從設計到量產：電子工程師PCB智造實戰指南

目 錄
contents
第1 章 PCB 常用軟件 ……………………………………………………………………… 1
1.1 PCB 設計軟件 …………………………………………………………………… 2
1.1.1 嘉立創EDA ……………………………………………………………… 2
1.1.2 Altium Designer …………………………………………………………… 6
1.1.3 PADS ………………………………………………………………………10
1.2 PCB 製造軟件 ……………………………………………………………………14
1.2.1 Gerbv ………………………………………………………………………16
1.2.2 嘉立創DFM ………………………………………………………………18
1.2.3 嘉立創CAM ………………………………………………………………20
第2 章 PCB 基板材料 ………………………………………………………………………21
2.1 PCB 基材的選擇與註意事項 ……………………………………………………22
2.1.1 基材類別選擇 ……………………………………………………………22
2.1.2 基材的選擇 ………………………………………………………………22
2.2 常見電路板基材類型 ………………………………………………………………25
2.2.1 基材分類 …………………………………………………………………25
2.2.2 覆銅板的分類 ……………………………………………………………26
2.2.3 覆銅板的品種和規格 ……………………………………………………28
2.3 PCB 基材的幾項關鍵特性 ………………………………………………………29
2.3.1 耐熱性 ……………………………………………………………………29
2.3.2 電氣性能 …………………………………………………………………32
2.3.3 機械性能 …………………………………………………………………34
第3 章 PCB 生產工藝流程與參數 …………………………………………………………38
3.1 嘉立創PCB 生產工藝流程 ………………………………………………………38
3.1.1 單面PCB 生產工藝流程 …………………………………………………38
3.1.2 雙面PCB 生產工藝流程 …………………………………………………39
3.1.3 4 層PCB 生產工藝流程 …………………………………………………40
3.1.4 6 層及以上PCB 生產工藝流程 …………………………………………41
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從設計到量產：電子工程師PCB 智造實戰指南
3.2 生產流程簡介 ……………………………………………………………………41
3.3 嘉立創PCB 工藝參數 ……………………………………………………………52
第4 章 PCB 鑽孔設計與製造 ………………………………………………………………61
4.1 PCB 鑽孔工藝概述 ………………………………………………………………61
4.2 鑽孔分類 …………………………………………………………………………62
4.2.1 金屬化孔與非金屬化孔設計與製造 ……………………………………62
4.2.2 過孔與插件孔 ……………………………………………………………65
4.2.3 壓接孔 ……………………………………………………………………67
4.3 鑽孔內、外徑尺寸 ………………………………………………………………68
4.3.1 圓形鑽孔設計 ……………………………………………………………68
4.3.2 槽形鑽孔設計 ……………………………………………………………74
4.3.3 半孔設計要點與註意事項 ………………………………………………79
4.3.4 沉頭孔、背鑽和盲槽工藝 ………………………………………………82
4.3.5 孔徑公差與應用 …………………………………………………………84
4.4 PCB 正、負片工藝 ………………………………………………………………85
4.4.1 正、負片工藝加工流程 …………………………………………………86
4.4.2 正、負片工藝的品質隱患 ………………………………………………87
4.4.3 壞孔 ………………………………………………………………………89
4.5 鑽孔品質控制與檢測 ……………………………………………………………90
4.5.1 導通性檢測 ………………………………………………………………90
4.5.2 孔徑檢測 …………………………………………………………………91
4.5.3 鑽孔內部鍍層結構檢測 …………………………………………………92
練習題 ……………………………………………………………………………………93
參考答案 …………………………………………………………………………………97
第5 章 PCB 線路設計與製造 ………………………………………………………………98
5.1 PCB 線路工藝概述 ………………………………………………………………98
5.2 線路設計要點及註意事項 …………………………………………………………99
5.2.1 線寬、線距的設計與製造 ………………………………………………99
5.2.2 鋪銅設計註意事項 …………………………………………………… 106
5.3 鋪銅不均的品質隱患 ………………………………………………………… 109
5.3.1 鋪銅不均對線路製造的影響 ………………………………………… 109
5.3.2 鋪銅不均對多層板層壓的影響 ……………………………………… 111
5.3.3 鋪銅不均對阻焊油墨的影響 ………………………………………… 113
·VII·
目 錄
5.4 線路的品質控制與檢測 ………………………………………………………… 114
5.4.1 線路尺寸與精度的驗收標準 ………………………………………… 114
5.4.2 線路的檢測 …………………………………………………………… 117
練習題 ………………………………………………………………………………… 118
參考答案 …………………………………………………………………………………97
第6 章 PCB 阻焊設計與製造 …………………………………………………………… 123
6.1 PCB 阻焊工序概述 …………………………………………………………… 123
6.1.1 阻焊的設計層次與生產工序 ………………………………………… 123
6.1.2 阻焊生產的關鍵設備 ………………………………………………… 123
6.2 阻焊設計 ……………………………………………………………………… 124
6.2.1 阻焊開窗與覆蓋區域 ………………………………………………… 124
6.2.2 阻焊層與錫膏層 ……………………………………………………… 126
6.2.3 阻焊擴展值的參數設置 ……………………………………………… 126
6.3 阻焊橋 ………………………………………………………………………… 129
6.3.1 阻焊橋的定義與作用 ………………………………………………… 129
6.3.2 影響阻焊橋實現的條件 ……………………………………………… 129
6.4 四種阻焊覆蓋方式 …………………………………………………………… 130
6.4.1 過孔蓋油 ……………………………………………………………… 130
6.4.2 過孔開窗 ……………………………………………………………… 131
6.4.3 過孔塞油 ……………………………………………………………… 132
6.4.4 過孔塞樹脂/ 銅漿+ 電鍍蓋帽 ……………………………………… 134
6.4.5 工藝選擇與成本平衡 ………………………………………………… 136
6.5 阻焊的品質控制與檢驗 ………………………………………………………… 137
6.5.1 阻焊油墨的外觀檢驗 ………………………………………………… 137
6.5.2 附著力檢測 …………………………………………………………… 137
練習題 ………………………………………………………………………………… 137
參考答案 ……………………………………………………………………………… 140
第7 章 PCB 字符標識設計與製造 ……………………………………………………… 141
7.1 字符標識（絲印）工藝概述 …………………………………………………… 141
7.1.1 字符生產關鍵設備的時代變遷 ……………………………………… 141
7.1.2 網板印刷與自動噴印的優缺點 ……………………………………… 142
7.2 字符設計要點及註意事項 ……………………………………………………… 143
7.2.1 字符標識可製造性設計 ……………………………………………… 143
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7.2.2 字符個性化設計與選擇 ……………………………………………… 147
7.3 字符的品質控制與檢測 ………………………………………………………… 151
7.3.1 字符清晰度和可讀性檢測 …………………………………………… 151
7.3.2 字符附著力檢測 ……………………………………………………… 151
練習題 ………………………………………………………………………………… 151
參考答案 ……………………………………………………………………………… 193
第8 章 PCB 外形設計與製造 …………………………………………………………… 154
8.1 外形工藝概述 ………………………………………………………………… 154
8.2 外形設計註意事項 …………………………………………………………… 155
8.2.1 外形層設計 …………………………………………………………… 155
8.2.2 外形尺寸設計 ………………………………………………………… 157
8.2.3 外形公差 ……………………………………………………………… 158
8.3 外形拼板 ……………………………………………………………………… 159
8.3.1 單板出貨 ……………………………………………………………… 159
8.3.2 V 割拼板出貨 ………………………………………………………… 159
8.3.3 郵票孔拼板出貨 ……………………………………………………… 162
8.3.4 拼板的其他註意事項 ………………………………………………… 163
8.3.5 PCB 斜邊工藝 ………………………………………………………… 165
8.4 外形的品質控制與檢測 ………………………………………………………… 166
8.5 PCB 的平整度 ………………………………………………………………… 167
8.5.1 平整度對PCB 的影響 ………………………………………………… 167
8.5.2 如何預防和改善PCB 平整度 ………………………………………… 167
8.5.3 平整度的評估 ………………………………………………………… 168
練習題 ………………………………………………………………………………… 170
參考答案 ……………………………………………………………………………… 178
第9 章 PCB 錶面處理的選擇 …………………………………………………………… 179
9.1 錶面處理類型與應用 …………………………………………………………… 179
9.1.1 噴錫工藝 ……………………………………………………………… 179
9.1.2 沉金工藝 ……………………………………………………………… 181
9.1.3 OSP …………………………………………………………………… 181
9.2 錶面處理工藝選擇的註意事項 ………………………………………………… 183
9.2.1 高密度元器件PCB 錶面處理的選擇 ………………………………… 183
9.2.2 特殊類型PCB 錶面處理的選擇 ……………………………………… 183
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目 錄
9.3 錶面處理的控制與檢測 ………………………………………………………… 186
9.3.1 外觀檢查 ……………………………………………………………… 186
9.3.2 可焊性檢測 …………………………………………………………… 187
練習題 ………………………………………………………………………………… 188
參考答案 ……………………………………………………………………………… 188
第10 章 FPC ……………………………………………………………………………… 189
10.1 FPC 基礎知識 ……………………………………………………………… 189
10.1.1 FPC 板分類 ………………………………………………………… 189
10.1.2 軟板材料介紹 ……………………………………………………… 191
10.1.3 硬板材料 …………………………………………………………… 197
10.1.4 FPC 優缺點 ………………………………………………………… 198
10.2 FPC 生產流程 ……………………………………………………………… 198
10.2.1 單面板生產流程 …………………………………………………… 198
10.2.2 雙面板生產流程 …………………………………………………… 199
10.2.3 多層板生產流程 …………………………………………………… 199
10.2.4 特殊多層板 ………………………………………………………… 200
10.3 FPC 生產流程詳解 ………………………………………………………… 202
10.4 FPC 設計註意事項 ………………………………………………………… 209
10.4.1 鑽孔設計 …………………………………………………………… 210
10.4.2 線路設計 …………………………………………………………… 210
10.4.3 阻焊設計 …………………………………………………………… 211
10.4.4 文字設計 …………………………………………………………… 212
10.4.5 輔料設計 …………………………………………………………… 212
10.4.6 外形設計 …………………………………………………………… 214
10.4.7 拼板設計 …………………………………………………………… 215
第11 章 嘉立創EDA 快速入門 ………………………………………………………… 217
11.1 嘉立創EDA 設計入門 ……………………………………………………… 217
11.1.1 開發環境介紹 ……………………………………………………… 217
11.1.2 新建元件 …………………………………………………………… 218
11.1.3 原理圖設計 ………………………………………………………… 223
11.1.4 電路PCB 設計 ……………………………………………………… 227
11.2 嘉立創EDA 特色功能 ……………………………………………………… 232
11.2.1 FPC 軟板設計 ……………………………………………………… 232
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從設計到量產：電子工程師PCB 智造實戰指南
11.2.2 彩色絲印設計 ……………………………………………………… 235
11.2.3 3D 外殼設計 ………………………………………………………… 238
11.2.4 面板設計 …………………………………………………………… 242
第12 章 嘉立創DFM ……………………………………………………………………… 245
12.1 嘉立創DFM 軟件簡介 ……………………………………………………… 245
12.2 DFM 快速入門 ……………………………………………………………… 245
12.2.1 安裝客戶端 ………………………………………………………… 245
12.2.2 打開文件 …………………………………………………………… 246
12.2.3 PCB 分析 …………………………………………………………… 247
12.2.4 SMT 分析 …………………………………………………………… 248
12.2.5 導出分析報告 ……………………………………………………… 250
12.3 DFM 主要功能及操作流程 ………………………………………………… 252
12.3.1 DFM 檢測之PCB …………………………………………………… 252
12.3.2 DFM 檢測之SMT …………………………………………………… 255
12.3.3 DFM 分析結果查看 ………………………………………………… 258
12.3.4 DFM 自定義檢測規則 ……………………………………………… 259
12.4 常見DFM 問題識別及解決方法 …………………………………………… 260
12.4.1 為什麽報錯“有多個PCB 源文件或Gerber 文件” ……………… 260
12.4.2 鑽孔與線路層沒有對齊 …………………………………………… 261
12.4.3 為什麽元件明明在板內卻報告與板框相交 ……………………… 262
第13 章 嘉立創CAM …………………………………………………………………… 264
13.1 嘉立創CAM 軟件介紹與下載安裝 ………………………………………… 264
13.1.1 引言 ………………………………………………………………… 264
13.1.2 軟件的主要功能 …………………………………………………… 265
13.1.3 軟件的運行環境 …………………………………………………… 266
13.2 初次使用流程和異常情況處理 ……………………………………………… 267
13.2.1 軟件啟動 …………………………………………………………… 267
13.2.2 註冊與登錄（個人版） …………………………………………… 267
13.2.3 主界面概覽 ………………………………………………………… 267
13.2.4 導入資料示例 ……………………………………………………… 268
13.2.5 異常情況處理 ……………………………………………………… 270
13.3 軟件界面詳解 ………………………………………………………………… 271
13.3.1 導入Gerber 資料界面詳解 ………………………………………… 271
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目 錄
13.3.2 資料包的結構詳解 ………………………………………………… 271
13.3.3 資料編輯界面詳解 ………………………………………………… 273
13.3.4 導出資料界面詳解 ………………………………………………… 276
13.4 主要命令詳解 ………………………………………………………………… 276
13.4.1 資料整理之層命名 ………………………………………………… 276
13.4.2 資料整理之層屬性與層類型 ……………………………………… 278
13.4.3 資料整理之層極性 ………………………………………………… 278
13.4.4 資料整理之資料格式 ……………………………………………… 279
13.4.5 資料整理之層對齊 ………………………………………………… 280
13.4.6 資料整理之虛擬外形 ……………………………………………… 281
13.4.7 資料整理之Step 歸零 ……………………………………………… 281
13.4.8 資料整理之外形裁剪 ……………………………………………… 282
13.4.9 層相關命令集 ……………………………………………………… 283
13.4.10 跨層移動 …………………………………………………………… 283
13.4.11 跨層復制（復制層） ……………………………………………… 284
13.4.12 Step 相關命令集 …………………………………………………… 285
13.4.13 還原文件名 ………………………………………………………… 285
13.4.14 資料編輯之選擇命令 ……………………………………………… 286
13.4.15 資料編輯之同層移動 ……………………………………………… 287
13.4.16 資料編輯之同層復制 ……………………………………………… 289
13.4.17 資料編輯之元素添加 ……………………………………………… 289
13.4.18 資料編輯之元素脹縮 ……………………………………………… 291
13.4.19 資料編輯之元素修改 ……………………………………………… 292
13.4.20 資料編輯之正片去負 ……………………………………………… 293
13.4.21 矩陣變換 …………………………………………………………… 293
13.4.22 提取輪廓線 ………………………………………………………… 293
13.4.23 填充輪廓線 ………………………………………………………… 294
13.4.24 連續線偏移 ………………………………………………………… 295
13.4.25 連續線移動（保持角度） ………………………………………… 295
13.4.26 網格填充 …………………………………………………………… 296
13.4.27 線角轉換與橋接 …………………………………………………… 296
13.4.28 測量工具 …………………………………………………………… 298
13.4.29 保存PDF 文件 ……………………………………………………… 299
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從設計到量產：電子工程師PCB 智造實戰指南
13.4.30 手動拼板 …………………………………………………………… 299
13.4.31 拼板命令之Repeat 選擇 …………………………………………… 300
13.4.32 拼板命令之Repeat 編輯 …………………………………………… 301
13.4.33 拼板命令之錨點設置 ……………………………………………… 302
13.4.34 半自動拼板 ………………………………………………………… 302
13.4.35 添加工藝邊 ………………………………………………………… 302
13.4.36 拼板命令之Repeat 對齊 …………………………………………… 303
13.4.37 郵票孔添加 ………………………………………………………… 303
13.5 使用場景和技巧 ……………………………………………………………… 305
13.5.1 修改鑽孔孔徑 ……………………………………………………… 305
13.5.2 刪除絲印和添加絲印 ……………………………………………… 305
13.5.3 旋轉拼板 …………………………………………………………… 306
附錄A 嘉立創CAM 專業術語 …………………………………………………………… 309
參考文獻 ……………………………………………………………………………………… 312