基本PCB封装设计总结

最近工作之余的时间全投在练习画板子和搞单片机了，原理性的东西也积累得零零散散，这次就分享一些基本PCB封装设计总结吧，搞电子的打工人最基本技能应该就是画板子了。 目前无论是原理图还是PCB我都是基于易上手的PADS来学的，不过最推荐组合的还是原理图用OrCAD,layout用Pads，当然深入涉及高速信号以及需要仿真的设计还得是用Cadence allegro。

PCB的封装是器件物料在PCB中的映射，封装处理规范牵涉到器件的贴片装配，以满足实际生产的需求，我们先来看一下基本的几个概念。

单位规格

封装、焊盘设计统一采用公制单位，对于特殊器件，资料上没有采用公制标注的，为了避免英公制的转换误差，可以按照英制单位。

（精度：采用mil为单位时，精确度为2；采用mm为单位时，精确度为4）

封装基本组成

一个完整的封装是由许多不同元素组合而成的；不同的器件所需的组成元素也不同。在封装设计过程中，下面几项是必须包含的： 焊盘（包括阻焊、孔径等内容）、丝印、装配线（针对 Allegro 软件）、位号字符、1 脚标识、安装标识、占地面积（针对Allegro 软件） 、器件最大高度、极性标识、原点

焊盘分类及作用

RegularPad：规则焊盘，在正片中看到的焊盘，也是基本的焊盘。 ThermalRelief：热风盘，也叫花焊盘，在负片中有效，设计用于在负片中焊盘与敷铜的接连方式，防止焊接时散热太快，影响工艺。 AntiPad：隔离焊盘，焊盘与敷铜的间距，负片工艺中有效。 Soldermask：阻焊层，规定绿油开窗大小，以便进行焊接。 Pastemask：钢网层，定义钢网开窗大小，贴片的时候会按照钢网的位置和大小，进行锡膏涂敷。

贴片类焊盘

常规焊盘

RegularPad=器件管脚尺寸+补偿值。（补偿值参考“封装管脚补偿”） SolderMask=Regular Pad+0.15mm =Regular Pad+0.10mm（ForBGA）  PasteMask=Regular Pad

Shape 类型

RegularPad=Shape大小

SolderMask=RegularPad 

PasteMask=RegularPad

通孔类焊盘

DrillSize=Physical_Pin（参考“管脚补偿计算规则”）  RegularPad=Drill_Size+0.4mm(Drill_Size＜0.8mm) =Drill_Size+0.6mm(3mm≥Drill_Size ≥0.8mm) =Drill_Size+1mm (Drill_Size>3mm)  ThermalPad=ThermalPad（参考“Flash计算规则”）  AntiPad=Drill_Size+0.8mm SolderMask=Regular Pad+ 0.15mm

管脚补偿计算规则

对于插件类型封装，常见在一些接插件，对接座子等器件上面，对于它的焊盘及孔径，有一些经验公式；

如圆形Pin脚，使用圆形钻孔                      

D’=管脚直径D+0.2mm（D<1mm） =管脚直径 D+ 0.3mm（D≥ 1mm）

矩形或正方形 Pin 脚，使用圆形钻孔

矩形或正方形 Pin 脚，使用矩形钻孔

W’= W + 0.5 mm

H’= H + 0.5 mm

矩形或正方形Pin脚，使用椭圆形钻孔

W’= W +H+ 0.5 mm H’= H + 0.5 mm

椭圆形Pin脚，使用圆形或椭圆形钻孔

D’= W + 0.4 mm W’= W + 0.4 mm H’= H + 0.4 mm

Flash计算规则（针对Allegro软件）

圆形Flash

a = Drill_Size+ 0.4mm 

b = Drill_Size+0.8mm 

c = 0.4 mm

d =45

椭圆Flash

B =   H’+0.5mm

D = W’+0.5mm–B 

A = B+1mm

C = 0.5 mm 

E =0.5 mm

封装管脚补偿

无引脚延伸型SMD封装

如图，列出了常见的SMD贴片封装尺寸数据

A—器件的实体长度       X—PCB封装焊盘宽度

H—器件管脚的可焊接高度      Y—PCB封装焊盘长度

T—器件管脚的可焊接长度      S—两焊盘之间的间距

W—器件管脚宽度               

(A, T, W 均取数据手册推荐的平均值)

补偿方式：

T1为T尺寸的外侧补偿常数，取值范围：0.3~1mm

T2为T尺寸的内侧补偿常数，取值范围：0.1~0.6mm

W1为W尺寸的侧边补偿常数，取值范围：0~0.2mm

结合规格书参数有以下经验公式：

X = T1 + T + T2      

Y = W1 + W + W1

S = A + T1 + T1 – X

翼形引脚型 SM D贴片封装

如图列出了翼形引脚型SMD封装尺寸数据

A— 器件的实体长度      X— PCB 封装焊盘宽度

T— 零器件管脚的可焊接长度      Y— PCB 封装焊盘长度

W— 器件管脚宽度         S— 两焊盘之间的间距

补偿方式：

定义T1为T尺寸的外侧补偿常数，取值范圈：0.3~1mm

T2 为T尺寸的内侧补偿常数，取值范圈：0.3~1mm 

W1为W 尺寸的侧边补偿常数，取值范围：0~0.2mm

结合数据规格书参数有以下经验公式：

X = T1 + T + T2

Y = W1 + W + W1

S = A + T1 + T1 - X

平卧型SM D 贴片封装

如图列出了平卧型SM D 封装封装尺寸数据

A— 器件管脚可焊接长度      X— PCB 封装焊盘宽度

C— 器件管脚脚间隙      Y— PCB 封装焊盘长度

W— 器件管脚宽度      S— 两焊盘之间的间距

(A, C, W 均取数据手册推荐的平均值)

补偿方式：

定义A1 为A尺寸的外侧补偿常数，取值范围：0.3~1mm

A2为A尺寸的内侧补偿常数， 取值范围：0.2~0.5mm 

W1为W尺寸的侧边补偿常数，取值范围：0~0.5mm

结合数据规格书参数有以下经验公式：

T = （A – D）/ 2       X = T1 + T + T2

Y = W1 + W + W1       S  = A + T1 + T1 – X

J形引脚SMD封装

如图列出了丿形引脚SM D 贴片封装尺寸数据

A— 器件的实体长度      X— PCB 封装焊盘宽度

D— 器件管脚中心间距      Y— PCB 封装焊盘长度

W— 器件管脚宽度      S— 两焊盘之间的间距

（A, D, W 均取数据手册推荐的平均值）

补偿方式：

定义T为器件管脚的 脚可焊接长度

T1 为T尺寸的外侧补偿常数，取值范围 ：0.2~0.6mm 

T2 为T尺寸的内侧补偿常数，取值范围 ：0.2~0.6mm 

W1为W尺寸的侧边补偿常数，取 值范围：0~0.2mm

结合数据规格书参数有以下经验公式：

T =(A-D)/2             X=T1+T+T2

Y =W1+W+W1        S = A + T1 + T1 - X

圆柱式引脚SM D封装

如图为圆柱式引脚SMD封装封装，其公式可以参考无引脚延伸型贴片封装的经验公式

补偿方式：参考无引脚延伸型SMD封装

BGA 类型封装

如图为常见BGA类型的封装， 此类封装我们可以根据BGA的Pitch间距来进行常数的补偿

以上几类为基本的器件管脚类型及其补偿说明，其他器件应该都可以参考其进行补偿。

沉板器件的特殊要求

开孔尺寸

器件四周开孔尺寸应保证比器件最大尺寸单边大0.2mm(8mil)，这样可以保证器件装配的时候能正常放进去。

丝印标注

为了在板上能清楚地看到该器件所处位置，它的丝印在原有基础上外扩0.25mm,保证丝印在板上，丝印须避让焊盘的SOLDERMASK，根据具体情况向外让或切断丝印。

如图为沉板的RJ45接口丝印示意

阻焊层设计

阻焊层Solder Mask，是指印刷电路板子上要上绿油的部分。实际上这阻焊层使用的是负片输出，所以在阻焊层的形状映射到板子上以后，并不是上了绿油阻焊，反而是露出了铜皮。阻焊层主要目的是防止波峰焊焊接时桥连现象的产生。 一般常规设计采取单边开窗2.5mil的方式，如图所示，如果有特殊要求的，需要在封装里面设计或者利用软件的规则进行约束。

丝印的基本要求

元件丝印一般默认字符线宽0.2032mm（8mil）， 建议不小于0.127mm（5mil）。焊盘在器件体之内时，轮廓丝印应与器件体轮廓等大，或者丝印比器件体轮廓外扩0.1至0.5 mm；以保证丝印与焊盘之间保持6mil以上的间隙。焊盘在器件体之外时，轮廓丝印与焊盘之间保持6mil及以上的间隙。

引脚在器件体的边缘上时，轮廓丝印应比器件体大0.1至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。

器件1脚、极性及安装方向基本要求 器件1脚标示可以标示器件的方向，防止在装配的时候出线芯片、二极管、极性电容等装反的现象，有效的提高了生产效率和良品率。1脚、极性、安装方向通常用以下几种标识；圆圈“ｏ”、正极“＋”号、片式元件、IC器件标识端用45度斜角表示、IC引脚超过64应标注引脚分组标识符、接插件器件常用文字“1”..“N”标示等等。（放置时注意丝印与焊盘之间需保持6mil以上的间隙）

总结：当然这些简单的基本规范参数仅作为参考，其实在封装绘制过程还得根据实际的生产需求来进行，在布局的过程中还会涉及更加细节，更加深入的技巧和经验操作，还是要慢慢积累。

编辑：黄飞