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PCB多層板

     

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 目錄 

  1. PCB多層板介紹

  2. PCB多層板的工藝流程

  3. PCB多層板的布線方法

  4. PCB多層板的保質

  5. PCB多層板的參數

  6. PCB多層板設計前的必要工作

  7. PCB多層板設計的基本要求


 1  PCB多層板介紹  


PCB多層板是指用于電器產品中的多層線路板,它涉及的領域廣泛,有家電、電腦周邊、通訊、光電設備、儀器儀表、玩具、航天、軍工、醫療產品、LED照明等行業。

 

印制板(PCB-Printed Circuit Board)也叫印制電路板、印刷電路板。PCB多層板,就是指兩層以上的印制板,它是由幾層絕緣基板上的連接導線和裝配焊接電子元件用的焊盤組成,既具有導通各層線路,又具有相互間絕緣的作用。隨著SMT(表面安裝技術)的不斷發展,以及新一代SMD(表面安裝器件)的不斷推出,如QFP、QFN、CSP、BGA(特別是MBGA),使電子產品更加智能化、小型化,因而推動了PCB工業技術的重大改革和進步。自1991年IBM公司首先成功開發出高密度多層板(SLC)以來,各國各大集團也相繼開發出各種各樣的高密度互連(HDI)微孔板。這些加工技術的迅猛發展,促使了PCB的設計已逐漸向多層、高密度布線的方向發展。多層印制板以其設計靈活、穩定可靠的電氣性能和優越的經濟性能,現已廣泛應用于電子產品的生產制造中。


 2   PCB多層板的工藝流程  


 PCB多層板的工藝流程

 


1. 已制作好圖形的印制板: 

上板→酸性去油→掃描水洗→二級逆流水洗→微蝕→掃描水洗→二級逆流水洗→鍍銅預浸→鍍銅→掃描水洗→鍍錫預浸→鍍錫→二級逆流水洗→下板

 

2. PCB多層板詳細工藝過程:

 

2.1鍍錫預浸

2.1.1 鍍錫預浸液的組成及操作條件

2.1.2 鍍錫預浸槽的開缸方法

先加入半缸蒸餾水,再慢浸加入15L質量分數為98%的硫酸攪拌冷卻后,加入1.5L Sulfotech Part A,攪拌均勻,加蒸餾水到300L攪拌均勻,即可使用。

2.1.3 鍍錫預浸槽藥液的維護與控制

每處理100m2板材需添加1L硫酸和100mLSulfotech Part A。每當槽液處理1500m2的板子后,更換槽液。

2.2 鍍錫

2.2.1 鍍錫液的組成及操作條件

2.2.2鍍錫槽的開缸方法

先加入半缸蒸餾水,再慢慢加入98L質量分數為98%的硫酸攪拌冷卻后,加入40kg Tin Salt 235 冷卻至25°C,加入76 L Sulfotech Part A、15.2 L Solfotech Part B、30.4 LSTHAdditive Sulfolyt ,加蒸餾水至液位,循環(以1.5A/dm2電解2AH/L)。

2.2.3鍍錫槽藥液的維護與控制

工作前分析錫和硫酸。每處理100m2板材需添加11L硫酸、600 g Tin Salt 235、600 mLSulfotech Part A、800 mL Sulfotech Part B、750mL STH Additive Sulfolyt。自動添加系統按200AH添加56mL Sulfotech Part A。

溶液每周必須進行赫爾槽試驗,觀察調整Sulfotech Part A、Sulfotech Part B。

項目 范圍 最佳值

Sn2+ 20-30 mL/L 24mL/L

W(H2SO4)為98% 160-185mL/L 175mL/L

酸錫添加劑 A(Sulfotech Part A) 30-60mL/L 40mL/L

酸錫添加劑 STH(STH Additive Sulfolyt) 30-80mL/L 40mL/L

酸錫添加劑 B(Sulfotech Part B) 15-25mL/L 20mL/L

操作溫度 18-25°C 22°C

陰極電流密度 1.3-2.ASD 1.7ASD


 3  PCB多層板的布線方法  


PCB多層板的布線方法

一般而言,四層電路板可分為頂層、底層和兩個中間層。頂層和底層走信號線, 中間層首先通過命令DESIGN/LAYER STACK MANAGER用ADD PLANE 添加INTERNAL PLANE1和INTERNAL PLANE2 分別作為用的最多的電源層如VCC和地層如GND(即連接上相應的網絡標號。注意不要用ADD LAYER,這會增加MIDPLAYER,后者主要用作多層信號線放置),這樣PLNNE1和PLANE2就是兩層連接電源VCC和地GND的銅皮。 如果有多個電源如VCC2等或者地層如GND2等,先在PLANE1或者PLANE2中用較粗導線或者填充FILL(此時該導 線或FILL對應的銅皮不存在,對著光線可以明顯看見該導線或者填充)劃定該電源或者地的大致區域 (主要是為了后面PLACE/SPLIT PLANE命令的方便),然后用PLACE/SPLIT PLANE在INTERNAL PLANE1和 INTERNAL PLANE2相應區域中劃定該區域(即VCC2銅皮和GND2銅片,在同一PLANE中此區域不存在VCC了) 的范圍(注意同一個PLANE中不同網絡表層盡量不要重疊。設SPLIT1和SPLIT2是在同一PLANE中重疊兩塊, 且SPLIT2在SPLIT1內部,制版時會根據SPLIT2的邊框自動將兩塊分開(SPLIT1分布在SPLIT的外圍)。 只要注意在重疊時與SPLIT1同一網絡表的焊盤或者過孔不要在SPLIT2的區域中試圖與SPLIT1相連就不會 出問題)。這時該區域上的過孔自動與該層對應的銅皮相連,DIP封裝器件及接插件等穿過上下板的器件引腳會自動與該區域的PLANE讓開。點擊DESIGN/SPLIT PLANES可查看各SPLIT PLANES。


 4  PCB多層板的保質  


PCB多層板的保質

PCB多層板的保質在IPC是有界定的,表面工藝是抗氧化的,未拆真空包裝的,半年內使用完,拆了真空包裝的在二十四小時內,并且是溫濕度有控制的環境下,板在未拆包裝下一年內使用用,拆開了在一周內小時內應貼完片,同樣要控制溫濕度,金板等同錫板,但控制過程較錫板嚴格。


 5  PCB多層板的參數  


 PCB多層板的參數

 


基材 / 厚度 : FR-4/1.2mm

尺寸 : 140mm*159mm

最小線寬 / 線距 : 6mil/6mil

最小孔徑 : 0.4mm

表面處理 : 電鍍金

文件格式 : gerber

類別 : 計算機用; 四層

基材 / 厚度 : FR-4/1.6mm

尺寸 : 294mm*200mm

最小線寬 / 線距 : 5mil/5mil

最小孔徑 : 0.3mm

表面處理 : 噴錫 ( 熱風整平 )


 6  PCB多層板設計前的必要工作  


PCB多層板設計前的必要工作

1. 認真校核原理圖:任何一塊印制板的設計,都離不開原理圖。原理圖的準確性,是印制板正確與否的前提依據。所以,在印制板設計之前,必須對原理圖的信號完整性進行認真、反復的校核,保證器件相互間的正確連接。

 

2. 器件選型:元器件的選型,對印制板的設計來說,是一個十分重要的環節。同等功能、參數的器件,封裝方式可能有不同。封裝不一樣,印制板上器件的焊孔(盤)就不一樣。所以,在著手印制板設計之前,一定要確定各個元器件的封裝形式。

 

多層板在器件選型方面,必須定位在表面安裝元器件(SMD)的選擇上,SMD以其小型化、高度集成化、高可靠性、安裝自動化的優點而廣泛應用于各類電子產品上。同時,在器件選用上,不僅要注意器件的特性參數應符合電路的需求,也要注意器件的供應,避免器件停產問題;同時應意識到:目前很多國產器件,如片狀電阻、電容、連接器、電位器等的質量已逐漸達到進口器件的水平,且有貨源充足、交貨期短、價格便宜等優勢。所以,在電路許可的條件下,應盡量考慮采用國產器件。


 7  PCB多層板設計的基本要求  


 

 

 1  PCB多層板設計的基本要求

 


板外形、尺寸、層數的確定

 

任何一塊印制板,都存在著與其他結構件配合裝配的問題,所以,印制板的外形與尺寸,必須以產品整機結構為依據。但從生產工藝角度考慮,應盡量簡單,一般為長寬比不太懸殊的長方形,以利于裝配,提高生產效率,降低勞動成本。

 

層數方面,必須根據電路性能的要求、板尺寸及線路的密集程度而定。對PCB多層板來說,以四層板、六層板的應用最為廣泛,以四層板為例,就是兩個導線層(元件面和焊接面)、一個電源層和一個地層。

 

多層板的各層應保持對稱,而且最好是偶數銅層,即四、六、八層等。因為不對稱的層壓,板面容易產生翹曲,特別是對表面貼裝的多層板,更應該引起注意。

 

元器件的位置及擺放方向

 

元器件的位置、擺放方向,首先應從電路原理方面考慮,迎合電路的走向。擺放的合理與否,將直接影響了該印制板的性能,特別是高頻模擬電路,對器件的位置及擺放要求,顯得更加嚴格。合理的放置元器件,在某種意義上,已經預示了該印制板設計的成功。所以,在著手編排印制板的版面、決定整體布局的時候,應該對電路原理進行詳細的分析,先確定特殊元器件(如大規模IC、大功率管、信號源等)的位置,然后再安排其他元器件,盡量避免可能產生干擾的因素。

 

另一方面,應從印制板的整體結構來考慮,避免元器件的排列疏密不均,雜亂無章。這不僅影響了印制板的美觀,同時也會給裝配和維修工作帶來很多不便。

 

導線布層、布線區的要求

 

一般情況下,PCB多層板布線是按電路功能進行,在外層布線時,要求在焊接面多布線,元器件面少布線,有利于印制板的維修和排故。細、密導線和易受干擾的信號線,通常是安排在內層。大面積的銅箔應比較均勻分布在內、外層,這將有助于減少板的翹曲度,也使電鍍時在表面獲得較均勻的鍍層。為防止外形加工傷及印制導線和機械加工時造成層間短路,內外層布線區的導電圖形離板緣的距離應大于50mil。

 

導線走向及線寬的要求

 

PCB多層板走線要把電源層、地層和信號層分開,減少電源、地、信號之間的干擾。相鄰兩層印制板的線條應盡量相互垂直或走斜線、曲線,不能走平行線,以減少基板的層間耦合和干擾。且導線應盡量走短線,特別是對小信號電路來講,線越短,電阻越小,干擾越小。同一層上的信號線,改變方向時應避免銳角拐彎。導線的寬窄,應根據該電路對電流及阻抗的要求來確定,電源輸入線應大些,信號線可相對小一些。對一般數字板來說,電源輸入線線寬可采用50~80mil,信號線線寬可采用6~10mil。

 

布線時還應注意線條的寬度要盡量一致,避免導線突然變粗及突然變細,有利于阻抗的匹配。

 

鉆孔大小與焊盤的要求

 

PCB多層板上的元器件鉆孔大小與所選用的元器件引腳尺寸有關,鉆孔過小,會影響器件的裝插及上錫;鉆孔過大,焊接時焊點不夠飽滿。一般來說,元件孔孔徑及焊盤大小的計算方法為:

元件孔的孔徑=元件引腳直徑(或對角線)+(10~30mil)

元件焊盤直徑≥元件孔直徑+18mil

 

至于過孔孔徑,主要由成品板的厚度決定,對于高密度多層板,一般應控制在板厚∶孔徑≤5∶1的范圍內。過孔焊盤的計算方法為:

過孔焊盤(VIA PAD)直徑≥過孔直徑+12mil。

 

電源層、地層分區及花孔的要求:

 

對于PCB多層板來說,起碼有一個電源層和一個地層。由于印制板上所有的電壓都接在同一個電源層上,所以必須對電源層進行分區隔離,分區線的大小一般采用20~80mil的線寬為宜,電壓超高,分區線越粗。

 

焊孔與電源層、地層連接處,為增加其可靠性,減少焊接過程中大面積金屬吸熱而產生虛焊,一般連接盤應設計成花孔形狀

 

隔離焊盤的孔徑≥鉆孔孔徑+20mil

 

安全間距的要求

 

安全間距的設定,應滿足電氣安全的要求。一般來說,外層導線的最小間距不得小于4mil,內層導線的最小間距不得小于4mil。在布線能排得下的情況下,間距應盡量取大值,以提高制板時的成品率及減少成品板故障的隱患。

 

提高整板抗干擾能力的要求

PCB多層板的設計,還必須注意整板的抗干擾能力,一般方法有:

a.在各IC的電源、地附近加上濾波電容,容量一般為473或104。

b.對于印制板上的敏感信號,應分別加上伴行屏蔽線,且信號源附近盡量少布線。

c.選擇合理的接地點。
 

 

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