAX+3倍的引脚厚度。
6.3.2.1.3C形引脚（Cbend）器件
该类器件包括钽电容、SMB封装的二极管等，平面变压器的金属化边也属于此类引脚。
焊盘内侧距离C、焊盘外侧宽度D、焊盘宽度F按下表计算：
焊盘内侧距离C（mm）
焊盘外侧宽度D（mm）
焊盘宽度F（mm）
WMIN-2BMAX或AMIN
WMAX+1.6mm
EMAX
注：
对于其它一些C形引脚的器件，为提高焊点强度，可适当加大F，但一般最大不超过EMAX+3倍的引脚厚度。
6.3.2.1.4球形引脚（solderball）器件
该类器件包括BGA、CSP等。
球形引脚焊点的机械疲劳强度与焊盘的设计有很大的关系，在焊盘设计时须严格遵守器件资料的推荐值。
6.3.2.1.5非引脚焊端（nolead）器件
该类器件没有单独的金属引脚，而是依靠其本体上的金属化焊端进行机械和电气连接。
该类主要有表贴电容、电阻、积层电感、发光二极管等。
LCC（leadlessceramicchipcarriers）也属于无引脚器件，但该类器件目前在我司没有使用，本版本对此规范不做描述。
器件类型
焊盘外侧宽度D（mm）
焊盘内侧距离C（mm）
焊盘宽度F（mm）
SC1005（0402）
2.2
0.4
0.7
SC1310（0504）
2.4
0.4
1.3
SC1608（0603）
2.8
0.6
1.0
SC2012（0805）
3.2
0.6
1.5
SC3216（1206）
4.4
1.2
1.8
SC3225（1210）
4.4
1.2
2.7
SC4532（1812）
5.8
2.0
3.4
SC4564（1825）
5.8
2.0
6.8
SL2012
3.0
1
1.0
SL3216
4.2
1.8
1.6
SL4516
5.8
2.6
1.0
SR1005（0402）
2.2
0.4
0.7
SR1608（0603）
2.8
0.6
1.0
SR2012（0805）
3.2
0.6
1.5
SR3216（1206）
4.4
1.2
1.8
SR3225（1210）
4.4
1.2
2.7
SR5025（2010）
6.2
2.6
2.7
SR6332（2512）
7.4
3.8
3.2
片阻片容的焊盘尺寸不仅影响焊点的可靠性，而且也是影响制程良率的重要因素，特别针对小尺寸的器件（≤0603）影响更为明显。
由于涉及太多因素，目前业界对于最优的焊盘设计认识不一，上表是摘自《IPC-SM-782A》中的数据，它与我司目前使用的焊盘尺寸不尽相同。
考虑上述情况，本规范不对片阻片容的焊盘尺寸做具体规定，只是给出以下指导原则：
1）0603的器件焊盘设计时，要综合参考器件厂家推荐、国际标准、业界情况，并经过试验验证后确认；
2）尺寸器件焊盘设计时，一般按焊盘外侧宽度D=WMAX+1.2mm，焊盘内侧距离C=AMIN-0.2mm，焊盘宽度F=EMAX；
3）焊盘设计时，必须考虑满足ANSI/STD-001对此类焊点爬锡高度的标准：
当器件焊端高度≤1.2mm，爬锡高度≥1/3器件焊端高度；器件焊端高度＞1.2mm，爬锡高度≥0.4mm。
6.3.2.2波峰焊工艺
表贴器件采用波峰焊工艺时，器件必须满足下列条件：
1）器件类型及 “standoff小于0.15mm。
2）器件本身满足波峰焊焊接工艺条件，器件厂家允许使用波峰焊工艺。
表贴器件波峰焊焊盘图形设计要求如下：
1）CHIP元件、表贴二极管的波峰焊焊盘图形，需把回流焊焊盘图形的外端距离和内端间距各加大12mil-40mil；
2）SOP封装IC的波峰焊焊盘图形，需把回流焊焊盘图形的外端距离加大20-40mil，内端间距不变；
3）SOT封装的波峰焊焊盘图形，需把回流焊焊盘的两个方向各加大10-15mil，上下两排焊盘间距加大5mil。
6.4丝印图形设计
各类器件具体的丝印图形设计要求及风格，按照下文所附加的封装图形设计范例。
这里给出的只是丝印图形设计时的基本要求：
丝印图形设计时，为避免丝印上焊盘，丝印线距离附近焊盘图形的最小距离不小于8mil，图形录入时丝印线线宽为6mil；
对于引脚在器件本体投影范围内的插装器件，其丝印图形为器件的最大外形轮廓投影；
对于引脚在器件本体投影范围外的插装器件，其丝印图形为器件的最大外形轮廓投影加以线条表示的引脚投影；
对于立式插装的有极性轴向器件（如DO封装的二极管），丝印图形设计时应保证器件成形后其极性标识朝向顶部。
6.5装配图形设计
器件装配图形就是器件以设计装联方式放置时，其本体连同引脚（对于引脚在本体投影范围外的器件）的俯视图，允许细节的简化，但必须包括以下信息：
器件的外形轮廓，其尺寸按器件资料中的标称值；
能表达出器件特征形状的信息，设计时其尺寸无须严格遵照器件资料中的标称值，但要保证比例协调、不失真；
和其它器件有装配关系的装配面、其尺寸按器件资料中的标称值；
器件的极性标识信息（对于有极性标识的器件），设计时其尺寸无须严格遵照器件资料中的标称值，但要保证比例协调、不失真。
6.6器件禁布区图形设计
禁布区必须是单一的闭合线。
若焊盘在器件最大外形轮廓投影范围内，器件禁布区按其最大外形轮廓投影设计；
若焊盘在器件最大外形轮廓投影范围外，器件禁布区设计为包容器件最大外形及焊盘的多边形。
当多边形的过渡线段小于等于20mil时，该过渡区域可省略。
6.7布线禁布区图形设计
禁布区必须是单一的闭合线。
布线禁布区根据器件具体的情况绘制。
当封装图形有布线禁布区时，需另外再以文字形式标明该封装图形有布线禁布区，以提醒录入。
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