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设计:pcb:start

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设计:pcb:start [2025/06/01 10:57] – [PP] hwwiki设计:pcb:start [2025/06/06 09:39] (当前版本) – [变形] hwwiki
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 标准详见[[https://max.book118.com/html/2021/1208/8016066076004053.shtm|IPC-4101C Specification for Base Materials for Rigid and multilayer Printed Boards]] 标准详见[[https://max.book118.com/html/2021/1208/8016066076004053.shtm|IPC-4101C Specification for Base Materials for Rigid and multilayer Printed Boards]]
  
-由PCB叠层图可知，PCB由覆铜板（芯板Core）和半固化片（Prepreg，简称PP）压合而成。+常用PCB板材见[[https://www.brpcb.com/bcggs/84.html|博锐电路：PCB板材汇总表]] 
 + 
 +由[[https://www.hwwiki.net/lib/exe/detail.php?id=%E8%AE%BE%E8%AE%A1%3Apcb%3Astart&media=%E8%AE%BE%E8%AE%A1:pcb:figure_1-5_a_built-up_multitechnology_pcb_stack-up.png|PCB叠层图]]可知，PCB由覆铜板（芯板Core）和半固化片（Prepreg，简称PP）压合而成。
  
 覆铜板的制作如下图，其材料为树脂、增强材料以及导电铜箔[([[https://mp.weixin.qq.com/s/IWvLdXUPJT8QjBvCYMyu2g|吴川斌：PCB打板之前必须要知道的FR-4]])]，树脂+增强材料先加工为PP，PP+铜箔即为覆铜板（芯板）。 覆铜板的制作如下图，其材料为树脂、增强材料以及导电铜箔[([[https://mp.weixin.qq.com/s/IWvLdXUPJT8QjBvCYMyu2g|吴川斌：PCB打板之前必须要知道的FR-4]])]，树脂+增强材料先加工为PP，PP+铜箔即为覆铜板（芯板）。
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 ==== PP ==== ==== PP ====
  
-美国NEMA制定的PP等级分类见下表，详见文档[[https://www.docin.com/p-582587020.html|NEMA LI 1-1998 Industrial Laminating Thermosetting Products]]（另有些特殊的，如陶瓷基板、铝基板）。+美国NEMA制定的PP等级分类见下表，详见文档[[https://www.docin.com/p-582587020.html|NEMA LI 1-1998 Industrial Laminating Thermosetting Products]]（另有些特殊的，如陶瓷基板[([[https://mp.weixin.qq.com/s/eNGa8WTtP_gFKg8wRrc8fA|常见陶瓷基板PCB板介绍]])]、铝基板）。
  
 |  等级  |  树脂  |  增强材料  |  是否阻燃  |  备注  | |  等级  |  树脂  |  增强材料  |  是否阻燃  |  备注  |
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 ED铜箔表面较粗糙，按粗糙度分为LP（低轮廓）、VLP（超低轮廓）和HVLP（甚超低轮廓），成本低，PCB行业通常使用的都是ED铜箔。 ED铜箔表面较粗糙，按粗糙度分为LP（低轮廓）、VLP（超低轮廓）和HVLP（甚超低轮廓），成本低，PCB行业通常使用的都是ED铜箔。
  
-常用铜箔厚度为1/2oz或者1oz，厚度越厚，可流经的电流越大，散热越好，但一般成本也更高。+常用铜箔厚度为1/2oz(17.5um)或者1oz(35um)，厚度越厚，可流经的电流越大，散热越好，但一般成本也更高。
  
  
行 63: 行 65:
  
 {{:设计:pcb:core_kb-6164_.png?800|}} {{:设计:pcb:core_kb-6164_.png?800|}}
 +
 +==== FR-4参数 ====
 +
 +主要参数如下[([[https://mp.weixin.qq.com/s/pJM6CNmi7xbxwqkg6COI0g|吴川斌：PCB下单时板材选择的关键考虑因素]])]，示例规格书见{{ :设计:pcb:kb-6164.pdf | 建滔：KB-6164}}
 +
 +**玻璃化转变温度Tg**：材料从相对刚性的或“玻璃态”状态转变为更具可变形性或软化状态的温度。
 +
 +如下图所示，Tg温度以下厚度变化小，Tg以上厚度变化大。
 +
 +{{:设计:pcb:使用热机械分析_tma_测量玻璃化转变温度_tg_.png?400|}}
 +
 +Tg按温度的高低，常被分为如下三种。Tg应比长期工作温度高出约20-30°C，另Tg温度越高，一般其性能越好，但成本越高。
 +  - 低Tg：130°C
 +  - 中Tg：150°C
 +  - 高Tg：170°C
 +
 +**分解温度 Td**：树脂系统实际发生化学和物理降解的指标，通常定义为样品质量损失5%时的温度。
 +
 +分解曲线如下图所示，有铅和无铅的SMT温度不同，建议在SMT温度下，其分解率小于2%。
 +
 +{{:设计:pcb:两种具有175_c_tg值的fr-4材料的分解曲线.png?400|}}
 +
 +**分层时间 T260 / T288**：材料在特定温度下发生分层（通过尺寸变化表现出）的时间与温度的关系。
 +
 +温度越高，发生分层的概率越低，按IPC-4101E/101的标准，T260 > 30 分钟，T288 > 5 分钟。
 +
 +**热膨胀系数 CTE**：描述加热时材料膨胀的属性。
 +
 +X Y方向，各层的膨胀系数尽量一致，避免上下层错位；Z方向则需和铜的膨胀率（大约17ppm/°C）匹配，避免孔壁内的镀铜破裂。
 +
 +高Tg的材料，其膨胀系数在SMT温度或使用温度下一般也较低，另厚度越大，其对Z方向CTE和铜匹配要求越高。
 +
 +**介电常数Dk（Dielectric Constant）**：其随频率变化，另X Y Z轴方向可能不同，FR-4通常为3.8~4.6。对于高频应用，建议选择低Dk且变化小的材料[([[https://mp.weixin.qq.com/s/ir0eHQ6-Gh9bPVBDRePg4A|罗杰斯：了解电路材料Dk值的具体含义可减少设计更改]])]。
 +
 +{{:设计:pcb:dk-freq.png?600|https://www.rogerscorp.cn/advanced-electronics-solutions/kappa-438-laminates}}
 +
 +**介质损耗Df（Loss Tangent）**：不同频率，其介质损耗差异大，如下图，对于高频应用，要确认其最高频率下的损耗是否满足电路要求。概念介绍详见[[https://mp.weixin.qq.com/s/R_gYy2vxu6-JZu0hbJrWJg|硬十：PCB的介质损耗角是什么“∠”？]]。
 +
 +{{:设计:pcb:df-freq.png?600| https://www.rogerscorp.cn/advanced-electronics-solutions/kappa-438-laminates}}
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 ====分类==== ====分类====
  
-如上图所示，过孔分为如下三种：+如[[https://www.hwwiki.net/lib/exe/detail.php?id=%E8%AE%BE%E8%AE%A1%3Apcb%3Astart&media=%E8%AE%BE%E8%AE%A1:pcb:figure_1-5_a_built-up_multitechnology_pcb_stack-up.png|PCB叠层图]]所示，过孔分为如下三种：
   - 通孔(through via): 连接PCB Top和Bottom层，按照是否覆铜分为电镀孔（Plated）和非电镀孔（Unplated）。   - 通孔(through via): 连接PCB Top和Bottom层，按照是否覆铜分为电镀孔（Plated）和非电镀孔（Unplated）。
   - 盲孔(Blind via): 连通PCB 表层和内层。   - 盲孔(Blind via): 连通PCB 表层和内层。
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 在线工具：[[https://www.911eda.com/pcb-design-calculators/via-properties-calculator/|PCB Via Properties Calculator]] 在线工具：[[https://www.911eda.com/pcb-design-calculators/via-properties-calculator/|PCB Via Properties Calculator]]
 +
 +===== 叠层 =====
 +
 +芯板、PP板层数加上不同的过孔（通孔、盲孔和埋孔），形成了不同的叠层，如[[https://www.hwwiki.net/lib/exe/detail.php?id=%E8%AE%BE%E8%AE%A1%3Apcb%3Astart&media=%E8%AE%BE%E8%AE%A1:pcb:figure_1-5_a_built-up_multitechnology_pcb_stack-up.png|PCB叠层图]]所示。
 +
 +依据孔的不同，只有通孔的为通孔板，有盲孔或埋孔的为HDI板（High Density Inverter），通孔板成本低、加工快，非必要不推荐HDI板。
 +
 +根据打孔的方法，分为机械孔和激光孔，激光孔只能打穿PP板，不能打穿带金属的芯板。所以穿过芯板的过孔都是机械孔，其他的一般都是激光孔。
 +
 +HDI根据激光孔种类（对称的为同一种，以六层板为例，如L1-L2和L6-L5为同一种孔），分为一阶、二阶直至任意阶，阶数越多，成本越高，但布线越方便，推荐阶数尽量少。
 +
 +对于二阶以上，根据过孔位置是否错位，分为错孔板和叠孔板，叠孔板成本高可靠性差，如果不是出线问题，尽量不选用。
 +
 +以六层板为例，示意图如下[([[https://www.brpcb.com/pcb-layout/350.html|博锐电路：六层HDI（1阶、2阶、任意阶）叠层阻抗]])]：
 +
 +{{:设计:pcb:hdi叠层.jpg?600|}}
 +
 +对于同样的阶数和层数，依据不同的过孔，可以有不同的压合次数，压合次数越少，成本更低，加工更快，可靠性也更好。但过孔种类少，PCB布线较困难。
 +
 +举例如下图，一次压合的因没有内层L2-L5的过孔，可以一次把所有的PP和芯板压合，而二次压合，需要L2-L5压合好打完过孔后，再压合最外层的PP。
 +
 +{{:设计:pcb:一次压合六层一阶hdi叠层.png?600|}}
 +
 +{{:设计:pcb:二次压合六层一阶hdi叠层.png?600|}}
 +
 +典型的叠层见如下链接：
 +  - [[https://www.brpcb.com/pcb-layout/350.html|博锐电路：六层HDI（1阶、2阶、任意阶）叠层阻抗]]
 +  - [[https://www.brpcb.com/pcb-layout/360.html|博锐电路：八层HDI（1阶、2阶、3阶、任意阶）叠层阻抗]]
 +  - [[https://www.brpcb.com/pcb-layout/390.html|博锐电路：十层HDI（1阶、2阶、3阶、4阶、任意阶）叠层阻抗]]
 +
 +
 +
 +
 +
  
 ===== 工艺 ===== ===== 工艺 =====
行 217: 行 302:
 OSP导致SMT焊接不良的分析见[[https://mp.weixin.qq.com/s/VNXDIR7FL8_UXEI3FZWvEQ|OSP表面处理PCB 焊接不良原因分析和改善对策]] OSP导致SMT焊接不良的分析见[[https://mp.weixin.qq.com/s/VNXDIR7FL8_UXEI3FZWvEQ|OSP表面处理PCB 焊接不良原因分析和改善对策]]
  
 +===== 加工流程 =====
 +
 +典型的4层通孔板主要制作工艺如下图所示[([[https://mp.weixin.qq.com/s/8M2aliPZwiDa7JAiKKe7BA|吴川斌：PCB设计需要知道的多层板工艺
 +]])]，注意不同层数、过孔、工艺的流程是不同的，如有盲埋孔的话，则有二次钻孔；如六层板以上，则一般有二次层压。
 +
 +{{:设计:pcb:pcb加工流程.png?800|}}
 +
 +科普视频见：[[https://www.bilibili.com/video/BV1Mi4y1i7bT/?vd_source=4e18cacc734c9c201016f9217a92de9a|pcb电路板的完整制造流程]]
 +
 +板厂华秋电子的流程介绍视频见：[[https://space.bilibili.com/677486623/lists/5182751?type=season|华秋电子：【从零探索】PCB工艺系列]]
 +
 +===== 测试 =====
 +
 +PCB加工出来之后，需要经过测试，以便筛选出不良板，比如短路、开路、漏电等。
 +
 +测试的方法列表如下[([[https://www.jc-pcba.com/news/Infodetial/1443|捷创：PCBA 制造中常用质量检测方法的优劣与适用场景]])] [([[https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg2NzExNDg2MA==&mid=2247490820&idx=2&sn=a3d451c1ba486a9d39f650db491d70e0&chksm=cf523fff732ec450d75d7e8d6744600049e944c7828af530ca0326ba6f2d6e75aaf822c832a9#rd|华秋电子：PCB测试四大方式你都了解吗？内含治具的DFM（可制造性）设计！]])]，常用的是小批量用AOI+飞针测试，大批量用AOI+治具测试，治具测试夹具的成本在千元左右。
 +
 +|  **检测类型​​**  |  **​​方法​​**  |  **技术原理​**  |  **​​核心优势​​**  |  **​​核心劣势​​**  |**​​适用场景​​**  |
 +|  **​​外观检测​​**  |  人工目检  |  人工借助放大镜/显微镜观察   |▶ 成本低、灵活性强  |▶ 漏检率高（尤其微小缺陷）  |小批量样机、维修初步筛选  |
 +|:::|:::|:::|▶ 无需复杂设备  |▶ 效率低下  |:::|
 +|:::|  AOI光学检测  |  高分辨率相机+图像算法分析表面缺陷   |▶ 精度高（±0.05mm）  |▶ 设备昂贵  |初步检查筛选  |
 +|:::|:::|:::|▶ 自动化高效检测  |▶ 存在遮挡盲区  |:::|
 +|:::|:::|:::|▶ 数据可追溯  |▶ 光照敏感  |:::|
 +|  **​​电气性能检测​​ **  |  治具测试  |  针床夹具多点接触测试电气性能   |▶ 高效批量测试  |▶ 夹具开发成本高、周期长  |大规模量产  |
 +|:::|:::|:::|▶ 全面检测电气参数  |   |:::|
 +|:::|  飞针测试  |  移动探针接触测试点进行电气测量   |▶ 无夹具成本  |▶ 效率低（逐点测试）  |小批量/高复杂度板  |
 +|:::|:::|:::|▶ 适应复杂设计  |   |:::|
 +|  **​​内部结构检测​​**  |  X射线检测  |  X 射线穿透 PCB，根据不同材料造成的不同衰减成像，分析内部结构。  |▶ 无损透视焊点/内部缺陷  |▶ 设备昂贵  |高可靠性产品  |
 +|:::|:::|:::|▶ 检测隐藏性问题（气孔/虚焊）  |▶ 辐射防护要求高  |:::|
 +|:::|:::|:::|   |▶ 需专业操作  |:::|
 +
 +对于飞针测试，有不同的方案，如充/放电时间法、电感测量法、电容测量法、相位差方法等，详见[[https://mp.weixin.qq.com/s/HETO47UMHgQPVZJn8ZBW8A|硬十：PCB的飞针测试
 +]]
 +
 +===== 失效 =====
 +
 +==== 变形 ====
 +
 +IPC-6012E标准：表面贴装元器件，最大弓曲扭曲0.75%；对于所有其他的PCB，最大弓曲扭曲0.75%。工厂一般要求是0.5%。
 +
 +弓曲和扭曲是两种不同的变形（如下图），测试方法详见：[[https://mp.weixin.qq.com/s/Qn58DhlknugvKI8c8EXrhw|蒋修国：谈一谈PCB翘曲度的标准以及如何测量]]
 +
 +{{:设计:pcb:弓曲扭曲.png?800|}}
 +
 +按照变形的来源，分别为PCB设计、加工、SMT、装配[([[https://mp.weixin.qq.com/s/KZ9DduzMyRNHy4RsR2x4XA|硬十：为什么PCB变形弯曲？如何解决？]])] [([[https://mp.weixin.qq.com/s/5I__YkMtPdL7_l72BS-lSQ|SMT电路板板弯板翘曲的原因、危害及解决方法详解！]])]。
 +
 +**PCB设计：**
 +  * PCB板或拼版面积太大：减小面积，或增加PCB厚度。
 +  * 板子太薄：不建议使用1mm以下厚度。
 +  * 元器件重量分布不均匀：避免PCB中间过重，可把重的元器件放在拼版工艺边旁边。
 +  * 铺铜面积不对称：对称面的铺铜尽量差异小，如单层贴片PCB，其另一面可考虑铺网格铜，减少铺铜面积。
 +  * 过孔分布不均：过孔会限值板子涨缩，避免大面积密集过孔，避免孔径过大。
 +  * V-Cut拼版：V-Cut地方连接弱，可优化V-Cut加强连接强度，减小V-Cut尺寸，或改为邮票孔等。
 +
 +**PCB加工**
 +  * 低Tg板材：Tg越低，其SMT高温时的变形量越大，可改为用中高Tg板材，但中高Tg板材成本高。
 +  * 叠层不对称：例如6层板L1~L2和L5~L6，其使用的板材型号应该一致，铜厚也应相同。
 +  * 工厂工艺问题：加工过程中层压、阻焊字符烘烤、存放等容易造成PCB变形，找板厂解决。
 +
 +**SMT贴片**
 +  * 贴片温度剧烈变化：降低温度变化的速度，这需要工厂贴片工程师确认，避免出现焊接问题。
 +  * SMT终极改善方案：增加过炉托盘治具来改善，下方单层托盘无效的话， 则加上下上层，可明显改善由于PCB设计和加工出现的变形问题。
 +
 +**装配**
 +  * 底面不平整或者安装孔错位：更改结构或PCB，并预留一定的余量，以便两者适配。
 +
 +==== 起泡分层 ====
 +
 +起泡：一种表现为层压基材的任何层与层之间，或基材与导电薄膜或保护性图层之间的局部膨胀与分离的分层形式；
 +
 +分层：印制板内基材的层间，基材与导电箔间或其它间的分离。
 +
 +{{:设计:pcb:pcb起泡分层.png?600|}}
  
 +原因即对策如下[([[https://www.brpcb.com/skills/583.html|博锐电路：PCB爆板分层原因分析]])]：
 +  - SMT焊接温度过高、变温过快：适当降低温度及其变化的速度。
 +  - PCB来料问题，如工艺不当、板材（低Tg或Td）差等：找板厂解决。
 +  - PCB存储不当，如时间过长、密封干燥不当导致内部水分过大：SMT贴片前烘烤PCB，详见[[https://www.brpcb.com/skills/10.html|博锐电路：PCB存放时间有多久]]。
设计/pcb/start.1748746634.txt.gz · 最后更改: 2025/06/01 10:57 由 hwwiki