PCB设计工艺规范

PCB设计工艺规范制作人：研发中心制作版本：2017-09本规范适用于通用电子产品的刚性印制电路板，部分条款不适用于高密度互连印制电路板和微波板设计。培训目的建立印制电路板设计、制造、组装（SMT）、测试和维修之间的相互关系，同时兼顾生产成本以及可靠性，并应用于产品设计，以达到缩短产品研发周期、降低产品成本、提高产品质量的目的。一般来说电子产品成本75%是由原理图设计和规格决定的，75%的制造和组装成本是由设计规范和设计说明决定的，75%的生产的缺陷是由设计造成的。由此可知，电子产品的成本、交期、品质是设计出来的、而不是制造出来的。在产品设计阶段，需要综合平衡印制电路板设计、印制电路板制造、印制电路板组装、印制电路板测试和维修等各种因素，从而缩短产品研发周期、降低产品成本、提高产品质量。相关名词解释（1）覆铜箔层压板MetalCladLaminate：在一面或两面覆有铜箔的层压板，用于制造印制电路板，简称覆铜箔板金属化孔PlatedThroughHole（PTH）：孔壁沉积有金属层的孔，主要用于层间导电图形的电气连接。非金属化孔nonPlatedThroughHole(NPTH)：孔壁没有金属层的孔，主要用于安装定位。导通孔ViaHole：用于导线连接的金属化孔，也叫中继孔、过孔。元件孔ComponentHole：用于把元件引线（包括导线、插针等）电气连接到印制电路板上的孔，连接方式有焊接和压接。通孔插装元器件ThroughHoleComponents（THC）：指适合于插装的电子元器件。表面贴装元件SurfaceMountedDevice(SMD)：焊接端子或引线制作在同一平面内，并适合于表面贴装的电子元器件。相关名词解释（2）A面ASide：安装有数量较多或较复杂器件的封装互联结构面，在IPC标准中称为主面。对应EDA软件而言，TOP面为A面；对插件板而言，元件面就是A面；对SMT板而言，贴有较多IC或较大元件的那一面为A面；B面BSide：与A面相对的互联结构面。光学定位基准符号：印制电路板上用于定位的图形识别符号。丝印机、贴片机、AOI靠它进行定位，又称MARK点或fiducial[fɪ'djuːʃjəl]。细间距（finePitch）：引脚间距≤0.4mm。引脚共面性（leadcoplanarity）：指表面贴装元器件引脚垂直高度偏差，即引脚的最高脚底与最低引脚底形成的平面间的垂直距离，其值一般不大于0.1mm。表面组装技术SurfaceMountedTechnology（SMT）：是一种无需在印制电路板上钻插装孔，直接将表面组装元器件贴﹑焊到印制电路板表面规定位置上的电路装联技术。波峰焊（wavesoldering）：将溶化的焊料，经专用设备喷流成设计要求的焊料波峰，使预先装有电子元器件的印制电路板通过焊料波峰，实现元器与印制电路板焊盘之间的连接。目录DIRECTORY叠层步骤说明01PART电路板外形及拼板02PART可生产可操作参数03PART推荐设计方式04PART叠层步骤说明PART01增强材料导电铜箔树脂印制电路板基材的铜箔有三种：压延铜箔（RA）、电解铜箔（ED）、皮铜。电解铜箔是采用电镀方式形成，其铜微粒结晶状态为垂直针状，易在蚀刻时形成垂直的线条边缘，有利于精细线路的制作，但在弯曲半径小于5mm或动态挠曲时，针状结构易发生断裂，因此常用于刚性板和一次挠曲产品上；而压延铜箔采用压力压蹍而成，铜微粒呈水平轴状结构，因此压延铜箔板材虽贵，但挠曲性能好。皮铜的挠曲性能最好，但很少使用。常用基材树脂性能参数树脂类别Dk（1GHz）Df（1GHz）生产性成本典型材料环氧树脂3.9-4.50.025GoodLowTU768/752IT180A改性环氧树脂3.0-3.60.01-0.015GeneralHighTU872SLK聚苯醚2.450.007BadHigherMegtron6RO4350BTU883PTFE2.10.0004WorstHighestRO3000系列、AD300C印制电路板基材常用玻纤布作为增强材料。常规玻纤布规格有106、1080、2116、3313和7628，开纤玻璃布规格有1035、1078等。常规玻纤布Dk值约为3.6-4.2左右，树脂Dk值约为3.9-4.5左右；由于单板上Dk值不均匀，将引起如下问题：阻抗一致性差；阻抗波动；信号延时不一致。1、确定基材型号01020304当温度升高到某一区域时，基板将由玻璃态”转变为“橡胶态”，此时的温度称为该板的玻璃化温度(Tg)。也就是说，Tg是基材保持刚性的最高温度(℃)。普通印制电路板基板材料在高温下，不但产生软化、变形、熔融等现象，同时还表现在机械、电气特性的急剧下降。当选用高温压合和焊接时应考虑此因素，如10层板及以上，无铅焊接等Tg:玻璃化转变温度“相对电容率”（即介质常数）太大时，所造成讯号传播（输）速率变慢的效果，可利用著名的MaxwellEquation加以说明：Vp（传播速率）＝C（光速）∕√εr（周遭介质之相对容电率）此式若用在空气之场合时（εr＝1），此即说明了空气中的电波速率等于光速。但当一般多层板面上讯号线中传输“方波讯号”时（可视为电磁波），须将FR-4板材与阻焊剂的εr（Dk）代入上式，其速率自然会比在空气中慢了许多，且εr愈高时其速率会愈慢。高速板必须考虑此因素εr：相对电容率(Dk介质常数)世界上并无完全绝缘的材料存在，再强的绝缘介质只要在不断提高测试电压下，终究会出现打穿崩溃的结局。即使在很低的工作电压下（如目前CPU的2.5V），讯号线中传输的能量也多少会漏往其所附着的介质材料中。对高频（HighFrequency）讯号欲从板面往空中飞出而言，板材Df要愈低愈好，例如800MHz时最好不要超过0.01。否则将对射频（RF）的通讯（信）产品具有不良影响。且频率愈高时，板材的Df要愈小才行。高频或者射频板是需考虑此因素Df：散失因素以「热重分析法」(ThermalGravityAnalysis)将树脂加热中失重5%(WeightLoss)之温度点定义为Td。Td可判断基材之耐热性,作为是否可能产生爆板的间接指标。IPC建议因应无铅焊接,一般Tg之Td310℃,MidTg之Td325℃,HighTg之Td340℃。在组装之波峰焊过程,无铅焊料因过於僵硬,容易产生局部龟裂或将铜环从板面拉起造成局部扯裂的状态。当选用波峰焊和无铅焊接时要考虑此因素Td：分解温度(裂解温度)印制电路板基材选型要点基材选择应满足产品温度（焊接和工作温度）、电气性能（信号速率、载流量等）、互连件（焊接件和连接器）、结构强度和电路密度等条件。比较不同基材时，应包含以下技术指标：热稳定性、结构强度、电气性能、抗弯强度、最大持续可靠的工作温度、玻璃化温度（Tg）、机加工性和冲孔性、热膨胀系数（CTE）、尺寸稳定性和总厚度公差等。以下只选取4点说明：结合印制电路板基材的热性能、物理性能、机械性能和电气性能，产品性能要求、使用环境等,兴森部分推荐基材参考如下：返回2、确认叠层顺序应该以下基本叠层要求：(1)首先应满足顾客叠层要求。在遇到无法按照顾客要求的叠层进行设计时，应与顾客沟通确认。(2)印制电路板叠层分布应首尾对称（含芯板厚度、PP片、铜厚、芯板类型），且对称层残铜率须一致，同一层铜上下或左右分布对称，防止翘曲(3)多层印制电路板每个信号层最好有一个相邻或相近的地平面，相邻信号层间距拉大，一般不允许有两个以上的信号层相邻。(4)电源层和地层应相邻或靠近。在叠层中的电源层和地层可看成是电容的两个极板，极板间的距离越近、介电常数越大，则电容越大，阻抗越低，可以起到有效抑制噪声的作用。(5)尽量避免两个电源层相邻，以免导致电源平面之间的AC耦合。(6)相邻导电层之间粘结片为2或3片，固化后的最小介质层厚度：IPC要求最小介质厚度为0.03mm、但宜考虑使用低粗糙度铜箔、并考虑所承受的电压、以避免层间击穿。GJB或QJ标准为0.09mm。(7)当电压大于100V时，应增加介质层厚度。返回印制电路板的表面处理，在元器件和印制电路板的互连电路之间形成一个关键界面。作为其最基本的功能，表面处理的最终目的是提供了一层保护膜，保护暴露的铜面，以维护其良好的焊接性能。应用时注意是否为航天产品？是否有=0.5mm的bga、0201及以下、0.5mm的QFP或QFN封装？是否有金手指？3、各表面处理工艺厚度表格返回4、芯板与PP片标称厚度PP厚度理论与实际参数根据PCB确认铜箔厚度和层数，再进行板厚计算。覆铜板1/0、H/H、1/1和H/0说明：1/0单面35um（一盎司）铜箔、H/H双面18um（半盎司）铜箔、1/1双面35um（一盎司）铜箔、H/0单面18um（半盎司）铜箔。（.X/X分别代表板材两面铜箔的厚度）返回不含铜板厚含铜板厚1foot=12inch=304.8mm1inch=25.4mm1mil=0.0254mm1inch=1000mil1OZ=28.375g1OZ铜箔其真正厚度为1.38mil或35μm5、芯板物料板厚规格说明返回芯板介电常数PP片介电常数6、介电常数说明规格（原始厚度）有7628（0.185mm/7.4mil），2116（0.105mm/4.2mil），1080（0.075mm/3mil），3313（0.095mm/4mil），实际压制完成后的厚度通常会比原始值小10-15um左右（即0.5-1mil），因此叠层设计的最小介质层厚不得小于3mil，即最少为一张1080PP。同一个浸润层最多可以使用3个半固化片，而且3个半固化片的厚度不能都相同，最少可以只用一个半固化片，但有的厂家要求必须至少使用两个。如果半固化片的厚度不够，可以把芯板两面的铜箔蚀刻掉，再在两面用半固化片粘连，这样可以实现较厚的浸润层。返回影响阻抗计算的关键因素有哪些？-线宽（w）-间距（s）-线厚（t）-介质厚度（h）-介质常数（Dk）7、阻抗计算另外其实阻焊对阻抗也有影响，因为阻焊层贴在导线上会导致Dk增大。所以会采取以下公式校正：覆盖阻焊阻抗值=不覆盖阻焊*0.9+3.2下图是以上各参数对阻抗计算的影响程度说明：计算阻抗时，要注意：1）芯板要按来料实际厚度进行计算，其中不含铜箔厚度0.8mm，否则为含铜箔厚度;2）层间介质厚度（s）即PP片厚度要按线路分布率进行计算，具体值PPT已给出。3）采用多种半固化片（PP片）的组合时，介电常数取其算术值。返回8、检查叠层是否合理A、铜厚是否能满足载流要求B、叠层是否对称，信号与电源层数是否足够C、信号层间相互干扰是否考虑D、板材及半固化片的选择E、层间介质厚度是否满足工艺要求F、最终板厚是否满足要求返回9、叠层举例以4层板叠层举例1、确认要求：板厚1.6mm，有铅喷锡，盖绿油，印丝印，4层板由此可确定普通Tg板材和PP片；再确定叠层顺序为TOP/GND02/PWR03/BOTTOM2、计算plating厚度：喷锡厚度为2-40um，绿油厚度为25-45um,丝印厚度20-25um,总共约为2-4.3mil，一般取4mil3、外层铜皮沉铜厚度会增加1oz，所以总共增加2*1.38=2.76mil4、确认core的厚度：由于板厚公差为+-10%，即板厚范围为56.7-69.3mil所以外层铜箔+PP+CORE的厚度范围=板厚范围-6.76mil；再根据电流大小和芯片pitch确定外层铜厚，我司一般选用1oz和Hoz即可。这里采用1oz外铜箔即1.38*2=2.76mil;又因为PP片厚度最少为3mil,我们先采用一张2116试试，由此PPT可知它的实际厚度为4.51mil,所以芯板含铜厚度为1.1-1.3mm，根据板厚物料我们选取1.2mm先计算。5、查此PPT表得PP2116的介电常数Dk=3.956、采用单端微带线计算阻抗模式：t=2oz,s=4.51,Dk=3.95，然后尝试输入w的值，尽量使Z=50即可，Z的误差范围为=-10%。如果线宽W不能满足制作要求，需要重新选取PP片和外层铜厚。7