PCB板设计与制作的可靠性研究.doc

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PCB工程资料的可制造性处理

内容摘要

摘要：

随着社会和科技的不断发展，PCB的布线布局也更趋向于精密化，这就对生产有了更高的要求，对生产的可靠性有了更高的要求。

本文通过对涉及到PCB板可制造性方面的分析，来阐述设计对制造生产过程中的可靠性的影响。

关键词：

PCB;可靠性;设计;生产

印制电路板可制造性设计是指在现有设备和工艺制造能力范围内设计印制电路板。

其目的是保证终端产品的质量、性能及可靠性的同时节约制造时间和成本。

很多情形下这些要求在印制电路板设计中互相制约。

文将解析可制造性设计的各个方面以及它们对印制电路板制造的影响。

在设计过程中运用可制造性设计的益处包括：

提高良率、缩短交货期、降低成本、提高质量、可靠性。

本文提主要从产前审核、良率与成本、加工过程中重点项目等进行阐述。

一、设计规则检查（DRC）是CAM软件中用以检查整体设计是否符合制造能力的有用工具。

但这时的检查在设计过程中未免为时已晚。

大多数涉及制造成本的因素在排版和生成GERBER文件前就已经被决定了。

所以线路板公司工程处理时需要对可制造性问题进行产前考虑。

检查客户设计中存在的问题及不符合可制造性的问题，与客户进行沟通并进行调整。

同时需要为生产提供钻铣数据、生产用线路、阻焊、字符菲林，AOI数据，测试数据，图形电镀面积等。

在工程处理过程中，涉及到工艺、设备、原材料等方面工作，从工程处理到生产到最终检验，都必须考虑到工艺质量和生产质量的监测和控制。

为此，作为工程人员必须对工艺要求及生产加工的参数做到心中有数，做到对工艺的整体统筹，将问题及难点解决在生产以前。

1.1资料审查

工艺审查是针对客户所提供的原始资料（包括图纸、邮件、附件、光盘、样板等），根据有关的"设计规范"及有关标准，结合本司生产实际，进行工艺性审查。

工艺审查的要点有以下几个方面：

　　1设计资料是否完整（包括：

原始版图、执行的技术标准等）；是否存在明显设计问题。

例如：

断线、短路、孔径错误等问题。

对客户问题与客户进行沟通，必要时需要客户重发版图或发确认文件。

2，客户要求是否适合公司加工。

具体情况见下表：

类别

工序

点检项目

公司参数

控制方法

客

供

资

料

1.电子版图资料是否齐全

必须齐全

询问客户或要求客户提供

2.是抄板生产还是参照样板转生产

样板转生产要求客户确认

请客户提供确认的数据

3.有无传真数据和说明文件

数据字迹清晰,数据完整

不清楚要问客户

4.客户提供图纸和数据

电子版文件与资料一致,不一致提出问客户

板

材

1.板材类型

FR-4﹑CEM3﹑CEM1等

按客户指定类型生产。

如无指定询问客户，可否改用我公司现有类型板材代替使用

2.有无指定板材供货商

国际、生益﹑南亚﹑建涛等

如客户无指定的厂家板材,询问客户可否用我公司认可的板材代替。

3.有ROHS要求

特殊板材

客户指定要求,没有向客户确认

4.板材厚度

0.4﹑0.6﹑0.8﹑1.0、1.2﹑1.6﹑2.0﹑2.5、3.0mm

询问客户可否改用我公司现有板材使用其它厚度板材需提前定制

5.铜箔厚度

0.5OZ﹑1OZ﹑2OZ

问客户确认,客户有无铜厚要求

客

户

工

艺

要

求

1.板层数

单面﹑双面﹑三层﹑四层﹑六层﹑八层

八层以上提交多功能小组评审,

2.板厚要求

最小0.4mm,最大3.0mm

超出我公司生产能力与客户沟通

3.成品铜厚

最小基体铜铜厚18um,最大70um

超出我公司制能与客户沟通

4.孔铜要求

最小孔铜厚:

18um,最大25um

孔铜厚＞25um提出

5.阻焊颜色

绿色（常用）﹑黑色﹑蓝色﹑

白色、红色

没有,则提出通知市场部和技术部,经理确认

6.阻焊油墨型号

一般板用两种或两种以上的颜色油提出经理确认

7.阻焊厚度

基材上30-40um，线条和拐角处≧10um

绿油厚度＞提出,经理确认,或知会客户

8.客户指定阻焊型号

通知物控部,流程部,无则通知客户与客户确认,.

9.字符颜色

白色﹑黑色特定色

没有,则通知物控部和流程部,经理确认

10.字符油墨型号

两种或两种以上提出经理主管确认

11.字符油厚度要求

要求的提出,通知品质部

3.客户具体要求需要满足可制造性要求，如果不符合，提出并进行多部门小组评审。

具体要求见下表：

项目

参数

正常加工说明

需评审

不能加工

内/外层最小线宽（Mil）

5/6

允许各别器件内有4.5Mil的线。

（如BGA器件和插件内走线）

极限4.5mil

低于4mil

内/外层最小间距（Mil）

5/6

允许少数线与线、盘与盘有5Mil的间距。

极限4.5mil

低于4mil

内/外层器件孔最小焊环（Mil）

7Mil以上

余环是指孔边到焊环最外边的单边距离。

极限5mil

低于5mil

8Mil以上

内层隔离环最小

12mil

孔边与隔离环边的单边距离（如不能达到10MIL间距但削铜后可达到亦可接受.）

极限8mil

低于8mil不能调整

内层无焊盘孔/线距离最小

7mil

5mil

5mil以下

最小孔径

板厚<2.0mm

0.2mm

厚径比是指，板厚:

钻孔孔径≤8

0.2mm

厚径比＞8

0.2mm以下厚径比＞10

板厚≥2.0mm

厚径比≤10

超过6：

1非常规评审（厚径比:

板厚:

钻孔孔径

超过6：

1

非常规评审

2.0mm下厚径比＞10

最大板厚

单、双面板

3.0mm

具体考虑当时所备物料情况

板厚＞3.0mm

评审

多层板

5.0mm

具体考虑当时所备物料情况

超过4mm

应做评审

评审

最小板厚

单、双面板

0.2mm

具体考虑当时所备物料情况

≤0.6mm

应做评审

≤0.2mm

多层板

4层:

0.６mm；6层:

0.8mm；

8层:

1.２mm；10层:

1.5mm；

8层≥

应做评审

超过正常加工值

最大尺寸

单、双面板

480x590mm

超过此尺寸

应做评审

评审

多层板

410x560mm

超过此尺寸

应做评审

超过457*610mm

二、良品率与成本

　　良品率可说是生产成本中最高的一项。

良品率低导致成品板价格抬高用以弥补不良板造成的损失。

电路板精密复杂程度和良品率成反比，一旦跌破可制造性底线，良品率将直线下滑（参图表4）。

图表4良品率与电路板复杂程度曲线

　　设计规格体现应用要求。

如果线路分布在标准限度内，则具有可制造性。

如果设计规格（要求）超出制造能力范围，其结果就是良率低下。

另一个方面可制造性设计可通过限制那些接近制造能力边缘的线路板特征数量宋保tiE,总体良晶率。

总体良品率等于各部分良晶率的乘积。

例如：

100个制程或线路板特征良率分别为99％，那么总体良品率只有36.6％（0.99100=0.366）。

因此，在达到设计目的的前提下应尽可能把线路板特征控制在标准制造能力氛围内。

和设计沟通是平衡应用要求和先进尖端技术成本控制的关键。

三、加工成本

　　加工成本指在精密复杂程度和数量上投入的成本。

设计复杂程度越高，生产所需的设备和工艺就越贵；线路板特征量越多，成本就越高。

加工最主要的成本和钻孔相关。

顺序层压工艺可增加密度，但因工序和加工次数繁多使成本明显上升。

镭射微孔设计也会进一步增加成本，然而据不同的设计和封装，它也能减少一定线路板层数。

　　标准多层板通孔钻孔成本综合孔数、孔径、孔径种类、每次钻孔板数几个因素。

孔数多则占用机台时间长，损耗钻头多。

孔小则钻孔难度和镀孔难度加大。

孔径种类多则机台换钻头时间加长。

最具降低成本潜力的生产步骤之一就是增加每次钻孔板数。

　　表面处理也是另一影响成本的因素。

当2种不同的表面处理同时应用时，成本最高。

应用哪些表面处理的组合也影响到成本构成。

最经济的有OSP、浸银、HASL：

浸金和镀金价格比较适中；镍金混合价格最贵。

浸锡常用于背板，但不适用系统或子板。

四、线路板特征制造能力

　　可制造性设计最重要的组成部分为：

在制造能力范围内设计线路板特征。

以下将谈到几个线路板的主要特征与系统板技术水准生产商的制造能力。

本文提及的系统板主要指12层以上，每片原材料切割板可用面积仅够排1到2个板，各制程的良品率要求格外高才能达到总体良品率要求，在可用面积内只要出现一个小小失误就会导致整个报废。

　　镀层厚径比为板厚与孔径之比（参图表5）。

导孔孔径大约比孔垫少0.254mm。

据不同的表面处理和厚径比，通孔元件孔孔径约比成品板孔（FHS）大0.127-0.152mm。

某些压插件孔径比普通FHS大0.102mm。

图表5厚径比定义

　　厚径比越高，镀孔越难度越大。

北美领先系统板厂商制造能力见图表6。

　　环宽制造能力取决于材料以及能否保持制程一贯性。

有些材料伸缩性较大，较薄的核心材料伸缩性明显大于较厚的。

多层板层数越多，各层间孔位重合越困难（参图表7）。

图表7内层孔环宽定义

　　定位能力和成品环宽规格决定镀孔环宽大小。

下列数据（参图表8）假设为成品环宽尺寸，IPC2级标准允许破坏不大于90度，3级标准要求内层环宽大于0.025mm。

90度破坏大约破坏0.025-0.05mm，因此按2级标准下列数据减去0.025mm，按3级标准则加上0.0251mm。

图表8系统板内层孔不宽制造能力比较

　　设计过程中权衡厚径比、环宽、板厚和阻抗要求时有必要联系制造厂商，使用可制造性设计技巧来规范这些线路板特征将对良品率起到决定性作用。

设计者应了解内、外层导线宽和导线间距制造能力。

内层的细小导线比外层或镀层上的容易制造些。

铜箔越薄，线路板精度越高（参图表9）。

图表9系统板线宽/线距制造能力比较

　　外层制造精密度大部分取决于厚径比。

盲孔板顺序层压要求线宽和线距稍大于图表9中所列。

应在镀层无铜区域预留分流阴极从而使镀层均匀，这样可减少镀层厚度误差和导线偏移。

五、表面处理

　　浸银、OSP、化学镀镍／浸金（ENIG）、HASL、镀镍／镀金是几种主流表面处理类型。

也有浸锡，绝大部分用于背板。

其他表面处理方式使用不普遍，供应能力薄弱，价格较高。

最经济的印制线路板表面处理方式通常是OSP、浸银、HASL。

HASL的使用量在过去几年中逐渐减少。

六、阻焊膜

　　阻焊膜几乎是制板最后一道工序。

之前所有的制程以经局限定位能力，外层定位孔决定阻焊膜是否能与孔和导体对准，目的是不让阻焊膜接触到孔和可焊导体（参图表10）。

图表10LPI阻焊膜对外层表面组装导体定位能力

阻焊膜定位能力决定导线与外层可焊部分的距离远近，通常阻焊膜覆盖的导线与外露可焊导体距离大于0.13mm。

机械要素要求位置和尺寸有一定公差。

要保证在设计出的线路板上元件组装正确无误，必须理解制造能力范围有多大。

制板过程中，钻孔分两次。

镀覆孔在第一次钻，普通孔在第二次钻。

如果镀覆孔定位要求严格，一些小的普通孔也可在第一次钻。

机械能力依赖设备，不更换新设备的话一般很难提高。

并且系统板一般较大，孔位分布整个版面（而不是局部），标准机械能力如下（假设是整版，不是局部）：

　　一次孔到一次孔：

0.15mmDTP一次孔到二次孔：

0.36mmDTP

二次孔到二次孔：

0.15mmDTP非镀边到非镀边（铣切后）：

+/-0.13mm

一次孔到非镀边：

+/