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在PCB線路板設計是需要考慮的七個問題

來源:PCB線路板設計  發布時間:2018-01-12   點擊量:406

在PCB線路板設計是需要考慮的七個問題!為便于表達,從開料、鉆孔、線路、阻焊、字符、表面處理及成形七個方面分析:

一。 開料主要考慮板厚及銅厚問題:

板料厚度大于0.8MM的板,標準系列為:1.0 1.2 1.6 2.0 3.2 MM,板料厚度小于0.8MM不算標準系列,厚度可以根據需要而定,但經常用到的厚度有:0.1 0.15 0.2 0.3 0.4 0.6MM,這此材料主要用于多層板的內層。

外層設計時板厚選擇注意,生產加工需要增加鍍銅厚度、阻焊厚度、表面處理(噴錫,鍍金等)厚度及字符、碳油等厚度,實際生產板金板將偏厚0.05-0.1MM,錫板將偏厚0.075-0.15MM.例如設計時成品要求板厚2.0 mm時,正常選用2.0mm板料開料時,考慮到板材公差及加工公差,成品板厚將達到2.1-2.3mm之間,如果設計一定要求成品板厚不可大于2.0mm時,板材應選擇為1.9mm非常規板料制作,PCB加工廠需要從板材生產商臨時訂購,交貨周期就會變得很長。

內層制作時,可以通過半固化片(PP)的厚度及結構配置調整層壓后的厚度,芯板的選擇范圍可靈活一些,例如成品板厚要求1.6mm,板材(芯板)的選擇可以是1.2MM也可以是1.0MM,只要層壓出來的板厚控制在一定范圍內,即可滿足成品板厚要求。

另外就是板厚公差問題,PCB設計人員在考慮產品裝配公差的同時要考慮PCB加工后板厚公差,影響成品公差主要是三個方面,板材來料公差、層壓公差及外層加厚公差。現提供幾種常規板材公差供參考:(0.8-1.0)±0.1 (1.2-1.6)±0.13 2.0±0.18 3.0±0.23 層壓公差根據不同層數及板厚,公差控制在±(0.05-0.1)MM 之間。特別是有板邊緣連接器的板(如印制插頭),需要根據與連接器匹配的要求確定板的厚度和公差。

表面銅厚問題,由于孔銅需要通過化學沉銅及電鍍銅完成,如果不做特殊處理,在加厚孔銅時表面銅厚會隨著一起加厚。根據IPC-A-600G標準,最小銅鍍層厚度,1、2級為20um ,3級為25um.因此在線路板制作時,如果銅厚要求1OZ(最小30.9um)銅厚時,開料有時會根據線寬/線距選擇HOZ(最小15.4um)開料,除去2-3um的允許公差,最小可達33.4um,如果選擇1OZ開料,成品銅厚最小將達到47.9um.其它銅厚計算可依次類推。

二。 鉆孔主要考慮孔徑大小公差、鉆孔的預大,孔到板邊線邊、非金屬化孔的處理問題及定位孔的設計:

目前機械鉆孔最小的加工鉆嘴為0.2mm,但由于孔壁銅厚及保護層厚,生產時需要將設計孔徑加大制作,噴錫板需要加大0.15mm 金板需要加大0.1mm,這里的關鍵問題是,如果孔徑加大以后,此類孔到線路、銅皮的距離是否達到加工要求?本來設計的線路焊盤的焊環夠不夠?例如,設計時過孔孔徑為0.2mm,焊盤直徑為0.35mm,理論計算可知,焊環單邊有0.075mm是完全可以加工的,但按錫板加大鉆嘴后生產,就已經沒有焊環了。如果焊盤由于間距問題,CAM工程人員無法再加大的話,此板就無法加工生產。

孔徑公差問題:目前國內鉆機大部分鉆孔公差控制在±0.05mm,再加上孔內鍍層厚度的公差,金屬化孔公差控制在±0.075mm,非金屬化孔公差控制在±0.05mm.

另外容易忽略的一個問題是鉆孔到多層板內層銅皮或線的隔離距離,由于鉆孔定位公差為±0.075mm,層壓時內層壓板后圖形伸縮變形有±0.1mm的公差變化。因此設計時孔邊到線或銅皮的距離4層板保證在0.15mm以上,6層或8層板保證在0.2mm以上的隔離才可方便于生產。

非金屬化孔制作常見有以下三種方式,干膜封孔或膠粒塞孔,使孔內鍍上的銅因為無蝕阻保護,可在蝕刻時除去孔壁銅層。注意干膜封孔,孔徑不可大于6.0mm,膠粒塞孔不可小于11.5mm.另外就是采用二次鉆孔制作非金屬化孔。不管采取何種方式制作,非金屬化孔周圍必須保證0.2mm范圍內無銅皮。

定位孔的設計往往也是容易忽略的一個問題,線路板加工過程中,測試,外形沖板或電銑均需要使用大于1.5mm的孔做為板固定的定位孔。設計時需考慮盡量成三角形將孔分布于線路板三個角上。

三。 線路制作主要考慮線路蝕刻造成的影響

由于側蝕的影響,生產加工時考慮銅厚及不同加工工藝,需要對線路進行一定預粗,噴錫和沉金板HOZ銅常規補償0.025mm,1OZ銅厚常規補償0.05-0.075mm,線寬/線距生產加工能力常規0.075/0.075mm.因此在設計時在考慮最線寬/線距布線時需要考慮生產時的補償問題。

鍍金板由于蝕刻后不需要退除線路上面的鍍金層,線條寬度沒有減小,因此不需要補償。但需注意由于側蝕仍然存在,因此金層下面銅皮線寬會小于金層線寬,如果銅厚過厚或蝕刻過量極易造成金面塌陷,從而導致焊接不良的現象發生。

對于有特性阻抗要求的線路,其線寬/線距要求會更加嚴格。

四。阻焊制作比較麻煩的就是過電孔上的阻焊處理方式上面:

由于過電孔除了導電功能外,很多PCB設計工程師會將它設計成裝配元件后的成品在線測試點,甚至極少數還設計成元件插件孔。常規過孔設計時為防止焊接時沾錫會設計成蓋油,如果做測試點或插件孔則必須開窗。

但噴錫板過孔蓋油極易造成孔內藏錫珠,因此相當部分產品設計成過孔塞油,為便于封裝BGA位置也是按塞油處理。但當孔徑大于0.6mm時,會增加塞油難度(塞不飽滿),因此也有將噴錫板設計成開比孔徑大單邊0.065mm的半開窗形式,孔壁及孔邊0.065mm范圍內噴上錫。

PCB線路板

五。 字符處理時主要考慮字符上焊盤及相關標記的添加。

由于元件布局越來越密,并且要考慮字符印刷時不可上焊盤,至少保證字符到焊盤在0.15mm以上距離,元件框和元件符號有時根本無法完整分布在線路板上,好在現在貼片大部分由機器完整,因此設計時如果實在無法調整,可以考慮只印字符框,不印元件符號。

標記添加的內容常見有,供應商標識、UL論證標識、阻燃等級、防靜電標志、生產周期,客戶指定標識等等。必須弄清楚各標識的含意,最好留出并指定加放位置。

六。 PCB的表面涂(鍍)層對設計的影響:

目前應用比較廣泛的常規表面處理方式有 OSP 鍍金 沉金 噴錫

我們可以從成本、可焊性,耐磨性、耐氧化性和生產制作工藝不同,鉆孔及線路修改等幾個方面比較各自優缺點。

OSP工藝:成本低,導電性和平整性較好,但耐氧化性差,不利于保存。鉆孔補償常規按0.1mm制作,HOZ銅厚線寬補償0.025mm.考慮到極易氧化和沾染灰塵,OSP工序加工放在成形清洗以后完成,當單片尺寸小于80MM時須考慮拼連片形式交貨。

電鍍鎳金工藝:耐氧化性、耐磨性好,用于插頭或接觸點時,金層厚度大于或等于1.3um,用于焊接的金層厚度常規在0.05-0.1um,但相對可焊性較差。鉆孔補償按0.1mm制作,線寬不做補償,注意銅厚1OZ以上制作金板時,表面金層下的銅層極易造成蝕刻過度而塌陷造成可焊性的問題。鍍金因需要電流輔助,鍍金工序設計在蝕刻前,完整表面處理的同時也起到蝕阻的作用,蝕刻后減少了退除蝕阻的流程,這也是線寬不做補償的原因。

化學鍍鎳金(沉金)工藝:耐氧化性、可悍性好,鍍層平整廣泛用于SMT板,鉆孔補償按0.15mm制作,HOZ銅厚線寬補償0.025mm,因為沉金工序設計在阻焊以后,蝕刻前需要使用蝕阻保護,蝕刻后需要退除蝕阻,因此線寬補償比鍍金板多,于是在阻焊后沉金,大部分線路有阻焊覆蓋不需要沉金,相對于大面積銅皮的板,沉金板消耗的金鹽量要明顯低于鍍金板。

噴錫板(63錫/37鉛)工藝:耐氧化性、可悍性相對最好,平整度較差,鉆孔補償按0.15mm制作,HOZ銅厚線寬補償0.025mm,工序與沉金基本一致,目前為最常見的一種表面處理方式。

由于歐盟提出ROHS指令,拒絕使用含有鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴二苯醚(PBDE)和多溴聯苯(PBB)六種有害物質,表面處理推出了噴純錫(錫銅<鎳>)、噴純錫(錫銀銅)、沉銀和沉錫等新工藝來替代噴鉛錫工藝。

七。 拼板,外形制作也是設計時考慮很難全面的問題:

拼板首先要考慮便于加工,電銑外形時間距要按一個銑刀直徑(常規為1.6 1.2 1.0 0.8)來拼板,沖板外形時注意孔、線到板邊的距離是否大于一個板厚,最小沖槽尺寸要大于0.8mm .如果采用V-CUT連結時,靠板邊線路和銅皮必須保證距V-CUT中心0.3mm.

其次要考慮大料利用率的問題,由于大料購買的規格比較固定,常用板料規格有930X1245,1040X1245 1090X1245等幾種規格,如果交貨單元拼板不合理,極易造成板料的浪費。


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