研发工艺设计规范.docx

研发工艺设计规范1.范围和简介1.1 范围本规范规定了研发设计中的相关工艺参数。本规范适用于研发工艺设计1.2简介本规范从PCB外形，材料叠层，基准点，器件布局，走线，孔，阻焊，表面处理方式，丝印设计等多方面，从DFM角度定义了PCB的相关工艺设计参数。 2.引用规范性文件下面是引用到的企业标准，以行业发布的最新标准为有效版本。序号编号名称1IPC-A-610D电子产品组装工艺标准2IPC-A-600G印制板的验收条件3IEC60194印刷板设计，制造与组装术语与定义4IPC-SM-782 Surface Mount Design and Land Pattern Standard 5IPC-7095ADesign and Assembly Process Implementation for BGAs6SMEMA3.1Fiducial Design Standard 3 术语和定义 细间距器件：pitch0.65mm异型引脚器件以及pitch0.8mm的面阵列器件。Stand off：器件安装在PCB板上后，本体底部与PCB表面的距离。PCB表面处理方式缩写：热风整平（HASL喷锡板）：Hot Air Solder Leveling 化学镍金（ENIG）：Electroless Nickel and Immersion Gold 有机可焊性保护涂层（OSP）：Organic Solderability Preservatives 说明：本规范没有定义的术语和定义请参考印刷板设计，制造与组装术语与定义（IEC60194）4. 拼板和辅助边连接设计4.1 V-CUT连接1当板与板之间为直线连接，边缘平整且不影响器件安装的PCB可用此种连接。V-CUT为直通型，不能在中间转弯。2V-CUT设计要求的PCB推荐的板厚3.0mm。3对于需要机器自动分板的PCB，V-CUT线两面（TOP和BOTTOM面）要求各保留不小于1mm的器件禁布区，以避免在自动分板时损坏器件。图1 ：V-CUT自动分板PCB禁布要求同时还需要考虑自动分板机刀片的结构，如图2所示。在离板边禁布区5mm的范围内，不允许布局器件高度高于25mm的器件。采用V-CUT设计时以上两条需要综合考虑，以条件苛刻者为准。保证在V-CUT的过程中不会损伤到元器件，且分板自如。此时需考虑到V-CUT的边缘到线路（或PAD）边缘的安全距离“S”，以防止线路损伤或铜，一般要求S0.3mm。如图4所示。 4.2邮票孔连接4推荐铣槽的宽度为2mm。铣槽常用于单元板之间需留有一定距离的情况，一般与V-CUT和邮票孔配合使用。5邮票孔的设计：孔间距为1.5mm，两组邮票孔之间推荐距离为50mm。见图5 4.3拼版方式推荐使用的拼版方式有三种：同方向拼版，中心对称拼版，镜像对称拼版。6当PCB的单元板尺寸60.0mm，在垂直传送边的方向上拼版数量不应超过2。 9如果单元板尺寸很小时，在垂直传送边的方向拼版数量可以超过3，但垂直于单板传送方向的总宽度不能超过150.0mm，且需要在生产时增加辅助工装夹具以防止单板变形。10同方向拼版l 规则单元板采用V-CUT拼版，如满足4.1的禁布要求，则允许拼版不加辅助边 l 不规则单元板当PCB单元板的外形不规则或有器件超过板边时，可采用铣槽加V-CUT的方式。11 中心对称拼版 l l 中心对称拼版适用于两块形状较不规则的PCB，将不规则形状的一边相对放置中间，使拼版后形状变为规则。l 不规则形状的PCB对称，中间必须开铣槽才能分离两个单元板l 如果拼版产生较大的变形时，可以考虑在拼版间加辅助块（用邮票孔连接）l l 有金手指的插卡板，需将其对拼，将其金手指朝外，以方便镀金。12 镜像对称拼版 使用条件：单元板正反面SMD都满足背面过回流焊焊接要求时，可采用镜像对称拼版。 操作注意事项：镜像对称拼版需满足PCB光绘的正负片对称分布。以4层板为例：若其 中第2层为电源/地的负片，则与其对称的第3层也必须为负片，否则不能采用镜像对称拼版。 图11 ：镜像对称拼版示意图 采用镜像对称拼版后，辅助边的Fiducial mark 必须满足翻转后重合的要求。具体的位置要求请参见下面的拼版的基准点设计。 4.4辅助边与PCB的连接方法 13 一般原则 l l 器件布局不能满足传送边宽度要求（板边5mm禁布区）时，应采用加辅助边的方法。 l l PCB板边有缺角或不规则的形状时，且不能满足PCB外形要求时，应加辅助块补齐，时期规则，方便组装。图12 ：补规则外形PCB补齐示意图 14 板边和板内空缺处理 当板边有缺口，或板内有大于35mm*35mm的空缺时，建议在缺口增加辅助块，以便SMT和波峰焊设备加工。辅助块与PCB的连接一般采用铣槽邮票孔的方式。 图13 ：PCB外形空缺处理示意图 5. 器件布局要求 5.1 器件布局通用要求 15 有极性或方向的THD器件在布局上要求方向一致，并尽量做到排列整齐。对SMD器件，不能满足方向一致时，应尽量满足在X、Y方向上保持一致，如钽电容。 16 器件如果需要点胶，需要在点胶处留出至少3mm的空间。 17 需安装散热器的SMD应注意散热器的安装位置，布局时要求有足够大的空间，确保不与其它器件相碰。确保最小0.5mm的距离满足安装空间要求。 说明：1、热敏器件（如电阻电容器、晶振等）应尽量远离高热器件。 2、热敏器件应尽量放置在上风口，高器件放置在低矮元件后面，并且沿风阻最小的方向排布放置风道受阻。 图 14 ：热敏器件的放置 18 器件之间的距离满足操作空间的要求（如：插拔卡）。 图15 ：插拔器件需要考虑操作空间 19 不同属性的金属件或金属壳体的器件不能相碰。确保最小1.0mm的距离满足安装要求。 5.2 回流焊 5.2.1 SMD器件的通用要求 20 细间距器件推荐布置在PCB同一面，并且将较重的器件（如电感，等）器件布局在Top面。防止掉件。 21 有极性的贴片尽量同方向布置，防止较高器件布置在较低器件旁时影响焊点的检测，一般要求视角10mm。 34 通孔回流焊器件焊盘边缘与传送边的距离10mm，与非传送边距离5mm。5.3 波峰焊 5.3.1 波峰焊SMD器件布局要求 35 适合波峰焊接的SMD l 大于等于0603封装，且Standoff值小于0.15的片式阻容器件和片式非露线圈片式电感。l PITCH1.27mm，且Standoff值小于0.15mm的SOP器件。l PITCH1.27mm，引脚焊盘为外露可见的SOT器件。 注：所有过波峰焊的全端子引脚SMD高度要求2.0mm；其余SMD器件高度要求4.0mm。 36 SOP器件轴向需与过波峰方向一致。SOP器件在过波峰焊尾端需增加一对偷锡焊盘。如图23所示 图 23 ：偷锡焊盘位置要求 37 SOT-23封装的器件过波峰焊方向按下图所以定义。 图 24 ：SOT器件波峰焊布局要求 38 器件间距一般原则：考虑波峰焊接的阴影效应，器件本体间距和焊盘间距需保持一定的距离。 l 相同类型器件距离图25：相同类型器件布局表3：相同类型器件布局要求数值表不同类型器件距离：焊盘边缘距离1.0mm。器件本体距离参见图26、表4的要求。图 26 ：不同类型器件布局图 表4：不同类型器件布局要求数值表5.3.2 THD器件通用布局要求 39 除结构有特殊要求之外，THD器件都必须放置在正面。 40 相邻元件本体之间的距离，见图27。 图 27 ：元件本体之间的距离 41 满足手工焊接和维修的操作空间要求，见图28 图28 ：烙铁操作空间 5.3.3 THD器件波峰焊通用要求 42 优选pitch2.0mm ，焊盘边缘间距1.0mm的器件。在器件本体不相互干涉的前提下，相邻器件焊盘边缘间距满足图29要求： 图 29 ：最小焊盘边缘距离 43 THD每排引脚数较多时，以焊盘排列方向平行于进板方向布置器件。当布局上有特殊要求，焊盘排列方向与进板方向垂直时，应在焊盘设计上采取适当措施扩大工艺窗口，如椭圆焊盘的应用。THD当相邻焊盘边缘间距为0.6mm-1.0mm 时，推荐采用椭圆形焊盘或加偷锡焊盘。 图 30 ：焊盘排列方向(相对于进板方向) 6. 孔设计 6.1 过孔 6.1.1 孔间距 图 31 ：孔距离要求 44 孔与孔盘之间的间距要求：B5mil；45 孔盘到铜箔的最小距离要求：B1&B25mil； 46 金属化孔（PTH）到板边（Hole to outline）最小间距保证焊盘距离板边的距离：B320mil。 47 非金属化孔（NPTH）孔壁到板边的最小距离推荐D40mil。 6.1.2 过孔禁布区 48 过孔不能位于焊盘上。 49 器件金属外壳与PCB接触区域向外延伸1.5mm区域内不能有过孔。 6.2 安装定位孔 6.2.1 孔类型选择 表5 安装定位孔优选类型图32：孔类型6.2.2 禁布区要求7 阻焊设计 7.1 导线的阻焊设计 50 走线一般要求覆盖阻焊。有特殊要求的PCB可以根据需要使走线裸铜。 7.2 孔的阻焊设计 7.2.1 过孔 51 过孔的阻焊开窗设置正反面均为孔径5mil。如图33所示 图 33 ：过孔的阻焊开窗示意图7.2.2 孔安装 52 金属化安装孔正反面禁布区内应作阻焊开窗。 图 34 ：金属化安装孔的阻焊开窗示意图 53 有安装铜箔的非金属化安装孔的阻焊开窗大小应该与螺钉的安装禁布区大小一致。 图 35 ：非金属化安装孔阻焊设计 54 过波峰焊类型的安装孔（微带焊盘孔）阻焊开窗推荐为：图 36 ：微带焊盘孔的阻焊开窗 7.2.3 定位孔 55 非金属化定位孔正反面阻焊开窗比直径大10mil。 图 37 ：非金属化定位孔阻焊开窗示意图 7.2.4 过孔塞孔设计 56 需要塞孔的孔在正反面阻焊都不开窗。 57 需要过波峰焊的PCB，或者Pitch1.0mm的BGA/CSP，其BGA过孔都采用阻焊塞孔的方法。 58 如果要在BGA下加ICT测试点，推荐用狗骨头形状从过孔引出测试焊盘。测试焊盘直径32mil，阻焊开窗40mil。图 38 ：BGA测试焊盘示意图 59 如果PCB没有波峰焊工序，且BGA的Pitch1.0mm，不进行塞孔。BGA下的测试点，也可以采用以下方法：直接BGA 过孔做测试孔，不塞孔，T面按比孔径大5mil阻焊开窗，B面测试孔焊盘为32mil，阻焊开窗40mil。 7.3 焊盘的阻焊设计 60 推荐使用非阻焊定义的焊盘（Non Solder Mask Defined）。 图 39 ：焊盘的阻焊设计 61 由于PCB厂家有阻焊对位精度和最小阻焊宽度的限制，阻焊开窗应比焊盘尺寸大6mil 以上（一边大3mil），最小阻焊桥宽度3mil。焊盘和孔、孔和相邻的孔之间一定要有阻焊桥间隔以防止焊锡从过孔流出或短路。图 40： 焊盘阻焊开窗尺寸 表7 ：阻焊设计推荐尺寸项目最小值插件焊盘阻焊开窗尺寸（A）3走线与插件之间的阻焊桥尺寸（B）2SMT焊盘阻焊开窗尺寸（C）3SMT焊盘之间的阻焊桥尺寸（D）3SMT焊盘和插件之间的阻焊桥尺寸（E）3插件焊盘之间的阻焊桥（F）3插件焊盘和过孔之见的阻焊桥（G）3过孔和过孔之间的阻焊桥大小（H）362 引脚间距0.5mm（20mil），或者焊盘之间的边缘间距10mil的SMD，可采用整体阻焊开窗的方式，如图41所示。图 41 ：密间距的SMD阻焊开窗处理示意图63 散热用途的铺铜推荐阻焊开窗。 7.4 金手指的阻焊设计 64 金手指的部分的阻焊开窗应开整窗，上面和金手指的上端平齐，下端要超出金手指下面的板边。见图42所示。 图 42 ：金手指阻焊开窗示意图 8. 走线设计 8.1 线宽/线距及走线安全性要求 65 线宽/线距设计与铜厚有关系，铜厚越大，则需要的线宽/线距就越大。外层/内层对应推荐的线宽/线距如表8 表8 推荐的线宽/线距 铜厚外层线宽/线距（mil）内层线宽/线距（mil）HOZ,1OZ4/54/42OZ6/66/63OZ8/88/8 66 外层走线和焊盘的距离建议满足图43的要求：图 43 ：走线到焊盘的距离 67 走线距板边距离20mil，内层电源/地距板边距离20mil，接地汇流线及接地铜箔距离板边也应大于20mil。 68 在有金属壳体（如，散热片）直接与PCB接触的区域不可以有走线。器件金属外壳与PCB接触区域向外延伸1.5mm区域为表层走线禁布区。 图 44 ：金属壳体器件表层走线过孔禁布区 69 走线到非金属化孔之间的距离 表 9 走线到金属化孔之间的距离 孔径走线距离孔边缘的距离NPTH80mil 安装孔见安装孔设计非安装孔8mil80milNPTH120mil安装孔见安装孔设计非安装孔16mil 8.2 出线方式 70 元件走线和焊盘连接要避免不对称走线。图 45 ：避免不对称走线 71 元器件出现应从焊盘端面中心位置引出。 图 46 ：焊盘中心引出 图 47 ：焊盘中心出线 72 当和焊盘连接的走线比焊盘宽时，走线不能覆盖焊盘，应从焊盘末端引线；密间距的SMT焊盘引脚需要连接时，应从焊盘外部连接，不容许在焊脚中间直接连接。 图 48：焊盘出线要求 （一） 图 49 ：焊盘出线要求（二） 73 走线与孔的连接，推荐按以下方式进行图 50：走线与过孔的连接方式 8.3 覆铜设计工艺要求 74 同一层的线路或铜分布不平衡或者不同层的铜分布不对称时，推荐覆铜设计。 75 外层如果有大面积的区域没有走线和图形，建议在该区域内铺铜网格，使得整个板面的铜分布均匀。 76 推荐铺铜网格间的空方格的大小约为25mil*25mil。 图 51：网格的设计 9 丝印设计 9.1 丝印设计通用要求77 通用要求 l 丝印的线宽应大于5mil，丝印字符高度确保裸眼可见（推荐大于50mil）。l 丝印间的距离建议最小为8mil。 l 丝印不允许与焊盘、基准点重叠，两者之间应保持6mil的间距。l 白色是默认的丝印油墨颜色，如有特殊需求，需要在PCB钻孔图文中说明。 l 在高密度的PCB设计中，可根据需要选择丝印的内容。丝印字符串的排列应遵循正视时代号的排序从左至右、从下往上的原则。 9.2 丝印的内容 78 丝印的内容包括：“PCB名称”、“PCB版本”、元器件序号”、“元器件极性和方向标志”、“条形码框 ”、“安装孔位置代号”、“元器件、连接器第一脚位置代号”、“过板方向标志”、“防静电标志”、“散热器丝印”、等。 79 PCB板名、版本号： 板名、版本应放置在PCB的Top面上，板名、版本丝印在PCB上优先水平放置。板名丝印的字体大小以方便读取为原则。要求Top面和Bottom还分别标注“T”和“B”丝印。80 条形码（可选项）： l 方向：条形码在PCB上水平/垂直放置，不推荐使用倾斜角度；l 位置：标准板的条形码的位置参见下图；非标准板框的条形码位置，参考标准板条形码的位置。 图 52 ：条形码位置的要求 81 元器件丝印： l 元器件、安装孔、定位孔以及定位识别点都对应的丝印标号，且位置清楚、明确。 l l 丝印字符、极性与方向的丝印标志不能被元器件覆盖。l 卧装器件在其相应位置要有丝印外形（如卧装电解电容）。 82 安装孔、定位孔： 安装孔在PCB上的位置代号建议为“M*”，定位空在PCB上的位置代号建议为“P*”。 83 过板方向： 对波峰焊接过板方向有明确要求的PCB需要标识出过板方向。适用情况：PCB设计了偷锡焊盘、泪滴焊盘、或器件波峰焊接方向有特定要求等。 84 散热器： 需要安装散热器的功率芯片。若散热器投影比器件大，则需要用丝印画出散热片的真实尺寸大小。 85 防静电标识： 防静电标识丝印优先放置在PCB的Top面上。 12 PCB叠层设计 10.1 叠层方式 86 PCB叠层方式推荐为Foil叠法。 说明：PCB叠法一般有两种设计：一种是铜箔加芯板（Core）的结构，简称为Foil叠法；另一种是芯板（Core）叠加的方法，简称Core叠法。特殊材料多层板以及板材混压时可采用Core叠法。 图 53 ：PCB制作叠法示意图 87 PCB外层一般选用0.5OZ的铜箔，内层一般选用1OZ的铜箔；尽量避免在内层使用两面铜箔厚度不一致的芯板。 88 PCB叠法采用对称设计。 对称设计指绝缘层厚度、半固化片类别、铜箔厚度、图形分布类型（大铜箔层、线路层）尽量相对于PCB的垂直中心线对称。 图 54 ：对称设计示意图 10.2 PCB设计介质厚度要求 89 PCB缺省层间介质厚度设计参考表 10： 表 10 ：缺省的层厚要求层间介质厚度（mm）类型1-22-33-44-55-66-77-88-99-1010-1111-121.6mm四层板0.360.710.362.0mm四层板0.361.130.362.5mm四层板0.401.530.403.0mm四层板0.401.930.4011 PCB尺寸设计总则 11.1 可加工的PCB尺寸范围 90 尺寸范围如表 11 所示： 图 55 ：PCB外形示意图 表11 ：PCB尺寸要求91 PCB宽厚比要求Y/Z150。92 单板长宽比要求X/Y293 板厚0.8mm以下, Gerber各层的铜箔分布均匀，以防止板弯。小板拼版数量较多建议SMT使用治具。 94 如果单元板尺寸在传送边器件禁布区尺寸上不能满足上述要求时建议在相应的板边增加5mm宽的辅助边。 图 56 ：PCB辅助边设计要求一 95 除了结构件等特殊需要外，其器件本体不能超过PCB边缘，且须满足： l 引脚焊盘边缘（或器件本体）距离传送边5mm的要求。 l l 当有器件（非回流焊接器件）在传送边一侧伸出PCB外时，辅助边的宽度要求： 图 57 ： PCB辅助边设计要求二 l l 当有器件（非回流焊接器件）在传送边一侧伸出PCB外，且器件需要沉到PCB内时，辅助边的宽度要求如下：图 58 ：PCB辅助边设计要求三 12 基准点设计 12.1 分类 96 根据基准点在PCB上的位置和作用分为：拼版基准点，单元基准点，局部基准点。 图 59 ：基准点分类 12.2 基准点结构 12.2.1 拼版基准点和单元基准点 97 外形/大小：直径为1.0mm实心圆。阻焊开窗：圆心为基准点圆心，直径为2.0mm圆形区域。保护铜环：中心为基准点圆心，对边距离为3.0mm的八边形铜环。 图 60 ：单元Mark点结构 12.2.2 局部基准点 98 大小/形状：直径为1.0mm的实心圆。阻焊开窗：圆心为基准点圆心，直径为2.0mm的圆形区域。保护铜环：不需要。图 61 ：局部Mark结构 12.3 基准点位置 99 一般原则：经过SMT设备加工的单板必须放置基准点；不经过SMT设备加工的PCB无需基准点。 单面基准点数量3。 SMD单面布局时，只需SMD元件面放置基准点。 SMD双面布局时，基准点需双面放置；双面放置的基准点，出镜像拼版外，正反两面的基准点位置要求基本一致。 图 62 ：正反面基准点位置基本一致 12.3.1 拼版的基准点 100 拼版需要放置拼版基准点，单元基准点。 拼版基准点和单元基准点数量各为三个。在板边呈“L”形分布。尽量远离。拼版基准点的位置要求见图 63： 图 63 ：辅助边上基准点的位置要求 采用镜像对称拼版时，辅助边上的基准点需要满足翻转后重合的要求。 12.3.2 单元板的基准点 101 基准点数量为3个，在板边呈“L”形分布，个基准点之间的距离尽量远。基准点中心距离板边必须大于6.0mm，如不能保证四个边都满足，则至少保证传送边满足要求。 12.3.3 局部基准点 102 引脚间距小于0.4mm的翼形引脚封装器件和引脚间距0.8mm的面阵列封装器件等需要放置局部基准点。 局部基准点数量为2个，在以元件中心为原点时，要求两个基准点中心对称。 图 64 ：局部Mark点相对于器件中心点中心对称 13 表面处理 13.1 热风整平 13.1.1 工艺要求 103 该工艺是在PCB最终裸露金属表面覆盖的锡银铜合金。热风整平锡银铜合金镀层的厚度要求为1um至25um。 13.1.2 使用范围 104 热风整平工艺对于控制镀层的厚度和焊盘图形较为困难，不推荐使用有细间距元件的PCB。原因是细间距元器件对焊盘平整度要求高；热风整平工艺的热冲击可能会导致PCB翘曲，厚度小于0.7mm的超薄PCB不推荐使用该表面处理方式。 13.2 化学镍金 13.2.1 工艺要求 105 化学镍金系化镍浸金的简称，PCB铜金属面采用的非电解镍层镀层为2.5um-5.0um，浸金（99.9的纯金）层的厚度为0.08um-0.23um。 13.2.2 使用范围 106 因能提供较为平整的表面，此工艺适用于细间距元件的PCB。 13.3 有机可焊性保护膜 107 英文缩写为OSP，此工艺是指在裸露的PCB铜表面用特定的有机物进行表面的覆盖，目前唯一 推荐的该有机保护层为Enthones Entek Plus Cu-106A，其厚度要求为0.2um-0.5um，因其能提供非常平整的PCB表面，尤其适合于细间距元件的PCB。14 输出文件的工艺要求 14.1 装配图要求 108 要求有板名、版本号、拼版方式说明、版本信息。 14.2 钢网图要求 109 要求有板名、版本号说明。 14.3 钻孔图内容要求 110 板名、版本号、板材、表面处理方式、板厚、层数、层间排布、孔径、孔的属性、尺寸及其公差，以及其它特殊要求说明。 15 附录 15.1 “PCBA四种主流工艺方式” l 单面贴装 图 65 ：单面贴装示意图 l l 单面混装 图 66 ：单面混装示意图 l l 双面贴装 图 67 ：双面贴装示意图 l l 常规波峰焊双面混装图 68 ：常见波峰焊双面混装示意图”