PCB绘制、制作与工艺了解(部分)

PCB绘制

铺铜相关情况

覆铜作为PCB设计的一个重要环节，各类PCB设计软件均提供了智能覆铜功能，就是将PCB上闲置的空间用铜面覆盖。
覆铜的意义在于，减小地线阻抗，提高抗干扰能力；降低压降，提高电源效率；与地线相连，还可以减小环路面积。

铺铜面上焊盘宜采用十字焊盘

我们知道铜的导热率很高（导热率大概380W），因此不管是手工焊接还是回流焊，在焊接时铜面都会迅速导热，而致使烙铁等温度流失，对焊接产生影响，因此设计上尽量采用"十字花焊盘"减少热量散发，方便焊接。

铺铜方式的选择

大家都知道在高频情况下，印刷电路板上布线的分布电容会起作用。当长度大于噪声频率相应波长的1/20时，就会产生天线效应，噪声就会通过布线向外发射。如果在PCB中存在不良接地的覆铜，覆铜就成了传播噪音的工具。因此，在高频电路中，千万不要认为把地线的某个地方接了地，这就是“地线”，一定要以小于λ/20的间距。在布线上打过孔，与多层板的地平面“良好接地”。如果把覆铜处理恰当了，覆铜不仅具有加大电流，还有屏蔽干扰的双重作用。

覆铜一般有两种基本的方式，就是大面积的覆铜和网格。
大面积覆铜具备了加大电流和屏蔽双重作用，但是过波峰焊时，板子就可能会翘起来，甚至会起泡。因此大面积覆铜，一般也会开几个槽，缓解铜箔起泡。
单纯的网格覆铜主要还是屏蔽作用，加大电流的作用被降低了，从散热的角度说，网格有好处（它降低了铜的受热面）又起到了一定的电磁屏蔽的作用。但是因为网格是由交错方向的走线组成的，对于电路来说，走线的宽度对于电路板的工作频率是有其相应的“电长度“的，当工作频率不是很高的时候，或许网格线的副作用不是很明显，当电长度和工作频率匹配时，可能电路根本就不能正常工作，到处都在发射干扰系统工作的信号。建议根据设计的电路板工作情况选择：高频电路对抗干扰要求高的多用网格，低频电路、有大电流的电路等常用完整的铺铜。

随着PCB的高精密化以及对PCB品质要求愈来愈高，主要PCB工厂均放弃低成本的湿膜工艺，而采用更优良的干膜工艺，因此在设计允许的情况下，铺铜时尽量减小网格铺铜以减小干膜碎对线路产生影响，采用实心铺铜就是比较好的方法。

浅谈PCB铺铜相关情况
论空旷区铺铜的重要性

PCB输出钻孔图/分孔图的重要性

一些PCB设计工程师在提供gerber文件下单时，出现两种情况：

■ 第一种情况：没有钻孔文件，只有分孔图文件
我们常说的gerber文件广义上讲是包含常规的gerber文件和钻孔文件的。如线路、阻焊、字符、分孔图这些属于gerber文件，部分工程师就会漏掉输出钻孔文件，虽然分孔图文件也能表示钻孔，但是分孔图是以各种不同符号代表各种不同的孔径的，这样的文件转成一个个钻孔费时且易出错，因此需要再输出一次钻孔文件（详细方法见本文底部链接）。

■ 第二种情况：提供钻孔文件，没有分孔图文件
分孔图又叫钻孔图。部分工程师认为分孔图作用不大，只提供钻孔文件，而不提供分孔图。其实分孔图在CAM工程中可以核对孔数、校正孔偏、区分金属化及非金化属性孔标示等，能让gerber文件制作更加得到保证，避免少孔，孔属性不正确的作用，部分软件（如Pads、Allergo）也可以把要锣出的槽孔画在分孔图层，以便加工出来。

常见PCB设计软件输出钻孔文件/分孔图的方法 Protel AD PADS Allegro
设计优化：制作PCB输出钻孔图/分孔图的重要性

PCB工艺

沉金

什么是沉金呢？简单的来说，沉金就是采用化学沉积的方法，通过化学氧化还原反应在线路板表面产生一层金属镀层。

为什么要沉金呢？电路板上的铜主要是紫铜，铜焊点在空气中容易被氧化，这样会造成导电性也就是吃锡不良或者接触不良，降低了电路板的性能。沉金就是在上面镀金，金可以有效的阻隔铜金属和空气防止氧化掉，所以沉金是表面防氧化的一种处理方式，是通过化学反应在铜的表面覆盖上一层金，又叫做化金。

沉金这种表面处理方式目前普遍应用于按键板、金手指板等线路板，因为金的导电性强，抗氧化性好，使用寿命长。

沉金板颜色鲜艳，色泽好，卖相好看。沉金所形成的晶体结构比其他表面处理更易焊接，能拥有较好的性能，保证品质。因沉金板只在焊盘上有镍金，不会对信号有影响，因为趋肤效应中信号的传输是在铜层。沉金板的应力更易控制。

沉金和金手指。金手指我们说的直白些，就是黄铜触点，也可以说是导体。详细说就是因为金的抗氧化性极强，而且传导性也很强，所以在内存条上与内存插槽相连接的部件镀上金，那么所有信号都通过金手指来传送的。金手指实际上是在覆铜板上通过特殊工艺再覆上一层金。在实际的市场中，金手指未必真正表面为金。因为金昂贵的价格，目前较多的内存都采用镀锡来代替。从上个世纪90年代，锡材料就开始普及，目前主板、内存和显卡等设备的“金手指”几乎都是采用的锡材料，只有部分高性能服务器/工作站的配件接触点才会继续采用镀金的做法，价格自然不菲的。

PCB喷锡

什么是喷锡

喷锡又称热平整平（HASL），是在铜表面上涂覆一层锡铅合金，防止铜面氧化进而为后续装配制程提供良好的焊接基地。为什么叫热风整平呢？它实际上是把浸焊和热风整平二者结合起来，在印制板金属化孔内和印制导线上涂覆共晶焊料的工艺。
其过程是先在印制板上浸上助焊剂，随后在溶融的焊料里浸涂，最后在两片风刀之间通过，用风刀中的热压缩空气把印制板上的多余焊料吹掉，同时排除金属孔内的多余焊料，从而得到一个光亮，平整，均匀的焊料涂层。
热风整平相对其它表面处理成本较低，工艺成熟，可焊性能好，但其表面没有沉镍金和OSP平整，所以一般只应用于焊接。
其分为无铅喷锡和有铅喷锡。
喷锡工艺流程、参数介绍

PCB 喷锡爆孔成因及预防

喷锡工艺具体良好的焊接性能，但在板厂喷锡作业时，单面焊盘的 PTH 孔或双面无焊盘的 PTH 孔，很容易导致孔壁铜剥离（特别是长槽孔），俗称爆孔，爆孔原因主要如下：
（1）喷锡锡炉温度 275-300℃，远超板材 TG 点，板材瞬间受到锡炉高温及风刀高压气体的冲击下产生强大的应力，PTH 孔铜在没有表面焊环的保护下，很容易与孔壁分离。
（2）喷锡时锡与铜会生成铜锡合金，会咬蚀掉一部分铜，对结合力也有一定的影响。
爆孔不良图片如下：
单面焊盘的 PTH 孔爆孔

双面无焊盘的 PTH 孔爆孔

因此喷锡板在 PCB 设计时也会有一定的局限性，以下设计需要尽量避免：
（1）单面焊盘的 PTH 孔：指 PTH 圆孔或槽孔对应的线路层只有 TOP 面有焊环或只有BOTTOM 有焊环，另外一面无焊环。
（2）双面无焊盘的 PTH 孔：指 PTH 圆孔或槽孔对应的 TOP 面及BOTTOM 面都没有焊环。

改善建议：
建议一：含有单面焊盘 PTH 孔或双面无焊盘 PTH 孔的板表面处理由喷锡改为化金工艺，焊垫表面更平整，也适合 BGA 板。
建议二：一定要做喷锡工艺时按以下方式设计：
①不设计单面焊盘的 PTH 孔（特别是槽孔），确保所有 PTH 孔双面都有焊盘，且焊盘越大越好；
②双面无焊盘的 PTH 孔可改为 NPTH 孔设计。
PCB 喷锡爆孔成因及预防

PTH孔和NPTH孔简介

PTH孔介绍:
　　1、PTH (Plating Through Hole) 金属化孔，所以与之相连的层是导通的;有电气连接。与之相对的是NPTH (Non Plating Through Hole) 非金属化孔，是指孔内侧没有铜;电气隔断。
　　2、PTH是金属化孔，一般在电路板的PTH孔有两种用途。
　　一种是用来焊接传统dip零件脚用的，这些孔的孔径必须比零件的焊接脚直径来得大一些，这样才能把零件插到孔中。
　　另一种比较小的PTH，通常称其为via(导通孔)，是用来连接及导通电路板(PCB)的两层或多层之间的铜箔线路用的，因为PCB是由许多的铜箔层堆迭累积而成，每一层铜箔(copper)之间都会再铺了一层绝缘层，也就是说铜箔层彼此之间不能互通，其讯号的连接就是靠via，所以中文才会称其为(导通孔)。

NPTH孔介绍:
　　1、NPTH是非沉铜孔(Non PLATING Through Hole)，孔壁无铜，一般是定位孔及锣丝孔。可用干膜封孔或在电镀前胶粒塞或电镀后二次钻孔或啤出。
　　2、NPTH 是非金属化孔，孔内侧没有铜，电气隔断通孔是指贯通PCB板的顶层和底层，类似孔还有盲孔和埋孔，而通孔可以是PTH，也可以是NPTH，根据具体需求而定。例如用于连接导线的孔需要PTH，用于固定功能的，例如螺丝孔，就可能是NPTH。

洞洞板宜做沉金不宜做喷锡

对于焊盘密集的"洞洞板"孔内残留锡液，在热风吹的作用下从孔内流出，部分可能粘到相邻的焊盘上面，从而形成短路不良。对于此类的"洞洞板"，建议采用沉金表面工艺以避免此类喷锡相连短路。

拼板

常规的拼板方式有V割拼板和邮票孔拼板。
拼版视频介绍
对于外形规则的可以采用V割拼板（V-CUT），其加工方法是把板的横截面各切割一定深度的V形凹槽，以便于后续组装完元器件后分开。由于V割的特性，分板后可能会有丝状纤维丝的（可以轻轻刮掉），由于掰开时板料的膨胀裂开，因此V割板的外形公差稍大（+/-0.4MM），在PCB拼板采用此方式连接的称为“V割拼板”。V割加工是直线型，从一端V割到另一端，在拼板时需要留意不要V割到PCB线路图案。

对于异形板或是特别要求等需要采用邮票孔拼板，邮票孔从文字上面看与信封上贴的邮票类似，在PCB拼板采用此方式连接的称为“邮票孔拼板”或“邮票孔连接”。邮票孔拼板可以称为"万能拼板"，只要有位置添加邮票孔的，各类形状的板均可以通过邮票孔相连。邮票孔连接位的数量、连接位的大小，整个SET的连接是否稳定，与PCB板在贴片的质量有直接联系 。

在实际生产中，有L异形板，可以采用旋转180度倒扣拼板，以增加板料利用率，降低成本。
V割拼板制作规范
邮票孔拼板制作规范

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