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PCBA 可制造性工艺设计(DFM)规范














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DMBM0.0004.0001

PCBA 可制造性工艺设计规范
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1 概述
1.1 本工艺说

明书适用于深圳爱迅计算机有限公司内部以及相关客户, 控制及检验生产制程中因设计因素 引起的品质问题与生产效率问题。帮助客户在开发及量产阶段,设计适用SMD 的PCB 时,事前考虑PCBA 的质 量、可生产性、可靠性而设计,从而确保产品的早期品质,并提高生产性及可靠性。 1.2 明确深圳爱迅计算机有限公司生产工艺制程能力。 确定利于生产的项目因素, 固定有利项目并标准化。 1.3 本工艺说明书针对深圳爱迅计算机有限公司所拥有设备生产能力、 品质检验标准、 电子行业相关设计 标准以及生产过程中实际经验制定。 1.4 符合本工艺说明设计的产品称为标准产品,反之,称为非标产品。非标产品工艺制程能力不在本工艺 说明,按相关产品制定其工艺制程。 1.5 蓝色字体为工艺设计允许条件及需注意条件说明,红色为工艺设计限制说明。

2 参考资料
IPC-A-610C, Acceptability of Electronic Assemblies 电子组装件的验收条件 IPC2221, Generic Standard on Printed Board design 印刷电路板设计通用标准 SJ/T10670—1995 表面组装工艺通用技术要求 IPC-7351—表面贴装设计和焊盘图形标准通用要求

3 内容与要求
3.1 术语 1、SMT(Surface Mounting Technology)表面贴装技术,指用自动贴装设备将表面组装元件/器件 贴装到PCB 表面规定位置的一种电子装联技术。 2、THT: Through Hole Technology(THT) 通孔插装技术 3、PCB(Printed Circuit Board) 指在印刷电路基板上,用铜箔布置的电路。 4、PCBA(Printed Circuit Board Assembly)指采用表面组装技术完成装配的电路板组装件。 5、SMD(Surface Mounting Device)表面贴装元件,它不同于以前的通孔插装部品,而是贴装在PCB 的表面。 6、SOP(Small Out-line Package) 它是在长方形BODY 两侧,具有约8~40pin 左右的Lead的表面贴 装IC,Lead Pitch 有0.5mm,0.65mm,0.8mm,1.27mm 等。 7、QFP(Quad Flat Package)它是在正方形或长方形BODY 四周具有约100~250Pin 左右Lead 的表 面实装用IC, Lead Pitch 有 0.4mm, 0.5mm, 0.65mm, 0.8mm 等。 8、BGA (Ball Grid Array)它是具有 Ball Type 的电极的封装,Lead Pitch 有0.8mm,1.27mm 等。 9、波峰焊(Wave Soldering)将溶化的软钎焊料,经电动泵或电磁泵喷流成设计要求的焊料波峰, 使预先装有电子器件的印制板通过焊料波峰,实现焊接。 10、回流焊(Reflow Soldering)它不同于以前的Wave Soldering,是事先把焊膏涂敷在PCB上后加热焊 接的焊接方式。 11、基准 Mark (FIDUCIAL MARK): Screen Printer, Chip Mounter 等 SMT 装备,为了辨认、补 正基板或部品的坐标而使用的焊盘。 12、ICT : 是In-Circuit Test 的缩写。它是在 Soldering 后,检查PBA 的short/open 及各种部品的特 性的工程或装备。 13、T/P : 是Test Point 的缩写。它是在ICT 或使用 Function Test JIG 时,为了通过pin 的接触检查 制品而设计的另类的Lead。

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3.2 PCBA 加工工序设计 制成板的元件布局应保证制成板的加工工序合理,以便于提高制成板加工效率和直通率。PCB布局选 用的加工流程应使加工效率最高。加工工艺的优选顺序为:元件面单面贴装——元件面贴、插混装(元件 面插装焊接面贴装一次波峰成型)——双面贴装——元件面贴插混装、焊接面贴装。常用PCBA 的7 种主 流加工流程如下: 序 号 1 2 3 4 5 名称 单面插装 单面贴装 单面混装 双面混装 (单 面覆铜板) 双面贴装、 手 工焊装 常规波峰焊 双面混装 改进波峰焊 双面混装 工艺流程 成型—插件—波峰焊接 锡膏印刷—贴片—回流焊接 锡膏印刷—贴片—回流焊接—插件—波 峰焊接 胶水印刷—贴片—固化—翻板—插件— 波峰焊接—手工焊接 锡膏印刷—贴片—回流焊接—翻板—锡 膏印刷—贴片—回流焊接—手工焊接 锡膏印刷—贴片—回流焊接—翻板—胶 水印刷—贴片—固化—翻板—插件—波 峰焊接—手工焊接 锡膏印刷—贴片—回流焊接—翻板—锡 膏印刷—贴片—回流焊接—插件—波峰 焊接—手工焊接 特点 效率高, PCB加热一次 效率高, PCB加热一次 效率高, PCB加热二次 效率较高, PCB加热二 次 效率低, PCB加热二次 适用范围 器件为THD 器件为SMD 器件为SMD、 THD 器件为SMD、 THD 器件为SMD、 THD 器件为SMD、 THD 器件为SMD、 THD

6

效率低, PCB加热三次

7

效率较高, PCB加热三 次

对于双面都有元件的PCB,较大、较密的IC,如:QFP,BGA,SOJ,PLCC,CSP 等封装的元件放在板子 的顶层,对于一些元件底部有散热面的封装也必须放在顶层(如:SOT89,TO-252,TO-263/TO-268等), 插件元件也建议都放在顶层,插装元件的另一面(底层)只能放置较小的元件和管脚数较少且排列松散的 贴片元件,柱状表面贴器件应放在底层。 两面过回流焊的PCB的BOTTOM面要求无大体积、 太重的表贴器件需两面都过回流焊的PCB, 第一次回流 焊接器件重量限制如下: A=器件重量/引脚与焊盘接触面积 片式器件 A≦0.075g/mm2 翼形引脚器件:A≦0.300g/mm2 J 形引脚器件:A≦0.200g/mm2 阵列器件:A≦0.100g/mm2 若有超重的器件必须布在BOTTOM面,则应通过试验验证可行性。 设计和布局PCB 时,首先,应尽量使用SMD元件; 布局采用单面混装设计。应尽量允许器件过波峰焊接。 选择器件时尽量少选不能过波峰焊接的器件, 另外放在 焊接面的器件应尽量少,以减少手工焊接。 电子文件名:000040001.doc 3.3 PCB 外形尺寸 a. PCB 外形尺寸需要满足下述要求: PCB 最小尺寸值(mm) L 50 W 50 T 0.4 PCB 最大尺寸值(mm) L 420 W 350 T 4.0

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b. 当PCB 的尺寸小于50mm×50mm 时,必须进行拼板设计,拼板后的尺寸要小于420×350mm。 c. PCB 四角建议倒圆角。半径R=2mm (如下图),有整机结构要求的可自定义,可以倒圆角R>2mm。

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3.4 PCB 工艺边要求 工艺边指在生产过程中设备及工装需要夹持的PCB的边缘部分。 a. 距PCB边缘5mm范围内不建议布局元件焊盘、MARK。如果在距PCB边缘5mm范围内有件需要增 加工艺边,以保证PCB有足够的可夹持边缘。工艺夹持边与PCB可用邮票孔或者V形槽连接。 b. 工艺边内的导电铜箔应尽量宽。 c. 工艺边内不能排布机装元器件,机装元器件的实体不能进入工艺边及其上空。 d. 手插元器件的实体不能落在上、下工艺边上方 3mm高度内的空间中,不能落在左、右工艺边上 方2mm高度内的空间中。 e. 不规则的PCB没有做拼板设计时必须加工艺边。 3.5 PCB 丝印要求 a. PCB上应有厂家的完整信息,PCB板号、版本号、CODE NO等标识位置明确、醒目。 b. 所有元器件、 安装孔和散热器都有对应的丝印标识和位号 (密度较高, PCB上不需作丝印的除外) 。 c. 丝印字符遵循从左到右,从上到下的原则。对于电解电容、二极管等有极性的器件,在每个功能 单元内尽量保持方向一致。 d. 有极性的元器件及接插件其极性在丝印图上表示清楚,极性方向标识要统一,易于辨认,元件贴 装后不应盖住极性标识。特别是数字标识要容易辨识。 e. PCB上器件的标识必须和BOM清单中的标识符号完全一致。 f. 丝印不能在焊盘上,丝印标识之间不应重叠、交叉,不应被贴装后元件遮挡,避免过孔造成的丝 印残缺。 g. 所有器件皆须有文字框,其文字框外缘不可互相接触、重叠。 h. 生产流向标识一般用箭头标识。在流向箭头的后端,顶面用字母T标识、底面用字母B标识,过波 峰焊标识用字母W。如图所示:

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i. 丝印的粗细、方向、间距、精度等要按标准化。具体要求如下:丝印字体中心距应相同,线条宽 度应>0.2mm,推荐0.3mm,字高>1.5mm,板上所有标记、字符等尺寸应统一,因标注位置所限无法标记的, 可在其他空处标记,但应用箭头指示,以免误解。 j. 如PCBA要贴“条码”或“QC标签”,PCB 应该留有“标签”的位置,建议长度为25mm,宽度为10mm。 “标签”下面应无其它丝印标识和测试点。 k. IC,排插引脚元件在TOP、BOTTOM两面都要标注引脚功能或数字序号,脚多的可间隔标注数字序号 或功能,但至少要给出首、末的Pin编号。

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3.5 PCB 基准 Mark 要求 PCB 基准Mark 的设定目的是为了保证PCB 制作上的误差及装备安装时的误差,把任意的3 点作为基 准,根据偏差程度自动补正。基准Mark 包括整板Mark、局部Mark 和坏板Mark 三种。 基准Mark 设计要求: a. 整板Mark 应放置在TOP 面和BOTTOM 面(BOTTOM 面无贴片元件时可不放置) b. 整板至少有三个Mark,呈L 形分布,且对角Mark 关于中心不对称。

c. Mark 类型首选为实心圆, 直径为1mm, 周边有反差标记Φ2.5mm; 其次为方形,边长为1mm。

d.Mark 点Φ3.0mm 内不允许有焊盘、过孔、测试点或丝印标识 等。Mark 点不能被V-Cut所切造成机器无法辨识。 e. Mark 要求表面洁净、平整,边缘光滑、齐整,颜色与周围的背景色有明显区别。 f. Mark 中心距PCB 板边的距离至少5mm。 g. 对于BGA、CSP,引脚间距小于等于0.5mm 的QFP 等器件必须加局部Mark。局部Mark应放在对 角位置上,建议做在器件封装库中。 电子文件名:000040001.doc

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3.6 PCB 拼板设计 a. 一般原则:当PCB 单元的尺寸<50mm×50mm 时,必须做拼板。但拼板后的PCB 尺寸不超过420mm ×350mm。 b. 拼板的尺寸应以制造、装配、和测试过程中便以加工,拼板不应产生较大变形为宜。 c. 拼板中各块PCB 之间的互连采用双面对刻V 形槽或邮票孔设计。 d. PCB 拼板设计时应以相同的方向排列。 e. 一般平行PCB传送边方向的V-CUT线数量≤3(对于细长的单板可以例外)。如下图:

f.拼板的基准MARK 加在每块小板的对角上,一般为二个。如上图。 3.7 SMD 排布要求 对于热风回流焊工艺,元件的放置方向对于焊接有一定影响。元器件放置方向应考虑布线,装配,焊 接和维修的要求后,尽量统一。在PCB 上的元件尽量要求有统一的方向,有正负极型的元件也要有统一的 方向。 a. SMD 排布禁止区域:距PCB 长边边缘5mm 和短边3mm 的范围内不应有贴装元件,如果需要贴 装元件可以增加工艺边。

b. 元件排布方向要求:Chip 元件的方向应与Soldering 进行方向垂直;IC 类元件的配置方向应与 Soldering 进行方向平行。 电子文件名:000040001.doc

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c. 贴片元件的间距要求: 如下图。

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d.V-Cutting 贴片元件排布要求

e. 红胶回流固化工艺元件排布要求:红胶固化因只是起到元件固定的作用,因此需选择小型封装元 件如:CHIP(0603、0805、2520),SOT23,SOT143,SOT223,SOIC。不能用于红胶固定的元件封装:排 阻,BGA,SOJ,PLCC,CSP,SOT89/SC-62,SOT252,SOT263/SOT268等。 d. 元件封装形式为下图所示,元件本体与PCB间间距 h≥0.15mm时,不推荐用红胶固化方式生产。 e. 因红胶工艺生产完成后,仅固定了元件,并 未焊接,必需通过波峰焊完成焊接,元件高度限制在 5mm以下(H≤5mm),推荐不大于3mm。如图所示。 f. 红胶面(BOTTOM面)元件布局如下图,CHIP元器件按波峰焊接方向由低到高排列;要特别注意锡 流流动的方向,布局放置元件时,应注意阴影效应。BOTTOM面只能放置较小的元件和管脚数较少且排列松 散的贴片元件,柱状表面贴器件应放在底层。
0603 1.27/50 1.27/50 1.27/50 1.27/50 1.27/50 1.27/50 1.52/60 1.52/60 1.27/50 1.27/50

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相同类型 器件焊盘 间距 L (mm/mil)

0805 1206 ≥1206 SOT封装 钽电容3216、 3528 钽电容6032、 7343 SOP 0603 0805

相同类型 器件本体

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1206 ≥1206 SOT封装 钽电容3216、 3528 钽电容6032、 7343 1.27/50 1.27/50 1.27/50 1.27/50 2.54/100 1.27/50 1.27/50 1.27/50 1.27/50 1.27/50 1.27/50 1.52/50 2.54/100 2.54/100

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通孔与其他器件 0603与其他器件

不同类型 器件本体 间距 B (mm/mil)

0805与其他器件 1206与其他器件 ≥1206与其他器 SOT封装与其他器 钽电容3216、 3528 钽电容6032、 7343 SOIC与其他器件

g. 红胶固化元器件的焊盘设计:因要克服熔锡表面张力,消除锡流的阴影效应,BOTTOM面SMD元件的 焊盘与TOP面锡膏印刷回流焊接SMD元件焊盘设计有一定区别。IC应开聚锡盘,以减少IC连焊; CHIP器件: P=SMD元件高度 H; IC器件: SOIC引脚长度 L; P=2L; 聚锡盘宽度 B=2*焊盘宽度 1. 一 般 不 建 议 QFP 封 装 的 IC红胶固定后,波峰焊接; 2. 单面敷铜板因设计因素 而采用固定后波峰焊接的方 式,则需如图所示设计器件 焊盘,并如图布局; 3. QFP 封 装 引 脚 间 距 P ≥ 0.65mm,可用此方式,否则 应采用回流焊接。

h. 焊盘设计要求: 1. 对于QFP,SOP,SOJ等 IC 的焊盘,焊盘引脚不能直接相连。应外引相连。引线不能从焊盘中 部引出,应从焊盘两端引出。如图所示。

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2.从贴片焊盘引出的过孔应与焊盘分离。如焊盘与过孔直接相连,过孔应覆盖阻焊膜(绿油)。 不能直接将过孔放置在焊盘上,造成少锡、虚焊等现象,从而效率低下。

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i. 回流焊片式元件两端焊盘的散热对称性要求:为了避免器件过回流焊后出现偏位、立碑现象,回 流焊片式元件两端焊盘应保证散热对称性,焊盘与导线的连接部宽度应大于0.3mm。

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j. 大面积铜箔与焊盘相连要求: 用隔热带将SMD器件的引脚与大面积铜箔进行热隔离处理, 可减少立 碑、虚焊、焊点不良等现象,如下图:

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k. 敷铜的添加: 印制板上有大面积地线和电源线区 (面积超过500平方毫米) 外层敷铜如要完全添实, 最好用网格形式敷铜,其网格最小不得小于0.6mm X 0.6mm,建议使用30mil X 30mil 的网格敷铜。可极 大减小PCB因回焊温度引起的变形,同时可让制成板受热更均匀。如下图:

3.8 THD 元件成型 a. 轴向元件成型设计要求:如下图,应特别注意轴向元件保留封装保护距离,可消除应力,提高元 件使用寿命。 电子文件名:000040001.doc

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b. 非轴向元件成型设计如下图, 以TO-220-5脚封装为例, 说明元件引脚成型均应保留封装保护距离, 可消除应力,同时波峰焊接时可减少连锡现象。

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3.9 THD 器件排布 a. 每一块PCB上都必须用实心箭头标出过锡炉(波峰焊接)的方向:

b. THD 元件排布方向要求: 轴向元件的方向应与Soldering 进行方向垂直;IC 类元件的配置方向 应与Soldering 进行方向垂直。较轻的器件如二级管和1/4W 电阻等,布局时应使其轴线和波峰焊方向垂 直。这样能防止过波峰焊时因一端先焊接凝固而使器件产生浮高现象。布局时,DIP封装的IC摆放的方向 必须与过锡炉的方向成垂直,不可平行。如下图,如果布局上有困难,可允许水平放置IC(SOP封装的IC 摆放方向与DIP相反)。

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c. THD 元件的放置间距要求,过波峰焊的插件元件焊盘间距大于1.0mm为保证过波峰焊时不连锡, 过波峰焊的插件元件焊盘边缘间距应大于1.0mm。优选插件元件引脚间距(pitch)≧2.0mm,焊盘边缘间 距≧1.0mm。元器件放置方向应考虑布线,装配,焊接和维修的要求后,尽量统一。在PBA 上的元件尽量 李勐 10/17/2009 拟 制 深圳爱迅计算机有限公司





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要求有统一的方向, 有正负极型的元件也要有统一的方向。 同时, 应考虑元件最小间距及波峰焊接的方向。 见下表。 相对位置 深圳爱迅计算机有限公司 版权所有:侵犯必究 1/16W 电阻 1/4W 电阻 跳线

X=2.5mm

X=2.5mm

X=2.5mm

X=2.5mm

X=2.5mm

X=2.5mm

X=3.0mm

X=3.2mm

X=3.0mm

X=3.2mm

X=3.4mm

X=3.2mm

d. THD 焊盘设计, 一般通孔安装元件的焊盘的大小(直径)为孔径的两倍,双面板最小为1.5MM,单面板 最小为2.0MM,建议(2.5MM)。如果不圆形焊盘,右用腰圆形焊盘,大小如下图所示(如有标准元件库,则 以标准元件库为准)
a 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 b 2.8 2.8 2.8 2.8 2.8 2.8 c 1.27 1.52 1.65 1.74 1.84 1.94

e. 大功率元器件焊盘设计:(如:变压器、大电流的插座、IGBT、MOS功率管等,通过电流5A以上的 元件)加大铜箔及上锡面积如下图;阴影部分面积最小要与焊盘面积相等。大电流通过的引脚应在焊盘上 加透焊孔。

电子文件名:000040001.doc

f. 设计单面敷铜板时, 需要过锡炉后手工焊的元件,焊盘要开走锡位,方向与过锡方向相反,宽度视孔 的大小为0.5MM到1.0MM。如下图:

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g. 设计双面板时要注意,金属外壳的元件,插件时外壳与印制板接触的,顶层的焊盘不可开,一定 要用绿油或丝印油盖住(例如:晶振)。 h. 跳线不要放在IC下面或马达、电位器以及其它大体积金属外壳的元件下。 i. 在大面积PCB设计中(大约超过 300cm2 以上),为防止过锡炉时PCB板弯曲,应在PCB板中间留一条5 至10MM宽的空隙不放元器件 (可以走线) 以用来在过锡炉时加上防止PCB板弯曲的压条,如下图的阴影区: ,

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j. PCB上如果有Φ12或方形12mm 以上的孔,必须做一个防止焊锡流出的孔盖,如下图:(孔隙为1.0mm)

k. 大面积铜箔与焊盘相连要求:“花焊盘”是可解决波峰焊接及手工焊接的焊点质量(针孔、透锡 不良、焊点不良等)问题,同时提高焊接效率。这是因为,如果直接与大面积的覆铜区相连,覆铜区将吸 取大量的热,局部焊接温度无法达到,焊接质量与效率都无法提高。在大面积铜箔上的元件的焊盘要求用 隔热带与焊盘相连,对于需过5A以上大电流的焊盘不能采用隔热焊盘,如图所示:

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l. 过波峰焊的插件元件焊盘间距大于1.0mm,为保证过波峰焊时不连锡,过波峰焊的插件元件焊盘 边缘间距应大于1.0mm。优选插件元件引脚间距(pitch)≧2.0mm,焊盘边缘间距≧1.0mm。插件元件每 排引脚为较多,以焊盘排列方向平行于进板方向排布器件时,当相邻焊盘边缘间距为0.6mm~1.0mm 时, 推荐采用椭圆形焊盘或加盗锡焊盘,如图。

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3.10 波峰焊托盘工装设计要求 a. 波峰焊托盘工装是针对 BOTTOM 面有贴片件的PCB 而设计的。如图

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b. 有 BGA 的双面贴片板、 BOTTOM 面有排阻和IC 的板必须采用双面回流工艺。 对于双面都有元件的 印制线路板,虽然采用双面涂敷锡膏的焊接工艺,仍然应将较大较密的IC,如QFP,BGA 等封装的元件放在 板子的顶层,通孔安装元器件也尽可能放在TOP 层。通孔安装元器件的另一面(BOTTOM层)放置较小的元 件和管脚数相对较少的IC,及SMD元器件。 c. THD元件尽量的分布在 PCB 的四周。 d. 底面贴片件的高度不高于 3mm(特殊情况除外)。 e. 尽量使用片式封装,减少托盘的开口数量。 f. PCB 每边中部、每角应分别留有15mm 宽的托盘不开口,保证托盘的强度。 g. 托盘的开口长边尽量与 PCB 在线体上的运动方向一致。 h. BOTTOM面SMD元器件与通孔元器件引脚间距:因过锡冶具的结构,要保留一定的空间以确保波峰焊 能够润湿通孔元器件引脚,间距参数如下表

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PCB外围通孔元件: 1. 印制线路板外围通孔元器件 与边框的最小距离为0.5mm; 2. 印制线路板外围通孔元器件 与内侧SMD元器件的最小距 离为3.0mm;无铅产品此距离 最小为5.0mm。

PCB内侧通孔元件: 1. 印制线路板内侧通孔元器件 与四膨SMD元器件的最小距 离为3.0mm;无铅产品此距离 最小为5.0mm。

对 于 BOTTOM面 SMD 元 器件 高 于3.0mm的,间距如左图所示。

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