基于X2SON封装的PCB布局限制

作者：德州仪器 Emrys Maier， Tim Claycomb

摘要

大多数德州仪器（TI）超小外形无引脚（X2SON）器件的电路板布局和钢网信息均在其数据表中提供。本文档帮助印刷电路板（PCB）设计人员理解并更好地使用这些信息来优化设计。

由于采用X2SON的小封装尺寸，使用X2SON封装让用户能够压缩PCB布局并实现极小空间的设计。在使用这种节省空间的封装时，了解一些关键的PCB制造与组装限制可以降低最终产品的复杂性。本应用报告将讨论制造和组装包含X2SON封装的PCB时的一些限制。有三个主要因素影响制造印制电路板（PCB）的封装尺寸和间距。它们是：PCB制造、焊料应用和元件布局。

引言

大多数德州仪器（TI）超小外形无引脚（X2SON）器件的电路板布局和钢网信息均在其数据表中提供。本文档帮助印刷电路板（PCB）设计人员理解并更好地使用这些信息来优化设计。

由于采用X2SON的小封装尺寸，使用X2SON封装让用户能够压缩PCB布局并实现极小空间的设计。在使用这种节省空间的封装时，了解一些关键的PCB制造和组装限制可以降低最终产品的复杂性。本应用报告将讨论制造和组装包含X2SON封装的PCB时的一些限制。有三个主要因素影响制造印制电路板（PCB）的封装尺寸和间距。它们是：PCB制造、焊料应用和元件布局。

2 PCB制造

PCB的设计必须符合PCB制造商的制造规格。PCB的可制造性取决于所需的间隙规格。更紧密的间隙规格会导致复杂性增加，限制可用制造商的数量。

大多数成熟的印刷电路板制造商可以生产间距和布线为0.1 mm（〜4 mil）的铜层，并可钻出小至0.1 mm（〜4 mil）的孔。X2SON系列封装的基础PCB尺寸仅需0.208 mm（8.2 mil）间距——这完全在制造范围内。

用这些封装制造的主要问题来自用于连接中心引脚的方法。PCB的可制造性将受到四个主要间隙规格的影响：布线间距、布线宽度、钻孔直径和孔环直径。图3可视化呈现了每个规格。

图3.间隙规格

图4显示了连接中心引脚的第一个选项。此选项用于X2SON-5（DPW）封装的同一层的两个引脚之间进行布线。这将引入布线间距和布线宽度限制。角焊盘之间的最大间距为0.26 mm（10.2 mil），并假设在不增加复杂性的情况下允许制造的最小布线宽度为0.1 mm（〜4 mil），布线最小间距为0.08 mm（3.15 mil）。布线间距要求小于0.1 mm（〜4 mil）将增加制造的复杂性，某些PCB制造厂家可能无法制造。在撰写本文时，主要PCB制造商可以实现0.05 mm（〜2 mil）的细节精度。

图5显示了布线到中心引脚的第二个选项。此选项在X2SON-5（DPW）封装焊盘的单独信号层上布线，并使用通孔连接到中心引脚。通过在底层上布线，可以避免在顶层上紧密的布线间距和布线宽度。这种布局方法将导致与钻孔尺寸和孔环相关的其他限制。为了避免增加复杂性和可能的​​制造问题，钻孔直径必须保持大于0.1 mm（〜4 mil）。此外，通孔直径必须小于0.35 mm（13.78 mil），以便通孔小于中心引脚。这需要0.125 mm（〜5 mil）的最小孔环规格。因为大多数PCB制造厂可轻易实现0.125 mm的孔环规格，此选项提供了最有效的解决方案。

图4.X2SON-5（DPW）封装中心引脚布局选项1 图5.X2SON-5（DPW）封装中心引脚布局选项2

在中心焊盘上设置通孔时，必须考虑钻孔尺寸限制。使用直径为0.1 mm（〜4 mil）或更小的钻孔将通孔直接设置在中心焊盘中。图7显示了一个0.1 mm的通孔，用于在中心焊盘上缩放。请注意，如果使用这种方法，建议在焊接钢网上使用稍大的焊料孔径，因为有些焊料会吸入通孔。即使焊料稍微放置在焊盘外面，只要焊盘不与任何其他焊盘或焊料接触，它就会被拉到焊盘上。

图6和图7显示了覆盖有适当器件的布局示例。请注意，阻焊层窗孔大于外部焊盘，这允许对这些焊盘进行视觉焊接检查。此外，焊盘金属在阻焊层下方延伸，以特别增加焊盘的物理强度。准确的测量值在每个器件数据表的机械制图部分提供。

图 6.X2SON-5（DPW）封装PCB完整的封装示例，显示旁路电容器 图 7.X2SON-6（DTB）封装PCB封装示例，不显示旁路电容器

3 焊锡膏应用

由于涉及的问题很多，焊锡膏应用是微小部件最关注的领域。需要在焊盘上放置正确数量的焊料。焊料量受钢网厚度、焊料类型以及孔径大小和形状的影响。这对于间距小于0.4 mm（15.7 mil）的封装来说变得更加困难。TI的X2SON封装保持了0.4 mm（15.7 mil）的间距，同时减小了整体封装尺寸，从而使得在组装过程中出现更多误差也不会对产量产生显著影响。

TI建议使用0.1 mm（〜4 mil）厚的焊料钢网，孔径尺寸在焊盘尺寸的92％至100％之间，以进行适当的焊料沉积。当使用盘中孔方法时，这应该增加10％。图8和图9分别展示了TI的X2SON-5（DPW）和X2SON-6（DTB）封装的焊锡膏建议。

焊料钢网孔径尺寸与焊锡膏选择有关。今天，用于SMT焊接的锡膏主要有两种类型：III型和IV型。III型焊锡膏现在已经成为标准，当需要更一致和更精细的颗粒时，使用IV型锡膏。III型锡膏含有直径为25-45μm（0.98-1.77 mil）的颗粒，IV型焊料含有直径为20-38μm（0.79-1.50 mil）的颗粒。典型的经验法则是孔径宽度应该至少是焊球尺寸的5倍。考虑到图8所示的0.24 mm（9.45 mil）孔径，焊锡球直径必须小于0.048 mm（1.89 mil），这意味着可以使用III型焊锡膏。

图8.X2SON-5（DPW）封装焊料钢网示例图9.X2SON-6（DTB）封装焊料钢网示例

元件布局

贴片机的元件布局通常非常准确，精度约为±30μm。图10和图11显示了X2SON封装的三分之​​一焊盘布局错误。为了正确安装部件，X2SON-5封装需要±83μm（3.28 mil）或更高的精度，而X2SON-6封装需要±72μm（2.94 mil）的精度。这样可以使所有引脚与焊锡膏良好接触，并防止它们与焊盘对齐超过三分之一。在焊接过程中，来自熔化焊料的表面张力将使部件对齐。由于很多贴片机都比所需的精度值要好，所以这个问题不应成为主要PCB组装公司的问题。

图10.X2SON-5（DPW）封装最大偏移量图11.X2SON-6（DTB）封装最大偏移量