PCB设计与工艺规范.ppt

,PCB设计与工艺规范,现状和目的,现状：电子产品研发工程师，特别是硬件开发人员，普遍存在对制造工艺要求不熟悉，可制造性概念比较模糊。对PCB布局设计，元件选择，制造工艺流程选择，热设计，生产测试手段等方面的实际经验不足，导致设计出的产品不具备可生产性或可生产性差（制造成本高），需要多次反复改板，影响了产品的推出日期，甚至影响了产品的质量和可靠性。目的：根据公司制造能力制定规则（即工艺规范）来设计指导PCB设计，旨在提高产品的可制造性、高可靠性。获得良好的质量、缩短生产周期、降低的劳动成本和材料成本、减少重复设计的次数。,主要内容,PCBA制造工艺PCB基板板材要求PCB布局要求PCB走线要求电源和地线（层）设计PCB字符、丝印及相关层（Layer）规定 PCB拼版要求PCB工艺边设计贴片器件标准化的要求波峰焊的标准化要求自动插件(AI)要求手插件标准化要求ICT测试点设计要求,PCBA制造工艺,THT和SMT工艺 THT：通孔插装技术（Through Hole Technology）SMT：表面贴装技术（Surface Mounted Technology）SMT典型工艺波峰焊工艺回流焊工艺,SMT典型工艺,锡膏印刷 目前多采用模板印刷方式点胶 适用于波峰焊的SMD器件、双面回流焊的大重量器件 对于standoff较大的元件，可能造成掉件。贴片工艺基板处理系统：传送基板，定位贴片头：真空拾放元件供料系统元件对中系统,波峰焊工艺,特点 焊锡和焊接用的热能量 由同一工序提供 工艺过程单波与双波 单波 High pressure turbulent wave 双波Smooth laminar wave,波峰焊问题,特点 组装密度较低 细间距易出现连锡 SMD器件易出现阴影效应 BGA等器件不适合波峰焊双波有助于减少阴影效应，但可能出现冒锡问题防止阴影效应措施：合适的焊盘尺寸：比回流焊盘长 合适的原件间距：大于器件高度,回流焊工艺,特点 焊接用的锡和热量通过两个独立的工序提供 技术要点 找出最佳的温度曲线 温度曲线处于良好的受控状态技术分类：按热传播方式：传导、辐射、对流 按焊接形式：局部焊接、整体焊接,回流焊工艺,热风回流炉基本结构 回流炉子按PCBA温度变化分为：预热区、恒温区、再流区、冷却区 工艺窗口 器件对热风回流焊的影响 热风回流焊不能控制局部温度 不能焊接高温器件、焊锡封装的组件、热容量大器件 我们尽量使PCB板上所有器件的温度曲线一致，以获得良好的焊接效果。,PCB基板板材要求,PCB板材的分类：、按增强材料不同（最常用的分类方法）纸基板（FR-1，FR-2，FR-3)环氧玻纤布基板（FR-4，FR-5)复合基板(22F，CEM1，CEM-3)HDI板材（RCC)特殊基材(金属类基材、陶瓷类基材、热塑性基材等),PCB基板板材要求,、按树脂不同来分 酚酫树脂板 环氧树脂板 聚脂树脂板 BT树脂板 PI树脂板,PCB基板板材要求,、按阻燃性能来分 阻燃型（UL94V-0,UL94V-1)非阻燃型（UL94-HB级）注：22F板材是阻燃型，但并没有UL94V-0或UL94V-1认证，因此板上不能打UL94V-0或UL94V-1标识,PCB基板板材要求,PCB板材的漏电起痕指数（CTI）定义：材料表面能经受住50滴电解液（0.1%氯化铵水溶液）而没有形成漏电痕迹的最高电压值，单位为V。在覆铜箔层压板（简称覆铜板）的诸多性能中，耐漏电起痕性作为一项重要的安全可靠性指标，已越来越为印制电路板设计者和整机生产厂所重视。,PCB基板板材要求,PCB板材等级划分：美国UL和IEC根据绝缘材料的CTI水平，分别将其划分6个等级和4个等级，见下表，CTI600为最高等级。,PCB基板板材要求,CTI值低的覆铜板，在高压、高温、潮湿、污秽等恶劣环境下长时间使用，容易产生漏电起痕。一般地，普通纸基覆铜板（XPC、FR-1等）的CTI150，普通复合基覆铜板（CEM-1、CEM-3）和普通玻纤布基覆铜板（FR-4）的CTI为175225，均满足不了电子电器产品更高安全性的使用要求。在IEC-950标准中对覆铜板的CTI和印制电路板的工作电压、最小导线间距（最小漏电距离Minimum Creepage Distance）的关系也作了规定，CTI高的覆铜板不仅适合在高污染度、高压场合下使用，也非常适合制作高密度印制电路板，高耐漏电起痕性覆铜板和普通覆铜板相比，用前者制作的印制电路板的线间距可允许更小。,PCB基板板材要求,板材厂家 常用的PCB板材厂家有：KB，PZ，ZD，HX，DS,生益（）等，不同的客户对PCB板材厂家有不同要求，特别是出口到国年的电子产器中需要指定，因此在PCB说明文件中需要指定板材厂家。板材厚度规格（10%公差）常用的有以下几种：0.4mm；0.6mm；0.8mm；1.0mm；1.2mm；1.6mm；2.0mm 等。对于有特殊要求的,如板厚要求0.5MM；0.7MM要特殊说明。,PCB布局要求,元器件布局总体要求：保证电路功能和性能指标；满足工艺性、检测、维修等方面的要求,比如：从生产工艺的要求中过波峰焊的方向，确定元器件摆放的方向；元器件排列整齐、疏密得当，兼顾美观性；元件尽可能有规则地分布排列，以得到均匀的组装密度。元器件布局顺序：先放置需固定位置的元器件（比如：连接器，按键，LED灯，数码管等显示器件）再放置占用面积较大的元器件；先集成器件后分立器件；先主后次，多块集成电路时先放置主电路。,PCB布局要求,高、低压之间出于安全考虑要隔离，隔离距离与承受的耐压有关,需满足最小爬电距离及电气间隙。布局的元器件应有利于发热元器件散热，大功率大功率发热器件分开布置，以降低热量密，周围不应布置热敏元件，要留有足够的距离，原则上元件体底部到PCB板的距离应3.0mm。电解电容与发热器件的距离5.0mm。模拟器件和数字器件的旁路或去耦电容（通常会有一个电解电容和一个瓷片电容）都要靠近其电源引脚，此电解电容值通常为100uF，瓷片电容通常为0.1uF。,PCB走线要求,铜箔间最小间距及铜箔最小宽度:单面板0.3mm(12mil)，双面板0.2mm(8mil)。在元器件尺寸较大，而布线密度较低时，可适当加宽印制导线及其间距，并尽量把不用的地方合理地作为接地和电源用。在双面或多层印制电路板中，相邻两层印制导线，宜相互垂直走线，或斜交、弯曲走线，力求避免相互平行走线。印制导线布线应尽可能短，特别是电子管栅极、晶体管的基极和高频回路更应注意布线要短,PCB走线要求,印制电路板上安装有高压或大功率器件时，要尽量和低压小功率器件的布线分开。并注意印制导线与大功率器件的连接设计和散热设计。作为高速数字电路的输入端和输出端用的印制导线，应避免相邻平行布线。必要时，在这些导线之间要加接地线。为了减少电磁干扰，需要时，数字信号线可靠近地线布设。地线可起屏蔽作用。在高频电路中，为减少寄生反馈耦合，必要时需设置印制导线保护环或保护线，以防止振荡和改善电路性能。模拟电路输入线最好采用保护环，以减少信号线与地线之间的电容。,根据电流大小确定合适铜皮宽度（宽度不够可开阻焊加锡方式解决）。可参考下表确定：比如厚度为1oz(盎司)，宽度为5.08mm(20mil)的铜箔，在允许温升为20的条件下，可通过的最大电流为10A。,PCB走线要求,PCB走线要求,根据相邻两线的电压差，确定最小的爬电距离，不足宽度用开槽方式，电气间隙决定开槽宽度。确定爬电距离步骤：步骤一：查看线路，确定线路之间的电压差；步骤二：确定PCB材料的CTI(漏电起痕指数)，划 分其材料组别：组，组，a组,b组。步骤三：确定电路工作环境的污染等级（一般设备为污染等级2）；步骤四：按不同的绝缘，在相应的表中查在该工作电压、材料组别和 污染等级下的爬电距离要求。,确定电气间隙大小步骤：1)、首先需要确定产品的过电压类别（家用电器一般为过电压类别）；2)、再确定额定电压；3)、再查下表找出额定脉冲电压；4)、然后下表，可以查出相对应额定脉冲电压所对应的最小电气间隙；,PCB走线要求,电源和地线（层）设计,单面或双面印制电路板上有大面积电源区和接地区时（面积超过直径为25mm 圆的区域），应局部开窗口（即网格状铺铜），以免大面积铜箔的印制电路板在浸焊或长时间受热时，产生铜箔膨胀、脱落现象或影响元件的焊接质量。尽量采用地平面作为电流回路；印制电路板上同时安装模拟电路和数字电路时，宜将两种电路的地线系统完全分开，它们的供电系统同样也宜完全分开，见下图；如果地平面被信号走线隔断，为降低对地电流回路的干扰，应使信号走线与流经地平面的电流方向垂直；,电源和地线（层）设计,电源和地线（层）设计,对于电流回路，需要注意如下基本事项：、如果使用走线，应将其尽量加粗：PCB上的接地连接如要考虑走线时，设计应将走线尽量加粗。这是一个好的经验法则，但要知道，接地线的最小宽度是从此点到末端的有效宽度，此处“末端”指距离电源连接端最远的点。、应避免地环路：例如电源线和地线的位置良好配合，可以降低电磁干扰的可能性。如果电源线和地线配合不当，会设计出系统环路，并很可能会产生噪声。电源线和地线配合不当的PCB设计示例如图所示，电源和地线环路太大，极易受到电磁干扰。采用图所示的方法，电路板上或电路板外的辐射噪声在环路中感应电压的可能性可大为降低。,电源和地线（层）设计,电源和地线（层）设计,、如果不能采用地平面，应采用星形连接策略使地电流独立返回电源连接端。,电源和地线（层）设计,、数字电流不应流经模拟器件：数字器件开关时，回路中的数字电流相当大，但只是瞬时的，这种现象是由地线的有效感抗和阻抗引起的。对于地平面或接地走线的感抗部分，计算公式为V=Ldi/dt，其中V是产生的电压，L是地平面或接地走线的感抗，di是数字器件的电流变化，dt是持续时间。对地线阻抗部分的影响，其计算公式为V=RI,其中，V是产生的电压，R是地平面或接地走线的阻抗，I是由数字器件引起的电流变化。经过模拟器件的地平面或接地走线上的这些电压变化，将改变信号链中信号和地之间的关系(即信号的对地电压)。,PCB字符、丝印及相关层规定,对于需过安规认证PCB的字符丝印不能随意更改，特别是UL认证号及ROHS标识，批量PCB板和已做认证PCB板需一致，如有差异需提前与客户确认。器件位号字符高度宜选1-1.5mm，宽度0.1-0.2mm（具体大小视器件疏密程度调整），字体宜选用Serif 字体；型号字符高度宜选1.5-2.5mm，宽度0.2-0.5mm（具体大小随空间调整），字体宜选用Serif 字体；如果有多个型号共用PCB，则多个型号字符必须放在顶层丝印层（Top Overlay或 Top Silk）,防止过炉后型号勾选标记消失，导致PCBA混料.。,PCB字符、丝印及相关层规定,接线端子（比如插座、排线、程序烧录座等），需用合适大小字符标示出电源、地及其它相关功能名，以便于软硬件调试及产品测试。PCB上同类型插座两个或以上如有不同颜色，需标示出相应颜色英文或汉字字符，以方便生产及产品组装。,PCB字符、丝印及相关层规定,PCB设计中相关层（Layer）规定：Mechanical1（机械1层）规定为板框外形层，用于除开孔焊盘、过孔开孔外的所有PCB的开孔或开槽及板框确定，PCB的板框尺寸标注也可放于此层；Mechanical2、3（机械2、3层）用于辅助定位，比如按键、LED灯等对位置有要求的器件；Mechanical4（机械4层）用于铜箔开破锡槽；Keep-Out Layer为禁止布线层，用于禁止区域内走线或敷铜，严禁用于PCB板框外形。Drill Drawing为钻孔图形标注层，用于输出PDF文件时用图形标注各钻孔孔径，孔径图形标注（.Legend）需放置在板框外合理位置，使其输出PDF文件时孔径信息不被拼板板框层覆盖。,PCB拼版要求,拼版大小要求:(有贴片工序)a.5050mm330250mm（LW）；(无贴片工序)；b.5050mm508371mm（LW）建议最优拼版边长为：147mm、197mm、247mm、297mm,PCB拼版要求,邮票孔设计要求 曲线或形状复杂的用铣槽或邮票孔等加工方式加工，尺寸如下图所示。邮票孔严禁金属化。邮票孔要加在板子的最前面或最后面，且有细线的地方要把邮票孔移走。邮票孔距离最近线路最小间距为2mm。,PCB拼版要求,V 型槽设计要求V 型槽的设计加工尺寸见下图V型槽残留尺寸:不同材质、不同板厚的V型槽尺寸见下表：,PCB拼版要求,V型槽残留尺寸的调整要求 焊接工程（机插机、贴片机、运送带）中拼版不受破坏。不使用分割工装时，能手动分割。使用分割工装时能分割。厚度为1.0mm以下的基板，由于V型槽存在的加工精度偏差，基板强度与基板易于分割之间的平衡点难以掌握，试作时应充分验证。,PCB拼版要求,PCB较大缺口处理 对于部分有较大缺口的PCB 板，缺口部分作如下图右图处理:,PCB工艺边设计,工艺边要求：如果元器件与板边距离较近，需按以下要求加工艺边,见下图:a 为主工艺边宽度 b 为副工艺边宽度机插线路板:a=7mm10mm,b=0mm5mm0mm5mm工艺边设计时如果采用0mm工艺边设计方案，必须满足最靠边的焊盘且器件本体距离板边4mm以上，否则必须追加工艺边至5mm。贴片线路板:a=10mm（Max），b=5mm（Max）。工艺边宽度小于5mm，MARK 点可做到线路板上，保证MARK 点到线路板工艺边缘的距离应不小于4mm.,PCB工艺边设计,贴片器件标准化的要求,常用贴片电阻和贴片电容的焊盘尺寸(单位：mm)常用贴片电阻和贴片电容的阻焊层尺寸(单位：mm),贴片器件标准化的要求,三极管各引脚焊盘尺寸 小圆圈为透气孔。,贴片器件标准化的要求,三极管各引脚阻焊层的尺寸贴片电解电容的引脚焊盘尺寸,贴片器件标准化的要求,贴片电解电容的引脚阻焊层尺寸两面引脚芯片（P0.5mm）焊盘及阻焊层尺寸,贴片器件标准化的要求,贴片IC 的引脚焊盘尺寸贴片IC 的阻焊层尺寸,贴片器件标准化的要求,焊盘与阻焊层之间的设计贴片收锡焊盘设计:贴片IC 收锡焊盘加大，与最后管脚的间距为管脚焊盘的间距,贴片元件间距设计标准化,贴片电阻，贴片电容间距标准化。呈平行排列的贴片电阻，贴片电容焊盘间距应保持在0.5mm 以上,贴片元件间距设计标准化,呈垂直排列的贴片电阻，贴片电容焊盘间距应保持在0.4mm 以上,贴片元件间距设计标准化,呈直线排列的贴片电阻，贴片电容焊盘间距应保持在0.4mm 以上,贴片元件间距设计标准化,芯片和贴片电阻，贴片电容之间的距离,贴片元件间距设计标准化,线路板的MARK 点设计 常用的 MARK 点有正方形和圆形两种，本标准推荐使用圆形MARK 点。具体形状尺寸如图2.3.2.5所示：MARK 直径取d=1.0-1.5mm，阻焊层边长取D=3mm。MARK 点位置选取：选择方便放置的一个对角，到过炉板边距离 4mm；,贴片线路板设计中应该避免的问题,对于双面板，过孔开在焊盘上。,贴片线路板设计中应该避免的问题,焊盘过小，导致着锡少。,贴片线路板设计中应该避免的问题,焊盘直接与大面积铜箔相连,贴片线路板设计中应该避免的问题,贴片焊盘和机插焊盘距离过近，导致机插时损伤贴片元件。,波峰焊的标准化要求,元件过炉方向,波峰焊的标准化要求,波峰焊工艺元件分布要求(过炉方向为水平方向)轴向：垂直设计径向：为提高焊接质量而设计PCB 焊接方向为垂直方向,IC 类拖锡焊盘设计,箭头为线路板过波峰焊的方向,连接器类拖锡焊盘设计,为尽可能地避免连焊，对于连续排列的多个（两个及两个以上）焊盘，设计时应以类似椭圆形为主、椭圆形加圆形间隔、拖锡焊盘相辅。焊盘相邻部分在标准的许可下窄化，以增大焊盘相对间距，同时在（焊接面）单个焊盘外围加白(黑)油阻焊层以防止连焊。为避免双面板元件面的连焊，元件面的焊盘也应加白（黑）油阻焊层。,连接器类拖锡焊盘设计,三极管，晶体管类拖锡焊盘设计,LED类拖锡焊盘设计,对称拼板焊盘拖锡焊盘设计,透气孔设计,贴片元件元件高于2.0MM,载体需要开通孔（透气孔）,尽量避开其它元件焊盘（避免阴影效应）参考下图:,锡膏工艺后波峰工艺要求,锡膏工艺焊接后需要使用过炉夹具隔离过波峰焊生产，对PCB设计的要求：L1；贴片与手插件铜箔边缘距离3 mm 以上。L2；贴片与手插件铜箔边缘距离3 mm 边缘贴片高小于等于2.0 mm,自动插件(AI)要求,孔径设计要求 在生产时常发生因为孔径问题造成可以机插的元件不能进行机插，发生的原因主要有两种：元件孔径过小、元件跨距为非标准尺寸，严重的会损坏插件机插头。元件引线直径与孔径之间对应关系见下表。,自动插件(AI)要求,过波峰焊插件元件孔径、焊盘、铜箔对应关系见下表:,自动插件(AI)要求,元件位置要求 PCB 板器件排布范围要求：为保证PCB 的平滑运输，其上元件不能在下图所示的阴影范围(机插件死区)内。其中A=5mm,B=C=8mm,自动插件(AI)要求,卧插件死区：阴影部分不得布置其他机插元件,自动插件(AI)要求,焊盘间距要求 水平方向间距：A0.5mm,垂直方向B0.7mm。,卧式AI要求,卧式AI元件跨距设计、跳线的跨距5 mmL26mm，且为0.5mm或1mm的整数倍。、除跨线外的轴向件跨距L 为大于本体2mm 至12 mm。,卧式AI要求,卧式AI元器件间距要求，见下图：,卧式AI要求,卧式AI元器件间距要求，接上图：注：d:跨线直径 d1:先安装元件的导线直径 D:先安装元件的直径 D1:即将安装元件的直径,立式AI要求,可立式AI元器件：片式电容类（101，102，103，104，绿色电容等）；圆柱型电容类（如1uf50V，10uf100V等）；三极管类（1815，1015，945等）。LED如有编带元件且符合以上条件也可机插。请参看下图：元器件包装方式为编带型包装（盒装或盘装）。,立式AI要求,立式AI要求,立式AI元件PIN脚跨距设计立式AI元件的跨距应为L=2.5mm0.05mm 或L=5.00.05mm 两种规格；定高LED器件引脚跨距必须为5.0mm；其中三极管、T600D 等元件的相邻引脚之间间距L1=L2=2.5mm0.05mm 或5.0mm0.05mm，三个插入孔必须在同一直线上，其径向件本体最大为1221mm（WL）。,立式AI要求,立式AI元件间距要求、立式AI元件本体与本体之间的间隙0.5mm；、立式AI元件元件插孔边沿距贴片元件本体边沿或卧式AI元件引脚之间距2.5mm；、两立式AI元件元件引脚之间的距离在下图所示情况时，应满足图中所标距离：,立式AI要求,立式AI元件插件角度 尽量按 0度（水平）和90度（垂直）两个方向。立式AI元件PIN脚弯脚角度,立式AI要求,立式AI元件Layout方向要求:见下图（建议按左图设计）：,手插件标准化要求,重加焊设计 对于较大或较重的部件，其焊盘应设计为菊花状。图形如下:,手插件标准化要求,手插件元件孔设计 开孔原则：（需视零件误差而定）元件引脚与手插孔径对照表：,手插件标准化要求,手插件焊盘设计 对于单面板中过波峰焊后插的手焊元器件，元件插孔增加开锡槽设计，开锡槽沿水平方向，与PCB移动方向一致；如下图所示,手插件标准化要求,对于平行过焊且无散热器固定的可控硅类部件，考虑焊接的牢固性，三只脚焊盘在中间一只用圆形焊，两边两只增加两个椭圆型焊盘。,手插件标准化要求,手插件拖锡焊盘设计对于管脚比较多且成直线排列的手插件需要加拖锡焊盘，拖锡焊盘要加大，并且距离最后一只管脚的距离为最后两脚之间的距离时最佳。（拖锡焊盘设计参考：波峰焊的标准化要求）,ICT 测试点设计要求,ICT测试点选点原则 原则上每条网络（即每段线）上至少有一个测试点才能对该线路上的元件进行测试：要求ICT测试点的覆盖率80%，尽量多放置测试点；原则上所有测试点应该放置在同一面，即插件元件的焊接面，且焊接面元件高度5mm；双面板或多层板若受条件限制，不得不留一部份测试点在插件元件安装面时，这一面的测试点尽量少留同时应考虑手插件是否会倾斜挡住测试点；、如有的IC脚是独立不用的，这样的网络可以不留测试点；,ICT 测试点设计要求,ICT测试点形状与大小 ICT测试点统一选用圆形无孔的表面焊盘，测试点焊盘直径1.0mm(测试点不宜过小，最小直径不小0.8mm，优选用直径为1.2mm的测试点),ICT 测试点设计要求,ICT测试点距离要求、焊接面相邻两测试点焊盘边缘间距1.0mm；插件元件安装面相邻测试点焊盘的边缘间距2.0mm,间距越大越好。、测试点中心与PCB板边的边缘距离3.0mm、测试点中心与PCB测试定位孔的边缘距离5.0mm，为定位销提供足够多的空间。,、焊接面上测试点边缘距贴片元件本体距离1.0mm，测试点边缘距贴片元件焊盘的距离0.5mm；插件元件安装面上的测试点周围5.0mm范围内，都不能有元器件，以防顶针与元器件撞击损伤。其中：A1.0mm，B0.5mm,ICT 测试点设计要求,、测试点与相邻不同网络的铜皮走线边缘距离0.25mm。、如果在测试面放置高度超过4mm的元器件，旁边的测试点应避开，距离4mm以上，否则测试治具不能植针。,ICT 测试点设计要求,ICT 测试点设计要求,添加ICT测试点的方法、当使用绘制电路图软件自动产生测试点前须对测试点属性进行设置，以确保测试点符合以上的工艺要求。另外，如果走线太密，则有可能没有办法自动对每段线都加上符全标准的测试点，此时需手动补齐所要测试点的地方。、在线上直接加ICT测试点。,ICT 测试点设计要求,添加ICT测试点的方法、通过外延附加线（附加线不宜过长）添加ICT测试点。、双面板或多层板过孔添加测试点,ICT 测试点设计要求,ICT测试定位孔要求、定位孔采用非金属化的定位孔，误差小于0.05mm。、定位孔周围3mm不能有元件，以免在线测试工装定位 针对元器件干涉；、工装定位孔要首先做到线路板上，后再进行拼版，定位孔对角两个，直径为4mm，在线路板上呈对角分布，间隔不能太近，间隔2/3 对角线长。,ICT 测试点设计要求,ICT测试点其它要求、测试点不可被阻焊或文字油墨覆盖，否则将会缩小测试点的接触面积，降低测试的可靠性。、测试点不能被插件或大元件所覆盖、挡住。、不可使用过孔或DIP元件焊点做测试点。ICT植针率需要达到100%，元件可测试率要达到85%以上。,结束 The End谢谢！,