印制板DFM设计规范.doc

线路板DFM设计技术（一） 本标准规定了印制电路板可制造性设计的通用技术要求，包括材料、尺寸和公差、印制导线和焊盘、金属化孔、导通孔、安装孔、镀层、涂敷层、字符和标记等，作为印制板设计人员设计时参考：1 一般要求1.1 本标准作为PCB设计的通用要求，规范PCB设计和制造，实现CAD与CAM的有效沟通。1.2 我司在文件处理时优先以设计图纸和客供文件作为设计、生产依据。2 PCB 材料2.1 基材FR1 酚醛纸基板,击穿电压787V/mm 表面电阻,体积电阻比FR2 低.FR-2 酚醛纸基板, 高电性,击穿电压1300V/mmFR3 环氧纸基板FR4 环氧玻璃布板FR5 耐热玻璃布-环氧树脂覆铜箔板CEM1 环氧玻璃布纸复合板(环氧树脂类 纸（芯）-玻璃布（面）-环氧树脂覆铜箔板)CEM-2 (CEM-1 阻燃) (CEM-2 非阻燃)CEM3 环氧玻璃布-玻璃毡板(玻璃毡（芯）-玻璃布（面）-环氧树脂覆铜箔板CEM3 阻燃)其它, 特殊基板.几个相关参数：1） Tg 值：玻璃态转化温度。2） Td 值：热裂解温度。IPC 新规范建议因应无铅焊接，一般Tg 之Td 310，Mid Tg 之Td325，High Tg 之Td340。3） CTE:热膨胀系数。（PCB 在X.Y.方向受到有玻纤布的钳制，所以影响主要体现在板厚Z 方向上）4） CAF：耐离子迁移。5） CTI：耐漏电起痕。6） Dk：介电常数。7） Df：介质损耗。电介质材料在交变电场作用下，由于发热而消耗的能量称之 谓介质损耗，介质损耗越小使信号损耗也越小。半固化片的编号及厚度表半固化片编号 7628 2116 1080布厚mm 0.178 0.102 0.051硬化后厚度mm 0.1570.191 0.1020.127 0.0560.076价格 低 贵 中型号（树脂含量） 厚度 成本参考系数1080（R/C63%） 0.07mm 1.02113 (R/C 55%) 0.09mm 1.352116（R/C51%） 0.114mm 1.102116H(R/C55%以上) 0.125mm 1.197628（R/C43%） 0.176mm 1.187628H(R/C49%以上) 0.20mm 1.37还有两种:106A:0.05mm,3313:0.103mm根据用户性能要求半固化片可以自由组合.根据IPC 标准内层绝缘层厚度只要0.09mm，以防止漏电和满足最小介质击穿电压要求。2.2 铜箔分为压延铜和电解铜两种。压延铜强度高，耐弯折，但价格较贵。电解铜价格便宜得多，但强度差，易折断，一般用在很少弯折的场合。a）辗轧法b）99.9以上的电解铜；1.0 Ounce (oz)的定义是一平方呎面积单面覆盖铜箔重量1 oz (28.35g)的铜层厚度.经单位换算 35 微米 (micron)或1.35 mil. 一般厚度1 oz 及1/2oz 而超薄铜箔可达 1/4 oz,或更低. 铜箔厚度的选择要依据引线最小宽度和最小间距而定。铜箔越薄，可达到的最小宽度和间距越小。3 PCB 结构、尺寸和公差3.1 结构a） 构成PCB 的各有关设计要素应在设计图样中描述。外型应统一用Mechanical 1 layer 或Keep out layer 表示。若在设计文件中同时使用，一般keep out layer用来屏蔽，不开孔，而用mechanical 1表示成形。b）在设计图样中表示开长SLOT 孔或镂空，用Mechanical 1 layer/rou 画出相应的形状即可。3.2 尺寸范围在设计时按需求定PCB 尺寸，但应考虑容易装焊的可行性。从生产角度考虑，最小的单板尺寸应不小于“宽120mm长120mm”， 一般最理想的尺寸范围是“宽（200mm250mm）长（250mm350mm）”。注1：贴片机、丝印机、再流焊机、波峰焊机等设备最大可处理PCB 尺寸：460mm460mm。注2：插件线传送导轨最大可调宽度尺寸：400mm。3.3 板厚公差PCB 设计人员在考虑产品装配公差的同时要考虑PCB 加工后板厚公差，影响成品公差主要是三个方面，板材来料公差、层压公差及外层加厚公差。现提供几种常规板材公差供参考：(0.4-1.0)0.1 (1.2-1.6)0.13 2.00.18 3.00.20，层压公差根据不同层数及板厚，公差控制在（0.05-0.1）MM之间。特别是有板边缘连接器的板（如印制插头），需要根据与连接器匹配的要求确定板的厚度和公差。3.4 外形尺寸公差外形尺寸： 一要准确，二要明确。PCB 外形与尺寸，必须以产品整机结构为依据,但从生产工艺角度考虑，应尽量简单，一般为长宽比不太悬殊的长方形，以利于装配，提高生产效率，降低劳动成本。当客户结构没有规定时，通常可按外形尺寸公差0.15mm 控制，外形成形经过早期的裁剪，手铣及模冲等方式演变后，现多用电脑铣的方式加工。一般铣刀的转速设定在6,00036,000 转/分钟，由上向下看其动作，应该是顺时钟转的动作，除在板子侧面产生切削的作用外，还出现一种将板子向下压迫的力量。若设计成反时针的转向，则会发生向上拉起的力量，将不利于切外形的整个制程。当用铣刀铣外形时由于铣刀的外径在逐步变小，尽管机床有一定的补偿，但总有一定的差异，所以造成外形不一致。新铣床加工的误差在0.1mm,老机床的误差在0.150.2mm.一般冲加工的间隙为1.5 倍板厚.主要考虑底模的强度.冲后边缘粗糙.如果要边缘光洁或尺寸精度要二次,一次粗冲,一次精冲.铣加工间隙推荐3.00 或2.00mm，当然间隙也可1.50mm、1.20mm、1.00mm，但铣刀越小寿命短,速度慢.铣刀直径 台面移动速度 进刀速度 叠板数 使用寿命2.0 1.8m/min 0.0643m/转 3 块 45m1.5 1.1m/min 0.0324m/转 3 块 27m1.0 0.7m/min 0.0171m/转 2 块 15m3.4.1 关于V-CUT (割V 型槽)设计：1） V 割的拼板板与板相连处不留间隙.但要注意导体与V 割中心线的距离。一般情况下V-CUT 线两边的导体间距应在1.00mm 以上，也就是说单块板中导体距板边应在0.50mm 以上（布局布线时需注意器件及走线不要到板边太近）。2） V-CUT 线的表示方法为：一般外形为keep out layer (Mech 1)层表示，则板中需V 割的地方只需用keep out layer(Mech 1) 层画出并最好在板连接处标示V-CUT 字样。3） 如下图，一般V 割后残留的深度为1/3 板厚，角度一般有20，30，45，60 度，另根据客户的残厚要求可适当调整。4） V 割产品掰开后由于玻璃纤维丝有被拉松的现象，尺寸会略有超差,个别产品会偏大0.5mm 以上。5） V-CUT 刀只能走直线，不能走曲线和折线；且可拉线板厚一般在0.8mm 以上，结合后序SMT 工艺，V-CUT 拼板加辅助边可参考下图： 3.4.2 关于连接桥（邮票孔）的设计：连接桥的设计主要要考虑：拼板分离后边缘是否整齐；分离是否方便；插装时刚度是否足够。拼板分离后为了使其边缘整齐，一般将分离孔中心设计在子版的边线上或稍内处，如下图所示。为了分离方便以及满足插装时的刚度需要，连接桥位置和数量的设置应该根据此板的组装工艺具体考虑。对于纯SMT 板，由于贴片和传送时PCB 不受力，连接桥的设计可以稀疏一些。对于需要进行波峰焊的板，由于插件和传送都受到单方向力的作用，如果连接桥刚度不足，波峰焊焊接时会严重变形，插件时有可能使拼板在连接桥处因压力而断开，因此，对波峰焊的PCB 连接桥设置应密些(图中连接桥的数量仅代表多少，具体设置多少个及大小应根据板子大小决定)。线路板DFM设计技术（二） 3.5 平面度/翘曲度（warp and twist） 公差3.5.1 PCB 的平面度应符合设计图样的规定。当图样没有规定时，按以下执行：成品板厚0.41.0mm1.03.0mm翘曲度有SMT0.75%；无SMT1.3%有SMT0.75%；无SMT1.0%早期对无SMT 的板子允许1.5%，但随着电子产业的发展，为应对当前高密度精细封装发展的需要，一些客户要求SMT，BGA 的板子要求是0.5% ，部分电子厂鼓动把标准提高到0.3% 。3.5.2 PCB 设计过程中防止翘曲：1， 层与层之间的半固化片的排列需要对称。例如4 层板，1-2 和3-4 的厚度和半固化片的张数应该保持一致。同样的，例如6 层板，1-2 和5-6 的厚度和张数也应该保持一致。否则容易翘曲。2， 正负片层设计需要对称。（即电源、地层和信号走线层设置对称。）3， 同层内的走线尽量均匀。例如线路板的右边有大量的高密度的信号线，而左边几乎没有走线。这样，引起左右图形不对称，特别是多层板，容易翘曲。设计者在设计的过程中，走线尽量选择“优先”层的同时，在同层内要注意走线均匀。如果因客观条件的限制造成无法均匀的情况，可以在空余的地方铺上铜皮，并赋予“GND”网络信号（空网络容易引起“天线效应”）。注：对于多层板，相临信号层如遇到以上情况，需要注意因参考平面的变化引起阻抗的变化。4，另外，表层的元器件，贴片、插件，轻重器件的放置尽量均匀。在空白处铺上GND 网络的铜皮，打上过孔（同时过孔也需要均匀分布）。5， 多层板使用同一供应商的芯板和半固化片。5 印制导线和焊盘5.1 布局a)印制导线和焊盘的布局、线宽和线距等原则上按设计图样或公司规范的规定。但建议有以下处理：适当根据工艺要求对线宽、PAD 环宽进行补偿，单面板一般将尽量加大PAD，以加强客户焊接的可靠性。b)当设计线间距达不到工艺要求时（太密可能影响到性能、可制造性时），应根据制前设计规范适当调整。c)原则上建议客户设计单双面板时，导通孔（VIA）内径设置在0.3mm 以上，外径设置在0.6mm 以上，线间距设计为8mil，线宽设计为6mil 以上。以最大程度的降低生产周期，减少制造难度。d)目前机械钻最小钻孔刀具为0.20mm，其成品孔约为0.15mm。最小线间距为4mil。最细线宽为4mil。（0.15mm,3/3mil 制造难度大、成本较高）5.2 导线宽度公差印制导线的宽度公差内控标准为15%（行业标准20%）。5.3 网格的处理a) 大面积电源区和接地区，如果无特殊需要，一般都应该开设窗口，以免其在焊接时间过长时，产生铜箔膨胀、脱落现象和受热后因热应力作用PCB板弯曲，大铜面上建议铺设成网格形式。b)其网格间距12mil(不低于10mil)，网格线宽12mil（不低于10mil）。5.4 隔热盘（Thermal pad）的处理在大面积的接地（电）中，常有元器件的腿与其连接，对连接腿的处理兼顾电气性能与工艺需要，做成十字花焊盘（隔热盘），可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。BGA 处内层大铜皮与大铜皮的连接位宽度0.20mm,为避免开路.5.5 焊盘、孔径与环宽 ：焊盘设计是PCB 线路设计的极其关键部分，因为它确定了元器件在印制板上的焊接位置，而且对焊点的可靠性、焊接过程中可能出现的焊接缺陷、可清洗性、可测试性和检修量等起着显著作用。用户应为厂家提供成品孔孔径，通常要求焊盘直径比成品孔孔径大16mil（0.40mm）以上（民品），或20 mil（0.5mm）以上（军品）；单面板30 mil（军品），民品是24 mil。检查并修改孔径与环宽是CAM 工作中耗费时间最多的一项工作，随着板子的密度越来越高，达到环宽要求确实有一定的困难。一般的文件中大约有80 一90%环宽不够，但实际上这其中绝大部分是可以够的，关键是要有一个正确的参数估算和设置程序。首先要把孔径设置正确，必须先了解器件腿的实际尺寸，一般圆形腿量直径，方形腿量对角线，如果不十分清楚，宁大勿小，也不要认为从器件库里调出来的孔径就一定是正确适用的；再根据线宽、间距、密度估算等来确定焊盘的大小，一般在两个中心距为2.54mm 的焊盘间如果走一根线，通常焊盘可以做到1.57 一1.6mm，孔径可以在0.71.1mm，这种情况下可以达到12mil 线宽、12mil 间距，如果走两根线，8mil 线宽，8mil 间距，焊盘可以做到1.4 一1.5mm，孔径也能做到0.91.0mm。现在CAD 软件都有自动布线功能，一旦给定间距布完线后，再加大焊盘就会造成间距不够，调整走线也很费劲，所以，一定要在布线前建库设定好孔径和焊盘。焊盘原则上应尽量避免设计过孔，如果孔和焊点靠得太近，通孔由于毛细管作用可能把熔化的焊锡从元器件上吸走，造成焊点不饱满或虚焊。第六届装联学会论文集中，有人尝试直接在焊盘上使用了过孔设计，原因是元器件密度较高，是多层板，设计时过孔尽量设置在焊盘的顶端，过孔必须小于焊盘，要求过孔越小越好，最小钻孔直径控制在03mm。这种方式在工艺和质量控制手段上相对要复杂一些，因此如果在条件许可的情况下，仍应尽量避免在焊盘上设计过孔（VIP 除外）。过孔的位置主要与再流焊工艺有关，过孔不能设计在焊盘上，更不允许直接将过孔作为BGA 器件的焊盘来用，应该通过一小段印制线连接，否则容易产生“立碑”、“焊料不足”缺陷，下图供参考：焊盘的开口：有些器件是在经过波峰焊后补焊的，但由于经过波峰焊后焊盘内孔被锡封住，使器件无法插下去，解决办法是在印制板加工时对该焊盘开走锡位，方向与过锡方向相反，这样波峰焊时内孔就不会被封住，而且也不会影响正常的焊接。焊盘补泪滴：当与焊盘连接的走线较细时，最好将焊盘与走线之间的连接设计成泪滴，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。线路板DFM设计技术（三） 6 孔径（HOLE）钻孔主要考虑孔径大小公差、钻孔的预大，孔到板边线边、非金属化孔的处理问题及定位孔的设计：6.1 目前机械钻孔最小的加工钻嘴为0.20mm，但由于孔壁铜厚及保护层厚，生产时需要将设计孔径加大制作，喷锡板需要加大0.15mm 金板需要加大0.1mm，这里的关键问题是，如果孔径加大以后，此类孔到线路、铜皮的距离是否达到加工要求？本来设计的线路焊盘的焊环够不够？例如，设计时过孔孔径为0.2mm，焊盘直径为0.35mm，理论计算可知，焊环单边有0.075mm 是完全可以加工的，但按锡板加大钻嘴后生产，就已经没有焊环了。如果焊盘由于间距问题，CAM 工程人员无法再加大的话，此板就无法加工生产。6.2 孔径公差问题：目前国内钻机大部分钻孔公差控制在0.05mm，再加上孔内镀层厚度的公差，金属化孔公差控制在0.075mm，非金属化孔公差控制在0.05mm。6.3 另外容易忽略的一个问题是钻孔到多层板内层铜皮或线的隔离距离，由于钻孔定位公差为0.075mm，层压时内层压板后图形伸缩变形有0.1mm 的公差变化。因此设计时孔边到线或铜皮的距离4 层板保证在0.20mm 以上，6 层或8层板保证在0.25mm 以上的隔离才可方便于生产。内层独立PAD 一般都去除掉，一定要保留的话，独立PAD 到铜皮间距0.25mm.压接器件：(Press-fit) 如果PCB 上有压接器件，应向厂家特别指明。压接器件在安装时不是焊上去的，而是靠外力压插进去的，压接器件的成品孔径不应有正公差，孔壁要相应厚一些，厂家对有压接器件的PCB 板在加工过程中都要做个别处理，由于压接器件没有明显特征，厂家无法识别，要求用户特别指明。非金属化孔制作常见有以下三种方式，干膜封孔或胶粒塞孔，使孔内镀上的铜因为无蚀阻保护，可在蚀刻时除去孔壁铜层。注意干膜封孔，孔径不可大于6.0mm，胶粒塞孔不可小于11.5mm。另外就是采用二次钻孔制作非金属化孔。不管采取何种方式制作，非金属化孔周围必须保证0.2mm 范围内无铜皮。定位孔的设计往往也是容易忽略的一个问题，线路板加工过程中，测试，外形冲板或电铣均需要使用大于1.5mm 的孔做为板固定的定位孔。设计时需考虑尽量成三角形将孔分布于线路板三个角上。6.4 金属化（PHT）与非金属化（NPTH）的界定a) 通常工厂会默认以下方式为非金属化孔：当设计工具为Protel99se，高级属性中（Advanced 菜单中将plated 项勾去除）设置了安装孔非金属化属性，默认为非金属化孔，同样PADS 中pad stacks propertyes 设置中未选plated 项，也即设置为非金属化孔，而Allegro 中则有三个选项可选，一定要正确选择，属性搞错将可能直接导致报废。当客户在设计文件中直接用keep out layer 或mechanical 1 层圆弧表示打孔（没有再单独放孔），默认为非金属化孔。当客户在设计或机械图说明文件中明确要求相应的孔径非金属化（NPTH），则按客户要求处理，相应孔处不用设计焊盘。b) 除以上情况外的元件孔、安装孔、导通孔等均应金属化。以上孔性属性及个数，在Drill chart 列表中一定要标注清楚且必须正确。6.5 孔径尺寸及公差a) 设计图样中的PCB 元件孔、安装孔默认为最终的成品孔径尺寸。其孔径公差一般为3mil（0.08mm），非金属化为2mil(0.05mm)；b) 导通孔（即VIA 孔）一般控制为：负公差无要求，正公差控制在+ 3mil （0.08mm）以内。6.6 厚度金属化孔的镀铜层的平均厚度一般不小于25.4m，最薄处不小于20m。6.7 孔壁粗糙度PTH 孔壁粗糙度一般控制在 32um6.8 PIN 孔问题a)数控铣床定位针最小为1.50mm（尽量大），且定位的三个PIN 孔应呈三角形。b)当客户无特殊要求，设计文件中孔径均1.50mm 时，最好在板中空白无线路处或大铜面上合适位置加PIN 孔，以方便后面生产加工。6.9 SLOT 孔(槽孔)的设计a) 建议SLOT 孔用Drawing layer（Keep out layer）画出其形状即可（标出尺寸数据最好）；也可以在钻孔层用连孔打出，但连孔应大小一致，且孔中心在同一条水平线上。b) 行业内目前最小的槽刀为0.60mm。c) 当开SLOT 孔用来屏蔽，避免高低压之间爬电时，建议其直径在1.2mm以上，以方便加工。长方形孔：（打排钻）目前还没有哪个软件能把孔径定义成长方的，如果需要打长方形孔，你先做一个长方形的或椭圆形的焊盘，如要打1 X 3mm 的孔，焊盘至少是1. 5 X 3.5mm，这个焊盘的孔径置成1mm，这就定好了孔径和孔中心位，然后再告诉厂家孔的长度就可以了，排钻的长/宽比例不要太小，应大于2：1，否则无法正确排列，有可能两面孔径不一样大，我们在钻孔文件中给出打排钻的指令及坐标，钻机自己去排孔。排钻的最小孔径为0.6mm，小于0.6mm 时钻头间距排列不均匀、排出的孔不在一条直线上，且加工过程中容易折刀。Allegro 输出钻孔文件时最好Enhanced excellon format 和Auto tool select 两项都勾选，输出的钻孔文件才是即有刀具又有命令的完整格式。7 阻焊层7.1 阻焊膜主要目的：A. 防焊：留出板上待焊的通孔及其pad，将所有线路及铜面都覆盖住，防止波焊时造成的短路,并节省焊锡之用量 。B. 护板：防止湿气及各种电解质的侵害使线路氧化而危害电气性质，并防止外来的机械伤害以维持板面良好的绝缘，C. 绝缘：由于板子愈来愈薄,线宽距愈来愈细,故导体间的绝缘问题日形突显,也增加防焊漆绝缘性质的重要性.表面组装PCB 的阻焊涂层大多数采用液体光致成像阻焊剂工艺来实现的。采用这种工艺，阻焊窗口的尺寸应该比PCB上对应焊盘尺寸大0.20mm（每边0.10mm），以防止阻焊剂污染焊盘,但事实上现大一般工厂都可达到以下制程能力：a)为避免绿油上焊盘,阻焊开窗一般单边0.08mm,最小0.05mm.b)为保证不露线,阻焊盖线一般单边0.10mm, 最小0.075mm.阻焊制作比较麻烦的就是过电孔上的阻焊处理方式上面：由于过电孔除了导电功能外，很多PCB 设计工程师会将它设计成装配元件后的成品在线测试点，甚至极少数还设计成元件插件孔。常规过孔设计时为防止焊接时沾锡会设计成盖油，所以布线时测试点最好以添加PAD 而不用加VIA 的形式打孔,测试点必须开窗,相应丝印层有明显”TP”字样识别.（也可建库加入）但喷锡板过孔盖油极易造成孔内藏锡珠，因此相当部分产品设计成过孔塞油，为便于封装BGA 位置也是按塞油处理。但当孔径大于0.6mm 时，会增加塞油难度（塞不饱满），因此也有将喷锡板设计成开比孔径大单边0.065mm 的半开窗形式，孔壁及孔边0.065mm 范围内喷上锡。7.2 涂敷部位和缺陷a)除焊盘、MARK 点、测试点等之外的PCB 表面，均应涂敷阻焊层。b)若客户用FILL 或TRACK 表示的盘，则必须在阻焊层（Solder mask）层画出相应大小的图形，以表示该处上锡。（强烈建议设计前不用非PAD 形式表示盘）c)若需要在大铜皮上散热或在线条上喷锡，则也必须用阻焊层（Solder mask）层画出相应大小的图形，以表示该处上锡。7.3 厚度阻焊层的厚度符合下表:线路表面10m线路拐角8m基材表面 2040m线路板DFM设计技术（四） 8 字符和蚀刻标记8.1 基本要求a) PCB 的字符一般应该按字高30mil、字宽5mil 、字符间距4mil 以上设计，以免影响文字的可辨性。b) 蚀刻（金属）字符不应与导线桥接，并确保足够的电气间隙。一般设计按字高30mil、字宽7mil 以上设计。c) 客户字符无明确要求时，一般会根据工艺要求，对字符的搭配比例作适当调整，保证成品板字体清晰。特别是有极性器件的极性方向必须可辨。8.2 文字上PADSMT 的处理盘(PAD)上不能有丝印层标识，以避免虚焊。由于元件布局越来越密，并且要考虑字符印刷时不可上焊盘，至少保证字符到焊盘在0.15mm 以上距离，元件框和元件符号有时根本无法完整分布在线路板上，好在现在贴片大部分由机器完成，因此设计时最好能在封装库的基础上作适当移动处理，其原则是不影响其标识与器件的对应性，如果实在无法调整，可以考虑只印字符框，不印元件符号。标记添加的内容常见有：五项安规标识（生产厂家、厂家型号、UL 论证标识、认证号，阻燃等级）、防静电标志、Pb 无铅标记、生产周期，公司网址标识等等。必须弄清楚各标识的含意，最好留出并指定加放位置。8.3 MARK 点的设计及处理8.3.1 任何有贴片器件（SMT）的PCB 设计都必须有MARK 点，且形状要求标记为实心圆或正方形焊盘（也有三角形及字形）。8.3.2 MARK 点尺寸要求：设计PCB 的layout 将所有图档的MARK 点标记直径统一为1.00MM。8.3.3 MARK 点边缘距离PCB 板边缘必须5.00MM（贴片机器夹持PCB 最小间距要求）。8.3.4 当客户为拼板文件且表面贴片有加工艺边时，一般在工艺边对角正中位置各加一个MARK 点，相应阻焊层也需设计出开窗。8.3.5 MARK 点标记可以是裸铜，防氧化涂层，镀镍或镀锡，或焊锡涂层，MARK 点不能盖阻焊，所以设计时须在Solder Mask 层放置一个光标点开窗来表示无阻焊剂，以增强可识别性。特别对于设计时相对孤立的光标点，就需要设计一个保护圈以防脱落，如下图所示：9 内层压合9.1 目的：将铜箔（Copper)、胶片（Prepreg)与氧化处理后的内层线路板压合成多层板。多层印制板是由三层以上的导电图形层与绝缘材料层交替地经层压粘合一起而形成的印制板，并达到设计要求规定的层间导电图形互连。它具有装配密度高、体积小、重量轻、可靠性高等特点，是产值最高、发展速度最快的一类PCB 产品。随着电子技术朝高速、多功能、大容量和便携低耗方向发展，多层印制板的应用越来越广泛，其层数及密度也越来越高，相应之结构也越来越复杂。所谓多层印制板的层压技术，是指利用半固化片(由玻璃布浸渍环氧树脂后，烘去溶剂制成的一种片状材料。其中的树脂处于B 阶段，在温度和压力作用下，具有流动性并能迅速地固化和完成粘结。)将导电图形在高温、高压下粘合起来的技术。层压品质的控制在多层板制造中是十分重要的一环节，因此要保证多层板层压品质，Layout 人员需要对多层板层压工艺有一个基础性的了解。如下图所示，为层压工序压合作业示意图：9.2 下图所示步骤为内层线路制作原理的简易流程图，仅供参考，详情以各司实际生产工艺为准：1）内层影像转移：2）内层曝光：3）内层显影：4）内层蚀刻（etch）:5)内层检测:6）内层黑（棕）化:线路板DFM设计技术（五） 10 盲埋孔 （blind/buried via）随着电子信息技术的迅速发展，特别是3G 的开通，电子产品的功能越来越复杂，性能越来越优越，其体积越来越小、重量越来越轻，因此对印制板的要求越来越高，印制板的导线越来越细，导通孔越来越小，布线密度越来越高。传统多层板的结构，是含内层线路及外层线路，再利用钻孔，以及孔内金属化的制程，来达到各层线路之内部连结功能。但是因为线路密度的增加，零件的封装方式不断的更新，为了让有限的PCB 面积，能放置更多更高性能的零件，除线路宽度愈细外，孔径亦从DIP 插孔孔径1 mm 缩小为SMD 的0.6 mm，更进一步缩小为0.4mm以下，微过孔大小也小到0.20mm 以下，盲/埋孔工艺也应运而生，其定义如下：A. 埋孔（Buried Via）:内层间的通孔，压合后无法看到所不必占用外层之空间。B. 盲孔（Blind Via）:应用于表面层和一个或多个内层的连通。10.1 而事实上，盲/埋孔工艺在PCB 设计，成本控制及产品应用上也表现出了它自身特有的一些优点及功能：1）.可降低PCB 成本：当PCB 的密度增加超过八层板后，以HDI 来制造，其成本将较传统复杂的压合制程来得低。2）.增加线路密度：传统电路板与零件的互连，必须经由QFP 四周所引出的线路与通孔导体作为连接的方式（扇入及扇出方式），因此这些线路需要占据一些空间。而微孔技术可以将互连所需的布线藏到下一层去，其不同层次间焊垫与引线的衔接，则以垫内的盲孔直接连通，无须以扇入及扇出式布线。因此外层板面上可放置一些焊垫（如mini-BGA 或CSP 之小型球焊）以承接较多的零件，可增加电路板的密度。目前许多高功能小型无线电话的手机板，便是使用此种新式堆栈与布线法。下图显示为传统FAN-OUT 布线与HDI 布线的比较，左为传统焊垫与扇出互连之布线情形，右为垫内有孔之HDI 布局情形。(Via-in-Pad)3）.拥有更佳的电性能及讯号正确性：利用微孔互连除可以减少讯号的反射及线路间的串讯干扰，并使电路板线路的设计可以增加更多空间外，由于微孔的物理结构性质是孔洞小且短，所以可减少电感及电容的效应，也可减少讯号传送时的交换噪声。4）.可靠度较佳：微孔因有较薄的厚度及1：1 的纵横比，在讯号传递时的可靠度比一般的通孔来得高。5）.可改善热性质：一般HDI 板的绝缘介电材料（RCC）有较高的玻璃转换温度（Tg），因此有较佳的热性质。6）.可改善射频干扰/电磁波干扰/静电释放（RFI/EMI/ESD）：微孔技术可以让电路板Layout 缩短接地层与讯号层的距离，以减少射频干扰及电磁波干扰；另一方面可以增加接地线的数目，避免电路中零件因静电聚集造成瞬间放电，而发生损坏。7）.增加设计效率：微孔技术可以让线路安排在内层，使线路设计者有较多的设计空间，因此在线路设计的效率可以更高。10.2 埋孔设计与制作埋孔的制作流程较传统多层板复杂，但并不困难，成本亦稍高些，但基本思路还是按传统多层板工艺来进行，只是分钻孔后（形成埋孔），再多次压合，以下图6 层板为例：L2-L3，L4-L5 埋孔，先按正常双面板流程开料做两块双面板，然后钻孔、沉铜、板电，也即形成L2-L3，L4-L5 埋孔，再继续后工序，最后层压L1-6 后打通孔，也就是埋孔板的形成了。10.3 盲孔设计与制作盲孔板的制作流程有三个不同的方法，如下所述：1）机械式定深钻孔传统多层板之制程，至压合后，利用钻孔机设定轴深度的钻孔，但此法有几个问题：每次仅能一片钻产出非常低钻孔机台面水平度要求严格，每个spindle 的钻深设定要一致否则很难控制每个孔的深度孔内电镀困难，尤其深度若大于孔径，那几乎不可能做好孔内电镀。2）逐次压合法（Sequential lamination）以八层板为例，逐次压合法可同时制作盲埋孔。首先将四片内层板以一般双面皮的方式线路及PTH 做出（也可有其它组合；六层板+双面板、上下两双面板内四层板）再将四片一并压合成四层板后，再进行全通孔的制作。此法流程长，成本更比其它做法要高，因此并不普遍。3）增层法（Build up Process）之非机钻方式目前此法最受全球业界之青睐，而且国内多家大厂都有制造经验。此法延用上述之Sequential lamination 的观念，一层一层往板外增加，并以非机钻式之盲孔做为增层间的互连。其法主要有三种，简述如下：a.Photo Defind 感光成孔式 利用感光阻剂，同时也是永久介质层，然后针对特定的位置，以底片做曝光，显影的动作，使露出底部铜垫，而成碗状盲孔，再以化学铜及镀铜全面加成。经蚀刻后，即得外层线路与Blind Via，或不用镀铜方式， 改以铜膏或银膏填入而完成导电。依同样的原理，可一层一层的加上去。b.Laser Ablation 雷射烧孔 雷射烧孔又可分为三；一为2 雷射。一为Excimer 雷射，另一则为 Nd:YAG 雷射。c.干式电浆蚀孔（Plasma Etching） 这是Dyconex 公司的专利，商业名称为DYCOSTRATE 法。解说了盲埋孔的定义与制程，下图则以立体图示解释，传统多层板应用埋盲孔设计后，明显减少面积的情形。埋/盲孔印制板是印制板发展的必然产物，其应用势必愈来愈普遍，标准的埋盲孔印制板的生产工艺一般都需要昂贵的设备支持，其投资金额非常庞大 ,一定规模的中大厂都会以大量产, 高良率为目标, 较小规模的厂则多会量力而为, 寻求利基市场.以图永续经营。另外，埋盲孔印制板的利润远远高于单、双面印制板。以上整理之DFM 通用技术规范旨在做为PCB Layout 时参考之用，所提及的内容及参数也只是与PCB 设计有关的一些基础性东西，就纷繁复杂的PCB 制作工艺与流程而言，可谓冰山一角，九牛一毛都不到，也不可一概而论，以偏概全，只希望能借此起个抛砖引玉的作用，更详细更全面的PCB 知识还有待大家在平时工作中多学习多积累，并希望能就以上方面达成某种一致，以更好的实现CAD与CAM 的沟通，更好的实现可制造性设计（DFM）的共同目标，更好的缩短产品制造周期，提高良率，降低生产成本。线路板DFM设计技术（六） 11 表面处理工艺常见PCB 表面处理工艺的特点及用途表面处理最基本的目的是保证良好的可焊性或电性能。由于自然界的铜在空气中倾向于以氧化物的形式存在，不大可能长期保持为原铜，因此需要对铜进行其他处理。虽然在后续的组装中，可以采用强助焊剂除去大多数铜的氧化物，但强助焊剂本身不易去除，因此业界一般不采用强助焊剂。随着人类对于居住环境要求的不断提高，目前PCB 生产过程中涉及到的环境问题显得尤为突出。目前有关铅和溴的话题是最热门的；无铅化和无卤化将在很多方面影响着PCB 的发展。虽然目前来看，PCB 的表面处理工艺方面的变化并不是很大，好像还是比较遥远的事情，但是应该注意到：长期的缓慢变化将会导致巨大的变化。在环保呼声及客户要求愈来愈高的情况下,表面处理工艺愈来愈多，到底该选择那种有发展前景、通用性更强的表面处理工艺，就需要我们对各表面处理工艺有一个全面的了解.1.热风整平(HASL:Hot-air solder leveling）热风整平又名热风焊料整平，它是在PCB 表面涂覆熔融锡铅焊料并用加热压缩空气整（吹）平的工艺，使其形成一层既抗铜氧化，又可提供良好的可焊性的涂覆层。热风整平时焊料和铜在结合处形成铜锡金属间化合物。保护铜面的焊料厚度大约有1-2mil。PCB 进行热风整平时要浸在熔融的焊料中；风刀在焊料凝固之前吹平液态的焊料；风刀能够将铜面上焊料的弯月状最小化和阻止焊料桥接。热风整平分为垂直式和水平式两种，一般认为水平式较好，主要是水平式热风整平镀层比较均匀，可实现自动化生产。热风整平工艺的一般流程为：微蚀预热涂覆助焊剂喷锡清洗。HASL 是在世界范围内主要应用的表面处理技术，但是有三个主要动力推动着电子工业不得不考虑HASL 的替代技术：成本、新的工艺需求和无铅化需要。从成本的观点来看，许多电子元件诸如移动通信和个人计算机正变成平民化的消费品。以成本或更低的价格销售，才能在激烈的竞争环境中立于不败之地。组装技术发展到SMT 以后， PCB 焊盘在组装过程中要求采用丝网印刷和回流焊接工艺。在SMA 场合，PCB 表面处理工艺最初依然沿用了HASL 技术，但是随着SMT器件的不断缩小，焊盘和网板开孔也在随之变小，HASL 技术的弊端逐渐暴露了出来。HASL 技术处理过的焊盘不够平整，共面性不能满足细间距焊盘的工艺要求。2有机可焊性保护层（OSP: Organic solderability preservative）有机涂覆工艺不同于其他表面处理工艺，它是在铜和空气间充当阻隔层；有机涂覆工艺简单、成本低廉，这使得它能够在业界广泛使用。早期的有机涂覆的分子是起防锈作用的咪唑和苯并三唑，最新的分子主要是苯并咪唑，它是化学键合氮功能团到PCB 上的铜。在后续的焊接过程中，如果铜面上只有一层的有机涂覆层是不行的，必须有很多层。这就是为什么化学槽中通常需要添加铜液。在涂覆第一层之后，涂覆层吸附铜；接着第二层的有机涂覆分子与铜结合，直至二十甚至上百次的有机涂覆分子集结在铜面，这样可以保证进行多次回流焊。试验表明：最新的有机涂覆工艺能够在多次无铅焊接过程中保持良好的性能。有机涂覆工艺的一般流程为：脱脂微蚀酸洗纯水清洗有机涂覆清洗，过程控制相对其他表面处理工艺较为容易.PCB 表面用OSP 处理以后，在铜的表面形成一层薄薄的有机化合物，从而保护铜不会被氧化。Benzotriazoles 型OSP 的厚度一般为100A，而 Imidazoles型OSP 的厚度要厚一些，一般为400 A。OSP 薄膜是透明的，肉眼不容易辨别其存在性，检测困难。在组装过程中（回流焊），OSP 很容易就熔进到了焊膏或者酸性的Flux 里面，同时露出活性较强的铜表面，最终在元器件和焊盘之间形成Sn/Cu 金属间化合物，因此，OSP 用来处理焊接表面具有非常优良的特性，OSP不存在铅污染问题，所以环保。但也由于OSP 透明无色，所以检查起来比较困难，很难辨别PCB 是否涂过OSP。另外在存储过程中，OSP 表面不能接触到酸性物质，温度不能太高，否则OSP 会挥发掉。3. 电镀镍/金（Flash gold）镀镍/金早在70 年代就应用在印制板上，电镀镍/金特别是闪镀金、镀厚金、插头镀耐磨的Au-Co（金手指）、Au-Ni 等合金至今仍一直在带按键通讯设备、压焊的印制板上应用着，金用在开关的接触部分和接触片上，它的接触电阻是极为优越的；它本身固有的抗腐蚀性能，使得印制板在装配前可长时间存放。许多印制板制造厂家在印制插头部分采用选择性镀金， 以获得接触电阻低的优点，而且避免了用金所造成的潜在性的污染焊接连接点，也避免了镀金的成本高。虽然选择性电镀是很容易实现的，但由于选择性电镀所必须的附加工艺步骤，会引起劳动成本增加，从而几乎会超过可能的成本降低，所以必须考虑到由于采选择性电镀所引起的导线区、掩蔽操作、褪出金属镀层、再电镀以及任一增加的图形转印工艺的影响。电镀镍金工艺的一般流程为：前工序沉铜板电外层线路图电外层蚀刻后工序。由于所有镀金配方中都使用不溶性阳极，所以要添加金盐以调节镀液中的金属浓度。大多数厂商都是以已知金含量并称量好的金盐形式提供 ，常规含金量为68.3%。含金量太低，沉积速率慢，色泽呈暗红色。提高金含量，可提高电流密度范围，沉积速度加快，镀层光亮、均匀。在一些镀液中，使用PH 调节盐以增加或降低PH 值。而在另一些配方中，所用的酸是已知的，采用导电性盐使得可能使用较低的电压。PCB 电镀镍金常见缺陷有镀层结合力不好（镀前清洗处里不良、镀镍层应力大），镀金层可焊性不好（低应力镍层太薄、金层纯度不够、表面被污染（如手印）、包装不适当，需长时间存放，应采用真空包装）。4. 化学镀镍/浸金(ENIG:Electroless nickel/immersion gold)化学镀镍/浸金工艺不像有机涂覆那样简单，化学镀镍/浸金好像给PCB穿上厚厚的盔甲；另外化学镀镍/浸金工艺也不像有机涂覆作为防锈阻隔层，它能够在PCB 长期使用过程中有用并实现良好的电性能。因此，化学镀镍/浸金是在铜面上包裹一层厚厚的、电性良好的镍金合金，这可以长期保护PCB；另外它也具有其它表面处理工艺所