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电子产品制造工艺表面印制板幻灯片

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电子产品制造工艺表面印制板幻灯片

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,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。,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,SMB的特点,1.高密度 由于有些SMD器件引脚数高达100500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0.20.3mm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0.460.3mm,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。,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。,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SnPb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,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。,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。,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810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。,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2500C50s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(300M1GHz)逐渐进入微波带(13GHz)。频率的增高会导致基材的介电常数()增大。,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,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SnPb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 (XL)和容抗(XC)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Z0。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。,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。,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。,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。,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IO线以及差分放大器、平衡放大器等 电路的IO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。,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。,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0.20.3mm(812mil),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。,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。,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。,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。,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。,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

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