表面组装印制板的设计与制造

桂林电子科技大学职业技术学院表面组装印制板的设计与制造印制电路基板材料生产工艺主要内容印制电路板基材分类与特点印制电路板概念与分类表面组装印制电路板基本制造工艺印制电路板印制电路是一种附着于绝缘基材表面用于连接电子元器件的导电图形，印制电路的成品板称为印制电路板（PCB，PrintedCircuitBoard）。PCB采用印刷、蚀刻和钻孔等手段制造出导电图形和元器件安装孔，构成电气互连，并保证电子产品的电性能、热性能和机械性能的可靠性。用于THT技术的PCB称插装印刷板；用于SMT技术的PCB称为表面组装印制板SMPCB或SMB。但SMT技术用的基板不止限于印制电路板，还包括陶瓷基板、硅基板、玻璃基板和被釉钢基板等，狭义的SMT基板专指SMB板。印制电路板基板分类表面组装印制板SMPCBorSMBSMB印制板的特点SMB印制板不需要在焊盘上钻插装孔，但其设计和制造都比传统PCB要求更高。较之THT印制板,SMB的主要特点：【高密度】SMD引脚数增加、线宽和间距缩小；【小孔径】SMPCB通孔主要用来实现层间连接；【CTE要求高】元器件与电路板之间的热失配应力对SMB的CTE提出了更高的要求；【耐高温性能】双面SMT时，SMB需经受两次再流焊；【平整度好】要求SMB焊盘与元器件引脚或端子紧密接触；印制电路板功能与分类按电路类型分：插装PCB和SMPCB按基材机械强度分：硬式（刚性）PCB和软式（挠性）PCB按电路层数分：单层PCB、双层PCB和多层PCBPCB主要功能：【元件固定、机械支撑】【电气互连：导电与绝缘】SMB基板材料制作印刷电路板的基材称印制电路板基板，制作基板的材料主要有两大类，一类是有机基板材料，一类是无机基板材料。无机材料基板主要指陶瓷电路基板；有机材料基板中，多采用高分子聚合物，其中玻璃纤维基板（FR-4、FR-5）最为常用，常用的表面组装PCB多属于这一系列。【无机材料基板】无机材料基板主要是指陶瓷类基板，其中以96%氧化铝基陶瓷为主，还包括碳化硅、氧化铍和氮化铝基的金属陶瓷。基板材料分类特点：CTE低、耐高温、化学稳定性好、表面光洁度好、性脆、成本高、不耐受骤冷骤热和加工困难（成品率低）等。有机基板材料分类有机基板材料采用增强材料包括：纸基、玻璃纤维布基、复合基和多层基等。采用的树脂胶黏剂类型有：酚醛树脂PF、环氧树脂EP、聚酯树脂PET等。有机基板材料通常由增强材料（基础材料）和胶黏剂组成，二者性能优劣决定了基板材料的性能和特点，其中，最常用的是环氧树脂-玻璃纤维布基覆铜板。有机类基板用增强材料（如玻璃纤维布）浸渍树脂类粘合剂，经烘干、压合成坯料，覆上铜箔后以钢板为模具在热压机中经高温高压成形，制成覆铜箔层压板简称覆铜板（CCL-CopperCladLaminate）。作为制作PCB的主要材料，CCL起着导电、绝缘和支撑三大主要作用。有机材料基板玻璃纤维很容易和树脂类胶黏剂结合，把结构紧密、强度高的玻璃纤维布浸入树脂中，硬化后就得到隔热绝缘层—不易弯曲的PCB基板；绝缘板不能传递电信号，因此需要在表面覆盖一层铜箔，有几层电路就要覆盖几层铜箔。有机材料基板结构有机材料成品覆铜板CCL增强材料-纸基与布基纸基：玻璃纤维纸为主要原料，由直径细小的玻璃纤维抄造而成布基：玻璃纤维织物—玻璃纤维织成的布玻璃纤维：玻璃抽成丝后，强度大为增加且具有柔软性胶黏剂性能对比有机基板材料分类按CCL阻燃性能分类，可分为阻燃型和非阻燃型两类基板，为提高环保性，阻燃型CCL又出现一种不含溴类物质的新类型，称“绿色型阻燃CCL”。【臭氧层消耗和全球变暖】含氯氟烃—含卤氟烃（CFCS)①玻璃纤维纸基CCLFR-1（FireResistent)、FR-2、FR-3（环氧树脂）特点：【只能冲孔，不能钻孔】、【成本低，低档民用】②玻璃纤维布基CCLFR-4、FR-5、GPY和玻璃布—聚酯树脂CCL（FR-6）玻璃布-聚四氟乙烯CCL（GX或GT）特点：【良好加工性能，能高速钻孔，不能冲孔】【性能优良，用于中、高挡电子产品】有机基板材料分类编号有机基板材料分类编号③复合基CCL—常用牌号：a:环氧树脂类复合基：CEM-1、CEM-2和CEM-3特点：【冲孔性能好、适用冲压工艺】【适用一般家电产品和普通电子产品】b：聚酯树脂类复合基：玻璃毡-玻璃布-聚酯树脂CCL；玻璃纤维-玻璃布-聚酯树脂CCL特点：【可钻可冲，工艺适应性好】有机基板材料分类编号④金属基CCL：a:金属芯层叠型：铜-殷钢-铜三层结构，外覆绝缘层；特点：【控制殷钢CTE与铜尽可能一致】b：包覆金属型：铝板、钢板或铜板作内芯，树脂包覆，外层压铜箔；特点：【刚性好、支撑和散热效果好】1—铜箔2—绝缘材料3—绝缘层4—金属层5—粘接剂6—陶瓷板表面组装电路基板的结构⑤挠性CCL—制作挠性PCB金属导体和介电基片通过胶黏剂黏结。介电基材主要包括聚酯树脂和聚酰亚胺两类。挠性CCL由具有挠性的材料制成，可折叠和折弯，适应狭小区域散热不好的性能，具有阻燃性能。广泛应用于通信、军工和航空航天领域。有机基板材料分类编号挠性PCB实例印制电路板常用字符代号国标GB/T4721-1992中规定了CCL产品型号的字符代号：CXXXX（Y）-XX_？第一位C表示覆铜箔，第2、3个字母表示基材所用树脂：PE：酚醛；EP环氧；UP聚酯；SI有机硅；TF：聚四氟乙烯；PI：聚酰亚胺第4、5个字母表示基板所用增强材料：CP：纤维纸；GC：无碱玻璃布；GM：玻璃纤维毡；AC：芳香族聚酰胺纤维布；AM：芳香族聚酰胺纤维毡若以纤维纸为增强材料，在后面加G表示两面贴附无碱玻璃布，字母末尾用一短线连着两位数字表示产品编号，具有阻燃型的CCL在最后加字母F表示，否则不加。例如：CEPCP（G）-23F阻燃型环氧纤维纸基两表面贴附玻璃布覆铜板CPEGC-14；CPIAC（G）-45F印制电路板常用字符代号印制电路板（PCB）制造工艺流程电路板制作可分为基板制作和印制电路制作两部分。PCB基板材料生产工艺1】树脂胶液配制2】增强材料浸胶3】半成品叠合4】层压成型5】裁剪包装6】覆铜箔【压延法】压延法整个过程颇像擀饺子皮，不过饺子皮需要很薄很薄，最薄可小于1mil（工业单位：1密耳，即千分之一英寸，相当于0.0254mm）。压延就是将高纯度（99.98％）铜用碾压法贴在PCB基板上--因环氧树脂与铜箔有极好粘合性，铜箔附着强度和工作适应温度较高，可在260℃熔锡中浸焊而不起泡。覆铜箔生产方法覆铜箔生产方法【电镀法】利用硫酸-硫酸铜电解液不断制造一层层“铜箔”，铜从阳极溶解成铜离子向阴极移动，到达阴极后获得电子而在阴极析出。该方法更容易控制铜箔厚度，时间越长铜箔越厚。通常业界对铜箔的厚度有很严格的要求，一般在0.3mil和3mil之间，可用专用的铜箔厚度测试仪进行检验。表面组装基板材料的重要参数【热膨胀系数CTE】CTE是单位温度变化引起材料尺寸的线性变化程度。高分子材料CTE值通常高于无机材料，当热膨胀应力大于材料承受极限时，材料易损坏。对多层结构的SMB来说，其三维方向上CTE值存在差异，一般Z方向上的CTE差别最大，变形最为严重。【玻璃化转变温度Tg】[GlassTransitionTemperature]聚合物特有的性能参数，是选择基板材料的关键参数。除陶瓷基板外，几乎所有层压板均含有聚合物，当温度升高到某一温度时，聚合物会变得像橡胶一样软，机械强度降低，此临界温度称Tg温度，低于Tg时材料是硬而脆的玻璃态。表面组装基板材料的重要参数【材料分解温度Td】：材料升温过程中，当聚合物材料质量分解、损失达到最初质量的5%时，产生层压失效对应的温度【分层时间T288】：某种聚合物材料在与相邻材料分层前处于某一温度下保持没有分层状态能持续的最长时间【平整度和耐热性】：PCB保持良好平整度以实现与SMD引脚的紧密接触。双面SMT组装时PCB要经受两次再流焊高温冲击：一次高温后须保持基板平整度；提高焊盘的抗剥离度表面组装基板材料的重要参数