(全星)PCB工艺设计指南

PCB工艺设计指南1PCB基板设计选择要求进行电子产品设计之初，就要考虑到选用哪种PCB基板，以适应产品对于成本，加工效率，质量等各方面的要求。我们进行选择的时候要兼顾各个方面，达到最优的配置。我们进行选择的主要考虑以下一些方面：1.PCB基板的选择2.PCB厚度的要求3.铜箔厚度4.焊盘表面处理5.阻焊的要求6.丝印颜色的要求7.基板的设计要求标注1.PCB基板的选择1.1基板的性能对比类型最高连续温度（℃）说明FR-5（高Tg*）170即FR-4高Tg基材，防火等级为UL94V0，但可在更高的温度下保持良好强度和电性能。对双面再流焊的板，以及比较精密复杂的板子，可以考虑选用。价格较贵。FR-4130环氧玻璃布层压板，含阻燃剂，防火等级为UL94V0，具有良好的电性能和加工性能，适用于多层板，广泛应用于电子工业，具有可取的性能价格比。一般双面板选用。CEM-1单面半玻纤板。防火等级为UL94V0，模冲孔，能做电源性能好于FR194V0。价格比FR-1贵约30%。FR-1，94V0约80阻燃单面纸基板，防火等级为UL94V0，模冲孔，能做电源板，价格便宜。耐温差，高温易变形翘曲。FR-1，94HB普通单面纸基板，防火等级为较差的UL94V1，最低档的材料，模冲孔，不能做电源板，价格便宜。耐温差，高温易变形翘曲。内部资料严禁外传试行版本V1.1/20111016注：高Tg：印制板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(℃)。也就是说普通PCB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。高tg就是说转化温度会比较高。1.2板材选择要点：1.2.1双面玻纤板FR4价格为FR-194V0的三倍以上，必须考虑成本，能用单层板不用多层板。1.2.2SMT不同的回流焊制程，其焊接温度不一样，无铅（峰值温度：235-250℃）、红胶（固化温度120℃）。并且由上面的表格可知，对于不同板材的PCB，其耐焊接热性能不一样。因此，为防止PCB板砖焊接过程中产生是产生较大的热应点和变形，选择电子产品的PCB集采时应综合成本和性能方面选择Tg点较高的基材。特别注意用于单面制程的PCB板，如使用纸基板（FR-1）进行无铅锡膏制程生产，会出现PCB不耐温被烤焦起泡和变形翘曲的问题；1.2.3线路简单选取单面板，线路复杂以及线路密集选择FR4，单面板线宽和间距最少不得少于0.25mm。1.2.4对于尺寸、板子硬度有比较高要求的，要使用FR-4以上的板材。1.2.5对于线路复杂的要求高的，还要选用FR4高Tg的板材。1.2.6电源板等对耐火有要求的要选用94-V0以上的板材。前控板遥控器等可以用94-HB的板材。2．PCB厚度以及选取具体方法2.1常见的PCB厚度PCB厚度，指的是其标称厚度,即绝缘层加铜箔的厚度。常见的PCB厚度：0.5mm，0.7mm，0.8mm，1mm，1.5mm，1.6mm，（1.8mm），2mm，2.4mm，(3.0mm)，3.2mm，4.0mm，6.4mm。2.2PCB厚度的选取的要求2.2.1现公司最常用的是厚度是1.0mm和1.2mm,1.6mm。其他一般不考虑。2.2.2PCB厚度的选取应该根据板尺寸大小和所安装元件的重量选取。主要保证在加工内部资料严禁外传试行版本V1.1/20111016过程中使用过程中PCB不要因为尺寸太大或者太重而发生较大的形变，导致加工不良。尺寸较大就选厚一些的，保证刚度。2.2.3成品板厚度公差要求板厚0.8mm，±0.08mm；板厚≥0.8mm，±10%。2.2.40.7mm和1.5mm板厚的PCB用于带金手指双面板的设计。3.铜箔厚度和选择3.1基本概念PCB铜箔厚度指成品铜箔厚度，图纸上应该明确标注为成品厚度（FinishedConductorThickness）。工艺上要注意的是铜箔厚度要与设计的线宽/线距相匹配，下列出了FR4基铜厚度（底铜厚度）可蚀刻的最小线宽和线间距，供选择时参考。单面板由于材料和工艺限制，线宽一般要求0.25mm以上，才能保证可靠生产。3.2PCB铜箔的选择：3.2.1与最小线宽的关系基铜厚度(OZ/Ft2)公制（μm）设计的最小线宽/线间距（mil）2706/61354/40.5183/33.2.2我公司一般要求外层的1OZ/Ft2，外层成品厚度一般为：基铜厚度+0.5OZ/Ft2；内层厚度基本与基铜厚度相等。3.2.3铜箔厚度的选择主要取决于导体的载流量和允许的工作温度，可参考IPC-D-275第3.5条中的经验曲线确定。3.2.4FR-1、CEM-1板材最小线宽和间距不得低于0.25mm。所以要设计较为细的电路就不能选用这两种板材。4.焊盘表面处理的选择内部资料严禁外传试行版本V1.1/20111016焊盘和露铜面的表面处理是为了防止铜箔氧化。选用时候注意成本，耐热性，以及吃锡是否良好等因素。4.1焊盘表面处理的种类1）一般采用喷锡铅合金工艺，锡层表面应该平整无露铜。只要确保6个月内可焊性良好就可以。分为有铅喷锡和无铅喷锡。喷锡后的PCB焊接性能较好。缺点是无铅喷锡的生产成本较高。2）有机涂覆工艺(OrganicSolderabilityPreservative简称OSP)，缺点是可焊保存时间一般仅为3个月，重新加工性能差，发粘和不耐焊等。3）如果PCB上有细间距器件（如0.5mm间距的BGA）,或板厚≤0.8mm，可以考虑化学（无电）镍金。对板上有裸芯片（需要热压焊或超声焊，俗称Bonding）或有按键（如手机板）的板，就一定要采用化学镀镍/金工艺。表面更平整，镀层厚度更均匀、更耐焊。4）需要插拔耐磨的地方，一般镀硬金，即纯度为99.5%-99.7%含镍、钴的金合金。一般厚度为0.5~0.7μm。镀层厚度根据插拔次数确定，一般0.5μm厚度可经受500次插拔，1μm厚度可经受1000次插拔。5）松香水（Flux）。成本低，效果差。在板上一般单面的FR-1和CEM-1基板采用此工艺。4.2选择要求：4.2.1没有特殊要求的，采用OSP表面处理的PCB。FR-1和CEM-1单面板一般均为松香处理。4.2.2一般需要二次加工的我们必须采用喷锡，保证焊盘不会很快氧化。比如我们完成贴片，发给客户插件，中间有时间差，必须保证客户在其加工前，焊盘不被氧化。单面的FR-1和CEM-1基板表面采用松香工艺处理焊盘表面。4.2.34.2.4对于要求高的板子，可采用化金的工艺。.阻焊颜色的选择的颜色有绿色、蓝色、红色、黄色。55.1阻焊常用颜色阻焊剂一般常用5.2选择要求内部资料严禁外传试行版本V1.1/20111016内部资料严禁外传试行版本V1.1/20111016特殊要求，我们一般要求默认为绿色。5.2.1没有5.2.2一般切忌选择颜色很深的阻焊，比如黑色，会导致看不清线路，不好调试和维修。.丝印的要求色为白色和黑色。6.266.1常用的颜色丝印常用的颜颜色选择要求6.2.1总的要求是，和周围对比度高，易于识别.6.2.2根据我们阻焊的颜色，一般我们要求选用白色丝印。6.2.3对于单面的FR-194V0或者CEM-1板材，由于板材颜色较浅，在无铜箔的一面丝印时，一般选用黑色丝印。。.PCB制造要求的标注们会标注在PCB设计文件上，主要有以下项目：7PCB关于基板的制造要求，我a）基板材质、厚度及公差；b）铜箔厚度；c)阻焊的颜色、丝印颜色；d)焊盘表面处理的种类。PCB工艺设计指南2PCBA组装方式对PCB设计的要求1.几种常见的组装方式组装形式，即SMD与THC在PCB正反两面上的布局。不同的组装形式对应不同的工艺流程，受公司现有的生产线限制。针对公司实际情况，应该优选下表所列形式之一，采用其他形式需要与工艺人员商议。PCB组装形式:组装形式示意图PCB设计特征1、单面全SMD仅一面装有SMD2、双面全SMDA/B面装有SMD3、单面元件混装仅A面装有元件，既有SMD又有THC4、A面元件混装B面仅贴简单SMDA面混装，B面仅装简单SMD5、A面插件B面仅贴简单SMDA面装THC，B面仅装简单SMD，B面又可分为锡膏工艺和红胶工艺注：简单SMD-----CHIP、SOT、引线中心距大于1mm的SOP。注：A面安装有数量较多或较复杂器件的封装互联结构面（PackagingandInterconnectingStructure）,在IPC标准中称为主面（PrimarySide），这里为了方便，称为A面（对应EDA软件的TOP面）。B面与A面相对的互联结构面。在IPC标准中称为辅面（SecondarySide）。在本文中为了方便，称为B面（对应EDA软件的BOTTOM面）。对插件板而言，就是焊接面。内部资料严禁外传试行版本V1.1/20111016另外还应该注意：1.在波峰焊的板面上（4、5组装方式）尽量避免出现仅几个SMD的情况，它增加了组装流程。2.插件元器件现在公司全面导入自动插件，插件器件的设计要符合要求。2.组装方式加工工艺2.1.单面贴装主要采用回流焊工艺，锡膏--回流焊工艺简单，效率最高。2.2双面全贴片此种方式对于我们产品来说较为罕见，一般采用采用二次锡膏-回流焊工艺。2.3单面混装我们公司的双面板大部分采用这种方式。效率较高，PCB组装加热次数为二次。即使A面锡膏-回流焊工艺，然后插件之后B面波峰焊工艺，完成插件元件的焊接。2.4A面元件混装，B面简单贴片A面布有大型IC器件，B面以片式元件为主,充分利用PCB空间，实现安装面积最小化，效率高。其工艺步骤是：1.采用二次回流焊加波峰焊的方法先后加工B、A面贴片元件。注意一般是工艺顺序要求先将分布较轻较小器件的B面刷锡膏，过第一次回流焊，然后A面再刷锡膏，过第二次回流焊。这是因为在焊接第二面时，已焊好的第一面上的元件焊点同时再次熔化，仅靠焊料的表面张力附在PCB下面，较大较重的元件容易掉落。2.完成两面的贴片器件的加工后，B面过波峰焊，因为B面也有贴片，需要治具，遮住贴片器件，露出插件元件的管脚。设计时候特别注意B面的贴片料要远离插件管脚5mm以上。保证治具良好的遮住贴片器件。2.5A面插件，B面简单贴片此种方式A面插件，按照B面贴片的工艺不同，分为两种，一种红胶工艺，另一种锡内部资料严禁外传试行版本V1.1/20111016膏工艺。2.5.1红胶工艺B面先刷红胶，然后贴片机贴片。之后完成A面插件后，然后B面贴片元件和插件元件一起过波峰焊，完成组装。优点是易于操作;不需要开专门治具。缺点是：1.过波峰焊时，贴片元件易脱落到炉子里面；2.焊接质量不如回流焊,容易产生连焊、假焊等问题，需要大量人员维修补焊。3.元器件不能太小，太密。因为元件中间要刷红胶粘住元件。4.元件封装要特别设计加大，才能保证足够的焊盘上焊锡。2.5.2锡膏工艺B面先贴片，然后锡膏—回流焊工艺，完成贴片焊接；再完成A面插件，然后用过炉治具遮住B面的贴片的器件，过波峰焊，完成插件焊接。优点是贴片质量高，缺点是设计需要注意问题较多，而且必须要做几十个过炉夹具，对于小批量的产品来说就不划算了。3.组装方式说明a)关于双面SMD板（2、4方式）两面都SMD，这类板采用两次再流焊工艺，在焊接第二面时，已焊好的第一面上的元件焊点同时再次熔化，仅靠焊料的表面张力附在PCB下面，较大较重的元件容易掉落。因此，元件布局时尽量将较重的元件集中布放在A面，较轻的布放在B面。b)关于混装板（Ⅳ）混装板B面（即焊接面）采用波峰焊进行焊接，在此面所布元件种类、位向、间距一定要符合规定，保证良好的加工，后面有专门的文件说明4.设计原则4.1贴片插件机器成本差异不大情况下，优先选用贴片物料，采用贴片为主的加工方式，提高效率和质量；4.2能单面贴片的就不设计成双面贴片，减少工艺制程，提高效率；4.3避免AB两面都插件的情况，此种一般只能手工焊接，效率最低；内部资料严禁外传试行版本V1.1/20111016内部资料严禁外传试