国内一流PCB制板厂的PCB工艺能力及设计建议

` 本帖最后由 gk320830 于 2015-3-5 13:35 编辑

一、板材
PCB设计首先面临的就是板材的选择问题。做为亚洲最大的PCB样板生成厂商，兴森快捷加工过市面上各种各样的板材，积累了丰富的加工经验，可以说没有我们不能加工的板材。但是如何选择板材，就要考虑到板材的性能、成本、可加工性、交期等各种因素，以下就我司建议采用的各种板材做一下说明。
1.1 FR-4
项  目        推荐板材型号/厂商        说  明
普通TG的FR-4        S1141/生益科技        TG值140℃，可以满足普通民用、工业用途PCB需求
高TG的FR-4        IT-180A/联茂电子        TG值175℃，可以满足普通民用、工业、军用等行业的PCB需求
普通TG无卤素FR-4        S1155/生益科技        TG值140℃，无卤素，根据产品的环保要求选用
高TG无卤素FR-4        S1165/生益科技        TG值170℃，无卤素，根据产品的用途及环保要求选用
以上板材的PCB成本顺序为：S1141＜IT180A＜S1155＜S1165.
当然，市面上还有很多种型号的FR-4，以上推荐的板材，是我司技术中心经过长达数年的评估而最终得出的性价比最好的型号。其中S1141在普通TG的FR-4中，可以说是性能表现最好的；IT180A在普通高TG的FR-4性能对比中表现优异，可以替代S1170、S1000-2、FR406、PCL-370HR、N4000-6等板材。生益科技和联茂电子也是我司的战略合作伙伴，优先保证我司的板材需求，无供货风险，交期短。
1.2 高频板材
根据对材料的介电常数、介电常数稳定性、介质损耗的特殊需求选用高频板材。世界三大高频板材供应商为ROGERS、TACONIC、ARLON，此外还有Neclo、Panasonic等公司也生产高频板材，国内厂商有泰州旺灵、咸阳704厂等。
高频板材按其树脂类型可分为两类：陶瓷粉填充热固性树脂板材（通常称为非PTFE板材）、PTFE板材。非PTFE板材有RO4350B、RO4003C、25FR、25N共四种，板材成本基本相当，RO4350B和RO4003C就稍微贵一些，但可加工性好一些。以下是这四种板材的各种参数：
板材型号        介电常数
（Er/10GHZ）        CTEr
（IPC-TM-650-2..5.5.5）        介质损耗（Df/10GHZ）
RO4350B        3.48±0.05        50PPM/℃（-100℃-250℃）        0.0037
RO4003C        3.38±0.05        40PPM/℃（-100℃-250℃）        0.0027
25FR        3.58        50PPM/℃（-10℃-140℃）        0.0035
25N        3.38        -87PPM/℃（-10℃-140℃）        0.0025
PTFE板材型号很多，介电常数有很多种（2.2-10.0），可根据需求进行选择。与非PTFE板材相比，PTFE板材的介电常数更为稳定，介质损耗更小（最小可达0.0009），价格也更贵。以下是各种较为常用的PTFE高频板材型号及性能指标。
厂家        型号        介电常数        介质损耗               
ROGERS        RO3003        3.0±0.04        0.0013               
        RO3006        6.15±0.15        0.0025               
        R03010        10.2±0.30        0.0035               
        RT5880                               
TACONIC        RF-35                               
        TLF-35                               
        RF-60                               
        TLX-8                               
        TLX-9                               
        TLY-5A                               
ARLON        AD255                               
        AD350                               
        Diclad 880                               
                                       
泰兴微波        F-4B系列                               
1.3 金属基板
金属基板主要用在特殊的散热领域，如汽车电子、电源、功放、LED等。金属基板一般都是单面板，其结构为线路、导热绝缘层、散热金属基，金属基主要有铜基、铝基两大类。铝基板材主要生产厂商有美国的贝格斯（Bergquist）、英国的莱尔德（Laird），国内也有许多金属基板的制造商，如全宝、丹阳、超顺、贝特斯等，但其在业界口啤不如国外金属基板材料，其特点是价格较低。根据散热的需求，在设计时可以选择合适的导热系数的铝基板材，导热系数有0.4—3.0W/M.K可供选择。铜基板主要应用在通信领域的功放模块，美国的TACONIC公司占有全球大部分市场。
二、线宽
项目        铜厚        线宽/线距能力        设计建议
内层        1/3、1/2 OZ        3.0/3.0 mil        4.0/4.0 mil以上
        1.0 OZ        3.0/4.0 mil        4.0/4.0 mil以上
        2.0 OZ        5.0/5.0 mil        5.5/5.5mil以上
外层        1/3 OZ        3.0/3.0 mil        4.0/4.0 mil以上
        1/2 OZ        3.5/3.5 mil        4.0/4.0 mil以上
        1.0 OZ        4.5/5.0 mil        5.0/5.0 mil以上
线宽公差        线宽≤10mil，公差：±1.0mil；线宽＞10mil，公差±10%
三、孔
项目        兴森快捷能力        设计建议
机械孔直径（成品）        A、孔径范围：0.10—6.50mm        /
        B、PTFE材料最小钻孔：0.25mm        0.30mm以上
        C、机械埋盲孔直径≤0.30mm        0.20、0.25mm
        D、树脂塞孔成品孔径范围0.1-0.4mm        0.25-0.35mm
孔与板厚的关系        A、0.10mm的钻刀，板厚0.60mm        在空间满足布线的情况下，尽量不要设计小孔，小孔会造成成本增加
        B、0.15mm的钻刀，板厚1.20mm       
        C、板厚孔径比最大：16：1（钻刀直径＞0.20）        板厚孔径比10：1以下为好
公差要求        孔位精度公差（与CAD对比）±3mil        相同网络孔壁最小间距：8mil；
不同网络孔壁最小间距：12mil；
钻孔到道题最小距离（埋盲孔）：9mil；
钻孔到导体最小距离：6mil（≤8层）；
钻孔到导体最小距离：8mil（≤14层）；
钻孔到导体最小距离：9mil（≤28层）；
        PTH孔径公差±4mil        /
        免焊器件（压接孔）孔径公差±2mil        /
        NPTH孔径公差±2mil        /
        锥形孔角度公差±10°        /
        锥形孔孔口直径公差±0.20mm        /
四、阻抗
随着对信号传输质量的要求越来越高，越来越多的PCB要求有阻抗控制。我司可制作的阻抗包括单端、差分、共模等类型；小于50Ω的阻抗公差能力为±5Ω；≥50Ω的阻抗公差能力为±5%，但除非有特殊要求，一般建议按照±10%控制。
以下是根据我司的研究，形成的阻抗设计方法，以供参考：
1、        软件，SI8000或SI9000；选择不带阻焊的模式进行计算；
2、        计算方法：
外层线路阻抗设计值=软件计算值×0.9+3.2；
双面板阻抗设计值=要求值-10；
内层线路阻抗设计值=软件模拟值。
3、        影响阻抗值的因素包括线宽线距、线路铜厚、介质层厚度、介质层介电常数等几个因素。用软件模拟时的计算规则如下：
A、线宽线距
         线宽        层        基铜厚
(um)        上线宽(mil)
(W2)        下线宽(mil)
(W1)        线距（mil）
（S0）
内层        18        W0-0.1        W0        S0
        35        W0-0.4        W0        S0
        70        W0-0.6        W0+0.6        S0-0.6
外层        12        W0-0.6        W0+0.6        S0-0.6
        18        W0-0.6        W0+0.7        S0-0.7
        35        W0-0.9        W0+0.9        S0-0.9
        70        W0-1.5        W0+1        S0-1.5
注：W0为设计客户线宽，S0为客户设计线距。
B、铜厚
常规铜厚取值依据基铜不同参考如下数字取值：
基铜铜厚（OZ）        0.3OZ        0.5OZ        1OZ        2OZ
基铜铜厚（um）        12um        18um        35um        70um
内层铜厚（mil）        /        0.65        1.22        2.56
外层铜厚（mil）        1.8        2.0        2.7        3.8
C、介质层厚度及介电常数
半固化片的参数：
板固化片类型        106        1080        3313        2116        7628
理论实际厚度（mm）        0.0513        0.0773        0.1034        0.1185        0.1951
介电常数        3.6        3.65        3.85        3.95        4.2
多种半固化片组合的介电常数取其算术值。如：叠层使用1张7628和2张1080，根据半固化片参数：介电常数取值为=（1×4.2+2×3.65）÷3=3.83。此5种半固化片最常用的为1080、2116、7628，设计时尽量选用这三种类型。
板材介质层厚度与介电常数(生益及等同材料):
芯板（mm）        0.05        0.075        0.10        0.13        0.15        0.18        0.21        0.25        0.36        0.51        0.71        ≥0.8
芯板（Mil）        2        3.0        4        5.1        5.9        7.0        8.27        10        14.5        20        28        ≥31.5
介电常数        3.6        3.65        3.95        3.95        3.65        4.2        3.95        3.95        4.2        4.1        4.2        4.2
特殊板材的介电常数需按照其datasheet的说明。
五、叠层
5.1叠层设计的对称性
对称是指以板的Z向中心为原点，考量两侧是否对称。叠层的对称包括芯板厚度的对称、板材种类是否一致、铜厚的对称、线路布局的对称，如果不对称会引起板子的翘曲。按照国际通用的IPC-600G Ⅱ级的要求，PCB的翘曲度0.75%以下，如果叠层不对称会有超过这个翘曲度的风险。
5.2高频板材与FR-4混压的叠层设计
由于高频板材价格较高，为节约成本，在满足信号传输需求的前提下，可以把高频板材和FR-4板材进行混压的设计。以一个四层板为例，混压的设计比使用纯PTFE材料的PCB成本至少节约20%。目前混压的设计以四层板居多，L1/2层为高频板材，半固化片和L3/4都是FR-4的材料，在混压设计中使用最多的高频板材是RO4350B和RF-35。由于材料的CTE不同，混压的设计必然会产生一定的翘曲度，翘曲度和选择材料的类型、厚度都有的关系。

3、埋盲孔的设计
在有限的空间内，当通孔无法满足布线的需求时，必然要采用埋盲孔的设计。根据选用BGA的型号不同，埋盲孔的设计也不同，同一种型号的BGA也会有多种埋盲孔的结构可以选择。埋盲孔的设计要顾及到叠层的对成性、孔的对称性、压合次数，对称性直接影响到PCB的翘曲度，压合次数关系到PCB的成本和可靠性，目前来看，压合次数在三次以上时，可靠性的风险就很大。
4、板厚的设计
我司可制作的成品板厚范围是0.13-7.0mm，非埋盲孔板的内层最小厚度为0.05mm，埋盲孔板的内层最小厚度为0.13mm。根据经验，8层以下的板常规厚度为1.0、1.2、1.6mm，我们也建议在设计时板厚向常规厚度靠拢。在一般情况下，当板厚≤1.0mm时，建议板厚公差要求为±0.10mm；当板厚≥1.0mm时，建议板厚公差要求为±10%。
六、表面工艺
目前我司基本上拥有PCB行业内所有的表面工艺处理类型，以下为各种表面工艺的常规厚度。
表面工艺类型        镀层厚度
喷锡（包括有铅和无铅）        锡厚2-40um。
镀金（也称为水金、镀软金）        正常镍厚3-5um、金厚0.025-0.10um。
沉金（也称化学镍金）        正常镍厚3-5um、金厚0.05-0.10um。
化学镍钯金        焊接：镍厚3-5um、钯厚：0.05-0.1um；金厚0.03-0.05um。
        绑定：镍厚：3-5um；钯厚：0.10-0.15um；金厚0.07-0.15um。
沉银        银厚：0.1-0.3um。
沉锡        锡厚：≥1.0um。
OSP        膜厚：0.2-0.3um。
金手指        正常镍厚：3-5um、金厚：0.76um。包括普通金手指、长短金手指、分段金手指等。
局部镀硬金        金厚：≤2.5um。
根据需求表面工艺可以混合，比如喷锡+金手指，沉金+OSP等。各种表面工艺有其不同的优
特性        有铅喷锡
HASL        无铅喷锡
LF HASL        镀金
FLASH GOLD        沉金
ENIG        化学镍钯金
ENEPIG        沉银
IAg        沉锡
ISn        OSP
加工时间        短        短        较长        长        长        较长        较长        较长
板材选择要求        低        高        低        低        低        低        低        低
表面平整性        差        差        好        好        好        好        好        好
最小加工焊盘        10mil        10mil        7mil        10mil        10mil        10mil        10mil        7mil
储存时间        ≥12月        ≤6月        ≥12月        ≥6月        ≥6月        ≤3月        ≤3月        ≤3月
储存环境要求        低        低        低        低        低        高        高        高
焊接前烘烤        可以        可以        可以        可以        可以        不建议        不建议        不可
耐回流次数        6        3        3        6        6        2        3        2
通孔可焊性        好        良        良        良        良        良        良        上锡不足
焊接可靠性        好        好→良        当心掉油        当心黑垫        良        当心银迁移、爬行腐蚀        当心锡须        良
加工成本        低        较低        较高        最高        最高        较低        较低        最低
缺点，对比如下：
七、其他
7.1外形
外形尺寸公差极限能力为±0.10mm，建议按照±0.15mm控制；
外形方式包括铣外形、V-CUT、桥连、邮票孔；
为保证焊接的质量，器件外侧到板边距离要保证在5mm以上，如果没有建议加附边；
7.2阻焊
阻焊颜色有多种多样，最常规的颜色为绿色亮光，次常规的颜色为绿色亚光、蓝色；如果没有特殊需求建议绿色亮光或绿色亚光、蓝色，尽量避免黑色、白色。尤其是黑色阻焊，由于其油墨本身的特性造成生产时间很长，成本也较高。

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