生產(chǎn)流程及可制造性設(shè)計分享

PCB生產(chǎn)流程及可制造性設(shè)計分享術(shù)語定義

覆銅箔層壓板：簡稱覆銅箔板或覆銅板，是制造印制電路板的基板材料（CopperCladLaminates，簡寫為CCL

）。

銅箔（CopperFoil）絕緣層PP（Prepreg）術(shù)語定義

半固化片：由樹脂和增強材料組成，做為多層板制作時的黏結(jié)絕緣層。又稱之為黏結(jié)片或PP片，在受到高溫后會軟化及流動,經(jīng)過一段軟化流動的時間后,又逐漸吸收能量而發(fā)生聚合反應(yīng)使得黏度增大再真正硬化，起到粘接各層芯板和外層銅箔的作用。

PCB工藝流程

1、單面板工藝流程

下料→鉆孔→圖形轉(zhuǎn)移→蝕刻→褪膜→阻焊→表面處理→字符→測試→成型→成品檢驗→入庫

2、雙面板工藝流程

下料→鉆孔→沉銅加厚→圖形轉(zhuǎn)移→圖形電鍍→褪膜→蝕刻→阻焊→表面處理→字符→測試→成型→成品檢驗→入庫3、多層板工藝流程

下料→鉆工具孔→內(nèi)線圖形轉(zhuǎn)移→蝕刻→褪膜→黑化→層壓→鉆孔→沉銅加厚→外層圖形轉(zhuǎn)移→圖形電鍍→褪膜→蝕刻→阻焊→表面處理→字符→測試→外型→成品檢驗→入庫PCB工藝流程下料：按照工程設(shè)計拼版尺寸大小，將大塊板材（包括覆銅板、半固化片、銅箔等）切割成工件。1.根據(jù)尺寸大小選擇和裁剪材料

鉆工具孔：在板料上鉆出后續(xù)生產(chǎn)用于定位的工具孔2.鉆工具孔

PCB工藝流程內(nèi)層圖形轉(zhuǎn)移：用具有一定抗蝕性能的感光樹脂涂覆或者壓到內(nèi)層覆銅板上，然后通過光化學(xué)反應(yīng)把電路底版（菲林）上的電路圖形“轉(zhuǎn)印”到覆銅板上。主要步驟：貼干膜→菲林對位→曝光→顯影貼干膜：將感光材料覆在銅面上。對位：將菲林貼在覆了感光材料的板材上。曝光：通過紫外光照射，使菲林透光區(qū)域的感光材料固化。顯影：將未曝光部分的感光材料去掉，留下感光固化的部分。PCB工藝流程3.內(nèi)層貼干膜

4.根據(jù)工具孔對位貼菲林

PCB工藝流程5.曝光

6.顯影

黑化：實質(zhì)是氧化反應(yīng)。作用：粗化銅面，增加與樹脂接觸的表面積，增加銅面潤濕性,使樹脂能流入各死角,加強二者之間的附著力。

PCB工藝流程9.銅箔表面黑化處理

黑化前黑化后PCB工藝流程層壓：將銅箔(CopperFoil),PP膠片(Prepreg)與黑化處理(Oxidation)后的內(nèi)層線路板，通過熱壓的方式壓合成多層板。10.疊板

11.層壓

PCB工藝流程鉆孔：在板料上鉆出客戶要求的孔，孔的位置及大小均需滿足客戶的要求。12.利用工具孔定位，鉆通孔

沉銅：是用化學(xué)的方法使鉆孔后的板材孔內(nèi)沉積上一層導(dǎo)電的金屬銅,并用全板電鍍的方法使金屬層加厚,達(dá)到使線路導(dǎo)通并符合電性能要求的目的。沉銅原理：先在基板上沉積鈀離子，然后把鈀離子還原成鈀原子，硫酸銅與甲醛發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成銅原子沉積在鈀原子上。PCB工藝流程13.沉銅

PCB工藝流程圖形電鍍：采用電鍍原理在有效線路上電沉積一層金屬，滿足電氣性能要求，或者保護(hù)線路。圖形電鍍包括鍍銅、鍍錫、鍍鎳、鍍金。

孔銅加厚

15.圖形電鍍

外層圖形轉(zhuǎn)移：用具有一定抗蝕性能的感光樹脂涂覆或者壓到外層銅箔上，然后通過光化學(xué)反應(yīng)把電路底版（菲林）上的電路圖形“轉(zhuǎn)印”到銅箔上。PCB工藝流程阻焊：阻焊也叫防焊漆（Soldermask）。阻焊制作的目的：防焊：留出板上待焊的通孔及其pad，將所有線路及銅面都覆蓋住，防止波焊時造成的短路,并節(jié)省焊錫用量。護(hù)板：防止?jié)駳饧案鞣N電解質(zhì)的侵害使線路氧化而危害電氣性質(zhì)并防止外來的機械傷害以維持板面良好的絕緣性。絕緣：由于板子愈來愈薄,線寬線距愈來愈細(xì),導(dǎo)體間的絕緣問題日漸顯現(xiàn),也增加防焊漆絕緣性質(zhì)的重要性。PCB工藝流程絲印

阻焊

PCB工藝流程表面處理：在PCB裸銅表面涂覆可焊性涂層，達(dá)到既對銅表面起到保護(hù)作用，又能滿足客戶電氣連接要求。電鍍鎳金、化學(xué)鎳金（化金、沉金）、沉錫、沉銀、防氧化處理（OSP）、噴錫、噴純錫等。字符：在PCB板面上按照客戶要求印上字符，作為標(biāo)記用。測試：對線路通斷的檢查成型：將板銑成客戶最終要求的形狀。成品檢驗入庫PCB的可制造性從字面意思理解是指PCB的可加工、可生產(chǎn)性。實際上是PCB能被批量生產(chǎn)并具備一定的直通率的工藝能力，我們稱之為PCB的可制造性能力?？芍圃煨栽O(shè)計概念PCB的可制造性設(shè)計主要包括兩個方面：PCB自身的可制造性，即PCB的設(shè)計要符合PCB現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝能力。PCB與元器件結(jié)合成電子產(chǎn)品的可制造性，即設(shè)計并生產(chǎn)出的PCB要能方便的與其他電子元件連接在一起，組合成真實的產(chǎn)品?？芍圃煨栽O(shè)計概念可制造性設(shè)計孔設(shè)計機械安裝孔

用機械的方法將其他零部件、元器件安裝到印制板上，或者將印制板安裝到部件和整機上的一種孔

元件孔

經(jīng)過焊接，實現(xiàn)元器件與印制板之間電氣連接的一種孔導(dǎo)通孔

又稱為過孔，是實現(xiàn)不同導(dǎo)電層之間的導(dǎo)線進(jìn)行電氣連接的一種孔。從結(jié)構(gòu)上可分為三種：過孔、盲孔、埋孔

可制造性設(shè)計可制造性設(shè)計機械安裝孔PTH機械安裝孔

NPTH機械安裝孔沉孔

可制造性設(shè)計如圖所示：T表示沉孔孔徑、t表示通孔孔徑、H表示板厚、a表示沉孔角度、h表示沉孔后殘留深度

可制造性設(shè)計機械安裝孔機械安裝孔間距設(shè)計要求：孔邊緣到板邊的最小間距S應(yīng)大于印制板板厚T

任意相鄰的兩個機械安裝孔孔邊緣之間的最小間距D應(yīng)大于印制板板厚T機械安裝孔的屬性建議：設(shè)計時盡可能的設(shè)計成NPTH孔，如設(shè)計PTH孔會存在如下缺點：金屬殘留，影響精度、焊接上錫，影響拆裝可制造性設(shè)計元件孔PTH金屬化孔

焊接孔孔徑比管腳直徑大0.2-0.3MM壓接孔

元件孔直徑與引腳直徑的關(guān)系我司PTH金屬化孔的孔徑公差一般控制在+/-0.0762mm(3mil)非金屬化孔控制在+/-0.05mm(2mil)

可制造性設(shè)計壓接孔壓接孔孔徑公差一般控制在+/-0.05mm孔徑太小時壓接困難，可能損壞器件或孔孔徑太大時壓接不良，影響導(dǎo)通效果應(yīng)明確告訴電路板廠家為壓接孔

可制造性設(shè)計可制造性設(shè)計導(dǎo)通孔PTH金屬化孔孔徑大小一般在0.1-0.6mm導(dǎo)通孔厚徑比為：12:1

H:T≤12:1可制造性設(shè)計導(dǎo)通孔之間安全距離的設(shè)定導(dǎo)通孔孔邊緣到孔邊緣最小安全距離須保證8MIL以上可制造性設(shè)計不同的機械加工方式，板邊孔安全間距的設(shè)定可制造性設(shè)計焊盤焊盤分為有孔盤和無孔盤。無孔盤也就是表面盤。

可制造性設(shè)計焊盤的尺寸設(shè)定焊盤尺寸的確定，應(yīng)考慮鉆孔方式，最小環(huán)寬、孔位偏差等因素非金屬化孔的最小環(huán)寬0.3mm導(dǎo)通孔的最小環(huán)寬為0.0762mm元件孔的最小環(huán)寬為0.15mm

可制造性設(shè)計導(dǎo)線的布線要求線路形狀應(yīng)寬度均勻的平直線，當(dāng)線條拐彎時盡量走45°或圓角，不宜走銳角或直角導(dǎo)線寬度與間距分布均勻，既美觀也便于加工

可制造性設(shè)計網(wǎng)格的設(shè)定要求線路網(wǎng)格應(yīng)形狀一致，線路均勻

同一網(wǎng)絡(luò)間隔的設(shè)定0.076mm(0.003")可制造性設(shè)計導(dǎo)線電流計算計算公式(IPC-2221A):I=k△T0.44A0.725其中：I=最大的電流，單位為：Ak=降額常數(shù)：導(dǎo)線在內(nèi)層時取值為0.024

導(dǎo)線在外層時取值為0.048△T=最大溫升，單位為：℃，一般取10℃A=導(dǎo)線截面積，單位為：mil2(導(dǎo)線截面積=導(dǎo)線寬度X銅皮厚度）線寬公差

阻抗板：線寬按+/-10%控制

導(dǎo)線間距與電壓可制造性設(shè)計印制導(dǎo)線間的允許工作電壓（QJ3103-99)

可制造性設(shè)計阻焊阻焊橋阻焊開窗

可制造性設(shè)計阻焊橋設(shè)計有阻焊橋

無阻焊橋

可制造性設(shè)計阻焊橋局部脫落

鉛錫搭橋

可制造性設(shè)計阻焊蓋孔、塞孔、開窗的區(qū)別可制造性設(shè)計字符最小絲印字符線寬：5mil,字體高度：28mil,字體寬度：18mil最小蝕刻字符線寬：8mil,字體高度：40mil,字體寬度：28mil

可制造性設(shè)計表面涂層表面涂層的種類及對比

類型優(yōu)點缺點用途沉金可焊性好，平整度高，耐氧化

多用于SMT板鍍金耐磨性好，接觸電阻小，導(dǎo)電性高，易金線鍵合金面與阻焊結(jié)合力差多用于按鍵、插接件連接區(qū)，邦定板噴錫可焊性非常好不符合ROHS，平整性不好多用于保護(hù)焊盤可焊性噴純錫可焊性好平整性不好，孔銅易損耗多用于保護(hù)焊盤可焊性O(shè)SP涂層薄，平整度好，可焊性好貯存周期短

多用于微波或者高頻板沉錫平整度好，可焊性好沉錫藥水對阻焊有攻擊性多用于SMT板沉銀平整度好，電性能良好貯存周期短，容易氧化變色多用于微波或者高頻板可制造性設(shè)計涂層的保存期限及注意事項成品使用前應(yīng)保持內(nèi)包裝完好并保存在規(guī)定的儲存環(huán)境中。印制板自生產(chǎn)完成之日起的有效保存期限與表面涂層種類、印制板類別和儲存環(huán)境有關(guān)，同時有效保存期限還與印制板的結(jié)構(gòu)、內(nèi)包裝材料種類和印制板組裝時的工藝條件有關(guān)。

表面涂（鍍）層種類剛性印制板一般貯存環(huán)境良好貯存環(huán)境

非真空包裝真空包裝非真空包裝真空包裝熱風(fēng)整平（有鉛或無鉛）26393652有機可焊性保護(hù)膜9171726化學(xué)鎳金或電鍍鎳金26523965化學(xué)沉錫或化學(xué)沉銀9171726印制板自生產(chǎn)完成之日起的有效保存期限單位（周）涂層的保存注意事項可制造性設(shè)計考慮到產(chǎn)品工藝和保管條件的差異，印制板拆封后應(yīng)及時（推薦在24小時內(nèi)）使用，且建議使用前進(jìn)行預(yù)干燥處理。對于化學(xué)沉錫或沉銀產(chǎn)品拆包后建議在12小時內(nèi)用完，否則須重新包裝。如超過有效保存期限，用戶可進(jìn)行干燥處理后試用：但重新需對板子的性能進(jìn)行性能試驗，經(jīng)檢驗合格后仍可使用。通常保存時間超過3個月在上機貼片前為避免存在受潮的隱患，需進(jìn)行2小時150度的烘烤。貯存環(huán)境：

良好的貯存條件：指溫度小于25度，相對濕度不大于65%，有溫度控制、無腐蝕性氣體的室內(nèi)環(huán)境條件。

一般的貯存條件：指溫度不高于35度，相對濕度不大于75%，無腐蝕性氣體的室內(nèi)環(huán)境條件。

可制造性設(shè)計疊層設(shè)計工藝可制造性可靠性耐電壓翹曲度特性阻抗成本

可制造性設(shè)計耐電壓通常介質(zhì)厚度的設(shè)計不要低于80um，介質(zhì)太薄可能會出席電擊穿的現(xiàn)象

不同材料的PCB產(chǎn)品，其介質(zhì)層耐電壓能力情況如下表：

序號介質(zhì)層材料類型耐電壓能力/(V/mil)1環(huán)氧樹脂材料

5002陶瓷材料7003BT材料10004PI材料1000可制造性設(shè)計翹曲度層疊結(jié)構(gòu)的對稱性

可制造性設(shè)計圖形線路的對稱性

A面和B面的線路圖形面積應(yīng)盡量接近。當(dāng)銅面積相差過大時，這種印制板在蝕刻后就很容易翹曲。如果兩面的線路面積相差太大，可在稀的一面加一些獨立的網(wǎng)格，以作平衡可制造性設(shè)計芯板兩面銅層厚度的對稱性

疊層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，內(nèi)層芯板兩面的銅厚必須保持一致，不建議設(shè)計成陰陽銅盲孔方式的對稱性

不對稱對稱疊層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，減少不對稱盲孔的設(shè)計可制造性設(shè)計阻抗的設(shè)計阻抗：在某一頻率下，某一導(dǎo)體（信號線）對某一參考層（指最近的屏蔽層），必需考慮的該結(jié)構(gòu)對交流電的阻抗，它是阻抗、容抗、感抗…等的總和阻抗控制四要素相互影響的變化關(guān)系

1、H=信號層與參考層間介質(zhì)厚度；厚度↑，阻抗值↑,厚度↓，阻抗↓2、W=走線寬度；線寬↑，阻抗值↓,線寬↓，阻抗↑3、εr=材料的介電常數(shù)；介電↑，阻抗值↓,介電↓，阻抗↑4、T=走線厚度。銅厚↑，阻抗值↓,銅厚↓，阻抗↑可制造性設(shè)計影響產(chǎn)品制造的阻抗設(shè)計因素阻抗線必須有對應(yīng)的參考平面，且參考平面必須完整；且參考平面的尺寸要比阻抗線的尺寸大20H，H是阻抗線到參考平面的層間厚度不同類型阻抗線應(yīng)區(qū)分標(biāo)示，當(dāng)同一層上即有差分阻抗線又有特性阻抗線，不要把差分阻抗線與特性阻抗線的線寬設(shè)計為同一種線寬，盡可能的區(qū)分開來：如差分阻抗線與特性阻抗線線寬同為5MIL時，則在設(shè)計時把差分或特性阻抗線中的一種線寬設(shè)計為4.9MIL或5.1MIL,便于區(qū)分開來；使用標(biāo)準(zhǔn)銅厚,且成品銅厚不超過2OZ;相鄰層間的走線盡可能的減少平行線，平行走線會產(chǎn)生電感和電容從而產(chǎn)生更大的串?dāng)_，造成雜音信號，因此相鄰導(dǎo)線間的走向互相垂直步設(shè)或采用階梯斜向45°走線共面阻抗的輻射更低，電場和磁場的耦合干擾更小，優(yōu)于微帶線可制造性設(shè)計過孔本身存在寄生電容和寄生電感，過孔的寄生電容會延長信號上升時間，降低電路的速度，過孔的寄生電感會消弱旁路電容的作用，消弱整個電源系統(tǒng)的濾波效果，因此須減少阻抗線附近的接地PTH過孔設(shè)計同樣不合理的焊盤，銅點干擾也能導(dǎo)致阻抗的不連續(xù)性，因此須減少阻抗線旁間距很小的焊盤與銅點或銅塊設(shè)計

可制造性設(shè)計拼版拼版的作用

利于貼裝提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本拼版連接方式

可制造性設(shè)計連接方式的對比連接方式特點橋連橋連穩(wěn)固性好，橋連寬度小，可連結(jié)異形板，不易分離，殘余的突點大，多需借用工具進(jìn)行分板V-CUT易分離，穩(wěn)固性好，無明顯突點，連結(jié)寬度大，一般不可連結(jié)異形板郵標(biāo)孔易于分離，殘余突點較小，穩(wěn)固性相對橋連方式較弱，連結(jié)寬度較大橋連+V-CUT易于分離，幾乎沒有殘留突點，穩(wěn)固性相對橋連方式弱可制造性設(shè)計SMT貼裝尺寸設(shè)定可制造性設(shè)計常規(guī)工藝PCB的尺寸x*y的范圍為：最小x*y=50mm*50mm,最大x*y=460mm*440mm(SMT)當(dāng)PCB單板尺寸小于上述最小規(guī)格時，即要進(jìn)行拼板處理，拼板后的最佳尺寸范圍為是x=150~300mm,y=100~250mm；陰影部分a區(qū)和b區(qū)范圍內(nèi)不可以有焊盤和元件本體存在，即x方向的一對邊必須留出離板邊3mm以上的空間即工藝邊用于貼裝和焊接時PCB的搬送和固定，否則需制作載板治具；

波峰焊接方向：

合理IC方向不合理IC方向可制造性設(shè)計盡可能將表面安裝元件放在同一個方向.首選的方向是用來使焊接的融合性能達(dá)到更優(yōu)化.被動元件應(yīng)互相平行排列IC、排阻等元件其長軸要和焊錫波峰流動的方向（即工藝邊方向）平行.IC、排阻等元件的長軸應(yīng)該與被動元件互相垂直被動元件的長方向應(yīng)該與波峰焊時板子的運送方向垂直.可制造性設(shè)計基材在短短的四十五年歷史里，印制板的應(yīng)用中，基材的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于其它方面

FR-4在創(chuàng)新與改革方面都得到很大的發(fā)展無鉛Lead-free無鹵素Halogen-free

基材在眾多可考慮的材料特性中，只有為數(shù)幾個的參數(shù)對線路設(shè)計影響較為重要，如下所示：熱膨脹系數(shù)（CTE)

玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度（Tg溫度)

濕度吸收率分解溫度（TD溫度）材料特性要點

基材熱膨脹會在所有的層面產(chǎn)生。X-Y方向的影響主要有增強材料限制；而Ｚ軸方向是由樹脂材料所限制，往往會比X-Y方向的影響要大。測量到的每度溫度材料膨脹百萬分率(ppm)稱之為熱膨脹系數(shù)。

熱膨脹系數(shù)

玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度

Tg溫度是非晶態(tài)聚合物從玻璃脆性狀態(tài)轉(zhuǎn)化為粘流態(tài)或高彈態(tài)時的溫度

濕度吸收率

絕大部分的有機材料都可以快速吸收水分。設(shè)計者必須考慮這方面，因為水分的吸收會改變材料的電氣性能，物理大小，甚至造成裝配的困難?；姆纸鉁囟劝宀臉渲诩訜嵘郎剡^程中，某些聚合不足的小分子、揮發(fā)物，以及某些高沸點溶劑等將逐漸逸走，此時樹脂會呈現(xiàn)失重現(xiàn)象，進(jìn)而造成樹脂基體(Matrix)的多處小裂口。從起初的微裂到逐漸擴大而成為局部分層或外觀可見的爆板。所謂分解溫度，系指增溫中的某種板材樹脂，當(dāng)其失重到達(dá)5%所對應(yīng)的溫度，即稱之為Td溫度無鉛焊接對PCB基材的影響焊接條件的變化：在無鉛焊接之前，最廣泛采用的是共熔合金SnPb（37%Pb）材料，它具有183℃的低共熔點、優(yōu)異的機械性能和低廉的成本，但有毒性。而無鉛化焊料Sn-Ag-Cu系等的最低共熔點為217℃，比Sn-Pb系低共熔點高出34℃，這意味著要提高PCB的耐熱性能問題，或者是提高PCB耐熱的高可靠性化問題。PCB使用環(huán)境條件的變化：由于PCB迅速走向高密度化和信號傳輸高速化的發(fā)展，使PCB使用（操作）溫度（來自高密度化的元、組件的傳熱和PCB本身高密度化的發(fā)熱），由過去70℃左右提高到100℃以上，甚至高達(dá)130℃以上，也就是說PCB的長期操作溫度成倍增加了，因而，要求PCB具有長期使用（操作）溫度的耐熱高可靠性。無鉛焊接對PCB基材的影響PCB耐熱高可靠性的途徑：從本質(zhì)上來說，提高PCB耐熱可靠性的途徑有兩大方面：（一）是提高PCB本身的耐熱性；（二）是改善PCB的導(dǎo)熱性能和散熱性能。1）選用高Tg的樹脂基材。高Tg樹脂層壓板基材具有較高的耐熱特性，因而對PCB無鉛化是有利的，這意味著，比常規(guī)的PCB的Tg提高多少溫度就可提高PCB的“軟化”溫度2）選用低熱膨脹系數(shù)CTE的材料。通常元組件的CTE比PCB板材的CTE值要低，這種CTE的差別，隨著PCB高密度化的焊接點面積的不斷縮小而影響PCB可靠性將越來越大。在隨著PCB無鉛化的過程，兩者的CTE差別會更大，這意味著其熱殘余應(yīng)力會更大，從而，要求無鉛化PCB用的基材的的CTE進(jìn)一步減小。3）選用高分解溫度的基材。這是最重要的，無鉛化PCB實驗和應(yīng)用表明，一味采用高Tg和低CTE基材，但如果樹脂的分解溫度Td低（如≤320℃）的話，耐熱性能也是不能提高與改善的（見表）。應(yīng)選擇低Tg和高分解溫度Td樹脂組成的基材（LGHD）或高Tg和高Td的樹脂組成的基材（HGHD），才能得到更好的耐熱的PCB可靠性性能。因此，影響無鉛化PCB耐熱可靠性的最重要因素是基材中樹脂的熱分解溫度（Td），只有提高基材中樹脂的熱分解溫度(IPC草案規(guī)定TD≥330℃或≥340℃)，才能保證無鉛化PCB的耐熱可靠性問題?；奶匦訪GLDHGLDLGHDHGHDTG（DSC）℃）140170140175Td（℃）32031035035050∽250℃的Z向膨脹（%）4.403.404.303.15T288（分鐘）4.5210.515四種FR-4材料層壓為2.4mm厚的十層板耐熱性能情況無鉛焊接對PCB基材的影響增強材料………………電子級玻璃織布主樹脂結(jié)構(gòu)……………多環(huán)氧次結(jié)構(gòu)…………………改良環(huán)氧或非環(huán)氧

填充物…………………有機或無機填充固化劑…………………無雙氰胺Non-Dicy

阻燃劑…………………溴TG……140-200°C分解溫度(TD）…………最低340°CZ軸膨脹

Alpha1…………60ppmmaximum Alpha2…………300ppmmaximum 50to260°C…3.5%maximum耐熱性

T260Resistance……30minutesminimumT288Resistance……10minutesminimum無