3.2 制板工艺要求

PCB设计的目的是为了实现电气性能设计要求，设计的图形文件必须可生产、可装配，并具有可靠性、可测试性、方便维修等特点。因而PCB设计需要满足一定的生产工艺要求。

常规的PCB加工说明主要包含PCB板厚、叠层设计、阻抗设计、表面处理工艺、阻焊设计、丝印设计、翘曲度、检验标准等要求。

1. PCB板厚

板厚包含了各种材质和铜箔的厚度，指的是成品厚度。PCB板厚的选取应该依据结构、PCB尺寸大小和所安装元器件的重量来选取。一般贴装机允许的板厚为0.5～3mm，也有的板厂能力能达到4.5mm。

常规PCB的设计板厚一般是1mm、1.6mm、1.8mm、2mm、2.2mm等。单板多采用层压的方式生产，板厚还要满足一定的生产公差要求，如下所示。

• 板厚≤1mm：±0.1mm；
• 板厚>1mm：±10%；
• 其他特殊公差要求。

2. 阻抗、叠层设计

阻抗和叠层主要依据板厚、层数、阻抗值要求、载流大小、信号要求等因素确定，叠层设计必须以满足信号的基本阻抗要求为前提，兼顾制板工艺要求。图3-15所示为一个典型的4层叠层结构。

阻抗设计的常规值要求是单端布线50Ω、差分线100Ω，特殊走线要求85Ω和90Ω等，一般的设计误差为10%。阻抗设计需要保证其连续性，差分布线建议采用紧耦合，差分间距小于等于2倍线宽。

叠层设计的一般要求如下：

• 需要具有对称性，避免PCB翘曲。
• 元件下面最好为地平面，保证信号靠近参考层，避免跨分割布线。
• 相邻层间要拉大距离，如果信号层夹在电源层和地层之间，则信号尽量靠近地层。
• 设计叠层时，控制线宽最好调整在4～6mil范围，避免极限设计。
• 层压半固化片≤3张，并且次外层至少有一张7628、2116或3313。
• 半固化片使用顺序为7628→2116→3313→1080→106。

3. 阻焊设计

阻焊层的主要目的是防止氧化、防止焊接时桥连现象的产生，并起绝缘的作用，阻焊膜的设计主要是确定开窗方式和焊盘余隙。

阻焊设计主要包含焊盘阻焊、过孔阻焊设计，其一般设计原则如下：

• 阻焊开窗一般比焊盘大5mil以上（单边2.5mil）。
• 相邻焊点间若要保留阻焊桥，最小阻焊桥宽度为4mil。
• 阻焊开窗边缘到附近的导体应保留5mil以上的间隔。
• 当SMT元器件焊盘间隙≥7mil时，采用单焊盘式窗口设计；间隙<7mil时，采用开整窗处理方式。
• 散热用途的铺铜可以阻焊开窗。
• 金手指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，金手指顶部开窗与附近焊盘距离需要≥20mil。
• 一般信号过孔为塞孔不开窗，测试孔需要按常规比焊盘大5mil开窗处理。
• BGA过孔一般进行塞孔处理，如果需要做测试孔，可在元件面开小窗，背面测试焊盘32mil，阻焊开窗37mil。
• 注意阻焊油墨的厚度和阻焊桥的宽度，基铜厚度≤1oz时，至少4mil间隙；基铜厚度为2～4oz时，可按6mil间隙处理。

4. 丝印设计

PCB丝印指的是标识符号，包括元器件丝印、板名版本号、条码丝印、安装孔丝印、防静电标识、无铅标识等其他要求丝印。如图3-16所示为防静电丝印标识。

丝印字符油墨颜色一般为白色、黄色、黑色。对全板喷锡板，建议采用黄色永久性绝缘油墨，以便看清字符；在无阻焊情况下，不建议丝印字符。丝印字符分为字符阳字和字符阴字两种，类似正片和负片。阳字为实体字符，阴字指镂空字符，如图3-17所示。

如果设计为字符阴字，则线宽≥8mil，最小字符油墨宽度≥5mil；如果设计为字符阳字，则推荐字高与字符线宽之比≥6：1。常规设计要求如表3-5所示。

5. 翘曲度

翘曲是弓曲和扭曲的统称，弓曲是指板以圆柱形或球面曲线形状偏离平面，即如果板是长方形的，则它只有四个角在同一平面上，其余则偏离平面不同程度地弯曲；扭曲是指平行于长方形对角线的板材变形，即一个角与其他三个角不在同一平面上，如图3-18所示。

IPC标准中对PCB印制板翘曲度有明确的要求，具体如表3-6所示。

6. 检验标准

印制板依据产品特性、使用环境等，通常有如下三种PCB刚性板检验标准，即IPCII级、IPCIII级和GJB 362A—2009。

常规PCB设计一般分为民品和军品两大类，分别对应相应的IPC标准及国军标标准。

7. 表面处理工艺

表面处理工艺也是制板工艺要求的一部分，表面处理最基本的目的是保证良好的可焊性或电性能。由于自然界的铜在空气中倾向于以氧化物的形式存在，不大可能长期保持为原铜，因此需要对铜进行处理。随着人们对环保要求的不断提高，目前PCB生产过程中涉及环保的问题日益突出，有关铅和镍的话题是最热门的，无铅化和无卤化将在很多方面影响着PCB的发展。

常见的表面处理工艺包括热风整平、有机涂覆、沉金、沉锡和沉银等。

1）热风整平 又名热风焊料整平，它是在PCB表面涂覆熔融锡铅焊料并用加热压缩空气整（吹）平的工艺，使其形成一层既抗铜氧化，又可提供良好的可焊性的涂覆层。热风整平时焊料和铜在结合处形成铜锡金属间化合物。PCB进行热风整平时要浸在熔融的焊料中；风刀在焊料凝固之前吹平液态的焊料；风刀能够将铜面上焊料的弯月状最小化和阻止焊料桥接。热风整平分为垂直式和水平式两种，一般认为水平式较好，主要是水平式热风整平镀层比较均匀，可实现自动化生产。

2）有机涂覆工艺（OSP） OSP是防氧化及可焊性保护剂，用于保证裸铜在存储和组装过程中保持表面的可焊性。不同于其他表面处理工艺，它是在铜和空气间充当阻隔层；OSP工艺简单、成本低廉，这使得它能够在业界广泛使用。在后续的焊接过程中，如果铜面上只有一层有机涂覆层是不行的，必须有很多层，这就是化学槽中通常需要添加铜液的原因。在涂覆第一层之后，涂覆层吸附铜，接着第二层的有机涂覆分子与铜结合，直至二十甚至上百次的有机涂覆分子集结在铜面，这样可以保证进行多次回流焊。试验表明，最新的有机涂覆工艺能够在多次无铅焊接过程中保持良好的性能。

3）全板镀镍金 全板镀镍金是在PCB表面导体先镀上一层镍后再镀上一层金，镀镍主要是为了防止金和铜间的扩散。另外，它也具有其他表面处理工艺所不具备的对环境的忍耐性，这可以长期保护PCB。

现在的电镀镍金有两类：镀软金（纯金，金表面看起来不亮）和镀硬金（表面平滑和硬、耐磨，含有钴等其他元素，金表面看起来较光亮）。软金主要用于芯片封装时打金线，硬金主要用在非焊接处的电性互连。

4）沉金 沉金是在铜面上包裹一层厚厚的、电性良好的镍金合金，这可以长期保护PCB；另外，它也具有其他表面处理工艺所不具备的对环境的忍耐性。镀镍的原因是由于金和铜间会相互扩散，而镍层能够阻止金和铜间的扩散；如果没有镍层，金将会在数小时内扩散到铜中去。沉金的另一个好处是镍的强度，仅仅5μm厚度的镍就可以限制高温下 Z 方向的膨胀。此外，沉金也可以阻止铜的溶解，这将有益于无铅组装。

5）电镀硬金 为了提高产品的耐磨性能、增加插拔次数而电镀硬金。电镀硬金常用于金手指插头和接触性焊盘开关，不能用于常规器件焊接（可焊性不好）。设计板厚范围为0.2～7.0mm。

6）沉锡 由于目前所有的焊料都是以锡为基础的，所以锡层能与任何类型的焊料相匹配。从这一点来看，沉锡工艺极具发展前景。但是以前的PCB经浸锡工艺后出现锡须，在焊接过程中锡须和锡迁徙会带来可靠性问题，因此浸锡工艺的采用受到限制。后来在浸锡溶液中加入了有机添加剂，可使得锡层呈颗粒状结构，克服了以前的问题，而且还具有好的热稳定性和可焊性。

沉锡工艺可以形成平坦的铜锡金属间化合物，这个特性使得沉锡具有和热风整平一样的好的可焊性，而没有热风整平令人头痛的平坦性问题；沉锡也没有沉金金属间的扩散问题——铜锡金属间化合物能够稳固地结合在一起。沉锡板不可存储太久，组装时必须根据沉锡的先后顺序进行。

7）沉银 介于有机涂覆和沉金之间，工艺比较简单、快速；不像沉金那样复杂，也不是给PCB穿上一层厚厚的盔甲，但是它仍然能够提供好的电性能。银是金的“小兄弟”，即使暴露在热、湿和污染的环境中，银仍然能够保持良好的可焊性，但会失去光泽。沉银不具备沉金所具有的好的物理强度，因为银层下面没有镍。另外，沉银有好的储存性，沉银后放几年组装也不会有大的问题。

沉银是置换反应，它几乎是亚微米级的纯银涂覆。有时沉银过程中还包含一些有机物，主要是防止银腐蚀和消除银迁移问题；一般很难测量出来这一薄层有机物，分析表明有机体的重量小于1%。