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为什么常见的PCB板厚是1.6mm

一般的PCB成品板厚的常规厚度是0.8mm到1.6.mm之间这个规格,而更常见的板厚规格默认是按公制单位1.6 mm (英制单位约为63mil)来设计的,很多接插件的标准也按照1.6mm这个规格来适配,那1.6mm这个厚度标准是怎样来的呢?

通过《PCB的发展历史》章节我们了解到,在电子管时代,PCB产业还处于萌芽阶段,由于电子管元件发热量大,体积笨重,不方便在印刷电路板上进行安装(需要一定的机械强度),当时的电子产品的生产制造基本上是手工搭棚安装,当然,这也与PCB的基板材料的发展有关,作为PCB基材的环氧树脂(详见专栏的PCB基材之树脂这一章节)、PCB基材之增强材料、铜箔等制造技术还未有实现商业化生产。

在20世纪20年代,电路开发人员使用电木(酚醛树脂)、石膏板、硬纸板,甚至是薄木片建造电路板(形式类似于洞洞板或者面包板,有别于印刷电路板)。他们在材料上钻孔,然后用铆钉或螺栓将扁平的铜线固定在电路板上形成互联电路。

1920 年代由 Signal 制造的TRF收音机是在木制面包板上建造的

其中,电木也即酚醛树脂,由德国化学家阿道夫·冯·拜尔(1835年-1917年)于1872年首次合成。1907年,出生于比利时的美国化学家利奥·亨德里克·贝克兰(1863年-1944年)改进了酚醛树脂的生产技术,将树脂实用化、工业化。1910年,他建立通用贝克莱特公司(General Bakelite),并用根据自己的名字赋予酚醛树脂商标名“Bakelite”。

20世纪初,依靠贝克兰的酚醛树脂制造专利,在德国、英国、法国和日本等国家,先后实现了酚醛树脂的工业化生产。酚醛树脂也开始广泛用于收音机的旋钮、转盘、安装元器件的电路板(非印刷电路板),甚至收音机的产品外壳等。

1921年,Formica(富美家)公司制造的层压板已被整合到家用收音机和船用收音机的制造中,1927年,Formica公司发现通过平版印刷工艺添加装饰纸,他们的层压板可以制成模拟木纹和大理石的图案。随着层压板变得更加丰富多彩和具有装饰性,其市场迅速扩大,当时很多工作台都采用酚醛层压板作为台面表层的装饰面板。

酚醛层压板是一种坚固且良好绝缘的高分子材料,具有耐热、防水、耐化学性和可承受大电流的特性,虽然其不是专门作为电路板用途而开发的,更广泛的应用于装饰性面板用途,但酚醛层压板无论是钻孔性能或者作为电子管的安装支撑,其强度相对于石膏板、硬纸板,或者是薄木片都要好很多,选用酚醛层压板替代硬纸板或者薄木板作为电路板是自然而然的事情。

但在酚醛层压板上打孔然后接线将所有电子元件连接在一起依然是一件非常费力的事情,比玩洞洞板还要费劲,毕竟洞洞板还预先打好了孔。没过多久,有人就想出了一种方法,把一张铜箔粘在酚醛层压板上,然后把元件之间的互联线路蚀刻在铜箔上(1913年,英国的Berry发明了采用抗蚀剂涂敷在金属箔上,再进行蚀刻没有涂敷部分,从而形成导电图形的技术),这就制成了一个单面印刷电路板。很快,多个电路板之间的互联系统的发展产生了对板对板连接器的相关的需求。

而1/16英寸或63mil,则是当时酚醛层压板的生产厚度,板对板连接器自然也是按照1/16英寸(约63mil或者1.6mm)的板厚进行设计的,这就形成了配套的产业链,1/16英寸(约63mil或者1.6mm)板厚也就形成了行业默认标准。

如今,基板材料的发展已经非常多样化,但1.6mm(或者英制单位的63mil)依然是PCB板厂的默认成品板厚,但标准板厚范围扩展到了0.8mm~1.6mm。(具体以板厂的工艺为准,有些板厂是0.6mm~2.5mm)

当然,如果要生产更薄或者更厚(比如20层板的PCB也是可以的,比如0.4mm或者3.0mm,但需要额外支付板材费用,所以PCB设计时需要进行考虑。

在确定 PCB 板厚时,需要考虑许多设计和制造因素,如:

  • 铜厚
  • 板材
  • PCB的层数
  • 信号类型
  • 通孔的类型
  • 操作环境

影响PCB厚度的制造因素包括:

  • 钻孔设备的工艺能力
  • 铜厚
  • 层数
  • 分板方法

对于非标准厚度的PCB设计时需要考虑的因素:

1.板厂的工艺能力

首先要考虑的是你的板厂是否有设备来制造你所需要的电路板厚度。这一决定应在设计过程中尽早作出,同时还要考虑其他相关DFM的设计要求。否则,你可能会被迫进行修改并重新设计你的PCB层叠结构。

2.延长交付时间

如果选择了板厂不是常备的材料,往往会造成PCB的生产周期延长,所以对于非标板厚需要考虑交付时间。

3.额外的费用

这可能是最为重要的一点,你需要评估特殊板材的成本、额外的制造成本以及延长交付的时间成本,以确定额外成本是否可以接受。

优先采用标准的PCB厚度将使你的板子制造得更快,成本更低。但是,如果你决定选择非标厚度,那么你在启动PCB设计之前,就应该第一时间与板厂沟通,确保板厂的工艺可以制造,并且沟通好交付时间以及额外的制造费用。