生产流程及可制造性设计分享课件

1、 PCB生产流程及可制造性设计分享术语定义 覆铜箔层压板：简称覆铜箔板或覆铜板，是制造印制电路板的基板材料（ Copper Clad Laminates，简写为CCL ）。 铜箔（ Copper Foil）绝缘层PP（Prepreg）术语定义 半固化片：由树脂和增强材料组成，做为多层板制作时的黏结绝缘层。又称之为黏结片或PP片，在受到高温后会软化及流动,经过一段软化流动的时间后,又逐渐吸收能量而发生聚合反应使得黏度增大再真正硬化，起到粘接各层芯板和外层铜箔的作用。 PCB工艺流程 1、单面板工艺流程 下料 钻孔 图形转移 蚀刻 褪膜 阻焊 表面处理 字符 测试 成型 成品检验 入库 2、双面板

2、工艺流程 下料 钻孔 沉铜加厚 图形转移 图形电镀 褪膜 蚀刻 阻焊 表面处理 字符 测试 成型 成品检验 入库 3、多层板工艺流程 下料 钻工具孔 内线图形转移 蚀刻 褪膜 黑化 层压 钻孔 沉铜加厚 外层图形转移 图形电镀 褪膜 蚀刻 阻焊 表面处理 字符 测试 外型 成品检验 入库 PCB工艺流程下料：按照工程设计拼版尺寸大小，将大块板材（包括覆铜板、半固化片、铜箔等）切割成工件。1. 根据尺寸大小选择和裁剪材料 钻工具孔：在板料上钻出后续生产用于定位的工具孔2.钻工具孔 PCB工艺流程3.内层贴干膜 4.根据工具孔对位贴菲林 PCB工艺流程5.曝光6.显影 黑化：实质是氧化反应。作用：

3、粗化铜面，增加与树脂接触的表面积，增加铜面润湿性,使树脂能流入各死角,加强二者之间的附着力。 PCB工艺流程9.铜箔表面黑化处理 黑化前黑化后PCB工艺流程层压 ：将铜箔(Copper Foil), PP胶片(Prepreg)与黑化处理(Oxidation)后的内层线路板，通过热压的方式压合成多层板。10.叠板 11.层压 PCB工艺流程钻孔：在板料上钻出客户要求的孔，孔的位置及大小均需满足客户的要求。12.利用工具孔定位，钻通孔 PCB工艺流程图形电镀：采用电镀原理在有效线路上电沉积一层金属，满足电气性能要求，或者保护线路。图形电镀包括镀铜、镀锡、镀镍、镀金。 孔铜加厚 15.图形电镀 外层

4、图形转移：用具有一定抗蚀性能的感光树脂涂覆或者压到外层铜箔上，然后通过光化学反应把电路底版（菲林）上的电路图形“转印”到铜箔上。PCB工艺流程阻焊：阻焊也叫防焊漆（Solder mask）。阻焊制作的目的：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,并节省焊锡用量。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性。绝缘：由于板子愈来愈薄,线宽线距愈来愈细,导体间的绝缘问题日渐显现,也增加防焊漆绝缘性质的重要性。PCB工艺流程表面处理：在PCB裸铜表面涂覆可焊性涂层，达到既对铜表面起到保护作用，又能满足客户

5、电气连接要求。电镀镍金、化学镍金（化金、沉金）、沉锡、沉银、防氧化处理（OSP）、喷锡、喷纯锡等。字符：在PCB板面上按照客户要求印上字符，作为标记用。测试：对线路通断的检查成型：将板铣成客户最终要求的形状。成品检验入库PCB的可制造性从字面意思理解是指PCB的可加工、可生产性。实际上是PCB能被批量生产并具备一定的直通率的工艺能力，我们称之为PCB的可制造性能力。可制造性设计概念 PCB的可制造性设计主要包括两个方面： PCB自身的可制造性，即PCB的设计要符合PCB现有的生产工艺能力。 PCB与元器件结合成电子产品的可制造性，即设计并生产出的PCB要能方便的与其他电子元件连接在一起，组合成

6、真实的产品。可制造性设计概念可制造性设计孔设计机械安装孔 用机械的方法将其他零部件、元器件安装到印制板上，或者将印制板安装到部件和整机上的一种孔 元件孔 经过焊接，实现元器件与印制板之间电气连接的一种孔 导通孔 又称为过孔，是实现不同导电层之间的导线进行电气连接的一种孔。从结构上可分为三种：过孔、盲孔、埋孔 可制造性设计可制造性设计机械安装孔PTH机械安装孔 NPTH机械安装孔沉孔 可制造性设计机械安装孔机械安装孔间距设计要求： 孔边缘到板边的最小间距S应大于印制板板厚T 任意相邻的两个机械安装孔孔边缘之间的最小间距D应大于印制板板厚T机械安装孔的属性建议： 设计时尽可能的设计成NPTH孔，如

7、设计PTH孔会存在如下缺点： 金属残留，影响精度、焊接上锡，影响拆装可制造性设计元件孔PTH金属化孔 焊接孔孔径比管脚直径大0.2-0.3MM压接孔 压接孔压接孔孔径公差一般控制在+/-0.05mm孔径太小时压接困难，可能损坏器件或孔孔径太大时压接不良，影响导通效果应明确告诉电路板厂家为压接孔 可制造性设计可制造性设计导通孔PTH金属化孔孔径大小一般在0.1-0.6mm导通孔厚径比为：12:1 H:T12:1可制造性设计导通孔之间安全距离的设定导通孔孔边缘到孔边缘最小安全距离须保证8MIL以上可制造性设计不同的机械加工方式，板边孔安全间距的设定可制造性设计焊盘焊盘分为有孔盘和无孔盘。无孔盘也就

8、是表面盘。 可制造性设计焊盘的尺寸设定焊盘尺寸的确定，应考虑钻孔方式，最小环宽、孔位偏差等因素非金属化孔的最小环宽0.3mm导通孔的最小环宽为0.0762mm元件孔的最小环宽为0.15mm 可制造性设计导线的布线要求线路形状应宽度均匀的平直线，当线条拐弯时尽量走45或圆角，不宜走锐角或直角导线宽度与间距分布均匀，既美观也便于加工 可制造性设计网格的设定要求线路网格应形状一致，线路均匀 同一网络间隔的设定0.076 mm (0.003)可制造性设计导线电流计算计算公式(IPC-2221A): I=kT0.44A0.725其中：I=最大的电流，单位为：A k=降额常数：导线在内层时取值为0.024

9、 导线在外层时取值为0.048 T=最大温升，单位为：，一般取10 A=导线截面积，单位为：mil2 (导线截面积=导线宽度X铜皮厚度）线宽公差 阻抗板：线宽按+/-10%控制 导线间距与电压可制造性设计印制导线间的允许工作电压（QJ3103-99) 可制造性设计阻焊阻焊桥阻焊开窗 可制造性设计阻焊桥设计有阻焊桥 无阻焊桥 可制造性设计阻焊桥局部脱落 铅锡搭桥 可制造性设计阻焊盖孔、塞孔、开窗的区别可制造性设计字符最小丝印字符线宽：5mil,字体高度：28mil,字体宽度：18mil最小蚀刻字符线宽：8mil,字体高度：40mil,字体宽度：28mil 可制造性设计表面涂层表面涂层的种类及对比

10、 类型优点缺点用途沉金可焊性好，平整度高，耐氧化多用于SMT板镀金耐磨性好，接触电阻小，导电性高，易金线键合金面与阻焊结合力差多用于按键、插接件连接区，邦定板喷锡可焊性非常好不符合ROHS，平整性不好多用于保护焊盘可焊性喷纯锡可焊性好平整性不好，孔铜易损耗多用于保护焊盘可焊性OSP涂层薄，平整度好，可焊性好贮存周期短多用于微波或者高频板沉锡平整度好，可焊性好沉锡药水对阻焊有攻击性多用于SMT板沉银平整度好，电性能良好贮存周期短，容易氧化变色多用于微波或者高频板可制造性设计涂层的保存期限及注意事项成品使用前应保持内包装完好并保存在规定的储存环境中。印制板自生产完成之日起的有效保存期限与表面涂层种

11、类、印制板类别和储存环境有关，同时有效保存期限还与印制板的结构、内包装材料种类和印制板组装时的工艺条件有关。 表面涂（镀）层种类刚性印制板一般贮存环境良好贮存环境非真空包装真空包装非真空包装真空包装热风整平（有铅或无铅）26393652有机可焊性保护膜9171726化学镍金或电镀镍金26523965化学沉锡或化学沉银9171726 印制板自生产完成之日起的有效保存期限 单位（周）涂层的保存注意事项可制造性设计考虑到产品工艺和保管条件的差异，印制板拆封后应及时（推荐在24小时内） 使用，且建议使用前进行预干燥处理。对于化学沉锡或沉银产品拆包后建议在12小时内用完，否则须重新包装。如超过有效保存期

12、限，用户可进行干燥处理后试用：但重新需对板子的性能进行性能试验，经检验合格后仍可使用。通常保存时间超过3个月在上机贴片前为避免存在受潮的隐患，需进行2小时150度的烘烤。 贮存环境：良好的贮存条件：指温度小于25度，相对湿度不大于65%，有温度控制、无腐蚀性气体的室内环境条件。一般的贮存条件：指温度不高于35度，相对湿度不大于75%，无腐蚀性气体的室内环境条件。 可制造性设计叠层设计工艺可制造性可靠性 耐电压 翘曲度特性阻抗成本 可制造性设计耐电压通常介质厚度的设计不要低于80um，介质太薄可能会出席电击穿的现象 不同材料的PCB产品，其介质层耐电压能力情况如下表： 序号 介质层材料类型 耐电

13、压能力/(V/mil)1 环氧树脂材料 5002 陶瓷材料 7003 BT材料 10004 PI材料 1000可制造性设计翘曲度层叠结构的对称性 可制造性设计图形线路的对称性 A面和B面的线路图形面积应尽量接近。当铜面积相差过大时，这种印制板在蚀刻后就很容易翘曲。如果两面的线路面积相差太大，可在稀的一面加一些独立的网格，以作平衡 可制造性设计芯板两面铜层厚度的对称性 叠层结构设计时，内层芯板两面的铜厚必须保持一致，不建议设计成阴阳铜盲孔方式的对称性 不对称对称叠层结构设计时，减少不对称盲孔的设计可制造性设计阻抗的设计阻抗：在某一频率下，某一导体（信号线）对某一参考层（指最近的屏蔽层），必需考虑

14、的该结构对交流电的阻抗，它是阻抗、容抗、感抗等的总和 阻抗控制四要素相互影响的变化关系 1、H=信号层与参考层间介质厚度； 厚度，阻抗值,厚度，阻抗2、W=走线宽度； 线宽，阻抗值,线宽，阻抗3、r=材料的介电常数； 介电，阻抗值,介电，阻抗4、T=走线厚度。 铜厚，阻抗值,铜厚，阻抗可制造性设计影响产品制造的阻抗设计因素阻抗线必须有对应的参考平面，且参考平面必须完整；且参考平面的尺寸要比阻抗线的尺寸大20H，H是阻抗线到参考平面的层间厚度不同类型阻抗线应区分标示，当同一层上即有差分阻抗线又有特性阻抗线，不要把差分阻抗线与特性阻抗线的线宽设计为同一种线宽，尽可能的区分开来：如差分阻抗线与特性阻

15、抗线线宽同为5MIL时，则在设计时把差分或特性阻抗线中的一种线宽设计为4.9MIL或5.1MIL,便于区分开来；使用标准铜厚,且成品铜厚不超过2OZ;相邻层间的走线尽可能的减少平行线，平行走线会产生电感和电容从而产生更大的串扰，造成杂音信号，因此相邻导线间的走向互相垂直步设或采用阶梯斜向45走线共面阻抗的辐射更低，电场和磁场的耦合干扰更小，优于微带线可制造性设计过孔本身存在寄生电容和寄生电感，过孔的寄生电容会延长信号上升时间，降低电路的速度，过孔的寄生电感会消弱旁路电容的作用，消弱整个电源系统的滤波效果，因此须减少阻抗线附近的接地PTH过孔设计同样不合理的焊盘，铜点干扰也能导致阻抗的不连续性，

16、因此须减少阻抗线旁间距很小的焊盘与铜点或铜块设计 可制造性设计拼版拼版的作用 利于贴装提高生产效率降低生产成本拼版连接方式 可制造性设计连接方式的对比连接方式特点桥连桥连稳固性好，桥连宽度小，可连结异形板，不易分离，残余的突点大，多需借用工具进行分板V-CUT易分离，稳固性好，无明显突点，连结宽度大，一般不可连结异形板邮标孔易于分离，残余突点较小，稳固性相对桥连方式较弱，连结宽度较大桥连+V-CUT易于分离，几乎没有残留突点，稳固性相对桥连方式弱可制造性设计SMT贴装尺寸设定可制造性设计 常规工艺PCB的尺寸x*y的范围为： 最小x*y=50mm*50mm, 最大x*y=460mm*440mm

17、 (SMT) 当PCB单板尺寸小于上述最小规格时，即要进行拼板处理，拼板后的最佳尺寸范围为是x=150300mm, y=100250mm； 阴影部分a区和b区范围内不可以有焊盘和元件本体存在，即x方向的一对边必须留出离板边3mm以上的空间即工艺边用于贴装和焊接时PCB的搬送和固定，否则需制作载板治具； 波峰焊接方向： 合理IC方向不合理IC方向可制造性设计 尽可能将表面安装元件放在同一个方向. 首选的方向是用来使焊接的融合性能达到更优化.被动元件应互相平行排列 IC、排阻等元件其长轴要和焊锡波峰流动的方向（即工艺边方向）平行.IC、排阻等元件的长轴应该与被动元件互相垂直被动元件的长方向应该与波

18、峰焊时板子的运送方向垂直.可制造性设计基材在短短的四十五年历史里，印制板的应用中，基材的发展远远快于其它方面 FR-4在创新与改革方面都得到很大的发展无铅 Lead-free无卤素 Halogen-free 基材 在众多可考虑的材料特性中，只有为数几个的参数对线路设 计影响较为重要，如下所示： 热膨胀系数（CTE) 玻璃态转化温度（Tg温度) 湿度吸收率 分解温度（TD温度）材料特性要点基材热膨胀会在所有的层面产生。X-Y方向的影响主要有增强材料限制；而轴方向是由树脂材料所限制，往往会比X-Y 方向的影响要大。测量到的每度温度材料膨胀百万分率(ppm) 称之为热膨胀系数。 热膨胀系数玻璃态转化

19、温度 Tg温度是非晶态聚合物从玻璃脆性状态转化为粘流态或高弹态时的温度 湿度吸收率 绝大部分的有机材料都可以快速吸收水分。设计者必须考虑这方面，因为水分的吸收会改变材料的电气性能，物理大小，甚至造成装配的困难。基材分解温度板材树脂在加热升温过程中，某些聚合不足的小分子、挥发物，以及某些高沸点溶剂等将逐渐逸走，此时树脂会呈现失重现象，进而造成树脂基体(Matrix)的多处小裂口。从起初的微裂到逐渐扩大而成为局部分层或外观可见的爆板。所谓分解温度，系指增温中的某种板材树脂，当其失重到达5%所对应的温度，即称之为Td温度 无铅焊接对PCB基材的影响焊接条件的变化：在无铅焊接之前，最广泛采用的是共熔合

20、金SnPb（37%Pb）材料，它具有183的低共熔点、优异的机械性能和低廉的成本，但有毒性。而无铅化焊料Sn-Ag-Cu系等的最低共熔点为217，比Sn-Pb系低共熔点高出34，这意味着要提高PCB的耐热性能问题，或者是提高PCB耐热的高可靠性化问题。PCB使用环境条件的变化：由于PCB迅速走向高密度化和信号传输高速化的发展，使PCB使用（操作）温度（来自高密度化的元、组件的传热和PCB本身高密度化的发热），由过去70左右提高到100以上，甚至高达130以上，也就是说PCB的长期操作温度成倍增加了，因而，要求PCB具有长期使用（操作）温度的耐热高可靠性 。无铅焊接对PCB基材的影响PCB耐热高

21、可靠性的途径 ：从本质上来说，提高PCB耐热可靠性的途径有两大方面：（一）是提高PCB本身的耐热性；（二）是改善PCB的导热性能和散热性能。 1）选用高Tg的树脂基材。高Tg树脂层压板基材具有较高的耐热特性，因而对PCB无铅化是有利的，这意味着，比常规的PCB的Tg提高多少温度就可提高PCB的“软化”温度 2）选用低热膨胀系数CTE的材料 。通常元组件的CTE比PCB板材的CTE值要低，这种CTE的差别，随着PCB高密度化的焊接点面积的不断缩小而影响PCB可靠性将越来越大 。在随着PCB无铅化的过程，两者的CTE差别会更大，这意味着其热残余应力会更大 ，从而，要求无铅化PCB用的基材的的CTE

22、进一步减小。 3）选用高分解温度的基材。这是最重要的，无铅化PCB实验和应用表明，一味采用高Tg和低CTE基材，但如果树脂的分解温度Td低（如320）的话，耐热性能也是不能提高与改善的（见表）。应选择低Tg和高分解温度Td树脂组成的基材（LGHD）或高Tg和高Td的树脂组成的基材（HGHD），才能得到更好的耐热的PCB可靠性性能。因此，影响无铅化PCB耐热可靠性的最重要因素是基材中树脂的热分解温度（Td），只有提高基材中树脂的热分解温度(IPC草案规定TD330或340 )，才能保证无铅化PCB的耐热可靠性问题。基材特性LGLDHGLDLGHDHGHD TG（DSC）140170140175T

23、d（）32031035035050250的Z向膨胀（%）4.403.404.303.15T288（分钟）4.5210.515四种FR-4材料层压为2.4mm厚的十层板耐热性能情况 无铅焊接对PCB基材的影响增强材料 电子级玻璃织布主树脂结构 多环氧次结构 改良环氧或非环氧 填充物 有机或无机填充固化剂 无双氰胺 Non-Dicy 阻燃剂 溴TG140 - 200C分解温度(TD）最低340CZ轴膨胀 Alpha 160ppm maximumAlpha 2300ppm maximum50 to 260C 3.5% maximum耐热性 T260 Resistance30 minutes minimum T288 Resistance10 minutes minimum无铅适应材料无铅焊接对PCB基材的影响材料性能一览表材料特点材料型号材料性能TG（）CTE(TG,um/m)CTE(TG,um/m)TD(5%wtLoss, )T