PCB板設計與制作的可靠性研究

1、PCB工程資料的可制造性處理內(nèi)容摘要摘要：隨著社會和科技的不斷發(fā)展，PCB的布線布局也更趨向于精密化，這就對生產(chǎn)有了更高 的要求，對生產(chǎn)的可靠性有了更高的要求。本文通過對 涉及到PCB板可制造性方面的分析，來闡述 設計對制造生產(chǎn)過程中的可靠性的影響。關鍵詞：PCB;可靠性;設計;生產(chǎn)印制電路板可制造性設計是指在現(xiàn)有設備和工藝制造能力范圍內(nèi)設計印制電路板。其目的是 保證終端產(chǎn)品的質(zhì)量、性能及可靠性的同時節(jié)約制造時間和成本。很多情形下這些要求在印制電 路板設計中互相制約。文將解析可制造性設計的各個方面以及它們對印制電路板制造的影響。在 設計過程中運用可制造性設計的益處包括：提高良率、縮短交貨期、降

2、低成本、提高質(zhì)量、可靠 性。本文提主要從產(chǎn)前審核、良率與成本、加工過程中重點項目等進行闡述。一、設計規(guī)則檢查（DRC是CAM軟件中用以檢查整體設計是否符合制造能力的有用工具。但這 時的檢查在設計過程中未免為時已晚。大多數(shù)涉及制造成本的因素在排版和生成GERBE文件前就已經(jīng)被決定了。所以線路板公司工程處理時需要對可制造性問題進行產(chǎn)前考慮。檢查客戶設計中 存在的問題及不符合可制造性的問題，與客戶進行溝通并進行調(diào)整。同時需要為生產(chǎn)提供鉆銑數(shù) 據(jù)、生產(chǎn)用線路、阻焊、字符菲林，AOI數(shù)據(jù)，測試數(shù)據(jù)，圖形電鍍面積等。在工程處理過程中， 涉及到工藝、設備、原材料等方面工作，從工程處理到生產(chǎn)到最終檢驗，都必須

3、考慮到工藝質(zhì)量 和生產(chǎn)質(zhì)量的監(jiān)測和控制。為此，作為工程人員必須對工藝要求及生產(chǎn)加工的參數(shù)做到心中有數(shù)， 做到對工藝的整體統(tǒng)籌，將問題及難點解決在生產(chǎn)以前。1.1資料審查 工藝審查是針對客戶所提供的原始資料（包括圖紙、郵件、附件、光盤、樣板等），根據(jù)有關的"設 計規(guī)范"及有關標準，結合本司生產(chǎn)實際，進行工藝性審查。工藝審查的要點有以下幾個方面：1設計資料是否完整（包括：原始版圖、執(zhí)行的技術標準等）；是否存在明顯設計問題。例 如：斷線、短路、孔徑錯誤等問題。對客戶問題與客戶進行溝通，必要時需要客戶重發(fā)版圖或發(fā) 確認文件。2,客戶要求是否適合公司加工。具體情況見下表:7 工序點檢

4、項目公司參數(shù)控制方法客1.電子版圖資料是否齊全必須齊全詢問客戶或要求客戶提供供2.是抄板生產(chǎn)還是參照樣板轉 生產(chǎn)樣板轉生產(chǎn)要求客戶確認請客戶提供確認的數(shù)據(jù)資3.有無傳真數(shù)據(jù)和說明文 件數(shù)據(jù)字跡清晰，數(shù)據(jù)完整不清楚要問客戶料4.客戶提供圖紙和數(shù)據(jù)電子版文件與資料一致，不一致提岀問客戶1板材類型FR-4、CEM3、CEM1 等按客戶指定類型生產(chǎn)。如無指定詢問客 戶，可否改用我公司現(xiàn)有類型板材代替 使用板2.有無指定板材供貨商國際、生益、南亞、建濤等如客戶無指定的廠家板材，詢問客戶可否 用我公司認可的板材代替。材3.有ROHS要求特殊板材客戶指定要求，沒有向客戶確認4.板材厚度0.4 、 0.6 、

5、 0.8 、 1.0、 1.2 、 1.6 、 2.0、2.5、3.0mm詢冋客戶可否改用我公司現(xiàn)有板材使用其它厚度板材需提前定制5.銅箔厚度0.5OZ、1OZ、2OZ問客戶確認，客戶有無銅厚要求1.板層數(shù)單面、雙面、三層、四層、六層、八層八層以上提交多功能小組評審，2.板厚要求最小0.4mm,最大3.0mm超出我公司生產(chǎn)能力與客戶溝通客3.成品銅厚最小基體銅銅厚18um,最大70um超出我公司制能與客戶溝通戶4.孔銅要求最小孔銅厚:18um,最大25um孔銅厚25um提岀工5.阻焊顏色綠色（常用）、黑色、藍色、 白色、紅色沒有，則提岀通知市場部和技術部，經(jīng)理確認藝6.阻焊油墨型號一般板用兩種

6、或兩種以上的顏色油提出經(jīng)理 確認要7.阻焊厚度基材上30-40um，線條和拐角處三 10um綠油厚度提出，經(jīng)理確認，或知會客戶求8.客戶指定阻焊型號通知物控部，流程部,無則通知客戶與客戶確 認,.9.字符顏色白色、黑色特定色沒有，則通知物控部和流程部，經(jīng)理確認10.字符油墨型號兩種或兩種以上提岀經(jīng)理主管確認11.字符油厚度要求要求的提岀，通知品質(zhì)部3.客戶具體要求需要滿足可制造性要求，如果不符合，提出并進行多部門小組評審。具體要求見下表:項目參數(shù)正常加工說明需評審不能加工內(nèi)/外層最小線寬（Mil）5/6允許各別器件內(nèi)有 4.5Mil的線。（如BGA器件和插件內(nèi)走線）極限4.5mil低于4mil

7、內(nèi)/夕卜層最小間距（Mil）5/6允許少數(shù)線與線、盤與盤有5Mil的間距。極限4.5mil低于4mil內(nèi)/外層器件孔最小焊環(huán)（Mil）7Mil以上余環(huán)是指孔邊到焊環(huán)最外邊的單邊距離。極限5mil低于5mil8Mil以上內(nèi)層隔離環(huán)最小12mil孔邊與隔離環(huán)邊的單邊距離（如不能達到 10MIL間距但削銅后可達到亦可接受.）極限8mil低于8mil不能調(diào)整內(nèi)層無焊盤孔/線距離最小7mil5mil5mil以下最小孔 徑板厚<2.0mm0.2mm厚徑比是指，板厚：鉆孔孔徑<80.2 mm厚徑比80.2mm 以下厚徑比> 10板厚> 2.0mm厚徑比w 10超過6: 1非常規(guī)評審（

8、厚徑比： 板厚：鉆孔孔徑超過6 : 1非常規(guī)評審2.0mm 下厚徑比> 10最大板 厚單、雙面 板3.0mm具體考慮當時所備物料情況板厚3.0mm評審多層板5.0mm具體考慮當時所備物料情況超過4mm應做評審評審最小板 厚單、雙面 板0.2mm具體考慮當時所備物料情況< 0.6mm應做評審< 0.2mm多層板4 層:0. 6 mm 6 層:0.8mm ；8 層:1. 2 mm 10 層:1.5mm ；8層 應做評審超過正常 加工值最大尺 寸單、雙面 板480 x 590mm超過此尺寸 應做評審評審多層板410 x 560mm超過此尺寸 應做評審超過457*610mm、良品率與

9、成本良品率可說是生產(chǎn)成本中最高的一項。良品率低導致成品板價格抬高用以彌補不良板造成的損失。電路板精密復雜程度和良品率成反比，一旦跌破可制造性底線，良品率將直線下滑（參圖表4）。圖表4良品率與電路板復雜程度曲線設計規(guī)格體現(xiàn)應用要求。如果線路分布在標準限度內(nèi)，則具有可制造性。如果設計規(guī)格(要求)超出制造能力范圍，其結果就是良率低下。另一個方面可制造性設計可通過限制那些接近制造能力邊緣的線路板特征數(shù)量宋保tiE，總體良晶率。總體良品率等于各部分良晶率的乘積。例如：100個制程或線路板特征良率分別為 99%,那 么總體良品率只有36.6 % (0.99100=0.366)。因此，在達到設計目的的前提下

10、應盡可能把線路板 特征控制在標準制造能力氛圍內(nèi)。和設計溝通是平衡應用要求和先進尖端技術成本控制的關鍵。三、加工成本加工成本指在精密復雜程度和數(shù)量上投入的成本。設計復雜程度越高，生產(chǎn)所需的設備和工藝就越貴；線路板特征量越多，成本就越高。加工最主要的成本和鉆孔相關。順序?qū)訅汗に嚳稍黾用芏?，但因工序和加工次?shù)繁多使成本明顯上升。鐳射微孔設計也會進一步增加成本，然而據(jù) 不同的設計和封裝，它也能減少一定線路板層數(shù)。標準多層板通孔鉆孔成本綜合孔數(shù)、孔徑、孔徑種類、每次鉆孔板數(shù)幾個因素?？讛?shù)多則占用機臺時間長，損耗鉆頭多。孔小則鉆孔難度和鍍孔難度加大。孔徑種類多則機臺換鉆頭時間加長。最具降低成本潛力的生產(chǎn)步

11、驟之一就是增加每次鉆孔板數(shù)。表面處理也是另一影響成本的因素。當 2種不同的表面處理同時應用時，成本最高。應用哪些表面處理的組合也影響到成本構成。最經(jīng)濟的有 OSP浸銀、HASL浸金和鍍金價格比較適中;鎳金混合價格最貴。浸錫常用于背板，但不適用系統(tǒng)或子板。四、線路板特征制造能力可制造性設計最重要的組成部分為：在制造能力范圍內(nèi)設計線路板特征。以下將談到幾個線路板的主要特征與系統(tǒng)板技術水準生產(chǎn)商的制造能力。本文提及的系統(tǒng)板主要指12層以上，每片原材料切割板可用面積僅夠排1到2個板，各制程的良品率要求格外高才能達到總體良品率要求，在可用面積內(nèi)只要出現(xiàn)一個小小失誤就會導致整個報廢。鍍層厚徑比為板厚與孔徑

12、之比（參圖表5）。導孔孔徑大約比孔墊少0.254mm據(jù)不同的表面處理和厚徑比，通孔元件孔孔徑約比成品板孔（FHS）大0.127-0.152mm。某些壓插件孔徑比普通FHS大 0.102mm厚徑比越高，鍍孔越難度越大。北美領先系統(tǒng)板廠商制造能力見圖表6Mjndniil-UhuncE(I JlHIL lOOJ ' 1-9 jU:lU M環(huán)寬制造能力取決于材料以及能否保持制程一貫性。有些材料伸縮性較大，較薄的核心材料 伸縮性明顯大于較厚的。多層板層數(shù)越多，各層間孔位重合越困難（參圖表7）。.Annukir Rljijt is ihc THiliiis.AR<fi ftcKncc hcr

13、ween the pad and I he drilled Wlc.孔環(huán)寬出繞孔囲的汗休部分圖表7內(nèi)層孔環(huán)寬定義定位能力和成品環(huán)寬規(guī)格決定鍍孔環(huán)寬大小。下列數(shù)據(jù)（參圖表8）假設為成品環(huán)寬尺寸，IPC2級標準允許破壞不大于90度，3級標準要求內(nèi)層環(huán)寬大于0.025 mm 90度破壞大約破壞0.025-0.05mm,因此按2級標準下列數(shù)據(jù)減去 0.025mm按3級標準則加上0.0251mm圖表8系統(tǒng)板內(nèi)層孔不寬制造能力比較設計過程中權衡厚徑比、環(huán)寬、板厚和阻抗要求時有必要聯(lián)系制造廠商，使用可制造性設計 技巧來規(guī)范這些線路板特征將對良品率起到?jīng)Q定性作用。設計者應了解內(nèi)、外層導線寬和導線間距制造能力。

14、內(nèi)層的細小導線比外層或鍍層上的容易制造 些。銅箔越薄，線路板精度越高（參圖表9）。Tliitt和趙iuidnrdLenduigEdIhtenuil 0tlXUllUll 0o mu" 0 W4"U.Oli?" UOU5-O.LHM" LI.曲rHOW?" 0 00325'*u(.ioS5' uw-l圖表9系統(tǒng)板線寬/線距制造能力比較外層制造精密度大部分取決于厚徑比。盲孔板順序?qū)訅阂缶€寬和線距稍大于圖表9中所列應在鍍層無銅區(qū)域預留分流陰極從而使鍍層均勻，這樣可減少鍍層厚度誤差和導線偏移。五、表面處理浸銀、OSP化學鍍鎳/浸金（E

15、NIG）、HASL鍍鎳/鍍金是幾種主流表面處理類型。也有浸錫, 絕大部分用于背板。其他表面處理方式使用不普遍，供應能力薄弱，價格較高。最經(jīng)濟的印制線 路板表面處理方式通常是 OSR浸銀、HASL HASL的使用量在過去幾年中逐漸減少。六、阻焊膜阻焊膜幾乎是制板最后一道工序。之前所有的制程以經(jīng)局限定位能力，外層定位孔決定阻焊膜是否能與孔和導體對準，目的是不讓阻焊膜接觸到孔和可焊導體（參圖表10）。9圖表10 LPI阻焊膜對外層表面組裝導體定位能力阻焊膜定位能力決定導線與外層可焊部分的距離遠近，通常阻焊膜覆蓋的導線與外露可焊導體距離大于0.13mm機械要素要求位置和尺寸有一定公差。要保證在設計出的

16、線路板上元件組裝 正確無誤，必須理解制造能力范圍有多大。制板過程中，鉆孔分兩次。鍍覆孔在第一次鉆，普通 孔在第二次鉆。如果鍍覆孔定位要求嚴格，一些小的普通孔也可在第一次鉆。機械能力依賴設備,不更換新設備的話一般很難提高。并且系統(tǒng)板一般較大，孔位分布整個版面（而不是局部），標準機械能力如下（假設是整版，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非鍍邊到非鍍邊（銑切后）：+/-0.13mm一次孔到非鍍邊:+/-0.10mm非鍍邊到內(nèi)外層銅：+/-0.25mm成品板孔徑公差:普通孔（標準）:+/-0.051mm 普通孔（先進）：+/-0.038mm接近鉆頭直徑鍍覆孔（壓插件孔）：+/-0.05mm鍍覆孔（標準）：+/-0.076mm其他機械工序包括磨邊、開 V槽、擴孔、鉆埋頭孔、削邊等。設計以上各線路板要素前須聯(lián)系制造商?？讖酱笥?.35mm的應以銑割代替鉆孔，直徑公差可能增加至 +/-0.13mm。導電性大