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选用哪种PCB板,来看看不同产品的各自要求

发布时间: 2020/8/5 11:57:42

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      印制电路板工艺选型的目的就是根据电子产品的性能和质量需求,结合后续的组装工艺制程,确定印制电路板的各种指标及参数,以保证电子产品的性能和质量。

  常见PCB种类:

  基材选择

  印制板的基材直接影响印制板的基本性能、制造工艺和成本,选用时应进行综合考虑。除应满足电子产品电气性能、机械性能的要求外,还应同时考虑印制板在后续组装生产中的性能要求,即能否经受住电子产品装联整个工艺过程(包括回流焊、波峰焊、压接、返修、清洗、三防涂覆等工序)中的热应力和机械应力考验,特别是波峰焊和回流焊过程的热冲击对基材的考验最大。

  不同基材的性能和成本差异较大,选用时应结合产品的性能特点进行选择,以满足要求为原则,切勿盲目追求高性能、高价格。一般通信类产品印制板应满足2级以上要求,高可靠产品应满足3级要求,SMT印制板应选择高Tg(玻璃化转变温度)的材料,至少要高于印制板的工作温度(140℃),同时应选择耐热性能好的材料(260℃,保持50s)。目前电子产品中广泛使用的是以减成法(铜箔蚀刻法)制造印制板时所采用的覆铜箔层压板(简称覆铜板),它也是目前国内外使用量最大的印制板基材。

  PCB基材选用要素及说明如下表:

  厚度选择

  印制板的厚度应满足产品对其机械强度的要求,此外,还应根据其外形尺寸、层数、所安装元器件的质量、安装方式等进行综合考虑。

  ① 一般优选标准厚度的基材,慎选非标基材,对于非标基材的选择,要经过严格评估和验证。印制板的标准厚度为0.70mm、0.80mm、0.95mm、1.0mm、1.27mm、1.50mm、1.60mm、2.0mm、2.4mm、3.0mm、3.2mm、3.5mm、4.0mm、6.4mm。

  ② 在能满足安全使用的前提下,优选厚度较薄的基材,以减轻产品质量和降低成本。

  ③ 当安装的元器件质量较大或振动负荷较强时,应采取缩小印制板尺寸、加固或增加支撑点等措施避免印制板变形。

  ④ 板面较大或无法加固、支撑时,应适当增加板厚,在不考虑其他影响因素的情况下,把宽厚比控制在150以下最为理想。

  ⑤ 对于有印制插头的印制板,应根据与连接器匹配的要求确定板的厚度和公差,过厚的板会造成插拔困难;过薄的板会引起接触不良。

  ⑥ 对于有VPX等压接连接器的印制板,厚度和焊盘孔设计应严格遵照连接器使用要求执行。

  ⑦ 对于挠性板,当使用附加镀(涂)覆层、覆盖层或胶黏剂时,板的总厚度会大于挠性覆铜箔基材的厚度,因此对其尺寸公差要求应尽可能宽松。

  常见PCB板材厚度及选择,如下表所示。

  常见板材铜箔厚度及选择如下表所示。

  镀层选择

  印制板镀层应根据产品的性能要求和成本控制要求进行选择,还应考虑焊盘表面处理工艺的成熟度、稳定性、环境适应性和所安装元器件的机械承载要求。

  ① 热风整平工艺对于控制镀层的厚度和焊盘图形较为困难,不推荐使用在含有0.4mm细间距元器件和1.0mm间距以下BGA的PCB中,原因是细间距元器件对焊盘平整度要求较高,而热风整平工艺的热冲击可能会导致PCB翘曲。

  ② 对于有压接型电连接器的产品、需要回流或返修的产品及工艺制程中不能提供氮气保护的情况,都不推荐选用有机保护层OSP。

  ③ 对于需要较高焊接强度的高可靠性产品,限制使用沉金镀层和沉银镀层。

  ④ 对于需要电测的产品,限制使用沉银镀层、沉锡镀层和OSP镀层。

  ⑤ 对于有金线邦定的产品,优选热风整平镀层、全板镀镍金镀层和化学镍钯金镀层。

  结构/层数选择

  印制板的结构和层数选择应以满足产品性能要求为前提,还应综合考虑产品的布线密度要求、整机给予印制板的空间尺寸和电气性能要求等。

  ① 印制板的结构主要根据产品的结构形式、空间大小和互连要求选择。

  ② 从可靠性和可制造性的角度考虑,优先选择单面板、双面板设计,其次是多层板。

  ③ 多层板设计中,优先考虑四层板、六层板的设计。

  ④ 若采用双面板时布线密度很大,则建议采用布线密度较小的多层板。

  ⑤ 从电磁兼容性角度考虑,当时钟电路的频率超过5MHz或上升时间小于5ns时,优先选择多层板(即5/5规则)。

  外形及尺寸选择

  印制板的外形及尺寸应根据其在整机中的安装尺寸和布线密度要求选择,并应综合考虑机械强度、设备要求和美观性等。

  ① 在满足整机空间布局要求的前提下,外形力求简单,一般为长宽比例不太悬殊的长方形,最佳长宽比参考为3∶2或4∶3,也允许有圆形和其他异形。

  ② 对于长宽比例较大或面积较大的印制板,容易产生翘曲变形,需要增加板的厚度或采取增加支撑点和边框加固等措施。

  ③ PCB的外形优选矩形的(四角为R=1~2mm,圆角更好,但不做严格要求)。偏离这种形状会引起PCB传送不稳、插件时翻板和波峰焊时熔融焊料溅起等问题。

  ④ 对于不规则形状的印制板,设计时应考虑采用工艺拼板的方式将其转换为矩形,特别是角部缺口一定要补齐。

  ⑤ 印制板的结构尺寸(包括外形与孔位)应与电控盒的机械结构设计完全匹配。螺丝孔半径2.5mm内不能有铜箔(除要求接地外)及元器件(或按结构图要求)。

  ⑥ 印制板的最大尺寸范围:不应超过设备极限尺寸,一般情况下,用于SMT的PCB应小于460mm×460mm,用于波峰焊的PCB应小于508mm(使用托盘的情况下,则不能超过450mm)。

  ⑦ 印制板的最小尺寸范围:应考虑便于生产的原则,一般情况下,当PCB长边尺寸小于125mm、短边小于100mm时,应通过拼板转换为理想尺寸,以便插件和焊接。

  ⑧ 当印制板边缘5mm范围内必须有电路图形或焊盘时,应设计工艺夹持边,工艺夹持边内不应有焊盘图形,其宽度一般取3.8~10mm。

  ⑨ 对于需要进行测试的印制板,应留有测试工装的定位孔,定位孔与板边缘至少有2mm以上的间距,保证针床、测试工装等的方便使用。

  平整度要求

  根据电子产品规模化高效生产的需要,现代电子组装越来越依赖自动化生产设备,自动化生产对印制板表面的平整度也提出了更高的要求。印制板平整度不良主要表现为翘曲,通常包含弓曲和扭曲两种变形。翘曲对组装的合格率和可靠性的影响很大,容易引发组装过程中的引脚偏移、虚焊等问题。翘曲产生的内应力容易导致焊点开裂、失效,有时甚至会损坏生产设备,因此印制板的翘曲问题引起了电子组装厂商的广泛重视。

  造成印制板翘曲的因素很多,有材料本身的质量问题、材料选用问题、单板叠层设计问题,也有工艺制程问题等。IPC给出了印制板翘曲度的可接受标准:用于表面贴装的印制板允许最大翘曲和扭曲为0.75%,其他各种板子允许1.5%。

  实际生产中,目前国内外电子装配厂许可的印制板翘曲度标准一般为0.7%~0.75%,部分电子厂甚至提高到了0.3%;用于波峰焊的印制板对平整度的要求一般为翘曲度小于0.5mm,如果大于0.5mm则应进行整平处理。对于板厚在1.6mm以下的印制板,翘曲度还应更小。

  尺寸公差要求

  印制板应满足设计图纸规定的尺寸要求,但由于制造不准确或出于满足结构配合的要求,实际制造中会存在尺寸公差,加工PCB时应严格将其控制在公差允许范围内,避免影响后续装配和焊接。

  (1)外形尺寸公差

  外形尺寸涉及焊接和装配问题,现代电子产品设计布局越来越精密,对产品外形尺寸精度的要求越来越高,但受制于设备能力,目前PCB工厂公差控制能力并不能完全适应产品对公差的严格需求,因此在产品结构设计时应充分了解PCB工厂的实际加工能力。

  目前,主流板厂印制板外形尺寸极限偏差如下表所示。

  (2)厚度尺寸公差

  PCB厚度受制于基板材料本身公差、工厂加工能力、产品设计残铜率、材料胀缩等多种因素,很难精确控制,因此在产品结构布局时更应充分考虑到板厂公差能力,预留足够的设计余量。

  目前,主流板厂多层板厚度尺寸极限偏差(成品板)如下表所示。

  (3)孔径尺寸公差

  PCB孔径尺寸公差主要影响插件的安装。由于PCB的高集成度要求,各种高密度插接元器件开始应用在单板上,给PCB孔径公差控制提出了更加严格的要求。在PCB设计时应密切关注PCB厂家控制孔径公差的能力,避免出现后续组装问题。

  目前,主流板厂印制板厚度尺寸极限偏差(成品板)如下表所示。

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