PCB設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)印刷電路板Printedcircui

PCB設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)印刷電路板(Printedcircui

●PCB=PrintedCircuitBoard印制板

●PCB在各種電子設(shè)備中有如下功能。

1.提供集成電路等各種電子元器件固定、裝配的機(jī)械支撐。

2.實(shí)現(xiàn)集成電路等各種電子元器件之間的布線和電氣連接（信號(hào)傳輸）或電絕緣。提供所要求的電氣特性，如特性阻抗等。

3.為自動(dòng)裝配提供阻焊圖形，為元器件插裝、檢查、修理提供識(shí)不字符和圖形。

按基材類型分類

PCB技術(shù)進(jìn)展概要

從1903年至今,若以PCB組裝技術(shù)的應(yīng)用和進(jìn)展角度來(lái)看,可分為三個(gè)時(shí)期

●通孔插裝技術(shù)(THT)時(shí)期PCB

1.金屬化孔的作用：

(1).電氣互連---信號(hào)傳輸

(2).支撐元器件---引腳尺寸限制通孔尺寸的縮小

a.引腳的剛性

b.自動(dòng)化插裝的要求

2.提升密度的途徑

(1)減小器件孔的尺寸，但受到元件引腳的剛性及插裝精度的限制，孔徑≥0.8mm

(2)縮小線寬/間距：0.3mm—0.2mm—0.15mm—0.1mm

(3)增加層數(shù)：?jiǎn)蚊妗p面—4層—6層—8層—10層—12層—64層

●表面安裝技術(shù)（SMT）時(shí)期PCB

1.導(dǎo)通孔的作用：僅起到電氣互連的作用，孔徑能夠盡可能的小，堵上孔也能夠。

2.提升密度的要緊途徑

①.過(guò)孔尺寸急劇減小：0.8mm—0.5mm—0.4mm—0.3mm—0.25mm

②.過(guò)孔的結(jié)構(gòu)發(fā)生本質(zhì)變化：

a.埋盲孔結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：提升布線密度1/3以上、減小PCB尺寸或減少層數(shù)、提升可靠性、改善了特性阻抗操縱，減小了串?dāng)_、噪聲或失真（因線短，孔小）

b.盤內(nèi)孔（holeinpad）排除了中繼孔及連線

③薄型化：雙面板：1.6mm—1.0mm—0.8mm—0.5mm

④PCB平坦度：

a.概念：PCB板基板翹曲度和PCB板面上連接盤表面的共面性。

b.PCB翹曲度是由于熱、機(jī)械引起殘留應(yīng)力的綜合結(jié)果

c.連接盤的表面涂層：HASL、化學(xué)鍍NI/AU、電鍍NI/AU…

●芯片級(jí)封裝(CSP)時(shí)期PCB

CSP以開(kāi)始進(jìn)入急劇的變革于進(jìn)展其之中,推動(dòng)PCB技術(shù)持續(xù)向前進(jìn)展，PCB工業(yè)將走向激光時(shí)代和納米時(shí)代.

PCB表面涂覆技術(shù)

PCB表面涂覆技術(shù)是指阻焊涂覆(兼愛(ài)護(hù))層以外的可供電氣連接用的可焊性涂(鍍)覆層和愛(ài)護(hù)層。

按用途分類：

1.焊接用：因銅的表面必須有涂覆層愛(ài)護(hù)，不然在空氣中專門容易氧化。

2.接插用：電鍍Ni/Au或化學(xué)鍍Ni/Au（硬金，含P及Co）

3.線焊用：wirebonding工藝

熱風(fēng)整平（HASL或HAL）

從熔融Sn/Pb焊料中出來(lái)的PCB經(jīng)熱風(fēng)（230℃）吹平的方法。

1.差不多要求：

(1).Sn/Pb=63/37（重量比）

(2).涂覆厚度至少>3um

(3)幸免形成非可焊性的Cu3Sn的顯現(xiàn)，Cu3Sn顯現(xiàn)的緣故是錫量不足，如Sn/Pb合金涂覆層太薄，焊點(diǎn)組成由可焊的Cu6Sn5–Cu4Sn3--Cu3Sn2—不可焊的Cu3Sn

2.工藝流程退除抗蝕劑—板面清潔處理—印阻焊及字符—清潔處理—涂助焊劑—熱風(fēng)整平—清潔處理

3.缺點(diǎn)：

a.鉛錫表面張力太大，容易形成龜背現(xiàn)象。

b.焊盤表面不平坦，不利于SMT焊接。

化學(xué)鍍Ni/Au

是指PCB連接盤上化學(xué)鍍Ni(厚度≥3um)后再鍍上一層0.05-0.15um薄金，或鍍上一層厚金(0.3-0.5um)。由于化學(xué)鍍層平均，共面性好，并可提供多次焊接性能，因此具有推廣應(yīng)用的趨勢(shì)。其中鍍薄金（0.05-0.1um）是為了愛(ài)護(hù)Ni的可焊性，而鍍厚金（0.3-0.5um）是為了線焊(wirebonding)工藝需要。

1.Ni層的作用：

a.作為Au、Cu之間的隔離層，防止它們之間相互擴(kuò)散，造成其擴(kuò)散部位呈疏松狀態(tài)。

b.作為可焊的鍍層，厚度至少>3um

2.Au的作用：

是Ni的愛(ài)護(hù)層，厚度0.05-0.15之間，不能太薄，因金的氣孔性較大如果太薄不能專門好的愛(ài)護(hù)Ni，造成Ni氧化。其厚度也不能>0.15um，因焊點(diǎn)中會(huì)形成金銅合金Au3Au2(脆),當(dāng)焊點(diǎn)中Au超過(guò)3%時(shí)，可焊性變差。

電鍍Ni/Au

鍍層結(jié)構(gòu)差不多同化學(xué)Ni/Au，因采納電鍍的方式，鍍層的平均性要差一些。

（四）PCB覆銅板材料

PCB用覆銅板材料（CopperCladLaminates）縮寫(xiě)為CCL：它是PCB的基礎(chǔ)，起著導(dǎo)電、絕緣、支撐的功能，并決定PCB的性能、質(zhì)量、等級(jí)、加工性、成本等。

●按增強(qiáng)材料分類：

●電解銅箔厚度：

目前市場(chǎng)常見(jiàn)的有：9um、12um、18um、35um、70um幾種規(guī)格。常用層間介質(zhì)類型：

PCB加工工藝種類

按照PCB實(shí)際需要，我廠可加工PCB種類有如下幾種：

★熱風(fēng)整平板（HASL）

★化學(xué)鍍Ni/Au板

★電鍍Ni/Au板（包括選擇性鍍厚金）

★插頭鍍硬金

★碳導(dǎo)電油墨

在印完阻焊后的PCB板局部再印一層碳導(dǎo)電油墨，有鍵盤式的、線路圖形式的，從而可形成簡(jiǎn)單的積層多層印制板。碳導(dǎo)電油墨通常有較好的導(dǎo)電性及耐磨性。

★可剝性藍(lán)膠

現(xiàn)代PCB有時(shí)需通過(guò)多次焊接過(guò)程，為了使在同一塊印制板第二次或第三次焊接的元件孔不沾上焊料，需將這些孔印上一層可剝性藍(lán)膠愛(ài)護(hù)起來(lái)，需要時(shí)再將藍(lán)膠剝掉。藍(lán)膠可經(jīng)受250℃-300℃波峰焊的沖擊，用手專門容易剝掉，可不能留有余膠在孔內(nèi)。

★電鍍超厚銅箔：100um以上

★特性阻抗（Impedance）操縱板

通信高頻信號(hào)的傳輸，電腦運(yùn)算速度的加快，對(duì)多層板的層間介質(zhì)厚度、線寬、線距、線厚、阻焊、線路的側(cè)蝕、線路上顯現(xiàn)的缺口、針孔都提出嚴(yán)格的要求。

★盲、埋孔印制板

★熱熔板

★黑化板

柔性電路板的結(jié)構(gòu)、工藝及設(shè)計(jì)

隨著越來(lái)越多的手機(jī)采納翻蓋結(jié)構(gòu)，柔性電路板也隨之越來(lái)越多的被采納。按照基材和銅箔的結(jié)合方式劃分，柔性電路板可分為兩種：有膠柔性板和無(wú)膠柔性板。其中無(wú)膠柔性板的價(jià)格比有膠的柔性板要高得多，然而它的柔韌性、銅箔和基材的結(jié)合力、焊盤的平面度等參數(shù)也比有膠柔性板要好。因此它一樣只用于那些要求專門高的場(chǎng)合，如：COF(CHIPONFLEX，柔性板上貼裝裸露芯片，對(duì)焊盤平面度要求專門高)等。由于其價(jià)格太高，目前在市場(chǎng)上應(yīng)用的絕大部分柔性板依舊有膠的柔性板。下面我們要介紹和討論的也是有膠的柔性板。由于柔性板要緊用于需要彎折的場(chǎng)合，若設(shè)計(jì)或工藝不合理，容易產(chǎn)生微裂紋、開(kāi)焊等缺陷。下面確實(shí)是關(guān)于柔性電路板的結(jié)構(gòu)及其在設(shè)計(jì)、工藝上的專門要求。柔性板的結(jié)構(gòu)按照導(dǎo)電銅箔的層數(shù)劃分，分為單層板、雙層板、多層板、雙面板等。單層板的結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)的柔性板是最簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的柔性板。通常基材+透亮膠+銅箔是一套買來(lái)的原材料，愛(ài)護(hù)膜+透亮膠是另一種買來(lái)的原材料。第一，銅箔要進(jìn)行刻蝕等工藝處理來(lái)得到需要的電路，愛(ài)護(hù)膜要進(jìn)行鉆孔以露出相應(yīng)的焊盤。清洗之后再用滾壓法把兩者結(jié)合起來(lái)。然后再在露出的焊盤部分電鍍金或錫等進(jìn)行愛(ài)護(hù)。如此，大板就做好了。一樣還要沖壓成相應(yīng)形狀的小電路板。

也有不用愛(ài)護(hù)膜而直截了當(dāng)在銅箔上印阻焊層的，如此成本會(huì)低一些，但電路板的機(jī)械強(qiáng)度會(huì)變差。除非強(qiáng)度要求不高但價(jià)格需要盡量低的場(chǎng)合，最好是應(yīng)用貼愛(ài)護(hù)膜的方法。

雙層板的結(jié)構(gòu)：當(dāng)電路的線路太復(fù)雜、單層板無(wú)法布線或需要銅箔以進(jìn)行接地屏蔽時(shí)，就需要選用雙層板甚至多層板。

多層板與單層板最典型的差異是增加了過(guò)孔結(jié)構(gòu)以便連結(jié)各層銅箔。一樣基材+透亮膠+銅箔的第一個(gè)加工工藝確實(shí)是制作過(guò)孔。先在基材和銅箔上鉆孔，清洗之后鍍上一定厚度的銅，過(guò)孔就做好了。之后的制作工藝和單層板幾乎一樣。雙面板的結(jié)構(gòu)：雙面板的兩面都有焊盤，要緊用于和其他電路板的連接。盡管它和單層板結(jié)構(gòu)相似，但制作工藝差不專門大。它的原材料是銅箔，愛(ài)護(hù)膜+透亮膠。先要按焊盤位置要求在愛(ài)護(hù)膜上鉆孔，再把銅箔貼上，腐蝕出焊盤和引線后再貼上另一個(gè)鉆好孔的愛(ài)護(hù)膜即可。材料的性能及選擇方法(1)、基材：材料為聚酰亞胺(POLYMIDE)，是一種耐高溫，高強(qiáng)度的高分子材料。它是由杜邦發(fā)明的高分子材料，杜邦出產(chǎn)的聚酰亞胺名字叫KAPTON。另外還可買到一些日本生產(chǎn)的聚酰亞胺，價(jià)鈔票比杜邦廉價(jià)。它能夠承擔(dān)400攝氏度的溫度10秒鐘，抗拉強(qiáng)度為15，000-30，000PSI。25μm厚的基材價(jià)格最廉價(jià)，應(yīng)用也最普遍。如果需要電路板硬一點(diǎn)，應(yīng)選用50μm的基材。反之，如果需要電路板柔軟一點(diǎn)，則選用13μm的基材。(2)、基材的透亮膠：分為環(huán)氧樹(shù)脂和聚乙烯兩種，都為熱固膠。聚乙烯的強(qiáng)度比較低，如果期望電路板比較柔軟，則選擇聚乙烯?；暮推渖系耐噶聊z越厚，電路板越硬。如果電路板有彎折比較大的區(qū)域，則應(yīng)盡量選用比較薄的基材和透亮膠來(lái)減少銅箔表面的應(yīng)力，如此銅箔顯現(xiàn)微裂紋的機(jī)會(huì)比較小。因此，關(guān)于如此的區(qū)域，應(yīng)該盡可能選用單層板。(3)、銅箔：分為壓延銅和電解銅兩種。壓延銅強(qiáng)度高，耐彎折，但價(jià)格較貴。電解銅價(jià)格廉價(jià)得多，但強(qiáng)度差，易折斷，一樣用在專門少?gòu)澱鄣膱?chǎng)合。銅箔厚度的選擇要依據(jù)引線最小寬度和最小間距而定。銅箔越薄，可達(dá)到的最小寬度和間距越小。選用壓延銅時(shí)，要注意銅箔的壓延方向。銅箔的壓延方向要和電路板的要緊彎曲方向一致。(4)、愛(ài)護(hù)膜及其透亮膠：同樣，25μm的愛(ài)護(hù)膜會(huì)使電路板比較硬，但價(jià)格比較廉價(jià)。關(guān)于彎折比較大的電路板，最好選用13μm的愛(ài)護(hù)膜。透亮膠同樣分為環(huán)氧樹(shù)脂和聚乙烯兩種，使用環(huán)氧樹(shù)脂的電路板比較硬。當(dāng)熱壓完成后，愛(ài)護(hù)膜的邊緣會(huì)擠出一些透亮膠，若焊盤尺寸大于愛(ài)護(hù)膜開(kāi)孔尺寸時(shí)，此擠出膠會(huì)減小焊盤尺寸并造成其邊緣不規(guī)則?，F(xiàn)在，應(yīng)盡量選用13μm厚度的透亮膠。(5)、焊盤鍍層：關(guān)于彎折比較大又有部分焊盤裸露的電路板，應(yīng)采納電鍍鎳+化學(xué)鍍金層、鎳層應(yīng)盡可能?。?．5-2μm，化學(xué)金層0.05-0．1μm。焊盤及引線的形狀設(shè)計(jì)(1)．SMT焊盤：——一般焊盤：防止微裂紋的發(fā)生?！哟笮秃副P：如果要求焊盤強(qiáng)度專門高或做加大型設(shè)計(jì)。——LED焊盤：由于LED的位置要求專門高同時(shí)往往在組裝過(guò)程中受力，故其焊盤要做專門設(shè)計(jì)。

——QFP、SOP或BGA的焊盤:由于角上的焊盤應(yīng)力較大，要做加大型設(shè)計(jì)。(2)．引線：——為了幸免應(yīng)力集中，引線要幸免直角拐角，而應(yīng)采納圓弧形拐角?！咏娐钒逋庑喂战翘幍囊€，為幸免應(yīng)力集中，應(yīng)做如下設(shè)計(jì)：對(duì)外接口的設(shè)計(jì)(1)、焊接孔或插頭處的電路板設(shè)計(jì)：由于焊接孔或插頭處在插接操作時(shí)應(yīng)力較大，要做加大型設(shè)計(jì)以幸免裂紋。用加大板來(lái)增加電路板焊接孔插頭處的硬度，厚度一樣為0．2-0．3mm，材料為聚酰亞胺、PET或金屬。關(guān)于焊盤鍍層，插頭最好選電鍍鎳+硬金，焊孔選電鍍鎳+化學(xué)金。(2)、熱壓焊接處的設(shè)計(jì)：一樣用于兩個(gè)柔性板或柔性板與硬電路板的連接。若在熱壓焊區(qū)域鄰近需要彎折電路板，要在此區(qū)域上貼聚酰亞胺膠帶或點(diǎn)膠進(jìn)行愛(ài)護(hù)以幸免焊盤根部折斷。(3)、ACF熱壓處的設(shè)計(jì)：沖壓孔和小電路板邊角的設(shè)計(jì)(見(jiàn)表3)針對(duì)SMT的設(shè)計(jì)：(1)、元器件的方向：元件的長(zhǎng)度方向要躲開(kāi)柔性板的彎曲方向。(2)、大的QFP或BGA要在柔性板反面貼加大板或在IC下灌膠。加大板的材料為FR4，厚度大于0．2毫米，面積大于元件外邊緣0．5毫米。(3)、柔性板靠近邊緣的部位要做兩個(gè)定位孔。還需要做兩個(gè)貼片用識(shí)不焊盤，其直徑為1毫米，距離其他焊盤至少3．5毫米，表面鍍金或鍍錫，平面度要好。(4)、如果大的柔性板是由許多小板組成，每個(gè)小板上要做一個(gè)環(huán)形(內(nèi)徑3．2毫米)的壞電路板識(shí)不焊盤。若此小電路板已損壞，可用黑色記號(hào)筆把此識(shí)不焊盤涂黑，以躲開(kāi)以后的操作。(5)、元件離電路板邊緣的最小距離為2．5毫米，元件之間的最小間距為0．5毫米。(6)、元件