电路板DFM设计通用技术整理

time : 2022-05-31 10:07       编辑:凡亿pcb

本标准规定了印制电路板可制造性设计的通用技术要求,包括材料、尺寸和公差、印制导线和焊盘、金属化孔、导通孔、安装孔、镀层、涂敷层、字符和标记等,作为电路板设计人员设计时参考:
 
1 一般要求
1.1 本标准作为PCB设计的通用要求,规范PCB设计和制造,实现CAD与CAM的有效沟通。
1.2 在文件处理时优先以设计图纸和客供文件作为设计、生产依据。
 
2 PCB 材料
 
2.1 基材
FR—1 酚醛纸基板,击穿电压787V/mm 表面电阻,体积电阻比FR—2 低.
FR--2 酚醛纸基板, 高电性,击穿电压1300V/mm
FR—3 环氧纸基板
FR—4 环氧玻璃布板
FR—5 耐热玻璃布-环氧树脂覆铜箔板
CEM—1 环氧玻璃布—纸复合板(环氧树脂类 纸(芯)-玻璃布(面)-环氧树脂覆铜箔板)
CEM-2 (CEM-1 阻燃) (CEM-2 非阻燃)
CEM—3 环氧玻璃布--玻璃毡板(玻璃毡(芯)-玻璃布(面)-环氧树脂覆铜箔板CEM3 阻燃)
 
其它, 特殊基板.
几个相关参数:
1) Tg 值:玻璃态转化温度。
2) Td 值:热裂解温度。IPC 新规范建议因应无铅焊接,一般Tg 之Td >310℃, Mid Tg 之Td>325℃,High Tg 之Td>340℃。
3) CTE:热膨胀系数。(PCB 在X.Y.方向受到有玻纤布的钳制,所以影响主要体现在板厚Z 方向上)
4) CAF:耐离子迁移。
5) CTI:耐漏电起痕。
6) Dk:介电常数。
7) Df:介质损耗。电介质材料在交变电场作用下,由于发热而消耗的能量称之谓介质损耗,介质损耗越小使信号损耗也越小。
 
半固化片的编号及厚度表
 
半固化片编号
7628   2116   1080
 
布厚{mm}
0.178  0.102  0.051
 
硬化后厚度(mm)   
 0.157~0.191  0.102~0.127   0.056~0.076
 
价格
低     贵     中
 
型号(树脂含量)  厚度    成本参考系数
1080(R/C63%)   0.07mm    1.0
2113 (R/C 55%)   0.09mm    1.35
2116(R/C51%)   0.114mm   1.10
2116H(R/C55%以上)0.125mm   1.19
7628(R/C43%)   0.176m    1.18
7628H(R/C49%以上)0.20mm    1.37
 
还有两种:106A:0.05mm,3313:0.103mm
根据用户性能要求半固化片可以自由组合.
根据IPC 标准内层绝缘层厚度只要≥0.09mm,以防止漏电和满足最小介质击穿电压要求。
2.2 铜箔
分为压延铜和电解铜两种。压延铜强度高,耐弯折,但价格较贵。电解铜价格便宜得多,但强度差,易折断,一般用在很少弯折的场合。
a)辗轧法
b)99.9%以上的电解铜;
1.0 Ounce (oz)的定义是一平方呎面积单面覆盖铜箔重量1 oz (28.35g)的铜层厚度.经单位换算 35 微米 (micron)或1.35mil. 一般厚度1 oz 及1/2oz 而超薄铜箔可达 1/4 oz,或更低. 铜箔厚度的选择要依据引线最小宽度和最小间距而定。铜箔越薄,可达到的最小宽度和间距越小。
 
3 PCB 结构、尺寸和公差
3.1 结构  
a)构成PCB 的各有关设计要素应在设计图样中描述。外型应统一用Mechanical
layer 或Keep out layer 表示。若在设计文件中同时使用,一般keep out layer用来屏蔽,不开孔,而用mechanical 表示成形。
b)在设计图样中表示开长SLOT 孔或镂空,用Mechanical layer/route 画出相应的形状即可。
 
3.2 尺寸范围
在设计时按需求定PCB 尺寸,但应考虑容易装焊的可行性。从生产角度虑,最小的单板尺寸应不小于“宽120mm×长120mm”, 一般最理想的尺寸范围是“宽(200mm~250mm)×长(250mm~350mm)”。
注1:贴片机、丝印机、再流焊机、波峰焊机等设备最大可处理PCB尺寸:460mm×460mm。
注2:插件线传送导轨最大可调宽度尺寸:400mm。 
 
3.3 板厚公差
PCB 设计人员在考虑产品装配公差的同时要考虑PCB 加工后板厚公差,影响成品公差主要是三个方面,板材来料公差、层压公差及外层加厚公差。现提供几种常规板材公差供参考:(0.4-1.0)±0.1 (1.2-1.6)±0.13 2.0±0.18  3.0±0.20,层压公差根据不同层数及板厚,公差控制在±(0.05-0.1)MM之间。特别是有板边缘连接器的板(如印制插头),需要根据与连接器匹配的要求确定板的厚度和公差。
 
3.4 外形尺寸公差
外形尺寸: 一要准确,二要明确。
 
PCB 外形与尺寸,必须以产品整机结构为依据,但从生产工艺角度考虑,应尽量简单,一般为长宽比不太悬殊的长方形,以利于装配,提高生产效率,降低劳动成本。当客户结构没有规定时,通常可按外形尺寸公差±0.15mm 控制,外形成形经过早期的裁剪,手铣及模冲等方式演变后,现多用电脑铣的方式加工。
 
一般铣刀的转速设定在6,000~36,000 转/分钟,由上向下看其动作,应该是顺时钟转的动作,除在板子侧面产生切削的作用外,还出现一种将板子向下压迫的力量。若设计成反时针的转向,则会发生向上拉起的力量,将不利于切外形的整个制程。
 
当用铣刀铣外形时由于铣刀的外径在逐步变小,尽管机床有一定的补偿,但总有一定的差异,所以造成外形不一致。新铣床加工的误差在±0.1mm,老机床的误差在±0.15~0.2mm.一般冲加工的间隙为≥1.5 倍板厚.主要考虑底模的强度.冲后边缘粗糙.如果要边缘光洁或尺寸精度要二次,一次粗冲,一次精冲.铣加工间隙推荐3.00 或2.00mm,当然间隙也可1.50mm、1.20mm、1.00mm,但铣刀越小寿命短,速度慢.
 
3.4.1 关于V-CUT (割V 型槽)设计:
1) V 割的拼板板与板相连处不留间隙.但要注意导体与V 割中心线的距离。一般情况下V-CUT 线两边的导体间距应在1.00mm 以上,也就是说单块板中导体距板边应在0.50mm以上(布局布线时需注意器件及走线不要到板边太近)。
2) V-CUT 线的表示方法为:一般外形为keep
out layer (Mech 1)层表示,则板中需V 割的地方只需用keep out layer(Mech 1) 层画出并最好在板连接处标示V-CUT 字样。
3) 一般V 割后残留的深度为1/3 板厚,角度一般有20,30,45,60 度,另根据客户的残厚要求可适当调整。
4) V 割产品掰开后由于玻璃纤维丝有被拉松的现象,尺寸会略有超差,个别产品会偏大0.5mm 以上。
5) V-CUT 刀只能走直线,不能走曲线和折线;且可拉线板厚一般在0.8mm
 
 
3.4.2 关于连接桥(邮票孔)的设计:
 
连接桥的设计主要要考虑:拼板分离后边缘是否整齐;分离是否方便;插装时刚度是否足够。拼板分离后为了使其边缘整齐,一般将分离孔中心设计在子版的边线上或稍内处,如下图所示。
 
为了分离方便以及满足插装时的刚度需要,连接桥位置和数量的设置应该根据此板的组装工艺具体考虑。
 
对于纯SMT 板,由于贴片和传送时PCB不受力,连接桥的设计可以稀疏一些。对于需要进行波峰焊的板,由于插件和传送都受到单方向力的作用,如果连接桥刚度不足,波峰焊焊接时会严重变形,插件时有可能使拼板在连接桥处因压力而断开,因此,对波峰焊的PCB 连接桥设置应密些(图中连接桥的数量仅代表多少,具体设置多少个及大小应根据板子大小决定)。
 
3.5 平面度/翘曲度(warp and twist) 公差
 
3.5.1 PCB 的平面度应符合设计图样的规定。
 
当图样没有规定时,按以下实行:
成品板厚
0.4~1.0mm
1.0~3.0mm
翘曲度
有SMT≤0.75%;无SMT≤1.3%
有SMT≤0.75%;无SMT≤1.0%
 
早期对无SMT的板子允许1.5%,但随着电子产业的发展,为应对当前高密度精细封装发展的需要,一些客户要求SMT,BGA的板子要求是0.5% ,部分电子厂鼓动把标准提高到0.3% 。
 
3.5.2 PCB设计过程中防止翘曲:
1, 层与层之间的半固化片的排列需要对称。
例如4 层板,1-2 和3-4的厚度和半固化片的张数应该保持一致。同样的,例如6 层板,1-2 和5-6的厚度和张数也应该保持一致。否则容易翘曲。
2, 正负片层设计需要对称。(即电源、地层和信号走线层设置对称。)
3, 同层内的走线尽量均匀。
例如线路板的右边有大量的高密度的信号线,而左边几乎没有走线。这样,引起左右图形不对称,特别是多层板,容易翘曲。设计者在设计的过程中,走线尽量选择“优先”层的同时,在同层内要注意走线均匀。如果因客观条件的限制造成无法均匀的情况,可以在空余的地方铺上铜皮,并赋予“GND”网络信号(空网络容易引起“天线效应”)。
注:对于多层板,相临信号层如遇到以上情况,需要注意因参考平面的变化引起阻抗的变化。
4,另外,表层的元器件,贴片、插件,轻重器件的放置尽量均匀。在空白处铺上GND 网络的铜皮,打上过孔(同时过孔也需要均匀分布)。
5, 多层板使用同一供应商的芯板和半固化片。
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