PCB---可制造性

PCB可制造性

一、PCB可制造性概念

1、PCB可制造性设计：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；狭义上讲是指产品制造的可行性。

2、针对PCB可制造性设计包括两方面：

（1）PCB的可制造性 ( DFM：Design for Manufacture )；（2）PCB贴装、组装的可制造性( DFA：Design for Assembly ) ；

在设计时需要考虑周全，比如:BGA周围3MM内不要放置元器件，其目的就是为了利于返修BGA。

3、可制造性设计的目的：

可制造性设计DFM（Design For Manufacture）就是从产品开发设计时起，就考虑到可制造性和可测试性，使设计和制造之间紧密联系，实现从设计到制造一次成功的目的。

DFM是保证PCB设计质量的最有效的方法。DFM具有缩短开发周期、降低成本、提高产品质量等优点，是企业产品取得成功的途径。

4、PCB可制造性设计包括以下几个方面:

（1）板材的选择；

（2）多层板的叠层结构设计；

（3）电路图形设计：孔和焊盘的设计要求、线路设计、阻焊设计、字符设计；

（4）表面处理工艺的选择。

下面将对PCB可制造性设计的以上四个方面逐一讲解：

5、板材的种类：

（a）覆铜箔基板（Copper-clad Laminate）简称CCL，由铜箔（皮）、树脂（肉）、增强材料（骨)、功能性添加物（组织）组成，是PCB加工的主要基础物料。

上图所示即经常讲到的芯板，也就是Core。其上下是有铜箔，中间层是介质材料。生益FR-4,其中间层是介质材料也是PP片。

（b）树脂类板材：环氧树脂（ epoxy ）、聚亚酰胺树脂（ Polyimide ）、聚四氟乙烯（Polytetrafluorethylene，简称PTFE 或TEFLON）、B一三氮树脂（Bismaleimide Triazine 简称BT、二亚苯基醚树脂(PPO)等

6、板材的主要性能指标：

（i）Er --- 介电常数：

介电常数会随温度变化，在0-70度的温度范围内，其最大变化范围可以达到20%。介电常数的变化导致线路延时的变化；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。

高频信号对材料的要求：

常用的FR4材料，相对空气的介电常数是 4.2-4.6；Rogers4350的介电常数是3.48；Rogers4003的介电常数是3.38。

（ii）Df --- 介质损耗：

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tanδ表示。

Er和tanδ是成正比的； Df值越低，其能量损耗越小，这对高频信号来说非常重要。

稳定的介电常数，较低的介质损耗是高频信号所必需的。

（iii）Tg值--- 玻璃化温度值：

当温度升高到某一区域时，基板由“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Tg≥150℃，称为中Tg板材；Tg≥170℃，称作高Tg板材。普通FR-4，例如：生益FR-4 S1141的TG=130℃。

基板的tg值高，则印制板的耐热性、耐潮湿性、耐化学性、耐稳定性等特征都会提高和改善，这对加工高密度、多层板非常关键。

（iv）Td --- 热裂解温度：

Td值越高，板材耐热性越好，这对无铅焊接非常重要。

（v）CTE --- 热膨胀系数：

随着印制板精密化、多层化以及BGA、CSP等技术的发展，对覆铜板尺寸的稳定性提出了更高的要求。覆铜板的尺寸稳定性虽然和生产工艺有关，但主要还是取决于构成覆铜板的三种原材料：树脂、增强材料、铜箔。通常采取的方法是（1）对树脂进行改性，如改性环氧树脂（2）降低树脂的含量比例,但这样会降低基板的电绝缘性能和化学性能；铜箔对覆铜板的尺寸稳定性影响比较小。

7、板材:

（1）FR-4（玻纤布含浸环氧树脂敷铜基板）：是目前最流行的敷铜板材料，具有优良的介电性能、抗化学性和耐热性，主要应用于计算机、通讯设备、家电、航空航天。

（2）PTFE（聚四氟乙烯）：该基材在很宽的频率范围内具有很小的、稳定的介电常数和很小的介质损耗因素，但这种材料的玻璃化温度很低（Tg约25℃），因而刚性很差。主要应用于卫星通讯、微波高频电路。

（3）非PTFE高频微波板：陶瓷填充、玻璃强化碳氢化合物，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，目前主要应用于高速、射频、微波电路。

常用FR4基板规格：

介绍一下软板材料：以PI为基础的软板材料。

从以上可见杜邦无胶软板材料优于生益有胶软板材料。

四层板的外层基铜一般采用0.5OZ，成品将做到1OZ，内层基铜一般都是按1OZ。

以PTFE或填充陶瓷为基础的高频板材有:

高导热---金属铝基板材料:

8、材料选用的原则：

a. 印制板的类型

b. 制造工艺

c. 工作及贮存环境

d. 机械性能要求

e. 电气性能要求

f. 特殊性能要求（如：阻燃性等等）

g. 板材与所安装的元器件的热膨账系数相匹配（用于SMT时考虑）

通常1oZ的铜 1mm 可以走1A电流。

9、无铅焊接对板材的要求

无铅化PCB实验和应用表明，一味采用高Tg和低CTE 基材，如果树脂的分解温度Td低（≤320℃），耐热性能不能有所提高、改善。

应选择低Tg、高分解温度Td树脂组成的基材（LGHD）或高Tg、高Td的树脂组成的基材（HGHD），才能得到更好的耐热PCB可靠性能。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TD≥330℃或340℃ )，才能保证无铅化PCB的耐热可靠性问题。

10、PP片----半固化片：

由树脂和增强材料组成，是多层板制作时的黏结绝缘层，受到高温后会软化、流动，一段时间后又会硬化，起到粘接各层芯板和外层铜箔的作用，是多层印制板制造中不可缺少的层压材料。PP片与双面胶的作用是一致的。

常用半固化片规格：

11、铜箔的选择：

铜箔是印制板的主要导电体，铜纯度在99.8%以上，按照铜箔的不同制法可分为压延铜箔和电解铜箔两大类。

（1）压延铜箔：是将铜板经过多次重复辊轧而制成的原箔，根据要求进行粗化处理。由于压延加工工艺的限制，其宽度很难满足刚性覆铜板的要求，所以在刚性覆铜板上使用极少；由于压延铜箔耐折性和弹性系数大于电解铜箔，故适于柔性覆铜箔上；

（2）电解铜箔：是将铜先溶解制成溶液，再在专用的电解设备中将硫酸铜电解液在直流电的作用下，电沉积而制成铜箔，然后根据要求对原箔进行表面处理、耐热层处理和防氧化等一系列的特殊处理，再与半固化片压合得到覆铜箔基板。

12、叠层结构设计，

叠层设计原则：工艺可制造性、可靠性、耐电压、翘曲度、阻抗、成本。

13、PCB板层设置的对称性：