电子产品制造工艺表面印制板

,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,表面印制电路板,表面贴装对,PCB,的要,求,SMB,的特点,PCB,基材质量参数,表面组装印制板的设计,1,多层PCB“孔”的概念,通孔：贯穿整个PCB。,优点：制作方便，成本低。,缺点：通孔浪费与之无关的其他层的线路空间。,盲埋：实现表层PCB和内层PCB间互连，不穿透整个PCB。,埋孔：实现内层PCB间的互连，不影响表层空间。,盲埋、埋孔这两种过孔工艺基本解决了通孔浪费空间的缺点，但是成本相对较高。,2,表面贴装对,PCB,的要求,比,THT,高一个数量级以上,外观要求,高,热膨胀系数,小，,导热系数,高,耐热性,要求,铜箔的粘合强度,高,抗,弯曲强度：,电性能要求：介电常数，绝缘性能,耐,清洗,3,SMB,的特点,1.,高密度,由于有些,SMD,器件引脚数高达,100,500,条之多，引脚中,心距已由,1.27mm,过渡到,0.5mm,，甚至,0.3mm,，因此,SMB,要求,细线、窄间距，线宽从,0.2,0.3mm,缩小到,0.15mm,、,0.1mm,甚,至,0.05mm,，细线、窄间距极大地提高了,PCB,的安装密度。,2.,小孔径,单面,PCB,中的过孔主要用来插装元器件，而在,SMB,中大多数,金属化孔不再用来插装元器件，而是用来实现层与层导线之间,的互连。目前,SMB,上的孔径为,0.46,0.3mm,，并向,0.2,0.1mm,方向发展，与此同时，出现了以盲孔和埋孔技术为特,征的内层中继孔。,4,SMB,的特点,3.,热膨胀系数,(CTE),低,由于,SMD,器件引脚多且短，器件本体与,PCB,之间的,CTE,不一致。由于热应力而造成器件损坏的事情经常会发生，因,此要求,SMD,基材的,CTE,应尽可能低，以适应与器件的匹配性,，如今，,CSP,、,FC,等芯片级的器件已用来直接贴装在,SMB,上，这就对,SMB,的,CTE,提出了更高的要求。,4.,耐高温性能好,SMT,焊接过程中，经常需要双面贴装元器件，因此要求,SMB,能耐两次再流焊温度，并要求,SMB,变形小、不起泡，,焊盘仍有优良的可焊性，,SMB,表面仍有较高的光洁度。,5,SMB,的特点,5.,平整度高,SMB,要求很高的平整度，以便,SMD,引脚与,SMB,焊盘密切,配合，,SMB,焊盘表面涂覆层不再使用,Sn,Pb,合金热风整平,工艺，而是采用镀金工艺或者预热助焊剂涂覆工艺,6,PCB,基材质量参数,1.,玻璃化转变温度,(Tg),玻璃化转变温度,(Tg),是指,PCB,材质在一定温度条件下，基,材结构发生变化的临界温度。在这个温度之下基材是硬而脆,的，即类似玻璃的形态，通常称之为玻璃态,;,若在这个温度,之上，材料会变软，呈橡胶样形态，称之为橡胶态或皮革态,，这时它的机械强度将明显变低。,这种决定材料性能的临界温度称为玻璃化转变温度,(glass,transtion temperture,，简称,Tg),。玻璃化转变温度是聚合,物特有的性能,除了陶瓷基板外，几乎所有的层压板都含有,聚合物，因此，它是选择基板的,个关键参数。,7,PCB,基材质量参数,2.,热膨胀系数,(CTE),热膨胀系数,(Coefficient of Thermal Expansion CTE),是,指每单位温度变化所引发的材料尺寸的线性变化量。,任何材料受热后都会膨胀，高分子材料的,CTE,通常高于,无机材料，当膨胀应力超过材料承受限度时，会对材料产生,损坏。用于,SMB,的多层板是由几片单层“半固化树脂片”热压,制成的，冷却后再在需要的位置上钻孔并进行电镀处理，最,后生成电镀通孔金属化孔，金属化孔制成后，也就实现,了,SMB,层与层之间的互连。一般金属化孔的孔壁仅在,25m,厚左右，且铜层致密性不会很高。,对于多层板结构的,SMB,来说，其长、宽方向的,CTE,与厚,度方向的,CTE,存在差异性。因此当多层板焊接受热时，层压,材料、玻璃纤维和铜层之间在厚度方向的热膨胀系数不一致,，其热应力就会作用在金属化孔的孔壁上，从而引发金属化,孔中的铜层开裂，发生故障。,8,PCB,基材质量参数,克服或消除金属化孔中的铜层开裂的措施：,凹蚀工艺，以增强金属化孔壁与多层板的结合力；,适当控制多层板的层数，目前主张使用,8,10,层，使金属,孔的径深比控制在,1,：,3,左右，这是最保险的径深比，目前最,常见的径深比是,1,：,6,左右；,使用,CTE,相对小的材料或者用,CTE,性能相反的材料叠加使,用，使,SMB,整体的,CTE,减小；,在,SMB,制造工艺上，采用盲孔和埋孔技术，以达到减小径,深比的目的。盲孔是指表层和内部某些分层互连，无须贯穿,整个基板，减小了孔的深度；埋孔则仅是内部分层之间的互,连，可使孔的深度进一步减小。尽管盲孔和埋孔在制作时难,度大，但却大大提高了,SMB,的可靠性。,9,PCB,基材质量参数,3.,耐热性,某些工艺过程中,SMB,需经两次再流焊，因而经过一次高温后，仍然要求保持板间的平整度，方能保证二次贴片的可靠性,;,而,SMB,焊盘越来越小，焊盘的粘结强度相对较小，若,SMB,使用的基材耐热性高，则焊盘的抗剥强度也较高，一般要求,SMB,能具有,250,0,C,50s,的耐热性。,4.,电气性能,由于无线通信技术向高频化方向发展，对,SMB,的高频特性要求更加提高，特别是移动通信系统的扩增，所用的频率也由短波带,(300M,1GHz),逐渐进入微波带,(1,3GHz),。频率的增高会导致基材的介电常数,(),增大。,10,PCB,基材质量参数,PCB,的,增大时，电路信号的传输速度,V,降低。 此外，若从信号损失角度来分析，电介质材料在交变电场的作用下会因发热而消耗能量，通常用介质损耗角正切,(tan),表示,一般情况下,tan,与,成正比关系。,若,tan,增大，介质吸收波长和热，损失大，在高频下这种关系就更加明显，它直接影响高频传输信号的效率。,总之，,和,tan,是评估,SMB,基材电气性能的重要参数,11,PCB,基材质量参数,5.,平整度,SMB,要求很高的平整度，以使,SMD,引脚与,SMB,焊盘密切,配合。,SMB,焊盘表面涂覆层不仅使用,Sn,Pb,合金热风整平,工艺，而且大量采用镀金工艺或者预热助焊剂涂覆工艺。,6.,特性阻抗,当脉动电通过导体时，除了受到电阻外，还受到感抗,(X,L,),和容抗,(X,C,),的阻力，电路或元件对通过其中的交流电流,所产生的阻碍作用称为阻抗，简称,Z,0,。用于高频线路的,SMB,应有高精度的特性阻抗,影响,Zo,值有多方面的因素，如绝缘层的介电常数,、绝,缘层的厚度,H,、导线宽度,W,、导电层的厚度,T(,包括镀金层的厚,度,),，其,、,H,、,T,与,PCB,基材本身特性有关。,12,表面组装印制板的设计,SMT,产品的质量保证，除生产管理、生产设备、生产工,艺之外，,SMB,的设计也是一个十分重要的问题。在设计表面,组装印制电路板之前，应按下图充分考虑。,13,表面组装印制板设计的基本原则,1.,元器件布局,布局是按照电原理图的要求和元器件的外形尺寸，将元器,件均匀整齐地布置在,PCB,上，并能满足整机的机械和电气性,能要求。布局合理与否不仅影响,PCB,组装件和整机的性能和,可靠性，而且也影响,PCB,及其组装件加工和维修的难易度，所以布局时尽量做到以下几点：,元器件分布均匀、排在同一电路单元的元器件应相对集,中排列，以便于调试和维修；,有相互连线的元器件应相对靠近排列，以利于提高布线,密度和保证走线距离最短；,对热敏感的元器件，布置时应远离发热量大的元器件；,相互可能有电磁干扰的元器件，应采取屏蔽或隔离措施。,14,表面组装印制板设计的基本原则,2.,布线规则,布线是按照电原理图和导线表以及需要的导线宽度与间,距布设印制导线，布线一般应遵守如下规则：,在满足使用要求的前提下，选择布线方式的顺序为单层,双层多层，即布线可简时不繁。,两个连接盘之间的导线布设尽量短，敏感的信号、小信,号先走，以减少小信号的延迟与干扰。模拟电路的输入线旁,应布设接地线屏蔽；同一层导线的布设应分布均匀；各导线,上的导电面积要相对均衡，以防板子翘曲。,信号线改变方向应走斜线或圆滑过渡,而且曲率半径大,一些好，避免电场集中、信号反射和产生额外的阻抗。,15,表面组装印制板设计的基本原则,数字电路与模拟电路在布线上应分隔开，以免互相干扰,，如在同一层则应将两种电路的地线系统和电源系统的导线,分开布设，不同频率的信号线中间应布设接地线隔开，避免,发生串扰。为了测试的方便，设计上应设定必要的断点和测,试点。,电路元件接地、接电源时走线要尽量短、尽量近，以减,少内阻。,上下层走线应互相垂直，以减少耦合，切忌上下层走线,对齐或平行。,高速电路的多根,I,O,线以及差分放大器、平衡放大器等,电路的,I,O,线长度应相等,以避免产生不必要的延迟或相移。,焊盘与较大面积导电区相连接时，应采用长度不小于,0.5mm,的细导线进行热隔离，细导线宽度不小于,0.13mm,。,16,表面组装印制板设计的基本原则,最靠近板的边缘的导线，距离印制板边缘的距离应大于,5mm,，需要时接地线可以靠 近板的边缘。如果印制板加工,过程中要插入导轨，则导线距板的边缘至少要大于导轨槽深,的距离。,双面板上的公共电源线和接地线，尽量布设在靠近板,的边缘，并且分布在板的两面，其图形配置要使电源线和地,线之间为低的阻抗。多层板可在内层设置电源层和地线层，,通过金属化孔与各层的电源线和接地线连接，内层大面积的,导线和电源线、地线应设计成网状，可提高多层板层间结合,力。,17,表面组装印制板设计的基本原则,3.,导线宽度,印制导线的宽度由导线的负载电流、允许的温升和铜箔的,附着力决定。一般印制板的导线宽度不小于,0.2mm,，厚度为,18m,以上，对于,SMT,印制板和高密度板的导线宽度可小于,0.2mm,，导线越细其加工难度越大，所以在布线空间允许的,条件下，应适当选择宽一些的导线，通常的设计原则如下：,信号线应粗细一致，这样有利于阻抗匹配，一般推荐线,宽为,0.2,0.3mm(8,12mil),，而对于电源地线则走线面积越,大越好，可以减少干扰。对高频信号最好用地线屏蔽，可以,提高传输效果。,18,表面组装印制板设计的基本原则,在高速电路与微波电路中，规定了传输线的特性阻抗，,此时导线的宽度和厚度应满足特性阻抗要求。,在大功率电路设计中，还应考虑到电源密度，此时应考,虑到线宽与厚度以及线间的绝缘性能。若是内层导体，允许,的电流密度约为外层导体的一半。,19,表面组装印制板设计的基本原则,4.,印制导线间距,印制板表层导线间的绝缘电阻是由导线间距、相邻导线平,行段的长度、绝缘介质,(,包括基材和空气,),所决定的，在布线,空间允许的条件下，应适当加大导线间距。,5.,元器件的选择,元器件的选择应充分考虑到,PCB,实际面积的需要，尽可能,选用常规元器件。不可盲目地追求小尺寸的元器件，以免增,加成本，,IC,器件应注意引脚形状与脚间距，对小于,0.5mm,脚,间距的,QFP,应慎重考虑，不如直接选用,BGA,封装的器件，此,外对元器件的包装形式、端电极尺寸、可焊性、器件的可靠,性、温度的承受能力,(,如能否适应无铅焊接的需要,),都应考虑,到。,20,表面组装印制板设计的基本原则,6.PCB,基材的选用,选择基材应根据,PCB,的使用条件和机械、电气性能要求来,选择；,根据印制板结构确定基材的覆铜箔面数,(,单面、双面或多层,板,),；根据印制板的尺寸、单位面积承载元器件质量，确定,基材板的厚度。不同类型材料的成本相差很大，在选择,PCB,基材时应考虑到下列因素：,电气性能的要求,;,Tg,、,CTE,、平整度等因素以及孔金属化的能力,;,价格因素。,21,表面组装印制板设计的基本原则,7.,印制板的抗电磁干扰设计,对于外部的电磁干扰，可通过整机的屏蔽措施和改进电路,的抗干扰设计来解决。对,PCB,组装件本身的电磁干扰，在进,行,PCB,布局布线设计时，应考虑抑制设计，常用以下方法：,可能相互产生影响或干扰的元器件，在布局时应尽量远,离或采取屏蔽措施。,不同频率的信号线，不要相互靠近平行布线；对高频信,号线，应在其一侧或两侧布设接地线进行屏蔽。,对于高频、高速电路，应尽量设计成双面和多层印制板,。双面板的一面布设信号线，另一面可以设计成接地面；多,层板中可把易受干扰的信号线布置在地线层或电源层之间,;,对于微波电路用的带状线，传输信号线必须布设在两接地层,之间，并对其间的介质层厚度按需要进行计算。,22,表面组装印制板设计的基本原则,晶体管的基极印制线和高频信号线应尽量设计得短，减,少信号传输时的电磁干扰或辐射。,不同频率的元器件不共用同一条接地线，不同频率的地,线和电源线应分开布设。,数字电路与模拟电路不共用同一条地线，在与印制板对,外地线连接处可以有一个公共接点。,工作时电位差比较大的元器件或印制线，应加大相互之,间的距离。,23,表面组装印制板设计的基本原则,8.PCB,的散热设计,随着印制板上元器件组装密度的提高，若不能及时有效,地散热，将会影响电路的工作参数，甚至热量过大会使元器件失效，所以对印,制板的散热问题，设计时必须认真考虑，一般采取以下措施：,加大印制板上与大功率元件接地面的铜箔面积：,发热量大的元器件不贴板安装，或外加散热器；,对多层板的内层地线应设计成网状并靠近板的边缘,;,选择阻燃或耐热型的板材。,24,表面组装印制板设计的基本原则,9. PCB,板做成圆弧角,直角的,PCB,板在传送时容易产生卡板，因此在设计,PCB,板时，要对板框做圆弧角处理，根据,PCB,板尺寸的大小确定,圆弧角的半径。拼板和加有辅助边的,PCB,板在辅助边上做圆,弧角。,25,