PCB設(shè)計要考慮哪些問題

隨著PCB行業(yè)的蓬勃發(fā)展，越來越多的工程技術(shù)人員加入PCB的設(shè)計和制造中來，但由于PCB制造涉及的領(lǐng)域較多，且相當(dāng)一部分PCB設(shè)計工程人員（Layout人員）沒有從事或參與過PCB的生產(chǎn)制造過程，導(dǎo)致在設(shè)計過程中偏重考慮電氣性能及產(chǎn)品功能等方面的內(nèi)容，但下游PCB加工廠在接到訂單，實際生產(chǎn)過程中，有很多問題由于設(shè)計沒有考慮造成產(chǎn)品加工困難，加工周期延長或存在產(chǎn)品隱患，現(xiàn)就此類不利于加工生產(chǎn)的問題，深圳捷多邦科技有限公司的工程師做出以下幾點分析，供PCB設(shè)計和制作工程人員參考：

為便于表達(dá)，從開料、鉆孔、線路、阻焊、字符、表面處理及成形七個方面分析：

一。開料主要考慮板厚及銅厚問題：

板料厚度大于0.8MM的板，標(biāo)準(zhǔn)系列為：1.0 1.2 1.6 2.0 3.2 MM，板料厚度小于0.8MM不算標(biāo)準(zhǔn)系列，厚度可以根據(jù)需要而定，但經(jīng)常用到的厚度有：0.1 0.15 0.2 0.3 0.4 0.6MM，這此材料主要用于多層板的內(nèi)層。

外層設(shè)計時板厚選擇注意，生產(chǎn)加工需要增加鍍銅厚度、阻焊厚度、表面處理（噴錫，鍍金等）厚度及字符、碳油等厚度，實際生產(chǎn)板金板將偏厚0.05-0.1MM，錫板將偏厚0.075-0.15MM.例如設(shè)計時成品要求板厚2.0 mm時，正常選用2.0mm板料開料時，考慮到板材公差及加工公差，成品板厚將達(dá)到2.1-2.3mm之間，如果設(shè)計一定要求成品板厚不可大于2.0mm時，板材應(yīng)選擇為1.9mm非常規(guī)板料制作，PCB加工廠需要從板材生產(chǎn)商臨時訂購，交貨周期就會變得很長。

內(nèi)層制作時，可以通過半固化片（PP）的厚度及結(jié)構(gòu)配置調(diào)整層壓后的厚度，芯板的選擇范圍可靈活一些，例如成品板厚要求1.6mm，板材（芯板）的選擇可以是1.2MM也可以是1.0MM，只要層壓出來的板厚控制在一定范圍內(nèi)，即可滿足成品板厚要求。

另外就是板厚公差問題，PCB設(shè)計人員在考慮產(chǎn)品裝配公差的同時要考慮PCB加工后板厚公差，影響成品公差主要是三個方面，板材來料公差、層壓公差及外層加厚公差?，F(xiàn)提供幾種常規(guī)板材公差供參考：（0.8-1.0）±0.1 （1.2-1.6）±0.13 2.0±0.18 3.0±0.23 層壓公差根據(jù)不同層數(shù)及板厚，公差控制在±（0.05-0.1）MM 之間。特別是有板邊緣連接器的板（如印制插頭），需要根據(jù)與連接器匹配的要求確定板的厚度和公差。

表面銅厚問題，由于孔銅需要通過化學(xué)沉銅及電鍍銅完成，如果不做特殊處理，在加厚孔銅時表面銅厚會隨著一起加厚。根據(jù)IPC-A-600G標(biāo)準(zhǔn)，最小銅鍍層厚度，1、2級為20um ，3級為25um.因此在線路板制作時，如果銅厚要求1OZ（最小30.9um）銅厚時，開料有時會根據(jù)線寬/線距選擇HOZ（最小15.4um）開料，除去2-3um的允許公差，最小可達(dá)33.4um，如果選擇1OZ開料，成品銅厚最小將達(dá)到47.9um.其它銅厚計算可依次類推。

二。鉆孔主要考慮孔徑大小公差、鉆孔的預(yù)大，孔到板邊線邊、非金屬化孔的處理問題及定位孔的設(shè)計：

目前機械鉆孔最小的加工鉆嘴為0.2mm，但由于孔壁銅厚及保護層厚，生產(chǎn)時需要將設(shè)計孔徑加大制作，噴錫板需要加大0.15mm 金板需要加大0.1mm，這里的關(guān)鍵問題是，如果孔徑加大以后，此類孔到線路、銅皮的距離是否達(dá)到加工要求？本來設(shè)計的線路焊盤的焊環(huán)夠不夠？例如，設(shè)計時過孔孔徑為0.2mm，焊盤直徑為0.35mm，理論計算可知，焊環(huán)單邊有0.075mm是完全可以加工的，但按錫板加大鉆嘴后生產(chǎn)，就已經(jīng)沒有焊環(huán)了。如果焊盤由于間距問題，CAM工程人員無法再加大的話，此板就無法加工生產(chǎn)。

孔徑公差問題：目前國內(nèi)鉆機大部分鉆孔公差控制在±0.05mm，再加上孔內(nèi)鍍層厚度的公差，金屬化孔公差控制在±0.075mm，非金屬化孔公差控制在±0.05mm.

另外容易忽略的一個問題是鉆孔到多層板內(nèi)層銅皮或線的隔離距離，由于鉆孔定位公差為±0.075mm，層壓時內(nèi)層壓板后圖形伸縮變形有±0.1mm的公差變化。因此設(shè)計時孔邊到線或銅皮的距離4層板保證在0.15mm以上，6層或8層板保證在0.2mm以上的隔離才可方便于生產(chǎn)。

非金屬化孔制作常見有以下三種方式，干膜封孔或膠粒塞孔，使孔內(nèi)鍍上的銅因為無蝕阻保護，可在蝕刻時除去孔壁銅層。注意干膜封孔，孔徑不可大于6.0mm，膠粒塞孔不可小于11.5mm.另外就是采用二次鉆孔制作非金屬化孔。不管采取何種方式制作，非金屬化孔周圍必須保證0.2mm范圍內(nèi)無銅皮。

定位孔的設(shè)計往往也是容易忽略的一個問題，線路板加工過程中，測試，外形沖板或電銑均需要使用大于1.5mm的孔做為板固定的定位孔。設(shè)計時需考慮盡量成三角形將孔分布于線路板三個角上。

三。線路制作主要考慮線路蝕刻造成的影響

由于側(cè)蝕的影響，生產(chǎn)加工時考慮銅厚及不同加工工藝，需要對線路進行一定預(yù)粗，噴錫和沉金板HOZ銅常規(guī)補償0.025mm，1OZ銅厚常規(guī)補償0.05-0.075mm，線寬/線距生產(chǎn)加工能力常規(guī)0.075/0.075mm.因此在設(shè)計時在考慮最線寬/線距布線時需要考慮生產(chǎn)時的補償問題。

鍍金板由于蝕刻后不需要退除線路上面的鍍金層，線條寬度沒有減小，因此不需要補償。但需注意由于側(cè)蝕仍然存在，因此金層下面銅皮線寬會小于金層線寬，如果銅厚過厚或蝕刻過量極易造成金面塌陷，從而導(dǎo)致焊接不良的現(xiàn)象發(fā)生。

對于有特性阻抗要求的線路，其線寬/線距要求會更加嚴(yán)格。

四。阻焊制作比較麻煩的就是過電孔上的阻焊處理方式上面：

由于過電孔除了導(dǎo)電功能外，很多PCB設(shè)計工程師會將它設(shè)計成裝配元件后的成品在線測試點，甚至極少數(shù)還設(shè)計成元件插件孔。常規(guī)過孔設(shè)計時為防止焊接時沾錫會設(shè)計成蓋油，如果做測試點或插件孔則必須開窗。

但噴錫板過孔蓋油極易造成孔內(nèi)藏錫珠，因此相當(dāng)部分產(chǎn)品設(shè)計成過孔塞油，為便于封裝BGA位置也是按塞油處理。但當(dāng)孔徑大于0.6mm時，會增加塞油難度（塞不飽滿），因此也有將噴錫板設(shè)計成開比孔徑大單邊0.065mm的半開窗形式，孔壁及孔邊0.065mm范圍內(nèi)噴上錫。

五。字符處理時主要考慮字符上焊盤及相關(guān)標(biāo)記的添加。

由于元件布局越來越密，并且要考慮字符印刷時不可上焊盤，至少保證字符到焊盤在0.15mm以上距離，元件框和元件符號有時根本無法完整分布在線路板上，好在現(xiàn)在貼片大部分由機器完整，因此設(shè)計時如果實在無法調(diào)整，可以考慮只印字符框，不印元件符號。

標(biāo)記添加的內(nèi)容常見有，供應(yīng)商標(biāo)識、UL論證標(biāo)識、阻燃等級、防靜電標(biāo)志、生產(chǎn)周期，客戶指定標(biāo)識等等。必須弄清楚各標(biāo)識的含意，最好留出并指定加放位置。

六。 PCB的表面涂（鍍）層對設(shè)計的影響：

目前應(yīng)用比較廣泛的常規(guī)表面處理方式有 OSP 鍍金沉金噴錫

我們可以從成本、可焊性，耐磨性、耐氧化性和生產(chǎn)制作工藝不同，鉆孔及線路修改等幾個方面比較各自優(yōu)缺點。

OSP工藝：成本低，導(dǎo)電性和平整性較好，但耐氧化性差，不利于保存。鉆孔補償常規(guī)按0.1mm制作，HOZ銅厚線寬補償0.025mm.考慮到極易氧化和沾染灰塵，OSP工序加工放在成形清洗以后完成，當(dāng)單片尺寸小于80MM時須考慮拼連片形式交貨。

電鍍鎳金工藝：耐氧化性、耐磨性好，用于插頭或接觸點時，金層厚度大于或等于1.3um，用于焊接的金層厚度常規(guī)在0.05-0.1um，但相對可焊性較差。鉆孔補償按0.1mm制作，線寬不做補償，注意銅厚1OZ以上制作金板時，表面金層下的銅層極易造成蝕刻過度而塌陷造成可焊性的問題。鍍金因需要電流輔助，鍍金工序設(shè)計在蝕刻前，完整表面處理的同時也起到蝕阻的作用，蝕刻后減少了退除蝕阻的流程，這也是線寬不做補償?shù)脑颉?/p>

化學(xué)鍍鎳金（沉金）工藝：耐氧化性、可悍性好，鍍層平整廣泛用于SMT板，鉆孔補償按0.15mm制作，HOZ銅厚線寬補償0.025mm，因為沉金工序設(shè)計在阻焊以后，蝕刻前需要使用蝕阻保護，蝕刻后需要退除蝕阻，因此線寬補償比鍍金板多，于是在阻焊后沉金，大部分線路有阻焊覆蓋不需要沉金，相對于大面積銅皮的板，沉金板消耗的金鹽量要明顯低于鍍金板。

噴錫板（63錫/37鉛）工藝：耐氧化性、可悍性相對最好，平整度較差，鉆孔補償按0.15mm制作，HOZ銅厚線寬補償0.025mm，工序與沉金基本一致，目前為最常見的一種表面處理方式。

由于歐盟提出ROHS指令，拒絕使用含有鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴二苯醚（PBDE）和多溴聯(lián)苯（PBB）六種有害物質(zhì)，表面處理推出了噴純錫（錫銅《鎳》）、噴純錫（錫銀銅）、沉銀和沉錫等新工藝來替代噴鉛錫工藝。