PCB印制板IPC2221-材料和机械特性

1、印制板的设计材料和机械特性ReferencetoIPC-2221A&IPC-2222A目录1、目的2、范围 13、术语和定义 14、规范内容 14.1材料 14.1.1材料选择 14.1.1.1按结构强度选择材料 24.1.1.1.1介质厚度/间距 34.1.1.2按电气性能选择材料 44.1.1.2.1电性能要求 44.1.1.3按环境性能选择材料 44.1.1.4层压板选择指南表 44.1.1.5设计者/用户材料选择流程框图 94.1.2标记和字符 104.1.2.1 ESD 事项 114.2机械特性 114.2.1产品/印制板构造 114.2.1.1边界和间距 114.2.1.2

2、印制板尺寸 124.2.1.3尺寸的长宽比 124.2.1.4弓曲和扭曲 124.2.1.5振动设计 134.2.2组装件要求 134.2.2.1机械硬件连接 134.2.2.2零件支撑 134.2.2.3机械支撑 144.2.2.4组装、托盘化和测试 144.2.3尺寸标注体系 154.2.3.1尺寸与公差 154.2.3.2基准要素 154.2.3.3拼板化基准要素4.2.3.4印制板厚度公差5、相关记录 206、附录 2020201、目的本规范的建立是为了给 PC 改计者在材料选择过程中提供相应的指导，以及为 PC 段计者提供必须遵循的规约。2、范围适用于深圳科瑞技术股份有 PM 公司及

3、其分公司所有 PCB 设计人员。3、术语和定义无4、规范内容4.1 材料 4.1.1 材料选择（IPC-2221A4.1 材料选择，P17）指定材料时，设计人员首先必须确定该电路板必须满足的技术要求。这些技术要求包括温度（焊接和工作）、电性能、互连件（焊接件、连接器）、结构强度和电路密度。值得注意的是复杂度的增加会导致材料和加工成本的上升。从具有不同温度特性的材料组成一种复合材料时，该材料最终所允许使用的温度上限值由组成成分中温度性能最差的材料所决定，如表 4-1 所示。材外代号弁腹厚度（见小）蠹为祭舟廉4人工T TNEMANEMAIPC-4101IPC-4101FR-4FR-4 /21/24

4、/26/27/8Z/83/92/93/94/95/97/98/21/24/26/27/8Z/83/92/93/94/95/97/980,10,1mm|0,0040in|mm|0,0040in|12(TC12(TC0.4tnrn|0.0157in|0.4tnrn|0.0157in|13CTC13CTCFRFR5 52323O.6mm|O.O24Olii|O.6mm|O.O24Olii|4nm|OO55lin|4nm|OO55lin|17OC17OCGPGP J J30/40/41/1Z30/40/41/1Z01mmi0XXH0in|01mmi0XXH0in|J70J7050500.1mm|0,0

5、fMGin|0.1mm|0,0fMGin|1201200.4mm|00157in|0.4mm|00157in|13013053/6053/600.1mm|0.04ain|0.1mm|0.04ain|M0M016mm|OOG3Oin|16mm|OOG3Oin|17017070/7170/710.1mm|0.0040in|0.1mm|0.0040in|0.4mm|00157in|0.4mm|00157in|i7(rci7(rc表 4-1 覆箔层压板的最高操作温度（IPC-2222A 一表 4-1,P4）注 1.1.室温加上电流通过导体和元器件产生的温升。注 2.2.同一块印制板中，FR-4FR-4

6、 层压板不应该与 GPYGPY 占结片结合使用。注 3.3.当在一块板中使用了 GPGP 限压板和 FR-4FR-4 粘结片时，温度应当按 FR-4FR-4 材料的规定。注 4.4.对于表中所示的介质总厚度，多层印制板应当限定其最高操作温度。注 5.5.对于表中未规定的增强材料/树脂组合，其最高操作温度应该接近于表中有相同树脂体系组合的温度。注 6.6.同一类别的其他材料有可能达到更高的操作温度。注 7.7.对于某些层压板制造商，介质厚度小于上述厚度的材料，可由 ULUL 确定其温度。1.4.1按结构强度选择材料（IPC-2221A-4.1.1 按结构强度选择材料，P17）设计中选择层压板要考

7、虑的第一步就是准确地界定必须满足的技术要求，如工作环境、振动、“G负荷、冲击（碰撞）、物理性能和电性能。层压板宜选择标准结构，以减少批准的费用和时间。有几种绝缘板可选时，最佳的选择应考虑综合性能最好的。材料的外形和尺寸上，应是容易得到的。诸如机械加工、工艺处理、工艺成本和原材料的总体规范等其它方面也应该考虑。除了上述参数之外、线路板的结构强度必须达到能承受装配和操作应力的要求，如表 4-2 所示。圣乐茂材料0PC-4100PC-4101 1代力隹）3TgmCTEcaCTEca小于TgajtTjTgajtTj工y*y*凰号印制工拗对这本因子*印刷总的可生产出罪氧就赭/21/21(GF/GFN/(

8、GF/GFN/CFK)CFK)1101104 4万tdMOtdMO159015901.01.0基的得-再加工可用于鞋尢尺寸的印制板返工鞋差*甫温原itrcitrc林受热概强侬(GH/GHN/(GH/GHN/CHP)CHP)1701704 4店135-185135nin同CFNH可高温下使用可返工啾购买/24/24(CF/CFC)(CF/CFC)ISOISO4.54.51 150-20050-200156015601.01.0*同CFNH可高温下犊用.可电工成本比GFNGFN电高侬(GI7CFG)(GI7CFG)1301304.54.5150-200150-200156

9、015602.52.5同GFNJL可高温下候用-可返工成本比C C卜N N鸣鬲/26/26(CFC/CFT)(CFC/CFT)1501504.54.5170-220170-220156015601.01.0同CFG!可抵温下侵用可返工成本比CFNCFN略商聚吃壬挨.-成瑞4040（C1/GINC1/GIN）1701704,14,12020。最小11-1511-1575752.52.5*-可高温下世用-可遮工-矗购得-比FR4FR4成奈更高-比FR4FR4易吸淑表 4-2 部分常用层压板材料的优点和缺点（IPC-2222A 一表 4-2,P4）/4I(CI/C1D/4I(CI/C1D170170

10、4 41 12525。我小1 1J-J-151575752.5可荷温下使用不返工曷由将ttFR4ttFR4成本更商比FR4FR4易哽潮M2(G1/GU)M2(G1/GU)1701704J4J200-250200-25011-1511-1575752.52.5万高赛下世周可通工T押一比FR4FR4成木更需比FR4FR4同嘱洞帚蛆物聚等酰膝/50/50（AFAF）125125（部分材料可达到140140）3.63.6125-190125-1907-97-910010012.D-+低X XY Y轴CTECTE重量轻多官能环社T*T*可达1501507807800 0c c-费高僮用温比125%125

11、%遥工杜黑埠的买不带蝌物紫等酰麟/53/53（BJBJ）1901903.63.62201t2201t小1010- -1212L10L107.07.0值X XY Y岫CTECTE交量轻-高温和越好的可生产性-埴工性是难的英泉酸酯/SK/SK墙/70/70(SC)(SC)1701703.53.52352358.5-928.5-9244444.54.5*4工轴碑账-融毛稳定一支量轻雅曲买环员/破环布150150424218018015-15-171755551.01.0U U7 7林CTCTE E高热分解温度件力光融FR4FR4激忒较高环发/献轩布712471241501503,73,7180180

12、13-13-14146565L0L0*+牛-7 望卬却 MS匕onGMlGMlw,EE11l+-+OO9 9Q QOOOOOO，QCQC* *c cZN与ws1SQe。0Q0OFr隹隹11111+。0 0oJOOJOOr roo。 。0 0总总幺M33a0OO内总曷FFE(EEE(EE1I+1+1+4-4-OO0O OO O0 0Q QOaoaoDQily yw s.步 s3R东货IL一Lq息b61sHIeILd:IoIL。审WX目定XN0宦H曾住XtfcsBsftNs墟黑田吧段厚舞寸&LLBM十-1-004COOOCIEs90E宫WQ十十00*4000睛3昌Ls sNV十-+0。o0

13、oooLm$L-k80no83片”防防常邪弱.s23IS2.1858B3KW根转墟塞出115雄厚建(pogCN曲。二61)疆辎喊E儡十天4-O,。,O。coco00Ococo*图3in1gC33II ee33as十十+1ocoeoooog。oooOOOO旗 o0 0ooparXH符富生窑密炉e-oo批出岂iII。 。o o o。00oo04040IIr*ieo88HEf-+1I14OGOOooOOOO中举。00g”ooooOO0Ocoe提罟嗡&修WM睛*nKS|o0QQQLEEB8tiB11+41+COOCOO cooocoooo040o040ceoceoCOQCOQoooeooeoo

14、rapN隔 KSI$X11egg3SZJMciS=iO国可再F9as114-1+1oooQO oeoeo o o ooeoe&国1T3r*0s岩1110 0O Ooooooo50500000o or rooooococ.8T霖?si高52名111111+oocOQOOQOCOOOQQ, ,COOCOO0040044004003二二*寸 wNgSB-i114h6dfl百 百 哥saaii+。 。oo 9 9Q0000COCO o o0 0 置史?鹘3Sar1高N岗岂811141OOcococoo oo oco0co0o o o os晋*nR性g+。QOQOC3OC3OO o or roo

15、oooooooooo出罟出TW辟事需sU二 wbbhIIIr*r*r*e0o格窗 M 比落岩1I4O Oo000e0。o 器e8,.-1sIX0adILLRB如防5-+十十-+-P-+-P+ +COOCOO十十+O0O0十十+1oco111OO十1114ooo11+41+COOCOO11+1+1。，111+o111114+ooc11+1+4。iii41 O O111114+ooc11+ COOOOco0000909OO00 0Q3oooOO o03*OO0。ooOO000004OOOOocoo09oOC3 o*睢000OOeooOOC&00ogOOOOgoo。OSOOO o自000co

16、co 0。ocooocooo”0QOO令0一000ororc00o。cooce00ooeaa ooaooa oooo C0C0aoaaoa将如090090ooooooOC*O0o ooc cnono coocoo oooocooroo55 4040oocooooeooeooeooooco oC30C30ooooOSOSooo聿cCOco0 0oooooo ccooccoocoocoo 0404 4 4oo oooooo oooooooeo时出Q0oo0101oo0oo0 0COCO 0 0coccoc C4C4 9 9 0oc0oc9C0。0:-o0ooooooooooo。oooo 4 4 o

17、ooooo OOOO o o009009O 黎。eoeoo o 0oo o o ooooooooc c o o oooocc *04*04 o o ooO O.83SS3需 R Rflf s46rn46rn 厘mVmVK K*t tl lg g2222sga蔻片瑶8- -*TTTBtaas雷:1q q号M1 1q qR耳qZ Z一堤电i!县*二LMNMNN N9U9LLZ/ELLZB9U9LLZ/ELLZBZ3Z3 w wh hqzA Ar rr r!t!t11 1ClIsBiBi3 3K KigsIM ME EhHtoto要.LEMPJLEMPJ 山山LEDOLEDO 加山山nwnlO-DU

18、)rnwnlO-DU)rwnlQOM)wnlQOM)L9W0)iuuJl-BDOPMwl-Bl-BDOPMwl-BOOQluu*soaOOQluu*soam m 皿 uiuiE E*aS0G10G1d dQ*QQQQQQQufMEufMEu uEBEB -AA 光.Q QQ QQ QKWEKWE5 58a.a.CLQ.CLQ.o.a.o.a.a.a.A.设计者/用户材料选择流程框图设计者/用户材料选择图困 41 帝斗咪、丑 F 百B感网(一PC2222A，肉 42pig(一 PC2221A,45七由口也*P26)1。热性能优产FH-4?更好的电气性能叮(高速、CTLXYXY釉尺寸限制？(SMT

19、)(SMT)4单面板l，H4多环氧,改性环氧树脂,CEPIPI多环氧、改性环氧树脂，CE浅性环氧树麻CE、PTFEPLPI混合物-CE.CE混合物流性环氧树脂FR-6/CRM-5CE、PTFE石英基体系、环plpl亚芯性、觥属A AP1P1聚金心aCRMJFR6FRCRM5、CEM-1、CEM-3FR-2.XKXPFl?-4类型；双官能团，惠官能团、四宜能【川、改性环氢附脂当布设总图中有规定时，印制板及其组装件应使用非导电油墨、标签、蚀刻字符或其它方法标识。标记宜提供参考代号，部件或序列号、版本、方向或极性符号、条形码、静电放电（ESD）状态等等。标记位置应避免将信息处于元器件下方，装配或安装

20、后隐蔽部位或导体表面。标记不宜放在有熔融金属或不透明涂层覆盖的表面。蚀刻标记会影响电性能，例如电容。标记应大小适中，清晰明确，其所在位置在加工、检验、存放、安装及印制板的现场修理或装配过程中应易于辨认。按公司的 图纸图号规则 在 PC 版上标识出 PCBg 称及公司 LOGQ 通常符号最小高度 1.5mm0.059in线宽 0.3mm0.012in是比较合适的。4.1.2.1ESD 事项（IPC-2221A-4.6.1ESD 事项，P27）完成的电路卡组装件应按装配图完全相同进行标识。含有静电放电敏感器件的电路卡组装件标识应按EIA 标准 RS-471 进行。进行标识所使用永久性油墨或标签，应

21、能经得起装配生产并且在器件维修拆卸前看得见。需要附加标识时，应在组装件布设总图上标明。4.2 机械特性产品/印制板构造（IPC-2221A-5.2 产品/印制板构造，P27）印制板物理参数宜与电子系统的机械要求相一致。公差宜进行最优化，使印制板尺寸、形状、厚度和用于产品安装中机械部件得到最好匹配。边界和间距（IPC-2222A-5.2.1.1 边界和间距，P16）印制板制造商通常利用边界和边距，为定位要素和其他制程控制要素提供空间，如图 4-2 所示。457.O457.OK K611L011&0611L011&0K K24.024.0也制板的印刷板定位和花制板利JU图 4-2

22、印制在制板的边界和边距，mmin（IPC-2222A图 5-1,P16）印制板尺寸（IPC-2221A5.2.2 印制板尺寸，P27）只要有可能，印制板尺寸宜一致，以使裸印制板和组装件测试夹具容易，使用夹具最少。图 4-2 给出了印制板的标准化范例。为使制作成本最低和每块在制板上印制板数量最多，印制板大小还宜与标准生产在制板大小相匹配。尺寸的长宽比（IPC-2222A5.2.1.2 尺寸的长度比，P17）印制板的长和宽的关系应该尽可能的保持相似。窄而长的印制板或形状不规则的印制板容易导致过量的弓曲/扭曲。在制造、组装、测试和系统固定的所有过程中，尺寸不稳定性和相关的问题是确定成品印制板尺寸的因

23、素。弓曲和扭曲（IPC-2221A5.2.4 弓曲和扭曲，P29）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。包括芯板厚度、介质层厚度、内层面和单独的铜层厚度、另外截面的布局,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。振动设计（IPC-2221A-5.2.7 振动设计，P30）印制板的设计要满

24、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。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。为消除振动造成的印制板组装件失效，设计过程中宜遵循下列指南：?每毫米板长（或板宽）上振动产生的板挠度宜保持在 0.08mm0.00315in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 mt 量大于 5.0g 的所有元

25、件进行刚性支持；?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；组装件要求（IPC-2221A-5.3 组件要求，P31）机械硬件连接（IPC-2221A-5.3.1 机械硬件连接，P31）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 6.4mm0.252in、这样可保证给安装设备和锡焊喷嘴留出足够操作空间。零件支撑（IPC-2221A-5.3.2

26、 零件支撑，P31）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，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?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

27、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；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。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。操作在制板尺寸兀件贴装450mmx450mm17,72inx17,72in波峰焊400mrnxOpen15.75inxOpen在线测

28、试*400mmx400mm115.75inx15*75in回流焊450mmx610mmf17*72inx24.02in清洁450ml口x450mm17.72inx17472in模板450mnix450alm17.72inx17,72in表 4-10 常用组装设备极限（IPC-2221A 一表 5-2 常用组装设备极限，P31）*最大尺寸也由需检测的电气节点数确定。机械支撑（IPC-2222A5.2.2 机械支撑，P17）一般至少应该在印制板组件两个相对边提供足够的机械支撑。支撑位置和方法应当使冲击和/或振动等减小至一定水平，这样可使印制板组件的挠曲在适用规范的公差内，而不会导致导体箔破裂或松脱

29、，元器件或元器件引线破裂。组装、托盘化和测试（IPC-2222A5.3.1 组装和托盘化和测试，P17）部件托盘化是测试和组装在很多情况下采用的一种标准工艺，可采用许多不同的方法实现。这些方法包括简单的刻槽、铳切和刻槽组合、以及铳切和可分离条组合。如果设计者非常了解生产，多块小尺寸的印制板可以有效的排列在单块在制板中。在制板布局可能包括以矩阵排列的多块印制板，或只包括一块要求保留额外的材料以进行有效的组装加工的印制板。较大尺寸印制板或多个较小尺寸的印制板保留在同一在制板内，在完成所有组装制程后进行分离。同样的，应当提前设计从在制板中切割或分离单个印制板。可以使用多种方法将多块印制板排列在一块在

30、制板中，包括 V 型刻槽，带可分离条的铳槽和邮票孔。尺寸标注体系尺寸与公差（IPC-2221A5.4.1 尺寸公差，P32）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。使用电子媒介就不必为单个元件标注尺寸。基准要素（IPC-2221A5.4.3 基准要素，P33）基准是理论上准确的点、轴和面。这些要素存在于三个互相垂直交叉面的被称作基准参考框架的框架内所选的基准特性是为了定位与基准参考框架相关的印制板（见图 4-3）。图 4-3 基准参考框架（IPC-2221A图 5-4A 基准参考框架，P33）有时使用单个参照基准就足够了，但大多数情况下是三种基准均要参考。一般是将板的第二

31、面与第一面一起作为基准面。其余两个基准面或基准轴通常是使用非支撑孔。另外，蚀刻要素或印制板边缘也可以使用。基准要素的选择取决于设计要控制的元素。当板边缘代表印制板的一个重要功能时，可用它作为基准。基准要素应布设总图上标注。基准要素宜为印制板的功能要素并宜与配合部件如安装孔有关联。所有基准要素宜置于印制板外形之内。一般地、二级基准要素成为测量的坐标零点，最好将其定位于印制板内。注：当印制板电路很密或尺寸很小时，板上可能会没有定位特征的空间。这时、零-零原点在板外、且二级定位是为目视方向用的。通常标记油墨具有该功能。使用电子数据时，所有的孔、导体和特征均是允许制造和检查的可行的元素。然而，由于任何

32、特征在数据库内没有数字化的尺寸标注，因此设计时，在非电子格式中有必需注明尺寸。这些特征如下：A）镀覆孔图形镀覆孔图形（见图 4-4）常常是在第一次钻孔时就完成了。它用每个孔对基本网格的公差作为基本尺寸体系来标注尺寸。孔位公差在钻孔表或最好在布设总图中规定。CK0CK0 同一整口彩D.002fi3-0.003HD.002fi3-0.003Ha a$ $aeaeaoo-aaoo-aocaoca00,0fi400,0fi4- -0,075j3o.O&t0,075j3o.O&t- -0,0730,073ToiM2S3ToiM2S3- -0,003110,003110.D02S30.D0

33、2S3- -0,003110,00311E E图 4-4 镀覆孔图形位置示例 mmin（IPC-2221A图 5-5A 镀覆孔图形位置示例，P33）B）非支撑孔孔图形非镀覆孔图形，特别是定位孔和安装孔（见图 4-5）,通常是在第一道钻孔操作时钻成的。当它们对于板的安装功能或定位要素来讲是很重要时，它们应清楚地标注尺寸和给出公差，即使是位于坐标网格上。其中两个这样的孔可标为二级和三级基准要素。定位孔是印制板或在制板的特征。它们是以孔的形成作为特性，它们也可被板的制造商用作优化定位夹具上的针之间及孔之间或板子的凹槽之间的公差情况。虽然组装者也将定位特性作为在制组装件的一个部件，所以它是与印制板制造

34、商与组装者连接的一个很好的计划，但制造定位孔通常是由板的制造商来确定的。图 4-5 定位孔与安装孔图形示例 mmin（IPC-2221A图 5-5B 定位孔与安装孔图形示例，P34）C）导电图形3fil-71：。一IW!-0,MMTs00C00C。0 008Doortv08Doortv介ss0白中0OOOQ-an09口。中辱ooeooe。口QaQa。OQOQaDclOQOQaDcl。0O0OnQ-oaO0O0OnQ-oaO由A A. .-aiifii)0 0只要规定了最小环宽，导电图形不需要提供单独的参照基准。最小环宽是规定导电图形相对于镀覆孔图形位置公差的一种通用方法。对某些设计而言，特别是具有精细节距和/或高引脚数元件采用自动化装配时，需要更加高的精确度。这种情况下，可能会要求要素的位置公差并应标在布设总图中。另一方面，可能要求限于元件特征的对准标志。这些需要给出相对于组装定位要求的公差（见图 4-6）。对准标志的大小、形状和数量与装配工序中所用设备类型，引线距和引线数有关。图 4-6 有对准标志的导线图形位置示例 mmin（IPC-2221A图 5-5C 有对准标