在制造中提高PCB質(zhì)量的方法

電子電路的復(fù)雜性一直在增長(zhǎng)，新興的新技術(shù)提高了這些產(chǎn)品的門(mén)檻。作為電子設(shè)備組成部分的PCB（印刷電路板）的參數(shù)也必須符合要求。因此，PCB設(shè)計(jì)人員應(yīng)了解他們可以使用哪些解決方案，其優(yōu)勢(shì)和局限性是什么，以及如何最好地利用它們。

本文介紹了在HDI電路中應(yīng)用的先進(jìn)技術(shù)和要求，以及采用非標(biāo)準(zhǔn)加工方法的其他外部涂層的應(yīng)用。本文的結(jié)尾部分說(shuō)明了哪些參數(shù)定義了制成的PCB的質(zhì)量。

保存與保護(hù)

圖1.可剝離面膜的示例應(yīng)用。

PCB通常在苛刻的環(huán)境條件下工作，這些條件要求施加額外的涂層（即掩模）以保護(hù)產(chǎn)品免受環(huán)境因素的影響并提高其可靠性。有時(shí)足以為選定的PCB區(qū)域提供臨時(shí)保護(hù)，例如僅在組裝階段就可以，并且在PCB經(jīng)過(guò)數(shù)次自動(dòng)焊接循環(huán)后尤其適用。該區(qū)域由可剝離的掩模保護(hù)，其示例應(yīng)用程序如圖1所示。它是一種特殊涂層，其主要功能是保護(hù)PCB（及其孔內(nèi)）中的選定區(qū)域免受焊接和直接作用?；瘜W(xué)過(guò)程，例如在自動(dòng)PCB組裝過(guò)程中。加工后可以很容易地將它們除去，并且沒(méi)有殘留物。

通過(guò)手動(dòng)控制，鍵盤(pán)，LCD顯示器等組裝的PCB，通過(guò)碳打印可以提高焊盤(pán)的耐用性和導(dǎo)電性（見(jiàn)圖2）。該涂層由經(jīng)過(guò)絲網(wǎng)印刷和固化的導(dǎo)電石墨漿料制成。一些設(shè)計(jì)人員將該解決方案用作沿著PCB外部放置的附加且簡(jiǎn)單的導(dǎo)體層。

某些PCB中的過(guò)孔必須得到永久保護(hù)，免受環(huán)境影響。例如，當(dāng)將組件直接組裝在通孔上方時(shí)，這樣做是為了防止出現(xiàn)焊接，短路等情況，并且會(huì)造成污染物或焊料進(jìn)入的危險(xiǎn)。這個(gè)問(wèn)題在μBGA電路中非常關(guān)鍵。設(shè)計(jì)人員當(dāng)前可能使用許多方法來(lái)遮蓋或填充通孔。正確的方法取決于必須避免的風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型。最簡(jiǎn)單的解決方案是覆蓋通孔，在該通孔中焊接掩膜會(huì)掩蓋它們。但是，這不能保證正確填充。它僅覆蓋環(huán)和內(nèi)壁。這提供了基本保護(hù)級(jí)別，該級(jí)別主要在焊接期間有效，因?yàn)楹噶蠠o(wú)法潤(rùn)濕通孔。更高級(jí)的方法包括使用在制造過(guò)程中固化的特殊填充化合物來(lái)構(gòu)建堵塞的通孔，然后將覆蓋層作為掩模層。此過(guò)程可保護(hù)通孔免受上述所有危害。

圖2.碳印刷的示例應(yīng)用。

微孔和壓配過(guò)程

PCB的復(fù)雜性不斷增長(zhǎng)，迫使人們使用確保增加使用PCB區(qū)域的技術(shù)，例如直徑為0.15毫米或更小的微孔。盲孔和埋孔也可用作微孔，這些通孔的主要優(yōu)點(diǎn)在于，可以在不增加層數(shù)或不增大PCB尺寸的情況下提高互連密度。由于設(shè)計(jì)設(shè)備要求的EMC，有時(shí)也需要這種包裝密度。

電子設(shè)備通常帶有連接器，這些連接器提供其他設(shè)備模塊的電連接并允許快速交換模塊（例如由于維修原因）。如果連接器的耐熱性差，則不能焊接。它們通過(guò)壓配合過(guò)程組裝。該過(guò)程包括通過(guò)將連接器壓入專(zhuān)用通孔中來(lái)安裝連接器，這些通孔的直徑公差減小了（標(biāo)準(zhǔn)值為±0.05 mm）。壓配合過(guò)程不需要特定的設(shè)計(jì)方法；盡管如此，設(shè)計(jì)工程師仍應(yīng)確保PCB制造商確切知道哪些孔必須專(zhuān)用于壓裝裝配。

加工

圖3. z路由示例

FR4層壓板的非標(biāo)準(zhǔn)加工方法之一是z布線，即將特定的層壓板區(qū)域銑削到規(guī)定的深度。Z形布線（參見(jiàn)圖3）允許組裝非典型的高組件，沉頭螺釘?shù)某量谆驅(qū)CB安裝在非標(biāo)準(zhǔn)（低）外殼中。訂購(gòu)需要Z布線的PCB時(shí)，必須向PCB制造商提供明確規(guī)定的層壓加工面和深度。請(qǐng)注意，z路徑具有其自身的加工公差，通常與常規(guī)銑削相似。Techno-Service默認(rèn)使用±50μm的公差。

另一種非標(biāo)準(zhǔn)的加工方法是對(duì)PCB邊緣進(jìn)行金屬化（電鍍）（見(jiàn)圖4）。與通孔類(lèi)似，可以電鍍邊緣以形成永久而可靠的導(dǎo)電層。該解決方案主要用于提高電子設(shè)備的EMC。該過(guò)程還用于在主PCB與非標(biāo)準(zhǔn)組件（例如，更高版本）或其他PCB（其無(wú)法通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)工藝組裝）之間構(gòu)建適配器。在這種情況下，將電鍍邊緣制成留給下游組裝的半孔。該過(guò)程的另一個(gè)應(yīng)用是其進(jìn)行定制邊緣連接的能力。

圖4.帶有電鍍邊緣的PCB示例

依靠質(zhì)量提供可靠的PCB

許多電子設(shè)備必須提供高可靠性。這些需求轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的應(yīng)用組件，組件和PCB。在這種情況下，質(zhì)量由各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定義，其中最相關(guān)的是IPC標(biāo)準(zhǔn)系列（A-600、6010、6012、6013等）。這些文件提供了PCB的標(biāo)準(zhǔn)化和公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)將PCB分為考慮許多參數(shù)的性能（制造）質(zhì)量類(lèi)別：最小的孔鍍層厚度，最小的導(dǎo)體寬度，尺寸公差等。大多數(shù)PCB制造商將IPC類(lèi)的PCB制成二按標(biāo)準(zhǔn)。PCB制造商很少，其中包括技術(shù)服務(wù)，提供更高性能質(zhì)量的PCB：III類(lèi)。如果設(shè)計(jì)人員需要此類(lèi)PCB，則需要在采購(gòu)訂單中指定。

PCB的質(zhì)量也可以通過(guò)UL證書(shū)來(lái)證明，該證書(shū)聲明了成品PCB及其材料的不燃性等級(jí)。最高不燃性等級(jí)為94V-0，這意味著從火中取出的測(cè)試樣品將在10秒內(nèi)自動(dòng)熄滅，滴下的熔融材料也不會(huì)燃燒。

由于主題的范圍廣，本文僅介紹市場(chǎng)上最常見(jiàn)的非標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，以及PCB質(zhì)量的基本介紹。盡管使用非標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)可能會(huì)增加PCB的成本，但它通?？梢员苊饨M裝困難和成品設(shè)備的操作問(wèn)題。如果您想要高質(zhì)量的PCB，最好選擇具有此處討論的技術(shù)和質(zhì)量參數(shù)的制造商。與該PCB制造商的合作，尤其是在其豐富經(jīng)驗(yàn)的支持下，無(wú)疑會(huì)防止許多設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，從而節(jié)省時(shí)間和金錢(qián)。此外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該充分了解所選供應(yīng)商的處理能力，并跟蹤其范圍內(nèi)的所有變化，同時(shí)在需要時(shí)要求更多的處理解決方案。