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1、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
2、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 Metal Clad Laminate： 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 Plated Through Hole（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 non Plated Through Hole(NPTH)： 孔壁没有金属层的孔，主要用于安装定位。 导通孔 Via Hole：用于导线连接的金属化孔，也叫中继孔、过孔。 元件孔 Component Hole：用于把元件
3、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 Through Hole Components（THC）： 指适合于插装的电子元器件。 表面贴装元件 Surface Mounted Device(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 A Side：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 B Side：与A 面相对的
4、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 fdjujl 。 细间距 （fine Pitch）：引脚间距0.4mm。 引脚共面性 （lead coplanarity ）： 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Surface Mounted Technology（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（wave solderin
5、g）： 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,01,PART,电路板外形及拼板,02,PART,可生产可操作参数,03,PART,推荐设计方式,04,PART,叠层步骤说明,PART 01,印制电路板基材组成,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
6、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 3.9-4.5 0.025 Good Low TU768/752 IT180A 改性环氧树脂 3.0-3.6 0.01-0.015 General High TU872SLK 聚苯醚 2.45 0.007 Bad Higher Megtron 6 RO4350B TU883 PTFE 2.1 0.0004 Worst Highest
7、RO3000 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,01,02,03,04,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
8、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Maxwell Equation 加以说明： Vp（传播速率）C（光速）r（周遭介质之相对容电率） 此式若用在空气之场合时（r1），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r（Dk）代入上式，其速率自然会比在空气中慢了许多，且r 愈高时其速率会愈慢。 高速板必须考虑此因素,r：相对电容率(Dk 介质常数),世
9、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2.5 V），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（High Frequency）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(Thermal Gravity Analysis)将树脂加热中失重5%(Weight Loss)之温度点定义为Td。Td
10、 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Td 310,Mid Tg 之Td325,High Tg 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
11、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
12、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
13、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,1 foot = 12 inch =
14、304.8 mm 1inch = 25.4 mm 1 mil=0.0254 mm 1 inch=1000 mil 1OZ=28.375g 1 OZ 铜箔其真正厚度为1.38mil 或35m,5、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
15、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
16、，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/BOTTOM 2、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4mil 3、外层铜皮沉铜厚度会增加1oz，所以总共增加2*1.38=2.76mil 4、确
