采用TI X2SON封裝進行設計和制造

      摘要

　　大多數德州儀器(TI)超小外形無引腳(X2SON)器件的電路板布局和鋼網信息均在其數據表中提供。本文檔幫助印刷電路板(PCB)設計人員理解并更好地使用這些信息來優化設計。

　　由于采用X2SON的小封裝尺寸，使用X2SON封裝讓用戶能夠壓縮PCB布局并實現極小空間的設計。在使用這種節省空間的封裝時，了解一些關鍵的PCB制造與組裝限制可以降低最終產品的復雜性。本應用報告將討論制造和組裝包含X2SON封裝的PCB時的一些限制。有三個主要因素影響制造印制電路板(PCB)的封裝尺寸和間距。它們是：PCB制造、焊料應用和元件布局。

　　1 引言

　　圖1.X2SON-5(DPW)封裝 圖2.X2SON-6(DTB)封裝

　　大多數德州儀器(TI)超小外形無引腳(X2SON)器件的電路板布局和鋼網信息均在其數據表中提供。本文檔幫助印刷電路板(PCB)設計人員理解并更好地使用這些信息來優化設計。

　　由于采用X2SON的小封裝尺寸，使用X2SON封裝讓用戶能夠壓縮PCB布局并實現極小空間的設計。在使用這種節省空間的封裝時，了解一些關鍵的PCB制造和組裝限制可以降低最終產品的復雜性。本應用報告將討論制造和組裝包含X2SON封裝的PCB時的一些限制。有三個主要因素影響制造印制電路板(PCB)的封裝尺寸和間距。它們是：PCB制造、焊料應用和元件布局。

　　2 PCB制造

　　PCB的設計必須符合PCB制造商的制造規格。PCB的可制造性取決于所需的間隙規格。更緊密的間隙規格會導致復雜性增加，限制可用制造商的數量。

　　大多數成熟的印刷電路板制造商可以生產間距和布線為0.1 mm(?4 mil)的銅層，并可鉆出小至0.1 mm(?4 mil)的孔。X2SON系列封裝的基礎PCB尺寸僅需0.208 mm(8.2 mil)間距——這完全在制造范圍內。

　　用這些封裝制造的主要問題來自用于連接中心引腳的方法。PCB的可制造性將受到四個主要間隙規格的影響：布線間距、布線寬度、鉆孔直徑和孔環直徑。圖3可視化呈現了每個規格。

　　圖3.間隙規格

　　圖4顯示了連接中心引腳的第一個選項。此選項用于X2SON-5(DPW)封裝的同一層的兩個引腳之間進行布線。這將引入布線間距和布線寬度限制。角焊盤之間的最大間距為0.26 mm(10.2 mil)，并假設在不增加復雜性的情況下允許制造的最小布線寬度為0.1 mm(?4 mil)，布線最小間距為0.08 mm(3.15 mil)。布線間距要求小于0.1 mm(?4 mil)將增加制造的復雜性，某些PCB制造廠家可能無法制造。在撰寫本文時，主要PCB制造商可以實現0.05 mm(?2 mil)的細節精度。

　　圖5顯示了布線到中心引腳的第二個選項。此選項在X2SON-5(DPW)封裝焊盤的單獨信號層上布線，并使用通孔連接到中心引腳。通過在底層上布線，可以避免在頂層上緊密的布線間距和布線寬度。這種布局方法將導致與鉆孔尺寸和孔環相關的其他限制。為了避免增加復雜性和可能的制造問題，鉆孔直徑必須保持大于0.1 mm(?4 mil)。此外，通孔直徑必須小于0.35 mm(13.78 mil)，以便通孔小于中心引腳。這需要0.125 mm(?5 mil)的最小孔環規格。因為大多數PCB制造廠可輕易實現0.125 mm的孔環規格，此選項提供了最有效的解決方案。

　　圖4.X2SON-5(DPW)封裝中心引腳布局選項1 圖5.X2SON-5(DPW)封裝中心引腳布局選項2

　　在中心焊盤上設置通孔時，必須考慮鉆孔尺寸限制。使用直徑為0.1 mm(?4 mil)或更小的鉆孔將通孔直接設置在中心焊盤中。圖7顯示了一個0.1 mm的通孔，用于在中心焊盤上縮放。請注意，如果使用這種方法，建議在焊接鋼網上使用稍大的焊料孔徑，因為有些焊料會吸入通孔。即使焊料稍微放置在焊盤外面，只要焊盤不與任何其他焊盤或焊料接觸，它就會被拉到焊盤上。

　　圖6和圖7顯示了覆蓋有適當器件的布局示例。請注意，阻焊層窗孔大于外部焊盤，這允許對這些焊盤進行視覺焊接檢查。此外，焊盤金屬在阻焊層下方延伸，以特別增加焊盤的物理強度。準確的測量值在每個器件數據表的機械制圖部分提供。

　　圖 6.X2SON-5(DPW)封裝PCB完整的封裝示例，顯示旁路電容器 圖 7.X2SON-6(DTB)封裝PCB封裝示例，不顯示旁路電容器

　　3 焊錫膏應用

　　由于涉及的問題很多，焊錫膏應用是微小部件最關注的領域。需要在焊盤上放置正確數量的焊料。焊料量受鋼網厚度、焊料類型以及孔徑大小和形狀的影響。這對于間距小于0.4 mm(15.7 mil)的封裝來說變得更加困難。TI的X2SON封裝保持了0.4 mm(15.7 mil)的間距，同時減小了整體封裝尺寸，從而使得在組裝過程中出現更多誤差也不會對產量產生顯著影響。

　　TI建議使用0.1 mm(?4 mil)厚的焊料鋼網，孔徑尺寸在焊盤尺寸的92%至100%之間，以進行適當的焊料沉積。當使用盤中孔方法時，這應該增加10%。圖8和圖9分別展示了TI的X2SON-5(DPW)和X2SON-6(DTB)封裝的焊錫膏建議。

　　焊料鋼網孔徑尺寸與焊錫膏選擇有關。今天，用于SMT焊接的錫膏主要有兩種類型：III型和IV型。III型焊錫膏現在已經成為標準，當需要更一致和更精細的顆粒時，使用IV型錫膏。III型錫膏含有直徑為25-45μm(0.98-1.77 mil)的顆粒，IV型焊料含有直徑為20-38μm(0.79-1.50 mil)的顆粒。典型的經驗法則是孔徑寬度應該至少是焊球尺寸的5倍。考慮到圖8所示的0.24 mm(9.45 mil)孔徑，焊錫球直徑必須小于0.048 mm(1.89 mil)，這意味著可以使用III型焊錫膏。

　　圖8.X2SON-5(DPW)封裝焊料鋼網示例 圖9.X2SON-6(DTB)封裝焊料鋼網示例

　　4 元件布局

　　貼片機的元件布局通常非常準確，精度約為±30μm。圖10和圖11顯示了X2SON封裝的三分之一焊盤布局錯誤。為了正確安裝部件，X2SON-5封裝需要±83μm(3.28 mil)或更高的精度，而X2SON-6封裝需要±72μm(2.94 mil)的精度。這樣可以使所有引腳與焊錫膏良好接觸，并防止它們與焊盤對齊超過三分之一。在焊接過程中，來自熔化焊料的表面張力將使部件對齊。由于很多貼片機都比所需的精度值要好，所以這個問題不應成為主要PCB組裝公司的問題。

　　圖10.X2SON-5(DPW)封裝最大偏移量 圖11.X2SON-6(DTB)封裝最大偏移量

　　作者：德州儀器 Emrys Maier, Tim Claycomb