印制电路可制造性设计.ppt

印制电路可制造性设计,2007.12.,主要内容,1 概述2可制造性概念3.印制板可制造性设计的特点4.印制板各要素可制造性设计（基材选择、尺寸公差焊盘、过孔等要素）5.印制板热设计6.电磁兼容设计7.印制板表面的涂层、镀层8.布局、布线与可制造性9 装联中常见的印制板故障分析10.印制板的发展趋势,1.概述,电子元器件的飞速发展和电子产品对小型化、多功能、高可靠的要求，大大促进了元器件安装和支撑用的印制电路板（简称印制板，英文缩写为PCB）有了迅速的发展。印制板的结构越来越复杂，制造和安装的技术也有了巨大进步，印制板设计与制造和安装技术的联系更为紧密，并且相互制约。印制板的可制造性已成为广大印制板设计、制造和电子安装人员十分关注的课题。印制板的质量和可靠性对电子产品的性能和可靠性有重要影响，同时也影响电子产品的成本。,1.概述（续）,印制电路板的设计决定印制板的固有性能，而生产制造、测试和检验是设计思想的实现保证。设计的可制造性影响制造工艺、决定产品的加工难易程度、影响产品的质量和生产效率及成本。所以在进行设计时，就应充分考虑印制板各加工工艺的要求，将这些制造系统的要求融合在设计中一起进行总体优化，使设计的产品更便于制造，因而能保证最终产品的质量。这就是印制板可制造性所必须考虑和研究的问题。,2.可制造性的概念,产品的可制造性即产品的工艺性是产品设计必须考虑的重要因素。可制造性设计又称为DFM(Design For Manufacturing),它是研究产品本身的物理（电气、机械）设计与制造系统各部分之间的相互关系，并将其用于产品设计中，以便将整个制造系统要求融合在一起进行总体优化。使设计的产品便于制造，能更顺利地投入生产，大大减少制造过程中的质量缺陷，从而达到缩短产品研制或生产周期、降低成本、提高产品质量和生产效率的目的。,2.可制造性的概念（续）,产品的可制造性从广义上讲，应包括产品的制造、测试、返工和维修等产品形成的全过程可行性；从狭义上讲是只指产品本身制造的可行性。如果产品的可制造性不好，将会影响产品的合格率和生产效率，甚至会导致所设计的产品无法制造出来，或者即使制造出来也不能保证产品质量能稳定生产、易于测试和返工，因而产品的可制造性设计，是广大设计人员在产品设计中必须重视并认真考虑的设计通用的基本要求之一。,3.PCB可制造性设计的特点,3.1特点：印制板设计是一种特殊的基础电子产品设计，设计图的质量直接影响电子产品的质量。一项设计同时用于两种不同技术领域的工艺，设计的印制板图形一旦确定，既要用于印制板的制造，又要用于印制板的安装，在生产中不能改变导电图形和阻焊图形或字符图形的结构。PCB的设计需要考虑到两个方面的可制造性要求;一是印制板本身的可制造性；二是印制板的安装即印制板组装件的可制造性要求。,3.PCB可制造性设计的特点（续1）,印制板的制造和安装分属于两个有上、下游联系的不同制造专业，其制造的工艺方法和设备有很大的差别，制造要求大不相同，它们的质量却是互为影响，对PCB设计的要求也不相同，所以在进行PCB设计时，必须兼顾这两方面的可制造性要求，缺一不可。PCB的设计、制造和安装分属于三个不同的专业技术，要把三者的要求有机的融合在一起，总体优化体现在同一套设计图上，不是很容易的事，需要有丰富的设计经验和能够了解或掌握三项技术联系的能力。,3.PCB可制造性设计的特点（续2）,3.2 PCB设计应掌握的知识和技术：熟悉电路设计、热设计、电磁兼容和布局布线规则，能对设计软件进行熟练操作；了解印制板所用的基材种类和特性；了解印制板的制造和安装工艺方法；熟悉制造和安装的工艺要求；了解所选用的元器件的特性和基本的尺寸；了解安装和焊接时所用的焊料、焊剂的特性。,3.3印制板光板的可制造性设计,印制板光板：是指没有安装电子元器件的印制板（又称裸板），对印制板的可制造性设计主要考虑印制板制造工艺对设计的要求。印制板有许多种类，不同种类不同的加工方法，其设计的可制造性要求是不同的，所以在进行印制板设计时，必须根据所需要的印制板的结构特点，了解相应的印制板生产工艺要求，进行可制造性设计考虑。譬如：多层刚性印制板与单面或双面印制板的可制造性要求就大不相同，刚性板与挠性板的可制造性要求也不相同。,3.3印制板光板的可制造性设 计1,印制板的可制造性的具体指标要求，随着印制板的制造工艺技术的发展和提高而改变，并随不同工艺水平的印制板制造厂商而变化。譬如：导线宽度为0.1mm，最小通孔直径为0.3mm的印制板，对有些生产厂就不能加工，而对一些设备和工艺条件较好的生产厂就可以加工。所以在考虑设计的可制造性技术指标时，要根据当前的印制板加工的工艺水平和预计要选定的印制板生产厂商的工艺要求来确定，不然所设计的产品将难以制作或制作不了。,3.3印制板光板的可制造性设计-2,对于新产品必须要满足的特殊要求，制造工艺应满足其需要，如果这些设计要求超出当前的正常工艺水平，则就需要进行工艺研究，改进和提高制造工艺水平，这会增加研制周期、提高产品成 本。设计需求可以促进印制板制造工艺水平的提高，印制板技术的进步也正是电子元器 件的发展和安装技术进步要求的推动，但是这不属于设计可制造性要求 的 概念,而是一种新产品的研制或开发。产品能设计出来不一定就能制造出来，能否制造出来不只是生产和工艺的事。设计的可制造性就是要保证,3.3印制板光板的可制造性设计-3,印制板既能设计出来，就应能制造出来。在实践中经常由于设计的可制造性考 虑不周，而引起一些质量问题，甚至产生设计与生产方对产品质量 的争议。3.3.2 PCB可制造性要素：尽管印制板的种类繁多，制造方法不尽相同，但是体现在产品上的工艺要求的项目主要反映在以下通用设计要素上：（1）印制板的外形尺寸和精度，受设备加工尺寸和精度要求限制。设计时应考虑最大和最小加工尺寸、尺寸精度和工艺余量的尺寸。,3.3印制板光板的可制造性设计-4,（2）选用基材的类型和规格，应考虑印制板的加工方法、基材的种类和尺寸规格尽量选用在标准系列之内的基材。（3）板的结构和厚度。首先由印制板的电气和机械性能要求而定，但必须考虑制造的可能性。如：多层印制板的最高层数，中间介质层和板的总厚度，都受生产加工能力的制约，板的导电层数越高加工难度越大。在确定这一参数时应与生产商协调一致。,3.3印制板光板的可制造性设计-5,（4）板厚与孔径比 印制板的总厚度与导通孔直径的比值，是制约可制造性的重要指标，印制板生产受金属化孔工艺的制约，孔径越小，基板越厚，其孔金属化的难度越大，所以应选择适当的板厚与孔径比（一般为6：1，盲孔为1：1），以有利于孔的金属化处理和电镀。（5）最小孔径、孔的最小间距。受生产设备和孔金属化能力的制约，设计时应考虑与生产能力和水平相适应（主要是：钻孔、孔金属化和电镀加工能力）。(6)焊盘图形的形式最小连接盘宽度，受印制板的安装、焊接要求和,3.3印制板光板的可制造性设计6,印制板制作精度限制，设计时应综合考虑这两个方面的可制造性要求。(7)印制导线的宽度、导线间距及其精度，受印制板的制作中的图形转移和蚀刻工艺水平制约，并且影响印制板导线间的耐电压、绝缘电阻和印制板的特性阻抗等性能，应认真综合考虑设计。(8)布局、布线等设计要素，影响电子元器件的安装、板制造精度和耐电压及绝缘电阻等性能和印制板的电磁兼容性。布线的均匀程度会影响印制板的翘曲度等机械性能。进而影响表面安装元器件焊接的可靠性。,3.3印制板光板的可制造性设计7,此外，对不同类型的印制板还有一些特殊的可制造性考虑，如挠性印制板、高密度互连板（HDI）等，留待印制板各要素设计中详细叙述。确定印制板的可制造性设计指标的原则：应不超过印制板当前的制造工艺极限.考虑预选的生产商的生产能力极限。必要时应与预选的印制板制造商进行工艺协商。对供应商进行生产能力考核认证以确认印制板的合格供应商。,3.4印制板组装件的可制造性设计,印制板组装件可制造性设计的含义印制板组装件是指：安装或焊接了电子元器件的印制板组件（英文缩写为PCA）。印制板组装件的可制造性，在印制板图形设计时就基本上确定了元器件安装、焊接以及产品测试、维修的难易程度。因为在印制板设计中，布局、布线时就确定了元器件的安装位置和密度以及连接的走线关系，对元器件安装合理与否，能否便于检测和维修有决定性作用，所以在印制板设计时就应考虑产品的安装、焊接、维修和测试的可制造性。,3.4印制板组装件的可制造性设计1,如果设计时考虑不周，在生产中去修改、弥补，既浪费工时又难于保证良好的质量。据国外有关资料统计在SMT产品生产的初期，由于设计不合理造成的质量问题约占全部故障率的5060%,而由于材料、工艺和其他因素造成的故障率只占40左右，可见设计可制造性的重要。印制板安装的可制造性，随元器件的安装方式的不同设备不同而有很大区别，设计时考虑可制造性应随安装方式的不同而变化。,3.4印制板组装件的可制造性设计2,印制板的安装方式：根据元器件的封装形式，通常分为三种安装方式：.通孔安装（THT）、表面安装（SMT）、微组装（MCM）或芯片直接封装。目前采用最多的是前两种安装方式，即THT 和SMT技术，MCM技术在高可靠的尖端电子产品中采用的较多。不同的安装方式对印制板的基材和复杂程度要求不同，因而对印制板的设计可制造性要求也不相同。如通孔安装方式，对元件孔的设计要求比较严格，而表面安装就不需要元件安装孔，只有导通孔，但是对焊盘图形的设计却有严格要求。,3.4印制板组装件的可制造性设计3,3.4.3 PCA的可制造性与元器件焊接的方式关系焊接的方式有：手工焊接、波峰焊接和再流焊接（回流焊）以及压焊（又称打线和bonding）。手工焊接可以采用阻焊膜也可以不用阻焊膜，波峰焊接和再流焊接必须采用阻焊膜，并考虑焊接设备的特点，以防焊接时产生桥连和短路。再流焊接的印制板设计还需要设计网印焊膏用的模版（提供焊盘数据可以由工艺设计）。采用压焊连接时应考虑焊盘表面涂（镀）层的匹配问题，不同的焊接方法，对镀层的种类和厚度要求不同，匹配不当将会引起焊接质量或产生缺陷。,3.4印制板组装件的可制造性设计4,连接盘和焊盘图形设计是保证连接（焊接）质量的重要因素，在进行图形设计时必须了解安装方式和连接（焊接）的特点和形成合格的焊点（连接点）的工艺要求。3.4.4 PCA可制造性要素：无论采用哪一种安装方式或哪一种焊接方法，对于PCA来说，其可制造性的通用要求一般应考虑以下设计要素：1）布局时考虑元器件的安装间距和与板边缘距离应符合安装、维修和测试的要求。2）元器件（含插针）的安装孔应有足够的插装和焊接的间隙。,3.4印制板组装件的可制造性设计5,3）焊盘和最小环宽尺寸应能满足焊接后形成可靠的连接点的要求。4）焊盘尺寸和位置应满足安装和焊接质量的要求。5）需要加固或需要外加散热器的元器件周围，应留出加固和安装散热器的空间位置。6）根据元器件的发热情况，按热设计要求，确定元器件是贴板或离板安装，或外加散热器，元器件的布局和排列方向应有利于散热。7）元器件的安装位置和极性标志应清楚准确与电原理图要求相符，网印的标识应满足网印工艺要求。,3.4印制板组装件的可制造性设计6,8）元件体下面的过孔和其他不需焊接的孔应有阻焊覆盖，以防焊接时焊料流到元件体上，损坏元器件或使金属壳的元件体短路。9）超大规模元器件或发热元件周围在规定的范围内，不允许布设其他元器件或过孔。10）印制板上的测试点尽量设置在板的边缘，或不易被其他元件遮挡的地方，以便于测试。11）元器件的布局应充分考虑电磁兼容问题。,3.5 设计的可测试性概念产品设计的可测试性：,可测试性：英文Design for testability 简称DFT，是产品可制造性的主要内容，从生产角度考虑也是设计的工艺性之一。可测试性含义：在设计时考虑产品性能能够检测的难易程度。也就是说设计产品时，应考虑如何以最简单的方法对产品的性能和加工质量进行检测，或者产品的设计尽量能使产品容易按规定的方法对其性能和质量进行检测。尤其是电子产品的设计，对产品的性能测试是必不可少的。,产品设计的可测试性1,DFT好的产品设计，可以简化生产过程中检验和产品最终检测的准备工作，提高测试效率、减少测试费用，并且容易发现产品的缺陷和故障，进而保证产品的质量稳定性和可靠性。DFT设计不好的产品不仅要增加测试的时间和费用，甚至难于测试而无法保证产品的质量和可靠性。所以对产品设计与测试的方法和设备相兼容的可测试性设计，是电子产品设计必须考虑的重要内容之一。,印制板设计的可测试性内容,印制板的可测试性设计与可制造性同属于印制板的工艺性设计，其内容包含两个部分：印制板制造过程及成品印制板（光板）的可测试性印制板组装件的可测试性。这两部分的测试方法和内容完全不同，但是要在同一块印制板的设计中反映出来，对设计者来说，既需要了解印制板上需要测试的性能和方法，又要了解印制板组装件的安装测试要求和方法。,印制板设计的可测试性内容续1,印制板光板的测试方法和性能要求有统一的标准规定，相关印制板的主要标准：GB4588（技术要求）GB4677（试验方法）IPC-6012B(刚性板规范)IPC-6013B（挠性板规范）IPC-TM-650（试验方法）,印制板和组装件的测试印制板的光板测试,印制板的光板测试是保证待安装元器件的印制板质量的重要手段，也是保证印制板组装件质量和减少返修、返工及废品损失的有力措施，光板测试的质量有保证，可以提高印制板的安装效率、降低成本。在国内外的电子行业都非常重视对印制板的各项性能的测试，制定了许多检测标准和方法。主要的检测项目有：外观检测、机械性能测试、电气性能测试、物理化学性能测试和可靠性（环境适应性）测试等方面。印制板光板的测试项目很多，但对设计的限制较少。,印制板的光板测试续1,外观检测：一般是在成品印制板上通过目检或适当的光学仪器进行检测，主要是检查制造的质量，外观检测对设计的可测试性要求不多。电气性能测试：对印制板设计的布局布线影响最大，它包括：耐电压、绝缘电阻、特性阻抗、电路通断等测试项目和测试点设计应符合测试要求。,印制板的光板测试续2,电路通断测试：是保证印制板质量的关键性能，需要对每块印 制板进行100的逻辑通断测试。进行印制板设计时，应考虑测试时可能采用的测试设备的测试探头（针床式、飞针式）与测试电路的物理尺寸的匹配问题，否则将会由于印制板上被测点的位置和尺寸误差，引起测试的差错或测试的可重复性差的问题。,印制板的光板测试续3,有破坏性的机械、物理、化学性能测试：一般采取从同批产品中抽样或设计专用的试验板或附连试验板按标准进行试验和评定，设计时应当熟悉测试板和附连试验板的设计及测试要求和方法。测试方法：按GB4677或IPC-T-M650,印制板和组装件的测试印制板组装件的测试性,PCA的测试：是指对安装了元器件后的印制板进行的电气和物理测试。影响印制板组装件测试的因素很多，其检测的方法要比印制板的光板检测复杂得多。对组装件的可测试性设计应可包括系统的可测试性问题，系统的可测试性功能要求应提交整机总体设计的概念进行评审。印制板组装件可测试性必须与设计的集成、测试、和维护的完整性相兼容。应根据电路和结构的特性和要求由设计人员通盘考虑，在布局布线时采取适当措施合理设置测试点，或者将测试分解在安装工序中进行。,印制板组装件的测试性续1,随着电子产品的小型化，元器件的节距越来越小，安装密度越来越大，可供测试的电路节点越来越少，因而对印制板组装件的在线测试的难度也越来越大，所以设计时应充分考虑印制板可测试性的电气条件和物理、机械条件以及采用适当的机械电子设备。PCB组装件的可测试性在设计开始之前，应会同印制板的制造、安装和测试等技术人员进行评审，以保证可测试性的效果。评审的内容应涉及电路图形的可视程度、安装密度、测试操作方法、测试区域的划分、特殊的测试要求以及测试的规范等。,印制板组装件的测试性2,1）PCB组装件的测试主要类型：在印制板设计时就应考虑印制板组装件的测试兼容性，如果不考虑采用的测试方法和必要的测试机械规则，即使在电气方面具有良好的可测试性电路，在印制板组装件上也比较难于测试，如测试点的位置、大小以及测试点的节距与测试探头或针床的匹配问题，在线测试时电气条件设置问题，防止测试对元器件的损坏等都是测试性要考虑和解决的问题。测试的类型有：生产过程检测和PCA产品检测,印制板组装件的测试性3,2）PCA的测试方法：人工检测和仪器自动测试。人工测试：通过目检或用万用表、数字电压表、绝缘电阻测试仪等仪器进行检测，效率低、记录和数据处理复杂，并且受组装密度的限制，小型化的高密度组装的印制板靠人工难于检测。自动化仪器检测具有精度高、可靠性好、重复性好、效率高的特点，并且有的仪器还具有自动判定、记录、显示和自动故障分析的能力。常用的自动化测试技术有：自动光学检测（AOI）、自动X射线检测（AXI）、在线测试（ICT）和功能测试等。,印制板组装件的测试性4,（1）组装件的光学检测光学检测对设计没有明确的制约，只要保持电路有一定的可视性就可以检测，主要检查安装和焊接的质量。常用的方法是：放大镜或AOI系统观察。（2）在线测试：采用转用的在线测试设备（针床式或飞针式），对印制板的限制主要是测试点应设计在坐标网格上能与测试针床匹配，并且能在焊接面测试；如果用飞针测试，既要保证测试点位于坐标网格上，又要在布局时保持有足够的空间能使探头（飞针）接触被测试点，,印制板组装件的测试性5,飞针测试可在板的两面进行测试，主要检测组装焊接质量和加工中元器件有无损坏而影响电路的通断。（3）功能测试：有独立电气功能的组装件进行功能测试，在组装件的输入端施加预定的激励信号，通过监测输出端的结果来确认设计和安装是否正确。（4）X-射线检测：直射式和断层式。主要检查目测难于观测到的焊点质量。设计时应避免在板的两面对称式安装元件，影响Xray照射的清晰度。,3.6 印制板组装件的可维修性产品的维修性概念：,产品维修性：是指在规定的条件下使用的产品出现故障后，在规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修，能保持或恢复到完成功能的能力。产品在整个寿命周期内要能完好的完成规定功能的能力，必然要涉及到产品的可靠性和可维修性两方面。从某种意义上讲，维修性可以补充产品可靠性的不足。所以可维修性设计是一般产品设计必需要考虑的问题。印制板的可维修性设计主要是指考虑组装件的可维修性，可维修性好的产品可以提高印制板组装件的可靠性、延长产品的使用寿命、降低使用成本。,可维修性考虑的要素：,1）对印制板上容易出现故障的元器件，在布局时应留有检测、拆卸、更换装配和调整的空间位置。不然一旦有元器件损坏无法拆卸和维修，那会造成整个印制板组装件的报废，其损失更大。2）调试元件：需要在整板电路加电调试时才能确定其具体参数的元器件，为了防止因为反复更还元器件而损坏焊盘或金属化孔，对这类元器件安装的焊盘应设计有并联的调试元件焊盘，以便将选定参数后的元器件焊接在新的并联焊盘上。3）对在使用过程中出现故障无法进行维修的产品（如人造卫星、某些军用武器系统上的印制板）只能提高产品的可靠性设计和试验来保证产品的可靠性。,4.印制板各要素可制造性设计,影响印制板可制造性的设计要素几乎包括印制板的所有要素，设计时重点应考虑以下几个方面：1）基材的选择2）印制板的结构（布线层数）、尺寸和公差3）孔、板厚与孔径比及环宽4）焊盘图形5）导线宽度和间距6）涂、镀层的选择7）热学设计和电磁兼容考虑8）布局、布线,4.1印制板基材的选择,印制板的的许多特性是由基材决定，了解基材特性、选好基材用好基材是印制板设计的主要内容。基材选择不当不仅会影响产品的某些性能，如耐热性、产品的工作温度、绝缘电阻、介质损耗等，甚至还会影响制造工艺和成本，不同的材料适应于不同的制造工艺，不同类型的基材成本相差很大，因而合理地选择基材是印制板设计需要认真考虑的内容之一。,4.1印制板基材的选择（续）,选材时应根据产品的特性要求和使用环境选择能满足使用要求的基材，工艺人员往往不了解所设计的产品特性要求，因而无法准确地把握材料的适应能力，设计如果对基材选择不当，制作出的印制板达不到设计预期的技术性能要求，可能会造成批次性报废，此类情况在实际设计和生产中也时有发生。所以在印制板的设计过程中必须要认真选择基材。,印制板用基材的性能和分类基材的主要性能,（1）机械特性：铜箔与基体树脂的粘结性（剥离强度）、机械强度（如弯曲强度）、抗冲击性、尺寸稳定性、弯曲性、热变形性、基板加工性（冲、钻性能）等。（2）电气特性：绝缘电阻、耐电场强度（耐电压）、介电性（介电常数、介质损耗因数等）、耐离子迁移性、耐漏电痕迹和铜箔质量电阻等。（3）物理特性：热膨胀系数（CTE）、燃烧性（阻燃性）、基板平整度即翘曲度（弓曲和扭曲）、吸湿性等。,4.1.1印制板用基材的性能和分类1 基材的主要性能,（4）化学特性：耐热性、玻璃化转变温度(Tg)、可焊性、耐化学药品能力（耐酸、耐碱和耐溶剂性）等。（5）耐环境性：耐霉性、耐湿、耐蒸煮、耐温度冲击等性能。（6）环保性：适合RoHS指令规定的不含铅、卤素等有害物质的基材。虽然在一些高可靠要求的产品中，目前尚未要求必须采用无铅焊接，但是从环境保护的角度考虑，在条件成熟时尽量采用无污染或低污染的材料。,印制板用基材的性能和分类2印制板用的基材分类,覆铜箔层压板（简称覆铜箔板）：在绝缘材料的一面或两面覆有铜箔的层压材料，用于减成法制造印制板。根据绝缘材料的机械物理特性，基材分类为：刚性板基材：绝缘材料是刚性。挠性板基材：绝缘材料可以挠曲、弯曲。覆树脂铜箔（RCC）：铜箔的一面涂有树脂，用于制造高密度互连印制板（H DI）。,4.1.1印制板用基材的性能和分类3印制板用的基材分类,印制板制作的中间材料：半固化片（粘结片）：由增强材料与树脂构成的预浸渍材料（预烘干的半固化态树脂）用于制造多层印制板的中间粘结绝缘材料。感光性树脂或薄膜：含有感光剂的树脂或薄膜，用于加成法和制造HDI印制板。目前最广泛使用的是以减成法（铜箔蚀刻法）制造印制板所用的基材覆铜箔层压板，简称覆铜箔板，它是目前国内外用量最大的PCB基材。以下将对这种材料作简单介绍。,印制板用的基材分类（1）覆铜箔基材的分类,覆铜箔基材结构：增强材料浸以树脂粘合剂（如：酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、BT树脂等），经高温高压使树脂固化制成的层压材料。由于电子产品的需求不同，覆箔板又根据所用的树脂、增强材料不同，以及所用的铜箔和板的厚度不同分为许多种类和规格。覆铜箔层压板根据基材的机械弯曲特性分为：刚性覆铜箔板和挠性覆铜箔板两大类。,印制板用的基材分类（1）覆铜箔基材的分类,1）刚性覆铜箔板刚性覆铜箔板是由增强材料浸渍树脂，预烘干使树脂呈半固化状态后（称为半固化片），再与铜箔叠合在一起进行加热层压，待树脂完全固化后而制成的层压板。所以对刚性板一般按其基材中的增强材料不同，分为以下主要四类：1.纸基板：以浸渍树脂的纤维纸作为增强材料。.纸基覆铜箔层压板主要品种有：a)阻燃型覆铜箔酚醛纸层压板（FR-1型）b)阻燃型覆铜箔改性酚醛纸层压板（FR-2型）；c)阻燃覆铜箔环氧纸层压板（FR-3型）。,印制板用的基材分类（1）覆铜箔基材的分类1,2.玻璃布基板：以玻璃纤维纺织而成的布浸渍树脂作为增强材料。玻璃布基覆铜箔层压板主要品种有：a)覆铜箔环氧玻璃纤维布层压板（G10型）；b)阻燃型覆铜箔改性环氧玻璃纤维布层压板（FR-4或IPC-4101/21）；c)热强度保留型阻燃覆铜箔环氧玻璃纤维布层压板（FR-5型）；d)热保留型阻燃覆铜箔改性环氧玻璃布层压板（G11或IPC-4101/22）；e)阻燃覆铜箔双马来酰胺/三嗪/环氧玻璃布层压板（BT树脂板）；f)阻燃覆铜箔聚酰亚胺玻纤布层压板（GPY）等。,印制板用的基材分类（1）覆铜箔基材的分类2,3.复合基板：采用两种以上的增强材料的基板。复合基层压板常见的主要有两种：a）CEM-1（美国NEMA/ANSI标准中型号）：玻璃布浸渍环氧作为面层，纤维纸浸渍环氧树脂作为芯层的阻燃型覆铜箔环氧玻纤布面、纸芯复合基层压板b)CEM-3（NEMA/ANSI标准中型号）：玻璃布浸渍环氧作为面层,玻璃纤维纸浸渍环氧树脂作为芯层的阻燃型覆铜箔环氧玻璃布面玻纤纸芯复合基层压板，性能与FR-4基材相当。,印制板用的基材分类（1）覆铜箔基材的分类3,复合基覆铜箔板的机械性能和制造成本介于覆铜箔环氧玻璃布层压板（FR-4型）与覆铜箔酚醛纸质层压板之间，既可以冲孔又可以钻孔，并且在耐漏电痕迹性（CTI）、板的尺寸精度和稳定性等方面优于一般阻燃型覆铜箔环氧玻璃布层压板（NEMA标准中的FR-4型,IPC标准中4101/21）。由于复合基材CEM-3可以冲、钻孔加工，电性能与FR-4相似，但价格低于FR-4板材，所以在欧美和日本等国家已广泛地采用CEM-3代替FR-4板材，用于高档家电等许多民用产品。,印制板用的基材分类（1）覆铜箔基材的分类4,4.特殊材料基板：采用金属、陶瓷或 耐热热塑性基板的材料。常见的.特殊基材层压板主要有以下三类：a)金属芯基覆铜箔板由金属层、绝缘层和导体层（铜层）构成。是制作金属芯印制板的基材。金属芯部分一般采用：铝板、铜板、钢板、覆铜因瓦钢（俗称因钢）或钼板。,印制板用的基材分类（1）覆铜箔基材的分类5,金属芯覆铜箔制成的印制板：该基材的特点是散热性好，机械强度和韧性高，有电磁屏蔽作用，在板材厚度方向的热膨胀系数与铜箔接近，有利于提高金属化孔的质量和可靠性；铁基芯的基材有磁力特性，可以用于磁带录像机和软盘驱动器等的小型精密电机上作为电机的定子基板。,金属芯,绝缘层,铜导体,金属化孔,印制板用的基材分类（1）覆铜箔基材的分类6,b)耐热热塑性基板：双马来酰胺三嗪树脂（BT树脂）、氰酸酯树脂（CE树脂）、聚酰亚胺树脂（PI树脂）和聚四氟乙烯等。这些材料多数有较低的介电常数和介质损耗，较高的Tg，是高频、高速电路的优选材料。较低的X、Y方向热膨胀系数和较高Tg的材料又是制作表面安装印制板和IC器件封装基板的优良材料。c)陶瓷基板：陶瓷基板有较高的弹性模量，较高的强度/重量比，良好的化学稳定性、热稳定性和绝缘性，是制作IC基板和微组装器件及多芯片组件（MCM）的基体材料。,印制板用的基材分类（1）覆铜箔基材的分类7,除此之外还有芳酰胺纤维布、玻璃纤维无纺布、石英纤维布等增强的材料。另外还有适合于制作高密度互连（HDI）印制板的覆树脂铜箔和有利于环境保护的无卤素阻燃型覆铜箔基材等新型材料；每一类材料又以所用的树脂粘合剂不同分为许多品种，如：覆铜箔酚醛纸质层压板、覆铜箔环氧玻璃布层压板、覆铜箔聚酰亚胺玻璃布层压板等。各种层压板按阻燃性能又分为：阻燃与非阻燃型板,印制板用的基材分类（1）覆铜箔基材的分类8,阻燃型板：在基材的树脂中填加了阻燃剂，一般不易燃烧，按美国保险商试验室的UL标准规定，将印制板基材分为四个不同阻燃等级：UL94V0级、UL94V1级、UL94V2级以及ULHB级。按UL标准中规定的垂直燃烧法试验达到最佳等级要求的为V0级，称作阻燃板（俗称V0板）；非阻燃性覆铜板：达到阻燃ULHB级的（俗称HB板）。阻燃板内层印有红色标记，可与其他非阻燃型板材区别，价格稍高于非阻燃板，目前应用最多的是阻燃型覆铜箔层压板。,印制板用的基材分类（1）覆铜箔基材的分类9,覆箔板的铜箔面数：有单面板、双面板和用于制造多层板的薄型单面或双面板。按照覆箔板的厚度和铜箔的厚度不同又有多种规格，具体的板材厚度和铜箔厚度、尺寸规格可参照材料供应商的产品说明书。（二）挠性覆铜箔板挠性覆铜箔板是由铜箔与绝缘聚合物薄膜（又称介电基片）加温压合而成。所用的铜箔一般为高延展性的压延铜箔或电解铜箔（延展性12以上）。绝缘聚合材料主要有：聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、氟碳乙烯薄膜、以及芳香族聚酰胺纸等。,印制板用的基材分类（1）覆铜箔基材的分类10,根据制造工艺的不同挠性覆铜箔板分为：二层法和三层法挠性覆铜箔板。1.三层法挠性覆铜箔材料：三层法是在铜箔和绝缘材料之间有粘结膜压合而成，是目前制作挠性板使用较多的一种材料。2.二层法挠性覆铜箔材料：二层法是新的工艺方法。在薄膜上直接化学镀铜然后再电镀加厚而形成的挠性覆铜箔板，它不用粘合剂；在聚酰亚胺薄膜（膜厚1870m）上涂覆热熔性树脂再与铜箔一起高温真空压合；在铜箔上直接涂覆聚酰亚胺树脂，经干燥固化形成挠性覆铜板。,印制板用的基材分类（1）覆铜箔基材的分类11,二层法与三层法生产的挠性基材相较，具有厚度薄、重量轻、挠曲性和阻燃性好，尺寸稳定性好，特性阻抗更易匹配等优点。因为不用粘合剂更有利于金属化孔的加工，更适合于制作刚挠结合的多层板。无粘结剂型的二层法挠性覆铜箔板是制作挠性多层和刚挠性印制板的主要基材。目前在实际生产中应用的基材主要有：覆铜箔聚酯薄膜、覆铜箔聚酰亚胺薄膜（PI板）和覆铜箔聚酰亚胺氟碳乙烯薄膜等，用的最多的是前两种。,印制板用的基材分类（1）覆铜箔基材的分类12,半固化片（又称粘结片）：常用的主要有FR-4型的环氧树脂玻璃布半固化片，既可用于刚性多层印制板，又可以用于刚挠结合型的印制板。聚酰亚胺半固化片主要用于挠性或刚挠型的多层板；挠性板常用的粘结膜有：丙烯酸类、聚酰亚胺类和环氧树脂类。,印制板用的基材分类（2）常用的覆铜箔基材,常用的刚性基材主要有：覆铜箔酚醛纸质层压板（阻燃型FR-2）覆铜箔环氧纸质层压（阻燃型FR-3）覆铜箔环氧玻璃布层压板（阻燃型FR-4/FR-5和非 阻燃型G10，相当于国标的CEPGC-31/32F）覆铜箔BT树脂玻璃布层压板覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板 覆铜箔聚酰亚胺玻璃布层压板和覆铜箔聚酰亚胺芳 酰胺布层压板以及覆铜氰酸酯树脂等。常用的挠性基材主要有：覆铜箔聚酯薄膜和覆铜箔聚酰亚胺薄膜等。,印制板用的基材分类常用基材特性及应用范围 表41,印制板用的基材分类常用基材特性及应用范围 表42,常用基材特性及应用范围 表43,FR-4板材的主要性能指标1(4-4),FR-4板材的主要性能指标2(表44续),FR-4板材的主要性能指标3（表44续）,几种常用和特殊基材的主要性能,印制板用的基材分类微波及高速电路用基材1,在高速和高频微波电路的设计中，对印制板基材的介电常数和介质损耗的考虑十分重要。信号的传输速度与介质的介电常数关系如下：V=C/r 式中：V-传输速度；C-光速；r相对介电常数。（在空气中介电常数为1）在FR-4型印制板中电信号的传输只有光速的60左右。,印制板用的基材分类微波及高速电路用基材2,高频、微波电路用的印制板，应 根据特性阻抗要求，选择介电常数（r）合适、介质损耗小（tan）的基材。常用基材的介电常数和介质损耗角正切值见表45。r低有利于降低介质厚度。表45 PCB基材的介电常数和介质损耗角正切值,印制板用的基材分类微波及高速电路用基材3,从表中可以看出相同的材料在不同的频率下测量的结果是不同的，在高频时采用时域反射计（DTR）,测量信号在线路中的实际时延可以确定r的精确值。所以在高频电路中计算线路的特性阻抗采用100MHz下测量的r值更为准确。一般工作频率在100MHz以下的印制板根据频率的高低和介质损耗要求，分别可以采用FR-4覆铜箔板、BT树脂覆铜箔板、聚酰亚胺覆铜箔板。,印制板用的基材分类微波及高速电路用基材4,对频率100MHz的微波电路，应选择聚苯醚（PPE）、聚四氟乙烯等类型的低介电常数、低介质损耗板材更好，既有良好的介电性能减少传输损耗，又可以减少介质层的厚度。聚四氟乙烯类基材 Tg较低，亲水性差不易金属化孔，孔金属化前对基材需要进行活化处理成本高。一般的高速电路可以选择FR-4、BT等基材，成本低又容易加工。,选择基材的依据,根据PCB的使用条件和机械、电气性能要求从有关标准中选择材料的型号和规格。高频和微波电路应选择介电常数适合(或按需要选择)和低介质损耗的基材。对特性阻抗要求严格的板，应注意介质损耗，并根据阻抗要求计算，选择相应介电常数的材料。根据预计的印制板结构确定基材的覆铜箔面数（不同规格的单面、双面覆铜箔板或多层板用薄板）；根据印制板的尺寸、单位面积承载元器件重量，确定基材板的厚度。多层板应根据导电层数、板总厚度和层间绝缘层厚度要求确定薄型的覆铜板及粘接片的数量和厚度。,选择基材的依据-1,不同类型材料的成本相差很大，选用的基本依据：1）满足PCB使用的电气、机械和物理要求。2）满足使用环境要求，切勿宁高勿低、以低代高。3）环保要求：满足欧洲WEEE和 ROHS及我国相应的规定（“废旧家电及电子产品回收处理体系”和“电子信息产品污染防治管理办法”），选择基材应考虑：不能选用PBB和 PBDE等含卤素类化合物作为阻燃剂的板材；应选无卤素类阻燃剂的板材（目前已有含磷含氮或含硼类化合物的阻燃剂但成本高）。,选择基材的依据-1,4)装联工艺要求：无铅焊接应用的基材，因为焊接温度高，应选用热稳定性好或耐热性好的材料，具体体现在材料的如下几项参数：Tg：树脂的玻璃化转变温度应当高（150）；CTE：基材的热膨胀系数相对要小(XY、Z向)；Td（decompocition）：板材中树脂材料的最高热分解温度应当高。在此温度下材料的一些物理、化学性能降低，产生不可逆的变化，应通过一些热应力试验后的树脂状态变化和机电性能变化来反映。,选择基材的依据-2,对于FR-4板材热失重5时的热分解温度340。T288：热分层时间,表示基材的耐热性能。IPC对无铅焊用板材的方案中规定FR-4板材的 T288 30min。通常用在288下耐热应力试验的时间来考核（在规定的时间10秒内板材不起泡、不分层、铜箔的抗剥力符合规定的要求等）。含铅焊料焊接时间大于60秒，用无铅焊料的T288应大于5分钟。目前改进的FR4、FR5、PI和BT树脂等基材，对采用无铅焊接工艺基本上可以满足要求，但还需要开发耐温性更好的基材。,4.2 印制板的结构尺寸,印制板的结构外形尺寸及公差板的厚度坐标网络和参考基准导线宽度和间距孔与连接盘（焊盘）槽与缺口尺寸接插区和印制插头（金手指）,印制板的结构设计,印制板结构设计的依据：电路特性、布线密度要求；整机给予印制板的空间尺寸和安装要求；机械、电气性能和物理性能要求；电磁兼容性考虑：当时钟电路的频率超过5MHz时或者器件的上升时间小于5ns时，增加采用多层板的可能性，尽管布线密度不高，也要选择多层板的结构，有利于电磁兼容性（即5/5规则）。选择的板型：单面板、双面板、多层板或挠性板或刚挠性板。在双面板布线密度很高的情况下，采用双面板还不如采用布线密度较低的多层板。因为低层次、低密度的多层板的可靠性和可制造性要优于高密度的双面板。,外形尺寸及公差,1.PCB的外形：原则上可以是任意的,但是考虑到美观和加工的难易，在满足整机空间布局要求的前提下，外形力求简单，一般为长宽比例不太悬殊的长方形。允许有圆形和其他异形；由在整机中的安装尺寸和布线密度要求决定；长宽比例较大或面积较大的印制板，容易产生翘曲变形，需要增加板的厚度或采取增加支撑点和边框加固等措施。（一般长宽比为34：1）,外形尺寸及公差续1,2.公差：印制板设计的外形尺寸和机械安装孔尺寸公差可采用双向公差，但是一般情况按IPC-6215标准提倡采用几何尺寸和公差（位置公差），几何尺寸公差的优点在于：1.实际定位的公差允许范围比双向公差至少增加了57，提高了印制板的可制造性，有利于采用自动化安装；2.保证了配合部件的可互换性，有利于印制板组装件的维修；3.生产图纸上的加工标注便于统一，减少供需双方的争议。,外形尺寸及公差续2,因为印制板的基材是树脂型，所以PCB的机械加工公差应按塑料加工的公差，不能像金属加工的公差那样严。一般从0.2mm、0.1mm、0.05mm三个级别中选一种，尽量采用较宽的公差。外形尺寸公差：应根据板的大小从下表选取，通常采用B级。表46 外形尺寸的公差,4.2.3 印制板的厚度,PCB的厚度：应根据以下要求以及从相关基材的厚度标准尺寸系列中，选取合适厚度的基材。印制板的总厚度取决于：使用时对板的机械强度要求；有边缘连接器