提高PCB可靠性的实用指南

高可靠性PCB性能并非仅由生产后的测试决定。

根据我们的经验，长期可靠性很大程度上受材料选择、叠层设计、制造复杂性和工艺稳定性的影响。

基于我们超过25年的PCB制造经验，我们建议考虑以下几点：

高可靠性PCB

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1. 选择合适的PCB材料——MTG通常是最佳平衡方案。

对于高可靠性应用而言，材料选择是最重要的因素之一。

标准Tg材料具有成本效益，但为了降低成本，一些材料可能含有较高比例的无机填料。

过量的填充物会导致：

• 增加PCB脆性
• 减少层压过程中的树脂流量
• 影响玻璃纤维织物间的树脂填充
• 增加互连缺陷（ICD）的风险

高Tg材料具有优异的热性能，但通常成本较高。

在许多汽车PCB应用中，中Tg（MTG）材料被广泛选用，因为它们在可靠性和成本效益之间提供了良好的平衡。

最佳材料选择取决于：

• 工作温度
• 热循环要求
• 产品寿命
• 成本目标

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2. 尽可能避免板材过厚。

较厚的PCB板并不总是更可靠。

当阻抗要求和机械要求允许时，通常会选择较薄的电路板。

适用于多种应用：

1.6毫米或以下是实用且稳定的选择。

过厚会导致：

• 热应力
• 层压困难
• 制造复杂性

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3. 尽量减少图层数量

层数越多并不总是意味着可靠性越高。

当设计允许时：

• 单面PCB
• 双面PCB
• 4层PCB

通常更容易制造和控制。

随着层数增加：

• 需要更多层压循环。
• 制造变量增加
• 过程控制面临更大的挑战

对于大批量生产而言，即使是微小的工艺偏差也会造成可靠性风险。

结构更简单的PCB通常是更稳定的PCB结构。

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4. 根据应用要求选择表面处理

表面处理工艺的选择应符合部件要求。

喷枪

推荐用于：

• 没有细间距元件
• 没有小垫子
• 标准SMT要求

HASL 是一种成熟稳定的表面处理技术。

沉金

推荐用于：

• 使用细间距元件
• 需要BGA/QFN封装
• 平面要求存在

对于 ENIG 应用，我们建议指定：

最小金厚度为 2 微米

HASL 和 ENIG 都是经过广泛验证且可靠的表面处理方法，前提是控制得当。

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5. 保持足够的电极片间距以降低ICD风险

PCB设计直接影响制造可靠性。

尽可能地：

保持焊盘间距大于 0.4 毫米。

间距不足会导致：

• 树脂饥饿风险
• 层压挑战
• 互连缺陷（ICD）的可能性

良好的PCB可靠性源于良好的PCB设计。

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6. 除非绝对必要，否则避免使用HDI。

HDI技术提供卓越的路由能力。

然而，与传统的通孔相比，激光微孔制造带来了额外的制造挑战。

当传统的通孔结构能够满足电气要求时：

为了保证长期可靠性，通常更倾向于选择结构简单的通孔设计。

当需要时应选择HDI：

• 组件密度
• 微型化
• 信号完整性要求

不仅仅是因为它是一项更先进的技术。

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7. 确保通孔镀层铜厚度足够

过孔可靠性很大程度上取决于孔壁内的铜层厚度。

虽然 IPC 2 级要求定义了最低验收标准，但增加孔铜厚度可以显著提高可靠性裕度。

对于高可靠性应用，我们建议：

孔铜厚度≥25µm

较厚的铜镀层可降低以下风险：

• 热循环裂纹
• 桶裂纹
• 通过疲劳失效

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结语

高可靠性PCB制造并非通过单一工艺就能实现的。

它由以下因素组合而成：

• 正确的材料选择
• 可靠的叠层设计
• 受控制造过程
• 适当的表面处理
• 合理的复杂性

在许多情况下，更简单、控制良好的PCB结构比不必要的复杂设计能提供更好的长期可靠性。