影响PCB打样价格的四大关键因素是什么?过孔能否打在焊盘上?

百科   2024-09-07 22:42   北京  

一、影响PCB打样价格的四大关键因素

1. 板材选择与层数

PCB的基础材料——覆铜板的选择,是决定成本的第一个重要因素。不同材质的板材,如FR-4、 Rogers、铝基板等,因其电气性能、热稳定性及成本差异,直接影响着PCB的价格。FR-4是最常见的材料,性价比高;而Rogers材料则因高频性能优异,成本相对较高。此外,PCB的层数也至关重要,层数越多,意味着设计复杂度和制作难度增加,相应地,成本也会成倍增长。


2. 线路密度与精细度

随着电子产品小型化趋势的发展,PCB上的线路越来越细密。更高的线宽/线距要求意味着需要更先进的生产设备和技术支持,如激光直接成像(LDI)、化学镀铜等,这些都会增加生产成本。因此,线路的精细度和密度越高,打样价格自然也就越高。

3. 特殊工艺需求

除了基本的电路布局外,一些特定功能或环境适应性的需求,如防焊涂布、镀金手指、埋/盲孔技术、高压测试等特殊工艺,也会显著影响PCB打样的成本。这些特殊工艺不仅要求更为复杂的制造流程,还可能需要特定的材料和设备,从而推高了生产成本。


4. 打样数量与交期要求

打样数量直接影响着单位成本。通常情况下,批量越大,单片成本越低,因为固定成本(如开机调试费)可以被更多数量分摊。此外,紧急的交期要求也可能导致价格上涨。快速打样虽然能够缩短产品研发周期,但往往需要工厂调整生产计划,加班加点,甚至牺牲其他订单的生产时间,因此会产生额外费用。


总结而言,PCB线路板打样价格受到多方面因素的影响,包括但不限于板材选择、线路密度与精细度、特殊工艺需求以及打样数量与交期要求。了解并合理考虑这些因素,不仅有助于企业在研发初期做出更加经济有效的决策,还能促进与PCB厂家之间的沟通,确保产品既满足性能要求又控制好成本。在日益竞争激烈的电子市场中,对PCB打样成本的精准把控,无疑是企业竞争力的重要一环。


二、PCB常用的四种板材

1.R-4:FR-4属于耐燃等级材料,指在燃烧状态下材料必须自行熄灭的材料规格。事实上,所使用的FR-4等级材料有很多不同种类,其中多为由环氧树脂、填充剂和玻璃纤维制备而成的复合材料。

2.树脂:树脂是一种可以通过热固化形成高分子聚合反应的材料。在PCB行业中,环氧树脂是最常用的树脂类型。其功能特性包括优良的电绝缘性,可作为铜箔和增强材料(如玻璃纤维布)的黏合剂,具有电气性、耐高温性、耐化学性和耐水性等。

3.玻璃纤维布:在玻璃纤维布制备过程中,无机物在高温状态下熔化,经过冷却固化后形成非晶硬材,以经线和纬线的交织方式形成补强材料。常见的E-玻璃纤维布规格有106、1080、3313、2116和7628等。

4.铝基板:铝基板的基材为铝,由铜皮、绝缘层和铝片组成,在LED照明领域被广泛使用。铝基板的散热性能突出。

三、PCB打样的特殊工艺有哪些?

在PCB设计与制造中,为满足多样化的电路需求和高性能标准,需要采用一系列特殊工艺,这些工艺的存在,可以提升PCB性能,也能确保电子产品的稳定性和可靠性。


1. 金手指(Gold Finger)

金手指是PCB连接边缘的镀金柱,主要用于辅助PCB与计算机主板或其他设备的连接。金手指通过镀金处理,增强了导电性和耐磨性,确保信号传输的稳定性和可靠性。常见的镀金工艺包括化学镀镍浸金(ENIG)和电镀硬金,后者因其高附着力和硬度,特别适用于频繁插拔的场合。


2. 阻抗控制

阻抗控制是PCB设计中确保信号完整性的关键工艺。PCB的特性阻抗值必须与头尾元件的电子阻抗匹配,以避免信号反射、散射、衰减或延误。通过精确设计PCB阻抗条和阻抗线,控制导线电阻、电感和电容等参数,保证信号按预期传输。这一工艺对于高速电路尤其重要。


3. 盲埋孔(Blind & Buried Vias)

盲孔和埋孔是高密度互连(HDI)PCB中常见的特殊孔结构。盲孔是从PCB的顶层或底层钻出但不穿透整个板层的孔,而埋孔则完全位于PCB的内部层。这些孔的应用减少了PCB的层数和尺寸,提高了电磁兼容性,降低了成本,并简化了设计工作。


4. 厚铜板(Heavy Copper PCB)

厚铜PCB是指在制造过程中使用比标准PCB更厚铜箔的电路板。标准铜箔厚度一般在35微米左右,而厚铜板的铜厚度可达105微米甚至更高。厚铜板具有高电流承载能力、良好的热管理性能和增强的机械强度,适用于高功率、高电流和恶劣环境的应用场景,如汽车电子和工业控制系统。


5. 多层特殊叠层结构

多层特殊叠层结构通过合理安排信号层、电源层和接地层,实现了信号的有效隔离和电磁干扰的抑制。对于信号数量多、器件密度大、信号频率高的设计,采用多层特殊叠层结构可以显著提升PCB的EMC性能,确保信号的完整性和系统的稳定性。


6. 异形孔(Non-Circular Holes)

异形孔是指在PCB制作中遇到的非圆形孔,如8字孔、菱形孔、方形孔和锯齿形孔等。这些孔根据设计需求分为孔内有铜(PTH)和孔内无铜(NPTH)两种。随着电子产品多元化的发展,异形孔被广泛应用于特殊元器件的固定和互连,提高了PCB的灵活性和适应性。


7. 控深槽(Controlled Depth Slots)

控深槽是在PCB上加工特定深度的凹槽,以满足特殊元器件的安装和固定需求。这种工艺常用于固定散热片、连接器或其他需要精确深度控制的元器件,提高了PCB的组装精度和可靠性。


8. 半孔/包边(Half Hole & Edge Wrap)

半孔工艺是在PCB边缘形成部分穿透的孔,而包边则是指在孔的边缘增加额外的铜箔层以增强连接强度。这些工艺常用于边缘连接器和特殊接口的设计,提高了连接的可靠性和耐用性。


四、SMT表面贴装对PCB板有哪些要求?

SMT表面贴装技术是把电子元器件直接安装在PCB电路板上面的一种方法,在SMT贴片加工过程中,所有加工设备具有全自动化、精密化、快速化的特点。


1.PCB板外观要求

外观要求光滑平整,不可有翘曲或高低不平,否则基板会出现裂纹、伤痕、锈斑等不良问题。对PCB使用清洁剂不可有不良反应,在液体中浸渍5分钟,表面不产生任何不良,并有良好的冲载性。

2.PCB尺寸形状要求

不同的SMT设备对PCB尺寸要求有所不同,在PCB设计时,需要考虑SMT设备的PCB最大和最小贴装尺寸,一般尺寸在50×50~350×250mm。因热膨胀系数的关系,元件小于3.2*1.6mm时,只遭受部分应力,元件大于3.2*1.6mm时,必须注意热膨胀系数的影响。并且PCB板的弯曲强度,要达到25kg/mm以上,才能够符合SMT贴装标准。


3.PCB板材铜箔要求

导热系数的关系:PCB板的导热系数最多0.2-0.8W/K*m。一般来讲,6.5W/mK是整个PCB的平均导热系数。

耐热性的关系:耐焊接热要达到260度10秒的实验要求,其耐热性应符合150度60分钟后,基板表面无气泡和损坏不良。铜铂的粘合强度一般要达1.5kg/cm*cm。

3.PCB设计要求

1)对PCB板mark点要求

Mark点的形状标准有圆形、正方形、三角形,大小在1.0~2.0mm,要求表面平整、光滑、无氧化、无污物,Mark点的周围要求周围1mm内不能有绿油或其它障碍物,与Mark点颜色有明显差异。Mark的位置,距离板边3mm以上,周围5mm内不能有类似Mark点、过孔、测试点等,为避免生产时进板方向错误,PCB左右两边Mark点与板缘的位置差别应在10mm以上。

2)对PCB板拼版设计要求

拼版的板边宽度3~5mm,间距在1.6mm以上,向上弯曲程度<1.2mm,向下弯曲程度<0.5mm,PCB扭曲度最大变形高度÷对角长度<0.25。拼板之间可以采用V形槽、邮票孔或冲槽等, 建议同一板只用一种分板方式。对部分全表面组装的双面贴片板,可以采用阴阳拼版设计,这样可以使用同一张网板、节省编程换线时间,提高生产效率。

五、过孔能否打在焊盘上?

在PCB设计中,过孔是否可以打在焊盘上需要根据具体的应用场景和设计要求来决定。如果是在个人DIY的情况下,将过孔打在焊盘上可能不会产生太大问题。然而,如果是在SMT贴片生产中,这样做可能会导致立碑现象:因为焊锡的表面张力会拉动元器件立起来,导致虚焊、脱焊和接触不良等问题;特别是对于小封装元件,如贴片电容和贴片电阻,更容易发生立碑现象。为了防止这种情况,有时需要对铺铜的管脚做开窗处理。此外,如果过孔的塞孔做不好,可能会导致漏锡,进一步引发立碑现象。因此,在工艺方面也需要考虑过孔的位置。

因此,为了确保PCB设计的可靠性和工艺的顺利进行,过孔尽量不要直接打在焊盘上。但下面情况,把过孔打在焊盘,是可以的。

情况1:如果是在大型焊盘的背面打过孔,例如为了改善MOSFET的散热而在MOSFET的焊盘上打过孔,这是可以的。需要注意的是,大焊盘的过孔处理需要均匀布孔,以保证焊盘均匀受热。

情况2:如果需要在热焊盘上打过孔,例如为了给IC散热而打的散热过孔,由于芯片主体中间没有需要焊接的引脚,所以在IC散热焊盘上的过孔是不需要考虑漏锡、虚焊等问题的。

综上,是否可以在焊盘上打过孔,需要根据具体的设计要求和工艺条件进行评估和决策。同时,还需要考虑过孔的位置、大小、数量等参数,以满足电路性能和可靠性的要求。

当我们画PCB时经常会遇到空间不够无法走线,像视频中这样芯片的焊点比较多,你会怎么布线?这时我们会放置过孔,使信号线穿过电路板一侧到达另一侧进行走线,这样既方便走线,也能够节省板子空间。但有时还是会遇到板子空间过小,无法扇出过孔走线。那怎么办?通常,在PCB设计中,当遇到空间限制而无法在常规位置放置过孔时,确实可能会考虑在焊盘上打孔,这种做法被称为"盘中孔(Via in Pad)"。


嘉立创推出的盘中孔工艺,采用树脂塞孔然后盖帽电镀,不仅可以将过孔打在任意焊盘和BGA上,而且不会影响后续SMT。它是先用树脂把过孔填充起来,烤干树脂磨平,然后在树脂表面镀上铜,这样外观上完全看不出有过孔的痕迹,自然也就不会影响到焊接了。

最大的优点就是Layout工程师太省心了,设计效率大大提高,再也不用走来走去了,直接打孔转到其它层就可以了,特别是封装小的BGA封装,设计时间从原本7天能缩短到2天,特别是高速板的性能也会提高。有了盘中孔,过孔可以放在任意焊盘,节省了空间,板子甚至也能做的更小。

很多人不知道,盘中孔工艺虽然性能好,但是对于生产来说挑战很大,流程复杂,要用专用塞孔机和树脂油墨。价格也高,之前每平方米市场价基本在200-220元;很多工程师宁愿多花半个月布线,也不愿意花钱选择这个工艺。盘中孔工艺之前就有,只是一直都是高端产品才用的,而且价格很贵,现在盘中孔已经变成常规工艺了。


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