刚性PCB可制造性设计.pdf

1、叠层设计及可靠性 材料选择、叠层设计、CAF设计、翘曲控制、混压与局部混压设计 2、PCB线路图形设计 线路图形、焊盘、贴片设计、BGA Pitch 3、盲埋孔可制造性 机械盲孔与激光盲孔 4、过孔设计 各类型塞孔比较、盘中孔、半塞孔设计 5、外形加工设计 常见问题、V-cut、桥连设计 6、表面处理工艺 硬金 、软金、喷锡、沉金、OSP、沉锡、沉银 目录 板材的用途分类 1、常规FR4：主要以Tg值区分，如Low Tg、Middel Tg、High Tg 无铅焊接或焊接面积较大的订单不建议选用Low Tg材料， 避免出现诸如白斑、起泡等可靠性问题 2、高速FR4：主要体现在高速信号上以及低损耗 3、高频板材：PTFE、非PTFE 4、高耐热性：主要特点是Tg非常高(250度),主要应用于航空航天、石 油钻井、军工等对可靠性要求非常高的领域，常用材料如Arlon 85N 5、其他特殊用途:CAF性能主要体现 一、叠层设计及可靠性 1.1 1.1 材料简介材料简介 对于满足以下条件之一需选用高TG板材：（如TU- 768、IT-180A、S1000-2等） 1）按照国军标验收标准 ； 2）无铅喷锡表面工艺； 3）内层或外层铜厚度3OZ ； 4）层数12层 ； 5）设计成品板厚度2.5mm ； 6）板内密集散热孔（各层均直接钻在铜皮上或花焊盘上，数量以3*3 界定）孔径补偿后孔壁间距1.0mm 常规产品可选择Low Tg、Middel Tg板材 一、叠层设计及可靠性 1.2 1.2 常规常规FR4FR4材料选择材料选择 一、叠层设计及可靠性 1.3 1.3 高速高速FR4FR4材料选择材料选择 材料材料DK,DfDK,Df损耗（损耗（dB/Inch12.5GHzdB/Inch12.5GHz） 可加工性可加工性可靠性可靠性备注备注 M6（NE） 3.40; 0.004 0.535OKOK 1）生产效率： 此类板材压合程序特殊、压 合时间长，且有背钻工艺及多 次烘板需求，故其对层压工序 的生产效率及产品的交期有一 定的影响。 2）生产成本： 此类材料较普通板材对钻刀/ 铣刀磨损更大，因而钻孔孔限 及铣刀寿命需相应地下调，故 其钻孔/外形等工序成本会相应 地增加；另一方面，此类板材 价格比普通板材高出4-8倍不等 因而其材料成本会相应增加。 M6 3.60; 0.004 0.556OKOK Meterowave 2000 3.22; 0.0039 0.540OKOK Meterowave 1000 3.60; 0.0052 0.60OKOK I-Tera 3.00; 0.0035 0.53OK OK Pitch1.0mm S7335 3.8; 0.005 0.55OKOK I-Speed 3.37 ; 0.0069 0.673OKOK TU-872SLK 3.70; 0.0088 0.643OKOK 我司已针对行业内高速材料进行了系统评估，结果汇总如下：我司已针对行业内高速材料进行了系统评估，结果汇总如下： 根据性能综合评估，优选顺序根据性能综合评估，优选顺序M6/M6NEM6/M6NEMeterowave2000/1000Meterowave2000/1000S7335S7335 I I- -TeraTeraTU872 SLKTU872 SLKI I- -SpeedSpeed。 PTFE（聚四氟乙烯） 不适合于多层板的加工； 最小钻孔需0.35mm。（PTFE材质较软，钻刀较小容易断刀）； 对应外形不能按露铜处理，有严重的毛刺产生； 对应字符不能直接印在基板上（开窗的基材上），结合力不好导致字符容易 脱落。（建议客户接受字符脱落或残缺,或在字符处先做阻焊字 或做成蚀刻 字）； 不能V-CUT或桥连拼板，分板后有比较严重的毛刺； 过孔不可有树脂塞孔设计（塞孔后磨板导致板变形）； 一、叠层设计及可靠性1.4 1.4 高频高频材料制作设计材料制作设计 不同网络最小孔壁间距不同网络最小孔壁间距L（mm）芯板和半固化片选择要求芯板和半固化片选择要求 0.175L0.225 IT180A（芯板采用凹蚀专用板材；半固化片仅采用（芯板采用凹蚀专用板材；半固化片仅采用106、 1080PP） 0.25L0.35 1.不得使用不得使用S1141、S1000-2板材板材 2.需使用需使用TU-768、IT-180A、N4103-13SI和和S1165板材；板材； 0.35L综合性价比选择综合性价比选择 一、叠层设计及可靠性 板材是影响板材是影响CAFCAF性能的最主要因素之一，选择规范如下：性能的最主要因素之一，选择规范如下： 1.51.5耐耐CAFCAF设计设计 CAF失 效图示 一、叠层设计及可靠性 序号序号要求要求 1 外层两面残铜率差异20%（包括同一层局部铺铜不均匀也按来 计算，如图）； 2内层对称层残铜率相差40%； 3对称层铜厚差异1OZ； 4对称层的层间介质厚度要相同； 5对称芯板/子板厚度要相同； 6对称芯板/子板类型要相同； 7 不对称结构的最大翘曲度需按如下参数控制： a板上有表面贴装，则翘曲需0.75%； b板上无表面贴装，则翘曲需1.5%； 1.71.7 翘曲控制翘曲控制 整板机械钻孔到导体距离12mil； 局部混压部分的内层隔离环单边最小 14mil；子板/母板距离混压分界处10mil 内不能有钻孔设计，分界处不建议有过线 设计。 一、叠层设计及可靠性1.8 1.8 混压与局部混压混压与局部混压 定义：孔或线周围25inch2内单面残铜率2mil 并塞孔制 作，不能移时需与客户确认接受绿油帽，按 照开窗面掏钻刀刀径等大曝光点并塞孔制作。 尽量避免设计该类型孔，必须设计时 过孔需0.45mm： 盖油面同意增加比钻刀刀径加单边 大3mil的小窗且不塞孔制作 或者 孔壁到开窗距离2mil 允许绿油帽*（阻焊上最大pad3mil） 四、过孔设计 4.24.2过孔塞孔设计过孔塞孔设计 五、外形加工设计与制作 序号序号项目项目设计设计导致问题导致问题设计建议设计建议 1交货单元尺寸小于50*50mm 1、影响加工精度 2、影响加工效率 及交期 拼板交货或至少一外形边为直线 (采用切割方式） 2拼板PTFE材料拼板 材料的特性，易断 板，若设计连接位 易导致客户端掰断 困难及板损,毛刺 单元交货（不拼板） 3 交货单元孔设 置 交货单元无0.8mm的 孔 PCB加工无法定位， 影响精度及效率 1、交货单元至少2个0.8mm的孔 2、若不能满足，外形公差设计在 6mil 4桥连（连接位） 靠近器件装配区或靠 密集孔 影响装配及板损桥连设计应避开装配区及密集孔区 2mm 9 V-cut线与外形 线 V-cut线与外形线 重合 V-cut加工与外形加 工为两种设备存在 偏差，导致V-cut后 外形线上有毛刺 1、建议更改为邮票孔的方式或 V-cut与外形线错开10-20mil 10 V-cut与其它工 艺的冲突 V-cut线经过金属孔或 半孔、金属包边槽 金属毛刺、槽或孔 壁镀铜剥离 避免此类设计 11长槽加工 5:1时，不可以加工 （受铣刀刀具影响) 主要问题及设计建议主要问题及设计建议 5.1 5.1 外形加工主要问题外形加工主要问题 V-CUT加工能力参数如下： 五、外形加工设计与制作 项目项目工艺能力工艺能力 V-CUT最大尺寸v-cut线垂直边18inch V-CUT板厚范围基板厚度（不含外层铜）0.4,成品板厚3.2 V-CUT对称度公差4 mil V-CUT线位置精度0.1mm V-CUT角度规格20，30，45 V-CUT角度公差+/-5度 V-CUT筋厚精度4 mil X/Y方向V-CUT线数 量 100 单条V-CUT线跳刀次 数 7 5.25.2V V- -CUTCUT拼板连接方式拼板连接方式 V-CUT筋厚参数如下： V-CUT中心线到线路图形的距离（单位： mm） 五、外形加工设计与制作 板厚板厚0.6mm板厚板厚0.8mm0.8mm板厚板厚1.6mm板厚板厚1.6mm 筋厚0.350.1mm0.40.1mm0.50.13mm 备注：基板厚度（计算理论板厚不含外层铜厚的值）厚度0.6MM只能做 单面V-cut 角度角度板厚板厚1.01.0板厚板厚1.61.6板厚板厚2.42.4板厚板厚3.2 200.30.360.420.47 300.330.40.510.59 450.370.50.640.77 5.25.2V V- -CUTCUT拼板连接方式拼板连接方式 拼板数量拼板数量3030拼拼 拼板尺寸拼板尺寸100mm100mm，短边，短边50mm50mm V V- -CUTCUT零间距，有尖角一边零间距，有尖角一边2mm2mm 五、外形加工设计与制作 5.25.2V V- -CUTCUT拼板连接方式拼板连接方式 桥连设计参考桥连设计参考 邮票孔范围，邮票孔大小按邮票孔范围，邮票孔大小按0.50.5- -1.00mm1.00mm设计设计 0.25mm0.25mm邮票孔孔壁间距邮票孔孔壁间距0.4mm,0.4mm,常规按常规按0.25mm0.25mm间间 距设计距设计 100mm100mm内设计一个桥连，桥连内设计一个桥连，桥连2 2个，常见桥宽个，常见桥宽1.6mm1.6mm 4 4个桥连，常见桥宽个桥连，常见桥宽0.8mm0.8mm 桥连拼版间距桥连拼版间距2mm2mm 五、外形加工设计与制作 5.3 5.3 桥接设计桥接设计 板边半孔板 ：半孔0.4mm，半孔1/2区域在板内半孔拼 板在四个角做桥连 金手指板：金手指拼版时手指朝板外，否则无法正常倒角 五、外形加工设计与制作 5.3 5.3 特殊设计拼版特殊设计拼版 六、表面工艺6.1 6.1 硬金硬金/ /软金软金 干膜图镀工艺：干膜图镀工艺： 流程：前工序流程：前工序外层干膜外层干膜图镀铜镍金图镀铜镍金外层干膜外层干膜1 1电镀硬金电镀硬金/ /电镀软金电镀软金外外 层蚀刻层蚀刻下工序下工序 对于干膜图镀工艺，镀金药水对金手指间的干膜有攻击作用，金厚越大，金手对于干膜图镀工艺，镀金药水对金手指间的干膜有攻击作用，金厚越大，金手 指间距越小，渗金的风险越大。指间距越小，渗金的风险越大。 厚制作能力：厚制作能力： 项目常规极限 硬金金厚能力0.1um0.1um金厚0.8um0.8um0.8um0.8um金厚1.5um1.5um 硬金金厚对应的焊盘间距能力 0.1um0.1um金厚1.3um1.3um，补偿后 间距4mil4mil 1.3um1.3um金厚1.5um1.5um，补偿后 间距5mil5mil 电镀软金金厚0.1um0.1um金厚0.8um0.8um0.8um0.8um金厚1.5um1.5um 电镀软金间距7mil7mil/ / 六、表面工艺 对于干膜图镀工艺，由于是镀金后再蚀刻，铜厚过大，铜被蚀刻后易导对于干膜图镀工艺，由于是镀金后再蚀刻，铜厚过大，铜被蚀刻后易导 致悬镍过大，造成镍金层塌陷，甚至脱落。致悬镍过大，造成镍金层塌陷，甚至脱落。 建议设计：建议设计： 完成铜厚尽量不超过完成铜厚尽量不超过75m75m ，尽量在，尽量在50um50um以内；基铜厚以内；基铜厚 度度1OZ1OZ 6.1 6.1 硬金硬金/ /软金软金 六、表面工艺6.2 6.2 喷锡喷锡/ /无铅喷锡无铅喷锡 喷锡喷锡/ /无铅喷锡是通过物理的方式，热风整平获得保护锡层，相比其它工无铅喷锡是通过物理的方式，热风整平获得保护锡层，相比其它工 艺，平整性较差。艺，平整性较差。 锡桥连问题：导体间距过小，易造成导体间锡桥连短路；锡桥连问题：导体间距过小，易造成导体间锡桥连短路； 小焊盘不上锡问题：由于是物理方式，焊盘过小不易与锡结合，造成焊盘小焊盘不上锡问题：由于是物理方式，焊盘过小不易与锡结合，造成焊盘 不上锡；不上锡； 铅锡堵孔：若厚径比过大，小孔内锡不易被吹出，造成铅锡堵孔；铅锡堵孔：若厚径比过大，小孔内锡不易被吹出，造成铅锡堵孔； 因此，以上能力界定如下：因此，以上能力界定如下： 表面工艺 项目 无铅喷锡有铅喷锡 开窗区域导体补偿后间距 /mil/mil 6 66 6 最小BGABGA焊盘能力/mil/mil 蚀刻限定：1212 阻焊限定：1616 蚀刻限定：1010 阻焊限定：1010 最大板厚孔径比1010：1 11010：1 1 六、表面工艺6.3 6.3 沉金沉金 镍厚要求镍厚要求 关于最小镍厚：镍厚关于最小镍厚：镍厚3um3um，镍面晶格不致密，镍腐蚀严重，严重影响，镍面晶格不致密，镍腐蚀严重，严重影响 产品可靠性；（如下图）产品可靠性；（如下图） 关于镍厚范围：由于沉镍是化学反应，受药水温度、关于镍厚范围：由于沉镍是化学反应，受药水温度、PHPH、镍离子浓度、镍离子浓度、 浴负载、沉积时间等影响，较小的镍厚范围难以控制，如浴负载、沉积时间等影响，较小的镍厚范围难以控制，如3 35um5um； 基于以上两点，对于镍厚，建议按照基于以上两点，对于镍厚，建议按照3 3- -8um8um控制。控制。 薄镍板（镍厚1.5um左右）： （水平面）晶格粗糙，不致密（垂直面）镍腐蚀严重 六、表面工艺 金厚要求金厚要求 沉金表面可焊层所形成的焊点是生长在镍层上（即形成沉金表面可焊层所形成的焊点是生长在镍层上（即形成NiNi与与SnSn的的IMCIMC ），而沉金厚度较薄，在焊接过程中会迅速溶入锡体之中。故知黄金本身），而沉金厚度较薄，在焊接过程中会迅速溶入锡体之中。故知黄金本身 并未参与焊点的组织，其唯一的功用就是在保护化镍层免于生锈或钝化，并未参与焊点的组织，其唯一的功用就是在保护化镍层免于生锈或钝化， 否则将不能形成否则将不能形成IMCIMC也无法焊牢。金层愈厚熔入焊点的量也将愈多（超过也无法焊牢。金层愈厚熔入焊点的量也将愈多（超过3%3% ），反而会造成焊接脆化，以致焊点强度及可靠性下降。），反而会造成焊接脆化，以致焊点强度及可靠性下降。 ： 建议：建议： 金厚按照金厚按照0.05um0.05um0.1um0.1um控制。控制。 6.3 6.3 沉金沉金 六、表面工艺6.4 OSP/6.4 OSP/沉锡沉锡/ /沉银沉银 由于由于OSPOSP、沉锡、沉银镀层易划伤，因此三种工艺一般都在铣板工序、沉锡、沉银镀层易划伤，因此三种工艺一般都在铣板工序 后制作，即“小板”制作。若成品尺寸过小，在水平线易掉落。后制作，即“小板”制作。若成品尺寸过小，在水平线易掉落。 成品尺寸能力：成品尺寸能力： 工艺工艺最小尺寸最小尺寸备注备注 OSPOSP短边短边5050mmmm 若不满足，需拼板制作并若不满足，需拼板制作并 交货。交货。 沉锡沉锡短边短边5050mmmm且长边且长边7070mmmm 沉银沉银短边短边5050mmmm且长边且长边7070mmmm 另外、沉银，沉锡板字符设计不能上银面、锡面；另外、沉银，沉锡板字符设计不能上银面、锡面； OSPOSP过孔塞孔，不建议开窗，以免药水腐蚀孔铜过孔塞孔，不建议开窗，以免药水腐蚀孔铜 序号序号 名称名称主要特性主要特性厚度控制厚度控制优点优点缺点缺点 1 1 OSPOSP在铜表面覆盖一层在铜表面覆盖一层 有机保护膜有机保护膜 0.20.6um0.20.6um膜厚均匀，成本低膜厚均匀，成本低难以承受多次回流焊接难以承受多次回流焊接 2 2 沉银沉银 通过置换反应在铜通过置换反应在铜 面覆盖一层银层面覆盖一层银层 0.20.4um0.20.4um银层均匀，成本一般，银层均匀，成本一般， 存储周期长存储周期长 容易氧化，银面变色发黄难以容易氧化，银面变色发黄难以 彻底解决，影响可焊性彻底解决，影响可焊性 3 3 沉锡沉锡通过置换反应在铜通过置换反应在铜 面覆盖一层锡层面覆盖一层锡层 1.0um1.0um锡层均匀，成本一般，锡层均匀，成本一般， 易老化易老化 药水容易老化，