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隨著昆山PCB行業(yè)的蓬勃發(fā)展,越來(lái)越多的昆山工程技術(shù)人員加入昆山PCB設(shè)計(jì)和制造中來(lái),但由于PCB制造涉及的領(lǐng)域較多,且相當(dāng)一部分PCB設(shè)計(jì)工程人員(Layout人員)沒(méi)有從事或參與過(guò)PCB的生產(chǎn)制造過(guò)程,導(dǎo)致在設(shè)計(jì)過(guò)程中偏重考慮電氣性能及產(chǎn)品功能等方面的內(nèi)容,但下游PCB加工廠(chǎng)在接到訂單,實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,有很多問(wèn)題由于設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮造成產(chǎn)品加工困難,加工周期延長(zhǎng)或存在產(chǎn)品隱患,現(xiàn)就此類(lèi)不利于加工生產(chǎn)的問(wèn)題做出以下幾點(diǎn)分析,供PCB設(shè)計(jì)和制作工程人員參考:為便于表達(dá),從開(kāi)料、鉆孔、線(xiàn)路、阻焊、字符、表面處理及成形七個(gè)方面分析:
一. 開(kāi)料主要考慮板厚及銅厚問(wèn)題:
板料厚度大于0.8MM的板,標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)系列,厚度可以根據(jù)需要而定,但經(jīng)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(nèi)層。外層設(shè)計(jì)時(shí)板厚選擇注意,生產(chǎn)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(shí)際生產(chǎn)板金板將偏厚0.05-0.1MM,錫板將偏厚0.075-0.15MM。例如設(shè)計(jì)時(shí)成品要求板厚2.0 mm時(shí),正常選用2.0mm板料開(kāi)料時(shí),考慮到板材公差及加工公差,成品板厚將達(dá)到2.1-2.3mm之間,如果設(shè)計(jì)一定要求成品板厚不可大于2.0mm時(shí),板材應(yīng)選擇為1.9mm非常規(guī)板料制作,PCB加工廠(chǎng)需要從板材生產(chǎn)商臨時(shí)訂購(gòu),交貨周期就會(huì)變得很長(zhǎng)。內(nèi)層制作時(shí),可以通過(guò)半固化片(PP)的厚度及結(jié)構(gòu)配置調(diào)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(lái)的板厚控制在一定范圍內(nèi),即可滿(mǎn)足成品板厚要求。另外就是板厚公差問(wèn)題,PCB設(shè)計(jì)人員在考慮產(chǎn)品裝配公差的同時(shí)要考慮PCB加工后板厚公差,影響成品公差主要是三個(gè)方面,板材來(lái)料公差、層壓公差及外層加厚公差?,F(xiàn)提供幾種常規(guī)板材公差供參考:(0.8-1.0)±0.1 (1.2-1.6)±0.13 2.0±0.183.0±0.23 層壓公差根據(jù)不同層數(shù)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(jù)與連接器匹配的要求確定板的厚度和公差。表面銅厚問(wèn)題,由于孔銅需要通過(guò)化學(xué)沉銅及電鍍銅完成,如果不做特殊處理,在加厚孔銅時(shí)表面銅厚會(huì)隨著一起加厚。根據(jù)IPC-A-600G標(biāo)準(zhǔn),小銅鍍層厚度,1、2級(jí)為20um ,3級(jí)為25um。因此在線(xiàn)路板制作時(shí),如果銅厚要求1OZ(小30.9um)銅厚時(shí),開(kāi)料有時(shí)會(huì)根據(jù)線(xiàn)寬/線(xiàn)距選擇HOZ(小15.4um)開(kāi)料,除去2-3um的允許公差,小可達(dá)33.4um,如果選擇1OZ開(kāi)料,成品銅厚小將達(dá)到47.9um。其它銅厚計(jì)算可依次類(lèi)推。
二. 鉆孔主要考慮孔徑大小公差、鉆孔的預(yù)大,孔到板邊線(xiàn)邊、非金屬化孔的處理問(wèn)題及定位孔的設(shè)計(jì):
目前機(jī)械鉆孔小的加工鉆嘴為0.2mm,但由于孔壁銅厚及保護(hù)層厚,生產(chǎn)時(shí)需要將設(shè)計(jì)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(guān)鍵問(wèn)題是,如果孔徑加大以后,此類(lèi)孔到線(xiàn)路、銅皮的距離是否達(dá)到加工要求?本來(lái)設(shè)計(jì)的線(xiàn)路焊盤(pán)的焊環(huán)夠不夠?例如,設(shè)計(jì)時(shí)過(guò)孔孔徑為0.2mm,焊盤(pán)直徑為0.35mm,理論計(jì)算可知,焊環(huán)單邊有0.075mm是完全可以加工的,但按錫板加大鉆嘴后生產(chǎn),就已經(jīng)沒(méi)有焊環(huán)了。如果焊盤(pán)由于間距問(wèn)題,CAM工程人員無(wú)法再加大的話(huà),此板就無(wú)法加工生產(chǎn)??讖焦顔?wèn)題:目前內(nèi)鉆機(jī)大部分鉆孔公差控制在±0.05mm,再加上孔內(nèi)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(gè)問(wèn)題是鉆孔到多層板內(nèi)層銅皮或線(xiàn)的隔離距離,由于鉆孔定位公差為±0.075mm,層壓時(shí)內(nèi)層壓板后圖形伸縮變形有±0.1mm的公差變化。因此設(shè)計(jì)時(shí)孔邊到線(xiàn)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(chǎn)。非金屬化孔制作常見(jiàn)有以下三種方式,干膜封孔或膠粒塞孔,使孔內(nèi)鍍上的銅因?yàn)闊o(wú)蝕阻保護(hù),可在蝕刻時(shí)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?chē)仨毐WC0.2mm范圍內(nèi)無(wú)銅皮。定位孔的設(shè)計(jì)往往也是容易忽略的一個(gè)問(wèn)題,線(xiàn)路板加工過(guò)程中,測(cè)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(shè)計(jì)時(shí)需考慮盡量成三角形將孔分布于線(xiàn)路板三個(gè)角上。
三. 線(xiàn)路制作主要考慮線(xiàn)路蝕刻造成的影響由于側(cè)蝕的影響,生產(chǎn)加工時(shí)考慮銅厚及不同加工工藝,需要對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行一定預(yù)粗
噴錫和沉金板HOZ銅常規(guī)補(bǔ)償0.025mm,1OZ銅厚常規(guī)補(bǔ)償0.05-0.075mm,線(xiàn)寬/線(xiàn)距生產(chǎn)加工能力常規(guī)0.075/0.075mm。因此在設(shè)計(jì)時(shí)在考慮線(xiàn)寬/線(xiàn)距布線(xiàn)時(shí)需要考慮生產(chǎn)時(shí)的補(bǔ)償問(wèn)題。鍍金板由于蝕刻后不需要退除線(xiàn)路上面的鍍金層,線(xiàn)條寬度沒(méi)有減小,因此不需要補(bǔ)償。但需注意由于側(cè)蝕仍然存在,因此金層下面銅皮線(xiàn)寬會(huì)小于金層線(xiàn)寬,如果銅厚過(guò)厚或蝕刻過(guò)量極易造成金面塌陷,從而導(dǎo)致焊接不良的現(xiàn)象發(fā)生。對(duì)于有特性阻抗要求的線(xiàn)路,其線(xiàn)寬/線(xiàn)距要求會(huì)更加嚴(yán)格。
四. 阻焊制作比較麻煩的就是過(guò)電孔上的阻焊處理方式上面:
由于過(guò)電孔除了導(dǎo)電功能外,很多PCB設(shè)計(jì)工程師會(huì)將它設(shè)計(jì)成裝配元件后的成品在線(xiàn)測(cè)試點(diǎn),甚至極少數(shù)還設(shè)計(jì)成元件插件孔。常規(guī)過(guò)孔設(shè)計(jì)時(shí)為防止焊接時(shí)沾錫會(huì)設(shè)計(jì)成蓋油,如果做測(cè)試點(diǎn)或插件孔則必須開(kāi)窗。但噴錫板過(guò)孔蓋油極易造成孔內(nèi)藏錫珠,因此相當(dāng)部分產(chǎn)品設(shè)計(jì)成過(guò)孔塞油,為便于封裝BGA位置也是按塞油處理。但當(dāng)孔徑大于0.6mm時(shí),會(huì)增加塞油難度(塞不飽滿(mǎn)),因此也有將噴錫板設(shè)計(jì)成開(kāi)比孔徑大單邊0.065mm的半開(kāi)窗形式,孔壁及孔邊0.065mm范圍內(nèi)噴上錫。
五. 字符處理時(shí)主要考慮字符上焊盤(pán)及相關(guān)標(biāo)記的添加。
由于元件布局越來(lái)越密,并且要考慮字符印刷時(shí)不可上焊盤(pán),至少保證字符到焊盤(pán)在0.15mm以上距離,元件框和元件符號(hào)有時(shí)根本無(wú)法完整分布在線(xiàn)路板上,好在現(xiàn)在貼片大部分由機(jī)器完整,因此設(shè)計(jì)時(shí)如果實(shí)在無(wú)法調(diào)整,可以考慮只印字符框,不印元件符號(hào)。標(biāo)記添加的內(nèi)容常見(jiàn)有,供應(yīng)商標(biāo)識(shí)、UL論證標(biāo)識(shí)、阻燃等級(jí)、防靜電標(biāo)志、生產(chǎn)周期,客戶(hù)指定標(biāo)識(shí)等等。必須弄清楚各標(biāo)識(shí)的含意,好留出并指定加放位置。
六. PCB的表面涂(鍍)層對(duì)設(shè)計(jì)的影響:
目前應(yīng)用比較廣泛的常規(guī)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(chǎn)制作工藝不同,鉆孔及線(xiàn)路修改等幾個(gè)方面比較各自?xún)?yōu)缺點(diǎn)。OSP工藝:成本低,導(dǎo)電性和平整性較好,但耐氧化性差,不利于保存。鉆孔補(bǔ)償常規(guī)按0.1mm制作,HOZ銅厚線(xiàn)寬補(bǔ)償0.025mm??紤]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(dāng)單片尺寸小于80MM時(shí)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(diǎn)時(shí),金層厚度大于或等于1.3um,用于焊接的金層厚度常規(guī)在0.05-0.1um,但相對(duì)可焊性較差。鉆孔補(bǔ)償按0.1mm制作,線(xiàn)寬不做補(bǔ)償,注意銅厚1OZ以上制作金板時(shí),表面金層下的銅層極易造成蝕刻過(guò)度而塌陷造成可焊性的問(wèn)題。鍍金因需要電流輔助,鍍金工序設(shè)計(jì)在蝕刻前,完整表面處理的同時(shí)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(xiàn)寬不做補(bǔ)償?shù)脑??;瘜W(xué)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(bǔ)償按0.15mm制作,HOZ銅厚線(xiàn)寬補(bǔ)償0.025mm,因?yàn)槌两鸸ば?a href=http://www.cn595.com/pcb/ target=_blank class=infotextkey>設(shè)計(jì)在阻焊以后,蝕刻前需要使用蝕阻保護(hù),蝕刻后需要退除蝕阻,因此線(xiàn)寬補(bǔ)償比鍍金板多,于是在阻焊后沉金,大部分線(xiàn)路有阻焊覆蓋不需要沉金,相對(duì)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(duì)好,平整度較差,鉆孔補(bǔ)償按0.15mm制作,HOZ銅厚線(xiàn)寬補(bǔ)償0.025mm,工序與沉金基本一致,目前為常見(jiàn)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(jià)鉻、多溴二苯醚(PBDE)和多溴聯(lián)苯(PBB)六種有害物質(zhì),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(lái)替代噴鉛錫工藝。
七. 拼板,外形制作也是設(shè)計(jì)時(shí)考慮很難全面的問(wèn)題:
拼板首先要考慮便于加工,電銑外形時(shí)間距要按一個(gè)銑刀直徑(常規(guī)為1.6 1.2 1.0 0.8)來(lái)拼板,沖板外形時(shí)注意孔、線(xiàn)到板邊的距離是否大于一個(gè)板厚,小沖槽尺寸要大于0.8mm 。如果采用V-CUT連結(jié)時(shí),靠板邊線(xiàn)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(wèn)題,由于大料購(gòu)買(mǎi)的規(guī)格比較固定,常用板料規(guī)格有930X1245,1040X1245 1090X1245等幾種規(guī)格,如果交貨單元拼板不合理,極易
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