IPC-2221A-2003中文版-印制板设计通用标准 - 第40页

作用、多层板中铜 - 镍铁合金 - 铜的组合厚度宜约占板厚的25 % 。双夹芯板更常使用、因为芯层可以进行图形转移、蚀刻并与镀覆孔相连 ; 较厚的中间芯必须要机加工。双夹芯板具有较好的耐热循环。特殊夹芯板可以在厚的金属芯板每边都粘上一层完成了的多层板。还可做更复杂的结构、是将金属芯夹压制在两块部分 …

在制板大小相匹配。这也可以帮助简化裸板测

试(见IPC-D-322)。

5.2.3 印制板⼏何形状 (尺⼨和形状)

5.2.3.1 材料尺⼨

印制板制作板的最大尺

寸根据市场上常用整张板的经济利用来定(见

IPC-D-322)。

推荐在制板尺寸小于整张板料尺寸的最大约

数。常见的一种在制板尺寸是460mm×610mm

[18.110in×24.02in]。其次、标准在制板尺

寸宜为整张板料尺寸的约数。

建议设计人员了解印制板商生产的在制板尺

寸、这样可以优化印制板-在制板的产率及成

本。按单位面积最终产品加工印制板的劳动力

成本计算、使用较大的在制板尺寸是最有效

的。但是使用大尺寸在制板、因基材收缩增

大、会给精细导线制作和要素定位准确度造成

困难。

5.2.4 ⼸曲和扭曲

线路板的合适设计、平衡

分布线路和安排元器件、对于减少印制板的

弓曲和扭曲程度是非常重要的。另外截面的布

局、包括芯板厚度、介质层厚度、内层面和单

独的铜层厚度、也应尽可能地保持板中心对

称。

除非布设总图另有规定、采用表面安装元件的

板、最大的弓曲和扭曲应为0.75%、对其它所

有的板为1.5%。对于含多块印制板的在制板且

以在制板形式组装然后分开的、在制板

也应符

合这样的弓曲和扭曲要求。

如果对称结构和公差较窄都不能满足关键装配

或性能要求、可能需要增强板或其它支撑物。

弓曲与扭曲值按IPC-TM-650中方法2.4.22进行

测量。

5.2.5 结构强度

当结构性能重要时、设计

人员对综合分析不同可用材料和树脂负有责

任。层压板的结构性能因受环境条件的影响基

材叠层和组成等变化而异。不同温度和负载条

件下板的物理性能和电性能变化范围很大。对

设计人员而言、印制板作为一结构单元、因而

印制板材料的最终性能要刚好可用。设计所关

心的满足电性能的要求、受印制板的形变和拉

伸长的影响、确定结构上需要时、宜考虑材料

的最终强度比技术资料中的值较低的值。

5.2.6 复合(夹芯)板

当结构、热或电气要求

规定使用夹芯板时、应使用与标准刚性板类似

设计的一致性试样进行物理性能性质评价。夹

芯板附连板应包括芯板材料。不管是针对热性

质还是为约束特性、板的结构可以是对称的、

也可以是不对称的。不对称设计有一些优点、

可以将电气性能或功能与机械或散热功能分离

(见图5-2)。

不对称设计的缺点是由于印制板与芯材的热膨

胀系数不同、做成的板在组装件焊接回流焊操

作过程中或在系统使用中、由于温度的变化可

能会产生变形。这可以在互连产品背面附加一

铜箔层进行一些补偿。附加的铜箔层使膨胀系

数略微增大、而正面效应是增加了导热性。

更好的结构是对称芯板(见图5-3A及5-3B)。图

5-3A给出了两个夹芯压入多层板、提供一部分

电气功能、在图中是电源和接地。图5-3B中的

中间芯结构有一单个较厚的夹芯、通常仅具有

散热面和限制作用。要在可用范围内完成限制

IPC-2221a-5-02

图5-2 典型的不对称夹芯结构

2003年5月 IPC-2221A

作用、多层板中铜-镍铁合金-铜的组合厚度宜

约占板厚的25%。双夹芯板更常使用、因为芯

层可以进行图形转移、蚀刻并与镀覆孔相连;

较厚的中间芯必须要机加工。双夹芯板具有较

好的耐热循环。

特殊夹芯板可以在厚的金属芯板每边都粘上一

层完成了的多层板。还可做更复杂的结构、是

将金属芯夹压制在两块部分完成的多层印制板

之间。而后将复合板钻孔、电镀和蚀刻、在两

块板之间形成

镀覆孔连接。宜提供附连板进行

复合结构完整性测试。

金属芯板显著增加组装件的热惯量。它可能迫

使预热和焊接过程在异常高限下进行。这种设

计在发布前宜在生产条件下进行彻底地评价。

已观察到的典型的情况是层压板开裂和变色以

及粒状或条纹焊锡。

5.2.7 振动设计

印制板的设计要满足使用

中的振动要求、这一点在板设计布设前应予以

特别考虑。振动会影响板的组装件、会大大降

低组装件的可靠性。考虑单元、印制板组装件

及装配和环境条件的相互关系、在设计早期必

须进行整个系统的振动分析。振动对某个单元

内一些部件的影响使振动分析非常复杂。

宜对印制板组装件的每个电子硬件都进行振动

分析。分析的复杂性与使用中设备所受振动水

平有关。印制板设计将依赖于传到该板的振动

水平。对承受随机振动的印制板宜予以特别关

注。

下列标准可作为决定振动水平的指南、印制

板受到多大振动就需要进行哪种水平的振动分

析;

•频率范围80-500Hz或悬空板距大于76.2mm

[3in]、随机频谱密度大于等于0.1G

/Hz。

•频率范围80-500Hz、正弦振动水平大于等于

3G。

• 印制板组装件按可靠性开发增长试验(RDGT)

进行试验频谱密度大于等于0.07G

/Hz、同

时进行温度周期变化试验、时间超过100h。

为消除振动造成的印制板组装件失效、设计过

程中宜遵顺下列指南:

•每毫米板长(或板宽)上振动产生的板挠度宜

保持在0.08mm[0.00315in]以下、以避免多

引线器件引线失效;

• 印制板将遭受振动时、宜考虑对每一引线

m重量大于5.0g的所有元件进行刚性支持(见

5.3.2);

• 考虑使用印制板加强板和/或金属芯、以减

少板的挠度

• 用在高水平振动环境中、宜考虑用软垫安装

继电器;

•只要做得到、安装元件宜考虑用隔振器;

• 独立元器件的安装高度宜尽量低;

• 非轴向引线器件宜侧安装;

IPC-2221a-5-03a

图5-3A 含有两个对称铜-镍铁合⾦-铜夹芯的

多层⾦属芯板(当铜夹芯导体与镀覆孔相连、

使⽤典型隔热图9-4)

IPC-2221a-5-03b

图5-3B 含有⼀个铜-镍铁合⾦-铜芯的对称夹

芯板

IPC-2221A 2003年5月

因为组成系统的很多器件有相互作用、使用上

述指南不能确保设备顺利通过振动测试。进行

振动测试是保证设备运行可靠性的唯一途径。

5.3 组装件要求

5.3.1 机械硬件连接

印制板的设计应保证在

主元件安装之前或之后、都便于机械硬件的连

接。对所有需要电绝缘的机械硬件都要有足够

的物理和电间隙。安装硬件突出一般不超过板

面以下6.4mm[0.252in]、这样可保证给安装设

备和锡焊喷嘴留出足够操作空间。

5.3.2 零件⽀撑

每根引线上重量大于或等于

5.0g所有零件要用一定的方式支撑(见8.1.9)、

这样就有利于确保它们的焊接接头和引线不承

受机械强度。

使用中会受冲击和振动作用的印制板、其可靠

性需要考虑以下的准则:

• 对印制板组装件整个结构的冲击振动环境的

最坏情况水平以及实际传递给板上元件的该

种环境的最终振动水平(特别要注意受随机

振动设备);

• 降低冲击振动环境影响的设备中印制板安装

方法、特别是板安装支撑件的数量、它们的

间隔和复杂度;

• 要注意印制板机械设计、特别是它的尺寸、

形状、材料类别、材料厚度以及设计允许的

弓曲和挠曲程度;

• 印制板上安装的元件的形状、质量和位置;

• 元件引线应力释放设计、包括它的封装、引

线间距、引线弯曲、或它们的组合、以及附

加夹紧装置;

• 还要注意印制板安装中的加工质量、这样可

保证元件引线是适当弯曲、无缺口、且元件

安装方式能

使元件尽可能少移动;

• 敷形涂层也可用来降低冲击和振动对印制板

组装件的影响(见4.5.2)。

线路设计允许时、那些将受到严重冲击振动的

印制板上装配元件宜选择重量轻、外形小和带

有应变消除的元件。必需使用分立元件时、宜

优先选择表面安装或轴向引线类型、它们具有

相对较低外形、容易固定或与印制板表面紧密

连接。

只要有可能、宜避免使用不规则外形元件、特

别是质量大和重心高的。如非用不可、这些元

件宜置于板外圈或以硬件或固定件降低挠曲

处。根据问题的严重程度、可要求使用机械固

定、粘接剂连接或嵌入方式。

5.3.3 组装和测试

与前述印制板制作事项类

似、同样必须考虑印制板组装件和测试设备的

使用、以提高生产合格率并降低最终产品成

本。表5-2给出了常用印制板装配设备的使用

极限。

5.4 尺⼨标注体系

5.4.1 尺⼨与公差

在历史上、印制板设计对

尺寸和定位曾使用双向公差、是可以接受的。

但按照IPC-2615使用几何尺寸和公差(GDAT)与

使用双向公差相比有很多优点:

a) 与双向公差相比、实际定位的公差允许范

围至少加大了57%(见图5-4);

b) 在保证印制板机械性能前提下、提供了最

大可生产性。在使用最大/最小实体状态概

念时、可以获得“额外”的公差;

c) 当设计要求与匹配和功能相关时、它确保

它们能被特别注明并被执行。在使用自动

化组装技术时、

这尤其重要;

d) 保证了配合部件的可互换性;

e) 在图纸轮廓和解释方面统一和提供方便、

就可减少争议和臆测。

表5-2 常⽤组装设备极限

操作在制板尺⼨

元件贴装 450mm x 450mm[17.72in x 17.72in]

波峰焊 400mm x Open[15.75in x Open]

在线测试* 400mm x 400mm[15.75in x 15.75in]

回流焊 450mm x 610mm[17.72in x 24.02in]

清洁 450mm x 450mm[17.72in x 17.72in]

模板 450mm x 450mm[17.72in x 17.72in]

*最大尺寸也由需检测的电气节点数确定。

2003年5月 IPC-2221A