PCB可制造性设计.pdf

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1、上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796印刷电路板可制造性设计印刷电路板可制造性设计上海嘉捷通电路科技有限公司上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796产品的可制造性从广义上讲,包括了产品的制造、测试、返工、维修等产品形成全过程的可行性。狭义上讲就是指产品制造的可行性。针对PCB可制造性设计可以从以下两个方面考虑:1.PCB的可制造性(DFM=Design for Manufacture)2.PCB的贴装和组装的可制造性。(DFA=Design for Assembly)PCB的设计、生产、贴装属于三个不同专业技术。所以我们的PCB

2、设计者既要精通电路设计又要了解PCB的制造和安装工艺要求。这样才能有利于正确的进行印制板的布局和布线。前言上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-395387961.DFM(Design for Manufacture)2.DFA(Design for Assembly1.DFM(Design for Manufacture)2.DFA(Design for Assembly)3.PCB生产中常见的不良设计3.PCB生产中常见的不良设计上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796一、DFM (Design For Manufacture)1.板材的选

3、择2.多层板的叠层3.钻孔和焊盘的设计要求4.线路设计5.阻焊设计6.字符设计7.表面工艺的选择上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796一、板材 Materials铜箔基板(Copper-clad Laminate)简称CCL,它是由铜箔(皮)、树脂(肉)、补强材料(骨骼)、及其它功能补强添加物(组织)组成。上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796?树脂种类树脂种类?环氧树脂(epoxy)?聚亚酰胺树脂(Polyimide)?聚四氟乙烯(Polytetrafluorethylene,简称PTFE或称TEFLON)?B一三氮 树脂(

4、Bismaleimide Triazine 简称 BT)上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796板材的各项性能参数Er(DK):介电常数介电常数我们常用的PCB介质是FR4材料的,相对空气的介电常数是4.2-4.7。这个介电常数是会随温度变化的,在0-70度的温度范围内,其最大变化范围可以达 到20%。介电常数的变化会导致线路延时10%的变化,温度越高,延时越大。介电常数还会随信号频率变化,频率越高介电常数越小。100M以下可以用4.5计算板间电容以及延时。Df:介质损耗(损耗因子(介质损耗(损耗因子(Loss,loss tangent,Df,Dissipati

5、on factor)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,通常以介质损耗因数tan表示。Er和tan是成正比的,高频电路所以要求Low DK,Low Df的板材,这样能量损耗也小。Tg: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()。通常Tg170C,称作高Tg印制板。基板的tg提高了,印制板的耐热性、耐潮湿性、耐化学性、耐稳定性等特征都会提高和改善。上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796FR-4:目前流行的敷铜板材料之一,即玻纤材基材含浸

6、耐燃环氧树脂铜箔基板,具有优良的介电性能,抗化学性和耐热性。PTFE:聚四氟乙烯polytetrafluoetylene,长期以来,高频PCB大都使用聚四氟乙烯(PTFE)覆铜板作基板材料,该基材在很宽的频率范围内具有很小的且稳定的介电常数和很小的介质损耗因素,但这种材料由于使用聚四氟乙烯,决定了玻璃化温度很小(Tg约25),因而刚性很差。非PTFE高频微波板:由于PTFE材料的的刚性差,板材厂商又推出一系列的陶瓷填充、玻璃强化碳氢化合物的材料。这些材料具有优异的介电性能和机械性能,可以采用FR4的生产参数来生产。上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796FR4常

7、见的厚度有:0.05mm 0.1mm 0.13mm 0.15mm 0.20mm 0.25mm 0.36mm 0.51mm0.71mm 0.80mm 1.0mm 1.2mm 1.5mm 1.6mm 1.9mm 2.4mm铜箔的厚度有:18um(0.5OZ)35um(1OZ)70um(2OZ)105um(3OZ)上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796各类板材加工能力1.FR4:SY1141 2.High Tg FR4:S1170 S1000-2 IT180A3.High Frequency Materials:Rogers:3003/4003c/4350B /58

8、80 /6002 Taconic TLY-5 RF-35Arlon:25N/25FR/AD350/6700WL Gore:Speedboard C4.AL/Cu Metalbacked pcbs5.Metal core to PTFE6.Embedded resistors,capacitors material上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796二、多层板叠层设计板厚公差的控制:对于1.0mm以下的成品板厚,板厚公差按照+/-0.1mm控制;对于2.5mm以上的成品板厚,板厚公差按照+/-8%控制;其余板厚公差要求为+/-10%。板厚公差的控制:对于1.0

9、mm以下的成品板厚,板厚公差按照+/-0.1mm控制;对于2.5mm以上的成品板厚,板厚公差按照+/-8%控制;其余板厚公差要求为+/-10%。上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796对于一些高频板叠层时可采用高频板材与FR4混压,可以降低成本上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796常规的机械盲埋孔叠层结构常规的机械盲埋孔叠层结构机械盲埋孔的加工是采用全加成法来制造,如果盲埋孔不对称会引起PCB的翘曲,下面以8层板为例说明上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部

10、 Tel:021-39538796盲埋孔叠层不对称,容易产生板翘上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796HDI定义:凡直径小于150um以下的孔在业界被称为微孔(Microvia),利用这种微孔的几何结构技术所作出的电路可以提高组装、空间利用等等的效益,同时对于电子产品的小型化也有其必要性。对于这类结构的电路板产品,业界曾经有过多个不同的名称来称呼这样的电路板;美国的IPC电路板协会其于避免混淆的考虑,而提出将这类的产品称为HDI(High Density Intrerconnection Technology)的通用名称,如果直接翻译就变成了高密度连结技术。H

11、DI 叠层上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796a、钻孔大小与焊盘的要求多层板上的元器件钻孔大小与所选用的元器件引脚尺寸有关,钻孔过小,会影响器件的装插及上锡,钻孔过大,焊接时焊点不够饱满。元件孔径及焊盘大小的计算方法:元件孔的孔径=元件引脚直径(对角线)+(1020mil)元件焊盘直径元件孔直径+18mil过孔焊盘直径过孔直径+12mil板厚:孔径12:12、钻孔与焊盘设计上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796Width of annular ring外

12、层过孔焊环要求最小annular ring 5mil上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796钻孔与电源层、地层连接处,为增加其可靠性,减少焊接过程中大面积金属吸热而产生虚焊,一般连接盘应设计成花孔形状如下图所示:B.Thermal pad designHoleThermal ringConductive channelThermal breakThermal ring:5 milChannel:6 milThermal break:6 mil负片正片上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796隔离盘设计成如下形状隔离盘大小钻孔大小+(

13、2030mil)C.isolation pad design上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796D.钻孔加工能力钻孔加工能力上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796E.背钻工艺背钻工艺背钻可以减少过孔的的等效串联电感。从信号完整性上看,过孔属于阻抗的不连续点.对于1G以下的信号来说可能通孔的影响还看不太出来.但是对于1G以上的信号,比如:3.125G,5G的信号来说,都需要做backdrill的工艺.背钻孔尺寸比pth孔径大0.25mm;深度控制公差+-0.2mm上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-3953

14、87963.走线设计线宽的大小主要由导线的过流能力、允许的温升和铜箔的附着力决定。微波电路和高速电路的导线宽度还与特性阻抗有关,应跟据所选基材的介电常数和电路对特性阻抗的需要通过计算来确定。这种类型线宽公差要求更严,通常要求做到+/-0.02mm;上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796在0.5OZ铜厚的不同线宽的过流能力下图为我国机械部出的印刷电路板设计给出的一个参数表PCB载流能力的计算一直缺乏权威的技术方法、公式;目前在国外的UltraCAD Design 公司出了一个计算软件PCBTEMP.上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-3953

15、8796在1OZ铜厚的不同线宽的过流能力上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796在2OZ铜厚的不同线宽的过流能力上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796在3OZ铜厚的不同线宽的过流能力上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796?安全间距的要求安全间距的设定,应满足电气安全的要求。一般来说,外层的最小间距不得小于4mil,内层的最小间距不得小于4mil。在布线能排得下的情况下,间距应尽量取大值,以提高制板时的成品率。安全间距包括:Track to track (same net&differient n

16、et)Track to padPad to padTrack to holePad to holeCopper to pcb edge11.75 mil pad4 mil spacing11.75 mil pad4 mil spacing上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796板面布线应疏密得当,当疏密差别太大时应以网状铜箔填充;最小的网格线宽为6mil,间距为6mil?考虑到PCB加工时钻孔的误差,所有走线距非金属化孔都有最小距离要求。1)孔径80mil(2mm),走线距孔边缘8mil;2)80mil(2mm)孔径120mil(3mm),走线距孔边缘10mil

17、;3)孔径120mil(3mm),走线距孔边缘12mil1)孔径80mil(2mm),走线距孔边缘8mil;2)80mil(2mm)孔径120mil(3mm),走线距孔边缘10mil;3)孔径120mil(3mm),走线距孔边缘12mil设计要求设计要求ClearanceHoleCopper上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-395387960.12mm Prfe0.12mm Prfe0.3mm copper to borad edgePcb edgeTrack to track copper to edge Track to hole Pad to pad spacing

18、Line to linespacingLine to pad spacing工艺能力:Track to track :5milTrack to pad:5milPad to pad:5milTrack to hole:10milCopper to edge:12mil上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-395387962.01.41.10.8601.61.10.90.7451.10.90.70.6302.5H3.01.6H2.41.0H1.6H1.0角度角度?在采用V-CUT拼板时为了保证PCB加工时不出现露铜的缺陷,要求所有的走线及铜皮距离板边保持一定的距离D,具体要求如

19、下:上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796电源层、地层分割线要求电源与地的分割线大小一般采用10-30mil,电压越高分割线越粗。如下所示CopperLaminateInner layer isolation zone负片正片上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796Height of Beveling Minimum=15 milLaminateCopperInner layer clearance for gold finger areaGold fingers金手指内层设计上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:02

20、1-395387964.Solder mask 阻焊阻焊颜色有绿色、黄色、白色、蓝色、黑色等阻焊厚度通常为18umSMT 之间距离小于之间距离小于7mil 时阻焊桥无法保证时阻焊桥无法保证Solder bridgeS/M OpeningSMD PadSolder damSMD PadS/M Opening上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796Solder maskCopperLaminateCover HoleSolder Mask OpeningSolder Mask Plugged HoleTop viewSolder mask OpeningSolder

21、 mask cover holeSolder mask plugged hole阻焊术语介绍上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-395387965.Legend字符字符的颜色有白色、黄色、黑色最小的丝印字宽(line width)为4mil 字高(high)为28mil丝印与SMT焊盘距离要求大于6milWidth of Legend marking上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-395387966.表面工艺 Surface finish 目前表面工艺的种类主要有:热风整平(HASL、HAL&SMOBC)化学沉金(Enig、Immersion Gol

22、d)化学沉银(Immersion Ag)化学沉锡(Immersion Sn)防氧化膜 OSP金手指选择性镀金上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796沉锡沉锡OSP热风整平沉金热风整平沉金上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796金手指沉银上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796PCB各种表面工艺技术要求及工艺特点各种表面工艺技术要求及工艺特点上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-395387967、制板文件的提供

23、:1.Pcb文件输出的各层gerber文件(包括:线路、阻焊、字符、钻孔程序、Paste mask等。)2.填写制板说明,见附件所示,通过此表把相关的制板要求传递给制造厂商。可接受文件数据格式RS-274-X,RS-274-DCAM350、Protel、PADS2000、PowerPCB、Auto CAD Allegro P-CAD ODB+上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796Microsoft Excel 工作表上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796二、DFA Design for assembly1.工艺边:主要用于SM

24、T设备的夹持与定位,焊接完后去掉。虽然工艺边不能算是PCB的有效面积,但对于设备来说是必不可少。上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-395387962.拼板设备的导轨系统有一个夹持pcb的尺寸范围,最小尺寸为50mmx50mm。而小于此尺寸的PCB需要通过邮票孔或V-CUT把几拼板拼一起方式,如下图所示。拼板的具体要求如下:a.PCB必须有自己的基准点,b.每板单元板必须有自己的基准点c.对于外形复杂的PCB,拼好后的PCB尽量保证其外形是规则,以便导轨夹持d.拼板可以采用平排,倒扣排等。拼板的连接方式主要有邮票孔桥连、V-CUT形式。上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部

25、 Tel:021-39538796邮票孔上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796邮票孔设计邮票孔设计上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796V-CUT 方式方式V-CUT板分成单板后,板边可能会产在毛刺,如果要板边光滑,需要客户自己使用沙纸来研磨。不同角度和板厚(H),板边到铜皮距离D(单位mm)的要求如下:2.01.41.10.8601.61.10.90.7451.10.90.70.6302.5H3.01.6H2.41.0H1.6H1.0角度角度上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-395387961.工艺边的

26、宽度通常大于5mm2.工艺边通过V-CUT/邮票孔等方式进行连接。3.在工艺边上打定位孔和MARK点基准点(Fiducial)是所有全自动设备识别和定位的标识点。基准点设计有以下几个要求:a.基准点焊盘表面镀层要求平整,反光性好。b.基准点周围应设计一块背景区,背景区内不能有其它焊盘、丝印和阻焊。c.基准点的尺寸不能大于3mm,也不能小于0.5mm,通常设计为1.0mm的 圆形焊盘。d.基准点表面可为:祼铜、镀金、铅锡、osp等,不能有阻焊覆盖。工艺边设计要求工艺边设计要求错误的基准点设计错误的基准点设计正确的基准点设计上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-395387962

27、.局部基准点设计设备在运行过程中会产生热误差,以及pcb的累积误差,会使一些细间距的器件(如0.5mm pitch的QFP)的贴装发生偏移,而这种偏移对设备来讲己无能为力了保证这一类器件的贴装精度,必须在器件对角线上加局部基准点(Locate Fiducial)。具体要求如下:a.基准点分布在器件的对角线两侧,尽量靠近器件。b.基准点可以设计小一点,以满足器件的走线。c.基准点大小的两个直径(一边一个直径)范围内不能有任何标记,线路,焊盘,阻焊等。见下图所示上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796基准点的放置上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021

28、-39538796三、PCB常见的不良设计1.字符a.字符放在SMD焊盘上,b.字符宽高比例太小,造成丝印字符困难,通常字符最字宽为4mil,字高为30mil2.图形设计不对称造成图形电镀时电流分布不均,影响镀层均匀性,甚致造成板翘曲。3.插件孔设计与器件管脚尺寸一致由于pcb成品孔径存在+-0.075mm的公差和器件的管脚也存在一定的公差,插件孔孔径应比器件管脚大0.15-0.3mm,否则会出现器件无法安装。上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-395387964.盲埋孔设计问题盲埋孔设计的意义:a.提高多层板的密度,减少多层板的层数及缩小板尺寸b.改善pcb性能,特别是特

29、性阻抗的控制(导线缩短,孔数减少)设计中的问题:a.非对称结构造成板翘曲b.存在交叉的情况,无法加工。上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-395387965.部份蛇形走线间距不足,导致pcb导线长度变短。如下图所示间距小于5mil,无法加工上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-395387966.电源、地负片设计是隔离带过小,同一个网络的连接线小于8mil.上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-395387967.内层隔离盘之间必须保留8mil以上的距离,以保证中间的热焊盘与其它地方连接。不要出现下面这种设计现像:Conductive c

30、hannel of BGA area上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-395387968.在基材空白区域铺上阻流块,防止在生产过程中有电镀夹膜产生上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-3953879610.软件问题不同版本的软件不能互换,在转化的过程中会丢掉一些焊盘的特性,造成pcb网络与原网络不符。通常在Protel PADS这两种软件里经常出现此类问题。9.异形孔漏备注在EDA软件的钻孔是不能画异形孔,必须在Drill draw 孔位图这一层进行标识。上海嘉捷通电路科技有限公司 技术支持部 Tel:021-39538796Q&AChinaFastPCB 2009ChinaFastPCB 2009编写:黄开锋 13661631889

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