PCB的散热与防焊接偏移的封装结构及其设计方法与流程

本发明涉及pcb领域，尤其涉及pcb的散热与防焊接偏移的封装结构及其设计方法。

背景技术：

随着电子产品在各行各业日益广泛的应用，高集成度、高可靠性的要求已越来越凸显，由此对元器件、pcb设计和pcba的制作工艺的要求也越来越高，尤其是pcb的设计。以sot-404封装的mos管为例，除了要保证器件本身所具有的基本电气性能，散热也是不可忽视的一个重要设计点。另外由于此类器件对散热要求高，因此焊盘面积大，回流焊时大面积锡膏的流动容易导致器件出现偏移，从而影响器件的焊接可靠性和散热性能，进一步影响mos的开关特性及使用寿命，所以同时还需考虑器件在pcba装配过程中的焊接偏移问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种pcb的散热与防焊接偏移的封装结构及其设计方法，用以解决器件散热以及在pcba装配过程中的焊接偏移问题的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种pcb的散热与防焊接偏移的封装结构的设计方法，包括以下步骤：

设计时，在pcb板上放置元件封装后；

选择顶层布线层，在元件封装的焊盘上，放置多个间隔排布的圆形焊盘，并标记为塞孔加工；

选择顶层阻焊层，在多个间隔排布的圆形焊盘上放置多个间隔排布的隔离阻焊区，每个隔离阻焊区与圆形焊盘的中心重合并大于圆形焊盘。

作为本发明的方法的进一步改进：

优选地，多个间隔排布的圆形焊盘呈阵列分布。

优选地，每个圆形焊盘的孔径为0.25～0.35mm；多个圆形焊盘的孔间距为1.5～2.0mm；每个圆形焊盘的孔与焊盘边缘间距为1.5～2.0mm。

优选地，多个隔离阻焊区为八边形、正方形或圆形中的一种或者任意几种的组合。

优选地，八边形边长为0.4～0.6mm；正方形边长为0.9～1.1mm，；圆形的直径为0.9～1.1mm。

本发明还提供一种pcb的散热与防焊接偏移的封装结构，包括元件封装，元件封装中，焊盘的顶层布线层设置了多个间隔排布的圆形焊盘，焊盘的顶层阻焊层设置有多个间隔排布的隔离阻焊区，每个隔离阻焊区与圆形焊盘的中心重合并大于圆形焊盘。

作为本发明的方法的封装结构的进一步改进：

优选地，多个间隔排布的圆形焊盘呈阵列分布。

优选地，每个圆形焊盘的孔径为0.25～0.35mm；多个圆形焊盘的孔间距为1.5～2.0mm；每个圆形焊盘的孔与焊盘边缘间距为1.5～2.0mm。

优选地，多个隔离阻焊区为八边形、正方形或圆形中的一种或者任意几种的组合。

优选地，八边形边长为0.4～0.6mm；正方形边长为0.9～1.1mm，；圆形的直径为0.9～1.1mm。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的pcb的散热与防焊接偏移的封装结构的设计方法，提供一种将散热和防焊接偏移功能集成于一体的smd封装，一方面减少pcb设计后期的工作量，同时可实现不同pcb之间的设计移植和封装共享。另一方面从设计源头来直接控制pcba的焊接可靠性问题，改善效果会更好，而且会减少改进过程中生产成本的浪费。

2、在优选方案中，本发明pcb的散热与防焊接偏移的封装结构，通过在器件封装上设置阻焊隔离+散热塞孔，解决了自带大散热焊盘类smd受热影响而导致性能下降的问题，同时避免焊接偏移而影响焊接可靠性和器件性能的情况。并且，在不影响器件及pcb电气性能的前提下，简化pcb设计后期因增加部分辅助功能所带来的重复性工作，同时可实现不同pcb设计之间的资源移植和共享。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的pcb的散热与防焊接偏移的封装结构的设计方法的流程示意图；

图2是本发明优选实施例1的散热焊盘的二维顶视图；

图3是本发明优选实施例1的散热焊盘的三维底视图；

图4是本发明优选实施例1的散热焊盘的三维顶视图；

图5本发明优选实施例1的隔离阻焊区的二维顶视图；

图6本发明优选实施例1的隔离阻焊区的三维底视图；

图7本发明优选实施例1的隔离阻焊区的三维顶视图；

图8是本发明优选实施例1的sot-404封装二维图；

图9是本发明优选实施例1的sot-404封装三维图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本实施例中所称的pcb(printedcircuitboard)为印制电路板；pcba(printedcircuitboardassembly)为印制电路板组件；smt(surfacemountedtechnology)为表面贴装技术；smd(surfacemounteddevices)为表面贴装器件；toplayer为顶层布线层；topsolder为顶层阻焊层。

参见图1，本发明的pcb的散热与防焊接偏移的封装结构的设计方法，包括以下步骤：

设计时，在pcb板上放置元件封装后；

选择“toplayer”层，在元件封装的焊盘上，放置多个间隔排布的圆形焊盘，并标记为塞孔加工；

选择“topsolder”层，在多个间隔排布的圆形焊盘上放置多个间隔排布的隔离阻焊区，每个隔离阻焊区与圆形焊盘的中心重合并大于圆形焊盘。

上述步骤，是设计将散热和防焊接偏移功能集成于一体的smd封装，一方面减少pcb设计后期的工作量，同时可实现不同pcb之间的设计移植和封装共享。另一方面从设计源头来直接控制pcba的焊接可靠性问题，改善效果会更好，而且会减少改进过程中生产成本的浪费。

实际实施时，上述步骤还可以进行扩展和优化，以下举例进行说明，实施例仅为了示例说明，不是对技术特征的组合方式进行限制，任何技术特征均可以跨实施例进行合理的组合。

实施例1：

本实施例以sot-404封装为例，说明本发明的pcb的散热与防焊接偏移的封装结构的设计方法，包括以下步骤：

s1：常规封装设计：采取常规封装设计方法新建一个sot-404封装。

s2：散热焊盘设计：参见图2、图3和图4，选择“toplayer”层，在sot-404封装的大散热焊盘上均匀地呈阵列放置5×5个孔径为0.3mm的圆形焊盘，作为器件的散热孔，pcb加工时做“塞孔”要求，避免锡膏漏至底层。其中散热孔的排列“n×m”可根据散热焊盘的具体尺寸而定，孔与孔间距l1、孔与焊盘边缘间距l2一般要求在(1.5～2.0)mm之间比较合理，而散热孔的孔径d1不宜过大，本实施例中设置为(0.3±0.05)mm既可保证散热功能，同时也能兼顾塞孔的常规工艺处理，设计过程技巧此处不赘述，依个人设计习惯而定。

s3：隔离阻焊设计：参见图5、图6和图7，在步骤s2的基础上，切换至“topsolder”层，围绕“n×m”排列的焊盘均匀放置同样阵列排布的八边形或正方形或圆形，作为阻焊区域。阻焊区的具体分布根据器件的功率和散热要求来确定，但分布一定要考虑焊接时受力(锡膏张力)的平衡性。其中八边形边长a1一般设置为(0.5±0.1)mm，本实施例中为0.5mm。正方形边长a2为(1.0±0.1)mm，优选设置为1.0mm。圆形直径d2为(1.0±0.1)mm，优选设置为1.0mm。

图5、图6中八边形内部区域即为隔离阻焊区，pcb加工后此处均为绿油覆盖，当pcba过回流炉时，锡膏高温受热熔化，并形成流动的液体状，由于焊盘底部阻焊区域存在一定的阻力，而且该阻力分布均匀，无受力不均现象，相比无阻焊区的焊盘而言，焊锡流动的速度会减缓，而器件在回流炉熔锡区的时间是固定的，所以器件的整体偏移量会变小，甚至可以忽略，从而可以有效控制器件的偏移。

上述步骤设计得到的sot-404封装结构如图8，图9所示，sot-404封装结构中，焊盘的顶层布线层设置了5*5个阵列分布的圆形焊盘，焊盘的顶层阻焊层设置有5*5个间隔排布的隔离阻焊区，每个隔离阻焊区与圆形焊盘的中心重合并大于圆形焊盘。圆形焊盘和隔离阻焊区的形状和尺寸如上述步骤所设。

实际应用中，针对散热以及在pcba装配过程中的焊接偏移问题，在pcb设计过程中，可以通过设计后期的辅助优化来达到要求，也可以通过前期的设计准备来实现，如封装设计。大多数情况下，设计者会选择后期的辅助优化和工艺控制来共同实现，如后期增加散热孔来提高器件的散热性能，设置阻焊隔离区或者控制钢网开口(工艺改进)来控制器件焊接偏移现象。以上措施虽然也能解决散热和焊接偏移问题，但是设计后期的工作量会比较大，尤其在多数量、多型号大散热焊盘的pcb设计中，后期的设计优化工作量相当大，而且容易出现疏漏现象。而通过设计源头的管控来杜绝器件的焊接偏移，比后续工艺改进会节约更多生产成本浪费。

本发明在封装设计阶段，将散热及防焊接偏移辅助功能集成于smd封装中，可以最大程度地避免pcb设计阶段的重复性工作，尤其是针对多类型、多数量大散热焊盘的pcb设计，同时在不同pcb设计间可进行封装移植和设计共享。此外，通过pcb设计软件及封装设计方法，对散热结构进行均衡阻焊设计，可有效防止焊接过程的偏移现象。同时在阻焊区增加散热孔和工艺进行塞孔制作的方式，有效地解决了器件的散热和焊接偏移问题。

综上可知，本发明基于提升smd散热能力和杜绝焊接偏移两大问题，从设计源头出发，利用设计软件将此类smd焊盘制作成元器件封装，同时进行散热开孔+阻焊隔离的方式，有效地实现了散热和防焊接偏移作用。并且，在保证smd电气性能不受影响的前提下，从pcb封装设计的角度将影响器件电气性能的因素进行控制和消除，并形成一定的技术积累，供后续设计参考和共享。以mos管为例，散热不良会影响mos管开关特性和使用寿命等。同时从设计源头出发，提升pcba的焊接可靠性，如回流焊过程器件偏移的smt工艺提升等。以上可最大程度地减少pcb设计后期的辅助工作，并提高pcba的焊接可靠性，减少后期设计改进或工艺改进所带来的附加成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。