开发工艺规范PCB篇.docx

1、开发工艺规范PCB篇开发工艺规范（PCB篇） 制订： 冯桂申 日期：2018-5-3 审核： 日期： 批准： 日期：文件修订记录文件名称开发工艺规范（PCB篇）编号RD-S004-0A版次修订内容修改页次修订日期修订者备注A新版本发行1. 范围与简介1.1 范围 本规范规定了设计和生产过程的相关参数，检验标准和操作规范。 本规范适用于摩巴（ 大连）自动控制系统有限公司印刷电路板产品设计、生产工 艺。1.2 简介 本规范规定了摩巴（大连）自动控制系统有限公司 所有印刷电路板在研发设计、画 图、文件发放、样件定制、贴片、样件验收、样件保存及废弃等环节所涉及到的规 范、方法、参数和标准。2. 参考引

2、用相关规范性文件 下面是引用的资料或标准，以行业发布的最新标准为有效版本。序号编号名称1IPC-A-610E印刷电路板成品外观检验标准2ISBN 978-7-121-12280-4电子工艺基础（第3版） 王卫平主编电子工业出版社3ISBN 978-7-121-21968-9表面组装技术（SMT）基础与通用工艺北京电子学会表面组装技术委员会 顾霭云等编著电子工业出版社4ISBN 978-7-121-27916-4SMT核心工艺解析与案例分析（第3版）贾忠中 著中国工信出版集团 电子工业出版社5IPC-A-600G印刷板的验收条件6TS-S0*01信息技术设备PCB安规设计规范7IEC60194印

3、制板设计、制造与组装术语与定义 3. 设计规范 3.1 考虑印制电路板的设计质量，通常从下列因素入手： 1.制板材料的性能价格比是否最佳； 2.板面布局是否合理、美观； 3.电路板的对外引线是否可靠； 4.元器件的排列是否均匀、整齐； 5.电路的装配与维修是否方便； 6.印制板是否适合自动组装设备批量生产； 7.线路的设计是否给整机带来干扰。 3.2 设计准备工作 1. 设计前提。要经过电路方案验证；选择电子元器件；对电路实验的结果进行分析；确定整机的机械结构、组装结构和使用性能等步骤。 电路方案验证。主要是按照产品的设计目标确定电路方案，用电子元器件把电路 搭出来，通过对电气信号的测量，调整

4、电路元器件的参数，改进设计；根据元器件的 特点、数量、大小以及整机的使用性能要求，考虑整机的结构与尺寸；从实际产品的 功能、结构成本，分析方案的适用性。 选用电子器件。仔细地阅读所用元器件的技术资料，使之工作在合理的状态下。 在使用前了解它们的各种特性、规格和质量参数及引脚结构。测量元器件所处的工作 条件，使它们承受的工作电压、工作电流及消耗功耗处于额定限制之下。尽量选用集 成电路，去除冗余的电器件。 对电路试验的结果进行分析。此项工作要达到以下目的和要求： （1）熟悉原理图中出现的每个元器件，确定它们的电气参数和机械参数。 （2）找出线路中可能产生的干扰源和容易受外界干扰的敏感元器件 （3）

5、了解这些元器件是否容易买到，是否能够保证批量供应。 整机的机械结构、组装结构和使用性能必须确定，便于决定印制电路板的结构、形状和厚度。 2.设计目标。对于电路板的设计目标，要从准确性、可靠性、工艺性和经济性四个方面考虑。准确性是指元器件和印制导线的连接关系必须符合产品的电气原理图。印刷电路板的可靠性，对整机电子产品的质量来说至关重要。板的层数越多，可靠性越低。在满足电子设备要求的前提下，应尽量将多层板的层数设计得少一些，这样既降低制板费用，还提高电路板可靠性。工艺性方面，外形尺寸尽量符合标准化的尺寸系列，形状力求简单，少用异形孔、槽，减少生产模具成本，简化加工工序。经济性与前几个方面密切相关。

6、复杂的工艺必然增加制造成本。在设计印刷电路板时，应该考虑和通用的制造工艺、方法相适应。 3.确定板材、形状、尺寸和厚度。 板材确定。根据产品的功能、性能指标及产品的档次选择PCB。对于一般的电子产品，采用FR-4环氧玻璃纤维基板；无铅可选择高Tg（150-170）的FR-4、CEM-3、FR-5等；对于环境温度较高或挠性电路板，采用聚酰亚胺玻璃纤维基板；对于散热要求高的高可靠性电路板，采用金属基板；对于高频电路,则需要采用聚四氟乙烯玻璃纤维基板。 形状确定。电路板的形状由整机结构和内部空间位置的大小决定。外形应该尽 量简单，一般为矩形，避免采用异形板。 尺寸确定，印刷电路板的最佳形状是矩形，长

7、宽之比：3:2或者4:3 印制板的厚度确定，主要考虑对元器件的承重和振动冲击等因素。覆铜板材的 标准厚度有0.2mm，0.5mm，0.7mm，0.8mm，1.5mm、1.6mm、2.4mm、 3.2mm、6.4mm。 4.印刷电路板焊盘表面镀层及无铅印刷电路板镀层的选择 镀层有两种类型：有机防氧化保护涂层（OSP）和金属镀层。 OSP 是有机防氧化 保护剂，其涂层薄（0.30.5um）、平面型好，能防止焊盘被氧化，有利于焊接，成 本低，广泛用于SMT。缺点是保存时间短，真空包装3个月；不能回流多次。金属 镀层主要有焊料涂层（HASL）、化学镀镍/金（ENIG）。HASL 镀层厚度为711 um

8、 ，真空保质期为8个月，可焊性好，可多次焊接，成本低，适合用于波峰焊，是 世界范围内最广泛的表面处理技术。缺点是表面不平整，不能用于高密度组装。 ENIG 镀层均匀、表面平整、共面性好，适用于高密度SMT板的双面再流焊工艺。 可根据不同需求进行镀层选择。 3.3 印制电路板的排版布局 1.按照信号流走向的布局原则。对整机电路的布局原则：把整个电路按照功能划分成若干个电路单元，按照电信号的流向依次安排各个功能电路单元在板上的位置，使信号流尽量保持一致的方向，便于信号流通。多数情况下，信号流向安排是从左到右（左输入、右输出）或从上到下（上输入、下输出）。与输入、输出端直接相连的元器件应当放在靠近输

9、入、输出接插件或连接器的位置。以每个功能电路的核心元器件为中心，围绕它来布局。 2. 优先确定特殊元器件的位置。特殊元器件是指那些根据操作要求而固定位置，或者可能从电、磁、热、机械强度等方面对整机性能产生影响的元器件。 3.操作性能对元器件位置的要求。印刷电路板是电子产品整机的一个组成部分，电路板在机箱（或机壳）中的位置和安装形式，必须服从整机功能的设计与要求。为了保证使用、调试、维修的安全，特别注意带高压的元器件，尽量布置在用户不可能触及、生产者不容易触及的位置。 4.防止电磁干扰的考虑 （1）相互可能产生影响或干扰的元器件应当尽量分开或采取屏蔽措施。要设 法缩短高频部分元器件之间的连线，减

10、小它们分布参数和相互之间的电磁 干扰。 减少印制导线对磁力线的切割； 两个电感类元件的位置，应该使它们的磁场方向相互垂直，减少彼此耦 合； 对干扰源进行磁屏蔽，屏蔽罩应该接地良好； 使用高频电缆直接传输信号时，电缆的屏蔽层应该一端接地。 （2）由于某些元器件或导线之间存在较高电位差，应加大他们的距离，以免 因放电击穿引起意外短路。金属外壳的元器件要避免互相触碰。 5.抑制热干扰 （1）装在板上的发热元器件（如功耗大的电阻）应当布置在靠近外壳或通风 较好的位置；尽量不要把几个发热元器件放在一起。 （2）对温度敏感的元器件，不宜放在热源附近或设备内的上部。 6.增加机械强度。 （1）要注意这个电路

11、板的重心平衡与稳定。 （2）当印制电路板的板面尺寸较大（大于200mmx150mm）时，要考虑到 电路板所承受重力和振动产生的机械应力，应该采用机械边框对它加固， 以免变形。 7.一般元器件排列 （1）元器件在整个面板上分布均匀，疏密一致。 在需要波峰焊加工的单板背面器件不形成阴影效应的安全距离已考虑波峰 焊工艺的SMT器件距离要求如下： 相同类型器件距离 图1 图 2 不同类型器件的距离 图3 图4 （2）元器件不要占满板面，注意板边四周要留一定空间，每个边要留有 510mm空间。 （3）插装式元器件应该布设在印制班的一面，每个引出脚单独占用一个焊 盘。 （4） 元器件的布设不能上下交叉。相

12、邻的两个元器件之间，要保持一定距 离。 （5）对于体积、质量较大的元件器，要确定轴线方向。应该使体积、质量 较大的元器件的轴线方向在整机中处于竖直状态。这样可以提高元器件 在板上固定的稳定性。图5 （6）元器件两端焊盘的跨距应该稍大于元器件本体的轴向尺寸，引线不能 齐根弯折，弯脚时应该留出一定距离（至少1mm），以免损坏元器 件。 （7）BGA芯片周围3mm内无器件。为保证可维修性，BGA器件周围 需 留3mm禁布区，最佳微5mm。 3.4 印刷电路板上的焊盘及导线 1.引线插孔和过孔的直径 假设引线孔的直径为d。，元器件引线的直径d1，d。应比d1大0.2mm左 右。即 d。d1+0.2mm

13、 两者直径差距0.2mm左右是恰当的，差距减小，批 量生产时插装速度降低；反之，如果差距加大，将会使焊点强度降低，“虚 焊”增多。在同一块电路板上，孔的尺寸规格应当少一些，优先采用 0.6mm 、0.8mm、1.0mm和1.2mm等尺寸。尽可能避免异形插孔，以便降低加工成 本。过孔的直径通常应该大于板厚的三分之一，一般取0.50.6mm。 2.焊盘的外径。单面板上焊盘外径比插线孔大1.3mm以上，即如果焊盘的 外径为D，引线孔直径为d，应有：Dd+1.3mm。如果外径太小，焊盘就容 易在焊接时粘断或剥落；太大会影响布线密度，延长焊接时间。高密度单面 板，焊盘最小直径可以是：DMINd+1mm；

14、双面板上，焊盘可以比单面板的 略小一些。应有DMIN2d 3.印制导线设计 图6 （1）可以根据图2和电流大小选择相应的印制导线宽度。一般电子产品 而言，导线宽度选在0.32.5mm（12100mil）之间，完全可以满 足电路需求。集成电路的信号线，导线宽度可以选在0.3mm以下甚 至0.25mm。只要板上面积及线条密度允许，应该尽可能采用较宽 的导线。 （2）印制导线的间距。印制导线的间距通常采用11.5mm。为了保证 产品的可靠性，应该尽量争取导线间距不要小于1mm。 （3）避免导线交叉。 （4）印制导线的走向与形状图7 印制导线的走向不能有急剧的拐弯和尖角，拐角不得小于90；导线 通过两

15、个焊盘之间而不与它们连通时，应该与它们保持最大而相等 的距离；同样，导线与导线之间的距离也应当均匀地相等并保持最 大距离。导线与焊盘处过度圆滑，避免出现尖角。 （5）导线的布局顺序。应该先考虑信号线，后考虑电源线和地线。 3.5 印刷导线的抗干扰和屏蔽设计 1. 地线布置引起的干扰。为克服地线布设不合理而造成的干扰，在设计时应当 尽量避免不同回路的电流同时流经某一段共用地线，特别是在高频电路和大电 流回路中，更应该注意。可以采取并联分路式和大面积覆铜接地。 2.电源产生干扰与对策。布线时，电流线不要走平行大环形线，电源线与信号线 不要靠得太近，并避免平行。 3.磁场的干扰与对策。 （1）避免印

16、制导线之间的寄生耦合。区别强弱信号线，使弱信号线尽量短， 并避免与其他信号信号线平行靠近。不同回路信号线，要避免互相平行铺 设，双面板两面的印制导线走向要相互垂直。 （2）印制导线屏蔽。 图8 （3）减小磁性元件对印刷导线的干扰。应该注意分析磁性元件的磁场方向， 减少印制导线对磁力线的切割。4、文件规范 4.1 图纸种类 电子工程图主要有：电路图、方框图、装配图、零件图、逻辑图、软件流程图。 电路图：也叫原理图、殿伦原理图，是用电气制图的图形符号的方式画出产品各部 件之间、各部分之间的连接关系，用以说明产品的工作原理。它是电子产品设计文 件中最基本的图纸。 方框图：是用一个一个方框表示电子产品

17、的各个部分，用连线表示它们之间的连 接，进而说明其组成结构和工作原理，是原理图的简化示意图。 装配图：用机械制图的方法画出的表示产品结构和装配关系的图，从装配图可以看 出产品的实际构造和外观。 零件图：一般用零件图表示电子产品某一个需要加工的零件的外形和结构，在电子 产品中最常见也是必须要画的零件图是印制板图。 软件流程图：用流程图的专用符号画出软件的工作程序。 电子产品设计文件通常由产品开发设计部门编制和绘制，经工艺部门和其他有关部 门会签，开发部门技术负责人审核批准后生效。 4.2 图纸规范 电子工程图是以GB/T4728GB/T4728.13电气简图用图形符号和GB7159-87 电气技

18、术中的文字符号制定通则为标准绘制的电子产品的简化工程图。电子产品 在设计开发和生产中的设计文件和工艺文件也离不开电子工程图，例如电路图、接 线图、流程图、印制板图、逻辑图等。 4.2.1 常用元器件的字符代图9 在同一电路图中，不应出现同一元器件使用不同代号，或者一个代码表示一种以上元 器件的现象。 4.2.2 下脚标码。 同一电路图中，下脚标码表示同种元器件的序号。如R1、R2. ；电路由若干单元电 路组成，可以在元器件名的前面缀以标号，表示电路的序号。例如有两个单元电路，1R1、1R2.表示单元电路1中元器件，2R1、2R2.表示单元电路2中元器件。 4.2.3 元器件标注原则。 （1）图

19、形符号和文字符号共同使用，尽可能准确、简捷地提供元器件的主 要信息。 （2）尽量减少文字标注的字符串长度，使图纸上的文字标注既清楚明确， 又只占尽可能小的面积。 （3）在工程图纸的文字标注中取消小数点，小数点的位置用一个字母代 替。并且数字后面一般不写表示单位的字符，使字符串的长度不超过 四位。电阻：0.56、5.6、56、560、5.6k、56k、560k、 5.6M分别标注为：56、56、56、560、5k6、56k、560k、5M6; 电容：1000pF、4700pF、0.01uF、0.022uF、0.1uF、0.56uF、 1000uF和3300uF分别标注为：1n、4n7、10n、2

20、2n、100n、 560n、1m、3m3。 4.2.4 电路图 （1）连线要尽可能画成水平或垂直的，斜线不代表新的含义； （2）互相平行线条的间距不要小于1.6mm； （3）一般不要从一点上引出多于三根的连线。 （4）虚线一般是作为一种辅助线，没有实际电气连接意义。虚线有四种 作用：表示两个或两个以上元件的机械连接；表示屏蔽；表示一组 封装在一起的元器件。 （5）根据图纸的使用范围及目的需要，设计者可以在电路图中附加以下 并非必须的内容：导线规格和颜色；某些元器件的外形和立体接线 图；某些元器件的额定功率、电压、电流等参数；某些电路测试点 上的静态工作电压和波形；部分电路的调试或安装条件；特殊

21、元件 说明。 4.2.5 方框图和流程图 方框图是一种使用非常广泛的说明性图形，用简单的“方框”代表一组元 器件、一个部件或一个功能块，用它们之间的连线表达信号通过电路 的途径或电路的动作顺序。方框图具有简单明确、一目了然的特点， 对于了解电路的工作原理非常有用。对于复杂电路，方框图可以扩展 为流程图。 4.2.6 逻辑图 在数字电路中，用逻辑符号表示各种具有逻辑功能的单元电路。在表 达逻辑关系时，采用逻辑符号来表示电路的工作原理，比考虑器件的 内部结构。随着集成电路的飞速发展，实际 工作中，数字电路原理图 一遍用逻辑图代替，实际上电路图是由电路原理图和逻辑图混合组 成。 逻辑图要求层次清楚、

22、布局均匀，便于读图。总体规则如下： （1）注意符号统一。在一张图内，同种电路不得出现两种符号。所采 用符号要符合国家标准GB/T4728的规定。 （2）信号流的出入顺序，一般要从左到右，自上而下。 （3）连线要成组排列。逻辑图中很多连线的规律性很强，应该将功能 相同或相关联的线排在一起，并与其他线保持适当距离。 （4） 管脚名称和管脚标号，对于中、大规模集成电路来说，标出两 者同样重要。但有时为了图上不太拥挤，可以只标出其中一种 而用另一张图详细表示该芯片的管脚排列及功能。（图10 为逻 辑图实例）图10 4.2.7 装配图 装配图是工艺图中最简单的图，它以实际元器件的形状及其相对位置为 基础

23、，画出产品的装配关系。 4.2.8 印制板装配图 印制板装配图是用于指导工人装配焊接印制电路板的工艺图。绘制这种 装配图时，应注意以下几点： （1）元器件全部用图形符号表示，最好能表现清楚元器件的外形轮廓 和装配位置，不必画出细节。 （2）有极性的元器件要按照实际排列标出极性和安装方向。 （3）集成电路要画出管脚顺序的标志，且其大小要和实物成比例。 （4）一般在每个元器件上标出代号。 （5）对某些规律性较强的器件，可以采用简化表示方法。（图11装配 图实例）图11 4.2.9 接线图 接线图是用来表示各零件之间相互连接的工艺接线图，是整机装配时 的主要依据。 4.3 制板技术文件 4.3.1板

24、图设计原则 电路板排版设计的基本原则是保证印制导线不交叉连通。 4.3.2 板图设计要求 （1）根据元器件的位置及尺寸，在确定的制板面积上实际排定印制导 线，应当尽量做到短、少、疏。 （2）印制板的设计图，要求板面尺寸、焊盘位置、印刷导线的连接与 走向、板上各孔的尺寸及位置等，都要与实际板面相同，在设计 时就要准确赋予参数。 4.3.3 文件类别 （1）EDA/CAD设计的光绘（gerber）文件，其中包括顶视图、底视 图、内层图（多层板）、字符丝印、阻焊图、打孔图、元器件 汇总表和明细表；关于丝印字符应该具备以下信息： PCB板的名称、日期、版本号等制成板信息丝印位置应明确； PCB板上应有

25、厂家完整的相关信息。 （2）电路原理图； （3） PCB板图； （4） 制板的工艺要求文件。应该准确、清晰、条理地标明加工工艺 要求，主要包括： 基板的材质、层数、厚度、铜箔厚度、是否拼板等； 印制导线和焊盘的镀层要求（指镀金、银、铅锡合金等）； 板面阻焊层的材料、厚度、颜色；板面印字层油墨的材料和颜色； 板面喷涂助焊剂的品种和性质； 4.3.4 文件审核 （1）审图程序图12 （2）审图要求 必须认真看完图纸以后再签字； 图纸如有问题，可以更改； 送交制版厂的电子文件与送审资料必须完全一致； 4.3.5 制板工艺能力 （1）最大层数：40 （2） PCB尺寸：584mmx1041mm （3）

26、 最大铜厚：外层4OZ，内层4OZ。 （4） 最小铜厚：外层1/2OZ，内层1/3OZ。 （5） 最小线宽/线距：0.10mm/0.10mm （6） 最小钻孔孔径：0.25mm （7） 最小金属化孔径：0.20mm （8） 最小孔环宽度：0.125mm （9） 最小阻焊间距与宽度：0.75mm/0.75mm （10）最小字符线宽：0.15mm （11）外形公差：0.10mm（与尺寸有关）5.印刷电路板生产流程 5.1 单面印制板图13 5.2 双面印制板图14 5.3 多层印制电路板图15 5.4挠性印制板图166.印制电路板检验规范 6.1 来料目视检验 目视检验简单易行，借助一般工具如直尺

27、、卡尺、放大镜等，就可以对工艺简单 的印制板进行质量检验。主要内容如下： （1）板厚是否合乎要求，板面是否平整、无翘曲等。 （2）板面外形尺寸是否在规定的范围内，特别是与插座、导轨配合的尺寸。 （3）导电图形是否完整、清晰，有无桥接短路和断路、毛刺等。 （4）表面质量，印制导线和焊盘上有无凹痕、划伤、针孔或表面粗糙。 （5）焊盘孔及其他孔的位置，有无漏打或打偏；孔径是否符合尺寸要求。 （6）焊盘镀层质量：镀层是否牢固、平整、光亮，无突起缺损。 （7）图层质量：阻焊剂是否牢固，位置准确；助焊剂是否喷涂均匀。 （8）字符标记清晰、干净、划伤、断线。 6.2 一般电气性能检查 （1）连通性能。一般可

28、以使用万用表对导电图形的连通性能进行检验，重点是 双面板的金属化孔和多层板的连通性能。对于批量生产的印制板，会有专门 的工装、仪器进行检验，需要设计部门出具检测方法。 （2）绝缘性能。检测同层或不同层导线之间的绝缘电阻，确认印刷板的绝缘性 能。 6.3 一般工艺性能检验 （1）可焊性。检验焊料对导电图形的润湿性能。 （2）镀层附着力。检验镀层附着力，可以用简单的胶带实验法。将质量好的透 明胶带粘到要测试的镀层上，按压均匀后快速掀起胶带一端扯下，镀层无 脱落为合格。 6.4金属化孔检验 金属化孔的质量对双面、多层印制电路板至关重要的。检验内容一般包括如下 几个方面： （1）外观：孔壁金属层应该完

29、整、光滑、无空穴、无堵塞。 （2）电性能：金属镀层与焊盘的短路与断路；空与导线间的孔线电阻值。 （3）孔的电阻变化率：环境例行试验（高低温冲击、浸锡冲击等）后不得超过 5%10%。 对金属化孔的检验，包括人工检验与设备检验。人工检验是视觉直接观察：拿 起成品印制板对着灯光看，凡金属内壁光滑的孔，都能反射灯光，呈现一个光 环；而存在堵塞、空断等缺陷的孔明显不够亮。批量生产的都需要用设备进行 ICT测试。7.SMT 技术 7.1 自动焊接工艺流程图17 7.1.1 波峰焊 波峰焊（Wave Soldering）是利用焊锡槽内的机械式或电磁式离心 泵，将熔融焊料压向喷嘴，形成一股向上平稳喷涌的焊料波峰，并源 源不断地从喷嘴中溢出。装有元器件的印制电路板以直线平面运动的 方式通过焊料波峰，在焊接面上形成浸润焊点而完成焊接。图18 7.1.2 波峰焊工艺参数 焊料：波峰焊一般采用Sn63/Pb37的共晶焊料，熔点为183。Sn 的含量应该保持在61.5%以上，并且Sn/Pb两者的含量比例 误差不得超过1%。 图19 助焊剂：波峰焊使用的助焊剂，要求表面张力小，扩展率85%； 粘度小于熔融焊料，容易被置换；一般助焊剂的比重在 0.820.