设计:pcb:start
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设计:pcb:start [2025/05/05 18:27] – [过孔(VIA)] hwwiki | 设计:pcb:start [2025/06/08 16:51] (当前版本) – [叠层] hwwiki | ||
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+ | ===== 板材 ===== | ||
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+ | 标准详见[[https:// | ||
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+ | 常用PCB板材见[[https:// | ||
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+ | 由[[https:// | ||
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+ | 覆铜板的制作如下图,其材料为树脂、增强材料以及导电铜箔[([[https:// | ||
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+ | PP板和覆铜板由[[https:// | ||
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+ | {{: | ||
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+ | ==== PP ==== | ||
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+ | 美国NEMA制定的PP等级分类见下表,详见文档[[https:// | ||
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+ | | 等级 | ||
+ | | XPC | 酚醛 | ||
+ | | XXXPC | 酚醛 | ||
+ | | FR-1 | 酚醛 | ||
+ | | FR-2 | 酚醛 | ||
+ | | FR-3 | 环氧 | ||
+ | | FR-4 | 环氧 | ||
+ | | FR-5 | 环氧 | ||
+ | | G-10 | 环氧 | ||
+ | | CEM-1 | 环氧 | ||
+ | | CEM-2 | 环氧 | ||
+ | | CEM-3 | 环氧 | ||
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+ | |||
+ | PP玻璃布的常用型号有106、1067、1080、1280、1078、2116、2157、2165、2313、3070、3313、7628、7629、7635等等,其对应的编织密度和厚度如下图[([[https:// | ||
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+ | 编织得越密,各处的一致性越好,在高频应用中阻抗变化小[([[https:// | ||
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+ | {{: | ||
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+ | 各型号具体的参数可参考基层板厂商规格书,如下表为建滔KB-6064数据[([[https:// | ||
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+ | {{: | ||
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+ | ==== 铜箔 ==== | ||
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+ | PCB行业中使用的铜箔一般有压延铜箔(rolled annealed copper, RA)或电解(ED)铜箔两种[([[https:// | ||
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+ | RA铜箔表面光滑插入损耗低[([[https:// | ||
+ | |||
+ | ED铜箔表面较粗糙,按粗糙度分为LP(低轮廓)、VLP(超低轮廓)和HVLP(甚超低轮廓),成本低,PCB行业通常使用的都是ED铜箔。 | ||
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+ | 常用铜箔厚度为1/ | ||
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+ | ==== 芯板 ==== | ||
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+ | 芯板由一个或多个PP+铜箔压合而成,示例如下表[([[https:// | ||
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+ | {{: | ||
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+ | ==== FR-4参数 ==== | ||
+ | |||
+ | 主要参数如下[([[https:// | ||
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+ | **玻璃化转变温度Tg**:材料从相对刚性的或“玻璃态”状态转变为更具可变形性或软化状态的温度。 | ||
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+ | 如下图所示,Tg温度以下厚度变化小,Tg以上厚度变化大。 | ||
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+ | {{: | ||
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+ | Tg按温度的高低,常被分为如下三种。Tg应比长期工作温度高出约20-30°C,另Tg温度越高,一般其性能越好,但成本越高。 | ||
+ | - 低Tg:130°C | ||
+ | - 中Tg:150°C | ||
+ | - 高Tg:170°C | ||
+ | |||
+ | **分解温度 Td**:树脂系统实际发生化学和物理降解的指标,通常定义为样品质量损失5%时的温度。 | ||
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+ | 分解曲线如下图所示,有铅和无铅的SMT温度不同,建议在SMT温度下,其分解率小于2%。 | ||
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+ | {{: | ||
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+ | **分层时间 T260 / T288**:材料在特定温度下发生分层(通过尺寸变化表现出)的时间与温度的关系。 | ||
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+ | 温度越高,发生分层的概率越低,按IPC-4101E/ | ||
+ | |||
+ | **热膨胀系数 CTE**:描述加热时材料膨胀的属性。 | ||
+ | |||
+ | X Y方向,各层的膨胀系数尽量一致,避免上下层错位;Z方向则需和铜的膨胀率(大约17ppm/ | ||
+ | |||
+ | 高Tg的材料,其膨胀系数在SMT温度或使用温度下一般也较低,另厚度越大,其对Z方向CTE和铜匹配要求越高。 | ||
+ | |||
+ | **介电常数Dk(Dielectric Constant)**:其随频率变化,另X Y Z轴方向可能不同,FR-4通常为3.8~4.6。对于高频应用,建议选择低Dk且变化小的材料[([[https:// | ||
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+ | {{: | ||
+ | |||
+ | **介质损耗Df(Loss Tangent)**:不同频率,其介质损耗差异大,如下图,对于高频应用,要确认其最高频率下的损耗是否满足电路要求。概念介绍详见[[https:// | ||
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+ | {{: | ||
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+ | |||
===== 过孔(VIA) ===== | ===== 过孔(VIA) ===== | ||
行 9: | 行 122: | ||
====分类==== | ====分类==== | ||
- | 如上图所示,过孔分为如下三种: | + | 如[[https:// |
- 通孔(through via): 连接PCB Top和Bottom层,按照是否覆铜分为电镀孔(Plated)和非电镀孔(Unplated)。 | - 通孔(through via): 连接PCB Top和Bottom层,按照是否覆铜分为电镀孔(Plated)和非电镀孔(Unplated)。 | ||
- 盲孔(Blind via): 连通PCB 表层和内层。 | - 盲孔(Blind via): 连通PCB 表层和内层。 | ||
行 15: | 行 128: | ||
- | ==== 寄生电容和电感 | + | ==== 寄生参数 |
+ | |||
+ | 过孔寄生电容、电感、电阻、电流均可通过免费的工具[[设计: | ||
**过孔寄生电容公式:[({{ : | **过孔寄生电容公式:[({{ : | ||
行 74: | 行 189: | ||
在线工具:[[https:// | 在线工具:[[https:// | ||
+ | ===== 叠层 ===== | ||
+ | |||
+ | 芯板、PP板层数加上不同的过孔(通孔、盲孔和埋孔),形成了不同的叠层,如[[https:// | ||
+ | |||
+ | 依据孔的不同,只有通孔的为通孔板,有盲孔或埋孔的为HDI板(High Density Inverter),通孔板成本低、加工快,非必要不推荐HDI板。 | ||
+ | |||
+ | 根据打孔的方法,分为机械孔和激光孔,激光孔只能打穿PP板,不能打穿带金属的芯板。所以穿过芯板的过孔都是机械孔,其他的一般都是激光孔。 | ||
+ | |||
+ | HDI根据激光孔种类(对称的为同一种,以六层板为例,如L1-L2和L6-L5为同一种孔),分为一阶、二阶直至任意阶,阶数越多,成本越高,但布线越方便,推荐阶数尽量少。 | ||
+ | |||
+ | 对于二阶以上,根据过孔位置是否错位,分为错孔板和叠孔板,叠孔板成本高可靠性差,如果不是出线问题,尽量不选用。 | ||
+ | |||
+ | 以六层板为例,示意图如下[([[https:// | ||
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+ | {{: | ||
+ | |||
+ | 对于同样的阶数和层数,依据不同的过孔,可以有不同的压合次数,压合次数越少,成本更低,加工更快,可靠性也更好。但过孔种类少,PCB布线较困难。 | ||
+ | |||
+ | 举例如下图,一次压合的因没有内层L2-L5的过孔,可以一次把所有的PP和芯板压合。 | ||
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+ | {{: | ||
+ | |||
+ | 而二次压合,需要L2-L5压合好打完过孔后,再压合最外层的PP。 | ||
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+ | {{: | ||
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+ | 典型的叠层见如下链接: | ||
+ | - [[https:// | ||
+ | - [[https:// | ||
+ | - [[https:// | ||
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+ | ===== 工艺 ===== | ||
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+ | ====塞孔==== | ||
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+ | 塞孔的作用[([[https:// | ||
+ | - 防止PCB过波峰焊时锡从导通孔贯穿元件面造成短路; | ||
+ | - 避免助焊剂残留在导通孔内; | ||
+ | - 电子厂表面贴装以及元件装配完成后PCB在测试机上要吸真空形成负压才完成; | ||
+ | - 防止表面锡膏流入孔内造成虚焊,影响贴装; | ||
+ | - 防止过波峰焊时锡珠弹出,造成短路; | ||
+ | |||
+ | 塞孔工艺如下表,引用自[[https:// | ||
+ | |||
+ | 对于半塞孔、全塞孔的区别,各种工艺塞孔完成之后的效果可参考[[https:// | ||
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+ | {{: | ||
+ | |||
+ | ====阻焊层=== | ||
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+ | 如[[https:// | ||
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+ | 阻焊层通常采用负片设计,即有图案的地方(如焊盘)是没有阻焊的,PCB设计时,其阻焊大小通常和封装焊盘一致,板厂在制版的过程中,可根据实际需要调整。 | ||
+ | |||
+ | 在密集pin脚封装如BGA、DFN等封装下,pin和pin脚之间尽可能加上阻焊,避免连锡,阻焊桥工艺的参数示例见[[https:// | ||
+ | |||
+ | 阻焊的颜色通常为绿色,也有其他颜色,比如红、黄、蓝、紫、黑、白等(如下图),不同的颜色对于成本、检测、性能有影响,如无特殊需求,推荐绿色,详见[[https:// | ||
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+ | {{: | ||
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+ | 其余阻焊工艺说明、验收标准、常见品质问题见[[https:// | ||
+ | |||
+ | Paste助焊层和Solder阻焊层区别如下: | ||
+ | - Paste助焊层:俗称钢网层,用于钢网厂制做钢网的,从而通过钢网准确的将锡膏印到需要焊接的贴片焊盘上,再进行SMT加工 | ||
+ | - Solder阻焊层:用于PCB加工,阻焊层有图案的地方不印上油墨,没有图案的地方印上油墨 | ||
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+ | ====表面处理==== | ||
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+ | 铜(如焊盘)爆露在自然空气中倾向于以氧化物的形式存在,不大可能长期保持为新鲜铜,因此需要对铜进行其他处理,以保证良好的可焊性或电性能; | ||
+ | |||
+ | 常见PCB表面处理工艺如下表[([[https:// | ||
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+ | 常用的为喷锡、OSP和沉金。从PCB厂家的报价看,喷锡最便宜,OSP其次,沉金最贵(随金价浮动)。 | ||
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+ | | 表面处理类型 | ||
+ | | 沉金 | ||
+ | |::: | ||
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+ | | 沉银 | ||
+ | |::: | ||
+ | |::: | ||
+ | | OSP | 主要应用在低技术含量的PCB,高密度芯片封装基板和软板上; | ||
+ | |::: | ||
+ | |::: | ||
+ | |::: | ||
+ | | 镀金 | ||
+ | |::: | ||
+ | |::: | ||
+ | |::: | ||
+ | | 喷锡 | ||
+ | |::: | ||
+ | | 沉锡 | ||
+ | |::: | ||
+ | |::: | ||
+ | |||
+ | |||
+ | 各工艺的具体介绍见[[https:// | ||
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+ | 镀金和沉金的详细区别见[[https:// | ||
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+ | 镀层和SMT焊接不良的分析见[[https:// | ||
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+ | OSP导致SMT焊接不良的分析见[[https:// | ||
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+ | ===== 加工流程 ===== | ||
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+ | 典型的4层通孔板主要制作工艺如下图所示[([[https:// | ||
+ | ]])],注意不同层数、过孔、工艺的流程是不同的,如有盲埋孔的话,则有二次钻孔;如六层板以上,则一般有二次层压。 | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | 科普视频见:[[https:// | ||
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+ | 板厂华秋电子的流程介绍视频见:[[https:// | ||
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+ | ===== 测试 ===== | ||
+ | |||
+ | PCB加工出来之后,需要经过测试,以便筛选出不良板,比如短路、开路、漏电等。 | ||
+ | |||
+ | 测试的方法列表如下[([[https:// | ||
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+ | | **检测类型** | ||
+ | | **外观检测** | ||
+ | |::: | ||
+ | |:::| AOI光学检测 | ||
+ | |::: | ||
+ | |::: | ||
+ | | **电气性能检测 ** | ||
+ | |::: | ||
+ | |:::| 飞针测试 | ||
+ | |::: | ||
+ | | **内部结构检测** | ||
+ | |::: | ||
+ | |::: | ||
+ | |||
+ | 对于飞针测试,有不同的方案,如充/ | ||
+ | ]] | ||
+ | |||
+ | ===== 失效 ===== | ||
+ | |||
+ | ==== 变形 ==== | ||
+ | |||
+ | IPC-6012E标准:表面贴装元器件,最大弓曲扭曲0.75%;对于所有其他的PCB,最大弓曲扭曲0.75%。工厂一般要求是0.5%。 | ||
+ | |||
+ | 弓曲和扭曲是两种不同的变形(如下图),测试方法详见:[[https:// | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | 按照变形的来源,分别为PCB设计、加工、SMT、装配[([[https:// | ||
+ | |||
+ | **PCB设计:** | ||
+ | * PCB板或拼版面积太大:减小面积,或增加PCB厚度。 | ||
+ | * 板子太薄:不建议使用1mm以下厚度。 | ||
+ | * 元器件重量分布不均匀:避免PCB中间过重,可把重的元器件放在拼版工艺边旁边。 | ||
+ | * 铺铜面积不对称:对称面的铺铜尽量差异小,如单层贴片PCB,其另一面可考虑铺网格铜,减少铺铜面积。 | ||
+ | * 过孔分布不均:过孔会限值板子涨缩,避免大面积密集过孔,避免孔径过大。 | ||
+ | * V-Cut拼版:V-Cut地方连接弱,可优化V-Cut加强连接强度,减小V-Cut尺寸,或改为邮票孔等。 | ||
+ | |||
+ | **PCB加工** | ||
+ | * 低Tg板材:Tg越低,其SMT高温时的变形量越大,可改为用中高Tg板材,但中高Tg板材成本高。 | ||
+ | * 叠层不对称:例如6层板L1~L2和L5~L6,其使用的板材型号应该一致,铜厚也应相同。 | ||
+ | * 工厂工艺问题:加工过程中层压、阻焊字符烘烤、存放等容易造成PCB变形,找板厂解决。 | ||
+ | |||
+ | **SMT贴片** | ||
+ | * 贴片温度剧烈变化:降低温度变化的速度,这需要工厂贴片工程师确认,避免出现焊接问题。 | ||
+ | * SMT终极改善方案:增加过炉托盘治具来改善,下方单层托盘无效的话, 则加上下上层,可明显改善由于PCB设计和加工出现的变形问题。 | ||
+ | |||
+ | **装配** | ||
+ | * 底面不平整或者安装孔错位:更改结构或PCB,并预留一定的余量,以便两者适配。 | ||
+ | |||
+ | ==== 起泡分层 ==== | ||
+ | |||
+ | 起泡:一种表现为层压基材的任何层与层之间,或基材与导电薄膜或保护性图层之间的局部膨胀与分离的分层形式; | ||
+ | |||
+ | 分层:印制板内基材的层间,基材与导电箔间或其它间的分离。 | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | 原因即对策如下[([[https:// | ||
+ | - SMT焊接温度过高、变温过快:适当降低温度及其变化的速度。 | ||
+ | - PCB来料问题,如工艺不当、板材(低Tg或Td)差等:找板厂解决。 | ||
+ | - PCB存储不当,如时间过长、密封干燥不当导致内部水分过大:SMT贴片前烘烤PCB,详见[[https:// |
设计/pcb/start.1746440825.txt.gz · 最后更改: 2025/05/05 18:27 由 hwwiki