常见PCB封装设计规范及要求

封装绘制部分注意点

2017.11.8 蒋徐颢

由于AD在国内使用率较高，网上集成的AD封装库很多，但常常会有错误，我们在使用现成的库文件前，尽量参照芯片手册进行比对，确保库文件的正确性和封装的合理性，对于同一种元件封装，理应有多种PCB库用于适应不同焊接设备需求（手工焊接的预留焊盘较大，机焊焊盘可以稍小）

PCB封装是元件物料在PCB上的映射。封装是否设计规范牵涉到元件的贴片装配，需要正确地处理封装数据，满足实际生产的需求。有的工程师做的封装无法满足手工贴片，有的无法满足机器贴片，也有的没有创建1脚标识导致手工贴片时无法识别芯片的正反，造成PCB短路。因此需要设计者对自己创建的封装进行一定的约束。

封装设计应该统一采用公制单位，对于特殊元件，资料上没有采用公制标注的，为了避免从英制到公制的转换误差，可以按照英制单位。精度要求：采用mil作为单位时，精度为2；采用mm为单位时，精度为4。

我们可以查阅资料得到元件的封装尺寸参数，但是PCB板上对应的焊盘的大小应该比引脚的尺寸要稍大。注意，表面贴装元器件的焊接可靠性，主要取决于焊盘的长度而不是宽度。

如图1所示，焊盘的长度B等于焊端（或引脚）的长度T，加上焊端（或引脚）内侧（焊盘）的延伸长度b1，再加上焊端（或引脚）外侧（焊盘）的延伸长度b2，即B=T+b1+b2。其中b1的长度（ 约为0.05mm—0.6mm），不仅应有利于焊料熔融时能形成良好的弯月形轮廓的焊点，还得避免焊料产生桥接现象及兼顾元器件的贴装偏差为宜；b2的长度（约为0.25mm—1.5mm），主要以保证能形成最佳的弯月形轮廓的焊点为宜（对于SOIC、QFP等器件还应兼顾其焊盘抗剥离的能力）。

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我们只考虑手工焊接，由于理想的手工焊接通常会将贴片与PCB板压紧，尽可能减小间隙，所以对元件密度较小的PCB板来说，使用的贴片封装取b2≥器件厚度即可，而b1则根据器件长度选择（主要考虑公差因素）。

以典型的0805封装矩形电阻为例，0805表示0.08inch*0.05inch=80mil*50mil，厚度的常规值为0.02inch，1inch=1000mil=25.4mm。电阻高度0.5mm，底面金属层a=0.4mm，（不计公差）。

通常可取b1=0.5mm，b2=0.6mm。 （可根据个人焊接技术和习惯修改）

焊盘的宽度应等于或稍大（或稍小）于焊端（或引脚）的宽度。

焊盘长度 B=T+b1+b2 焊盘内侧间距 G=L-2T-2b1 焊盘宽度 A=W+K 焊盘外侧间距 D=G+2B。 式中：L–元件长度（或器件引脚外侧之间的距离）； W–元件宽度（或器件引脚宽度）； H–元件厚度（或器件引脚厚度）； b1–焊端（或引脚）内侧（焊盘）延伸长度； b2–焊端（或引脚）外侧（焊盘）延伸长度； K–焊盘宽度修正量。 常用元器件焊盘延伸长度的典型值： 对于矩形片状电阻、电容： b1=0.05mm,0.10mm,0.15mm,0.20mm,0.30mm其中之一，元件长度越短者，所取的值应越小。 b2=0.25mm,0.35mm,0.5mm,0.60mm,0.90mm,1.00mm，元件厚度越薄者，所取值应越小。 K=0mm,+-0.10mm,0.20mm其中之一，元件宽度越窄者，所取的值应越小。 对于翼型引脚的SOIC、QFP器件： b1=0.30mm,0.40mm,0.50mm,0.60mm其中之一，器件外形小者，或相邻引脚中心距小者，所取的值应小些。 b2=0.30mm,0.40mm,0.80mm,1.00mm,1.50mm其中之一，器件外形大者，所取值应大些。 K=0mm,0.03mm,0.30mm,0.10mm,0.20mm，相邻引脚间距中心距小者，所取的值应小些。 B=1.50mm～3mm,一般取2mm左右。 若外侧空间允许可尽量长些。

与矩形片状元件不同的是，翼形引脚元件有引脚厚度，设计时b1通常要比矩形元件的b1大，用于形成内部月牙焊点，可以提高元件与焊盘的接触面积。

翼形管脚型SMD贴片封装

L为元件实际长度

T为元件管脚的可焊接长度

W为元件管脚宽度

对应的焊盘封装为

X为PCB封装焊盘宽度

Y为PCB封装焊盘长度

C为两个焊盘的间距

先做如下定义：T1为T尺寸的外侧补偿量，取值范围通常为0.3~1mm；

T2为T尺寸的内侧补偿量，取值范围通常为0.3~1mm；

W1为W尺寸的侧边补偿量，取值范围通常为0~0.2mm；

可以得到如下公式：

Y=T1+T+T2

X=W1+W+W1

C=L+T1+T1-Y

还有一种无管脚延伸型的SMD贴片封装（也可以应用在圆柱式管脚型SMD贴片）

L为元件的实体长度

H1为元件的可焊接高度

T为元件的可焊接长度

W1为元件的可焊接宽度

对应的焊盘封装为

Y为PCB封装焊盘宽度

X为PCB封装焊盘长度

C为两个焊盘之间的间距

先做如下定义：T1为T尺寸的外侧补偿量，取值范围通常为0.3~1mm；

T2为T尺寸的内侧补偿量，取值范围通常为0.1~0.6mm；

W为W1尺寸的侧边补偿量，取值范围通常为0~0.2mm；

由此可得以下计算式

Y=T1+T+T2；

X=W+W1+W；

C=L+T1+T1-Y；

下面以钽电容的3216封装为例（即1206封装）

可以计算得到实际的Y、X、C的值

Y=0.6mm（T1）+1.1mm（T）+0.3mm（T2）=2.0mm

X=0mm（W）+1.2mm（W1）+0mm（W）=1.2mm

C=3.4mm（L）+0.6mm（T1）+0.6mm（T1）-2.0mm（Y）=2.6mm

以上参数仅供参考，具体补偿参数取值应根据个人习惯修改。

还有平卧型SMD贴片封装

如贴片铝电解电容

I为元件管脚的可焊接长度

P为元件管脚间隙

W为元件管脚宽度

X为PCB封装焊盘宽度

Y为PCB封装焊盘长度

C为两个焊盘的间距

定义I1为I尺寸的外侧补偿量，取值范围为0.3~1mm

I2为I尺寸的内侧补偿量，取值范围为0.2~0.5mm

W1为W尺寸的侧边补偿量，取值范围为0~0.5mm

可以得到如下公式

Y=I1+I+I2

X=W1+W+W1

C=I+I+P+I1+I1-Y

J型管脚型SMD贴片封装设计

L为元件实体长度

S为元件中心间距

W为原价管脚宽度

T为元件管脚可焊接长度

定义T1为T尺寸的外侧补偿量，取值范围为0.2~0.6mm

T2为T尺寸的饿内侧补偿量，取值范围为0.2~0.6mm

W1为W尺寸的侧边补偿量，取值范围为0~0.2mm

计算式不再细述

对于BGA封装

常见的补偿参数推荐值如下表

Pitch间距（mm）	焊盘直径（mm）		Pitch间距（mm）	焊盘直径（mm）
	最小	最大		最小	最大
1.50	0.55	0.6	0.75	0.35	0.375
1.27	0.55	0.60（0.60）	0.65	0.275	0.3
1.00	0.45	0.50（0.48）	0.50	0.225	0.25
0.80	0.375	0.40（0.40）	0.40	0.17	0.2

对于插件类型封装，我们以表格形式列出

焊盘尺寸计算规则	Lead Pin	Physical Pin
圆形管脚，使用圆形钻孔
矩形或正方形管脚，使用圆形钻孔
矩形或正方形管脚使用矩形钻孔
矩形或正方形管脚使用椭圆形钻孔
椭圆形管脚，使用圆形钻孔
椭圆形管脚，使用椭圆形钻孔

沉板元件的特殊设计要求有以下两点需要注意：

1.关于开孔尺寸：

元件四周的开孔尺寸应比元件最大尺寸单边大0.2mm（8mil），这样可以保证元件装配的时候能正常放进去。

2.关于丝印标注

丝印应该比元件实际轮廓基础上向外扩展0.25mm，保证元件焊接在板上时还能看见丝印。同时丝印需要避让焊盘阻焊，根据情况可以选择向外避让或直接切断丝印。

阻焊层的设计

阻焊层即Solder Mask，指印刷电路板上绿油的部分。实际上阻焊层使用的是负片输出，所有阻焊层的形状映射到板子上以后，并不是上了绿油阻焊，而是露出铜皮。阻焊层的主要目的是防止波峰焊焊接时出现桥连现象。

一般设计时采用单边开窗2.5mil即可。

丝印设计

1. 元件丝印，一般默认字符线宽0.2032mm（8mil），建议不小于0.127mm（5mil）。
   
2. 焊盘在元件之内时，轮廓丝印应与元件体轮廓等大，或者丝印比元件轮廓外扩0.1~0.5mm，以保证丝印与焊盘之间保持6mil以上间隙，焊盘在元件体之外时，轮廓丝印与焊盘之间保持6mil以上间隙。
   

1. 管脚在元件体边缘时，轮廓丝印应该比元件体大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，否则容易引起焊接不良。
   

   
   

元件1脚、极性即安装方向标识

1. 圆圈”O”
   
2. 正极极性标号”+”
   

   
   

3. 片式元件、IC类元件等的安装标识端用0.6~0.8mm的45°斜角表示
   

   
   

4. BGA的”A”和”1″（2号字）
   

   
   

5. IC管脚超过64个需要标注管脚分组标识符号。逢5、10分别用0.6mm、1mm的线段表示
   

   
   

6. 接插件等类型元件用文字”1″、”2″、”N-1″、”N”标识第1、2和第N-1、N脚。
   

   
   

   了解了封装的绘制方式我们也需要会识别他人的封装
   

   例如对于无极性电阻和电容的封装区别
   

   
   

   
   

   对于电解电容
   

   
   

   而其他的如二极管、钽电容等封装因人而异，不可一概而论。
   

由于计算机设计有栅格单位大小，设计时尽量将长度单位统一，根据习惯使用mil或mm单位，对于器件封装手册中使用的长度单位，尽量转化为统一的单位进行绘制，在后期PCB布局和布线上会带来益处。（建议使用mil作为单位，对于一些多引脚和细间距的器件，绘制的坐标原点尽量选取在第一个引脚处）

对于通孔元件，焊盘通孔直径应大于元件引脚直径，阻焊层通常大于焊盘外径0.1mm。

器件引脚直径（D）	PCB焊盘孔径（内径）	PCB焊盘直径（外径）
D≦1.0mm	D+0.3mm	D+0.3mm+0.8mm
1.0mm<D≦2.0mm	D+0.4mm	D+0.4mm+0.8mm
D>2.0mm	D+0.5mm	D+0.5mm+0.8mm

凡用于焊接和测试的焊盘内，不允许印有字符与图形等标志符号；标志符号离开焊盘边缘的距离应大于0.5mm。以避免因印料浸染焊盘，引发各种焊接缺陷以及影响检测的正确性。

关于元件封装库的修订，若使用他人现成库文件，做修改时，新建一个库文件单独整理，不要在现成的库文件上直接修改替换。

印制电路板设计规范-SMD元器件封装库尺寸要求

该文件可以作为封装设计标准参考。

最后修改

2018.1.6 蒋徐颢