第2章SMT生产物料PCB

第2章SMT生产物料——PCB第2章SMT生产物料——PCB1、PCB（PrintedCircuitBoard）定义：在绝缘基材表面附着一层用于连接电子元器件的导电图形的基板。由于SMT用的PCB与THT用的PCB在设计、材料等方面都有许多差异，为了区别，通常将用于SMT的PCB称为表面安装印制板SMB（SurfaceMountPrintedCircuitBoard），功能与通孔插装PCB相同。第2章SMT生产物料——PCB2、PCB作用：①提供集成电路等各种电子元器件的固定、装配的机械支撑；②实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘；③为自动焊接提供阻焊图形，为元件插装、组装、检查、维修提供识别字符和图形。第2章SMT生产物料——PCB印制电路板基本知识一、印制电路板分类1、按基材分：有机、无机2、按刚柔性分：刚性、揉性、刚－揉3、按覆铜箔层数分：单面、双面、多层无机基板材料有机基板材料陶瓷板瓷釉包覆钢基板用增强材料如玻璃纤维布（纤维纸等），浸以树脂粘合剂，通过烘干成坯料然后覆上铜箔，经高温高压而制成的基板。PCB基材覆铜箔层压板（CCL）CopperCladLaminations第2章SMT生产物料——PCB第2章SMT生产物料——PCB二、印制电路板基材㈠有机：刚性：纸基、环氧玻璃纤维布基、复合基、金属基柔性：㈡无机：陶瓷基板、瓷釉覆盖钢基板㈠有机1、纸基CCL•NEMA标准中常见牌号：XPC、XXXPC、FR-1、FR-2、FR-3有阻燃功能美国电子制造业协会第2章SMT生产物料——PCB•特点①机械强度差；②吸湿性很高；③只能冲孔不能钻孔（纸的疏松性）；④焊接温度过高，或PCB干燥程序处理不好，易引起铜箔翘起和脱落，易起泡；⑤用作单面板；⑥成本低。•多用于民用电子产品中第2章SMT生产物料——PCB2、环氧玻璃纤维布基CCL•NEMA标准中常见牌号：G10、G11、FR-4、FR-5主要适用类型，约占总使用量的90%以上第2章SMT生产物料——PCB•特点①机械性能好，具抗弯性能；②金属化孔效果好，可采用高速钻孔技术；③具有良好的电气性能；④低吸水性；⑤耐热性能好；⑥可做多层板。•用于中、高档电子产品中。第2章SMT生产物料——PCB3、复合基CCL•定义：表面和芯部的增强材料由不同材料构成的刚性CCL，称复合基CCL，记为CEM（CompositeEpoxyMaterial）。•性能对比纸基性能＜复合基性能＜环氧树脂玻璃纤维布基CCL性能•分类CEM-3：FR-4基础上改良CEM-1：FR-3基础上改良第2章SMT生产物料——PCB①CEM-1纸基浸渍环氧树脂+双面复合一层玻璃纤维布+铜箔复合热压abcFR-3=a+c，CEM-1比FR-3多两层玻璃纤维布。•机械强度、防潮性、耐热性、电气性能均比FR-3好。第2章SMT生产物料——PCB②CEM-3玻璃毡（无纺布）浸渍环氧树脂+双面复合一层玻璃纤维布+铜箔复合热压abcFR-4=b+c，CEM-3比FR-4多玻璃毡浸渍环氧树脂。•机械强度优于FR-4；•冲孔性能优于FR-4，可直接做成双面覆铜板；•厚度、精度不及FR-4，易扭曲。第2章SMT生产物料——PCB4、金属基CCL•定义：以金属基板为底层或内芯，在金属板上覆盖绝缘层，最外层为铜箔，三者复合而成的基板•分类：金属基板、金属芯基板。第2章SMT生产物料——PCB★金属基板•结构预先冲孔的钢或铝支撑板绝缘层覆盖层—铜箔•特点：①由于以金属基板为基底，增强了机械支撑作用，机械性能好，强度高，可以保证尺寸的稳定性；②金属支撑板可作为接地和散热用，散热性能好；③具有屏蔽电磁波的作用，抗干扰能力强。第2章SMT生产物料——PCB•金属化孔第2章SMT生产物料——PCB金属基板镀铜绝缘层★金属芯基板•又称为金属约束芯板，主要用于高可靠的军事产品中，作为表面组装电路板组装全封闭的LCCC器件用。第2章SMT生产物料——PCB•典型的基板为铜·铟瓦·铜（Cu-Invar-Cu）多层印制电路板•特点：①殷钢的CTE小，但导热性差铜的导热性好②尺寸稳定性好，翘曲度小，散热性好。“三明治”结构Cu-Invar-Cu的CTE小，导热性好第2章SMT生产物料——PCB5、揉性CCL（柔性CCL）•具有折弯功能，超薄，可形成三维空间的立体线路板。•工艺：①三层热压法（早期）②二层法（现在）：采用电镀法、真空溅射、沉积法在绝缘薄膜上涂敷导电层。•有阻燃性，耐温150℃，若超过会有局部变形、弯曲。（使用130℃左右的低温焊膏）•印刷、贴片、焊接时，需有支撑板。第2章SMT生产物料——PCB㈡无机类基板材料1、陶瓷基板薄膜、厚膜电路，MCM电路的首选基材⑴材料96%Al2O399%Al2O396%氧化铍性能优异，加工困难成本高导热导电性好，但粉尘对人体有害第2章SMT生产物料——PCB⑵特点﹡热膨胀系数（CTE）小；﹡耐高温性好；﹡化学性能稳定，耐腐蚀，低吸湿性；﹡价格昂贵；﹡介电常数高，不适合做高速电路基板；﹡材料脆性大，难加工大而平的基板，无法做成拼板满足自动化生产的需要。第2章SMT生产物料——PCB2、瓷釉覆盖的钢基板•性能与陶瓷基板类似，可替代它；•脆性低于陶瓷基板，因此面积可以作大；•介电常数低，适合做高速电路；•CTE稍大。钢瓷釉(绝缘)第2章SMT生产物料——PCB第2章SMT生产物料——PCB三、铜箔种类及厚度1、种类按制造方法压延铜箔:Cu纯度大于99.9%，用“W”表示，可焊性好，高性能PCB。电解铜箔:Cu纯度约为99.8%，用“E”表示，可焊性稍差，普通PCB使用。※压延铜箔：将铜箔通过粘合剂贴在基板上，再烘干；※电解铜箔：电解的方式电镀铜到基板上。第2章SMT生产物料——PCB2、厚度※Cu越薄，耐热性越差，且浸析会使铜箔穿透；※Cu太厚，易脱落。9μm，12μm，18μm，35μm，70μm一般铜箔加外层镀层达到50μm第2章SMT生产物料——PCB四、印制电路板的标称厚度（mm）0.20.50.81.01.62.02.53.26.4第2章SMT生产物料——PCBSMB特征器件的引脚数多达2000引线中心距1.27mm0.5mm0.3mm线宽：0.2～0.3mm0.15mm0.1mm0.05mm线距：0.2～0.3mm0.15mm0.1mm0.05mm2.54mm网格之间线：2根线3根线6根线一、SMB特征1、组装密度高第2章SMT生产物料——PCB2、小孔径•孔的功能①THT用PCB的孔主要是用来插装元器件②SMB中金属化孔则是用来实现层与层之间的互连•小孔径：小孔径为SMB提供更多的空间①PCB常用孔径：0.9～0.8mm②SMB孔径：0.46～0.3mm0.05mm•新技术：埋孔、盲孔（最小5mil）等内层中继孔第2章SMT生产物料——PCB•通孔：各层之间的互连，电镀通孔又称金属化孔。•盲孔：指表层和内部某些层互连，无需贯穿整个基板，减小了孔的深度•埋孔：内部分层之间的互连，使孔深进一步减小。通孔盲孔埋孔第2章SMT生产物料——PCB3、热膨胀系数（CTE）低•热膨胀系数，反映了不同材料对热的敏感程度不同•两种CTE相差很多的材料,同样受热后,由于膨胀的程度不同,所以在他们相连接的界面可能会由于相互的拉伸导致一些破裂等异常,通常要采用CTE相近的材料。第2章SMT生产物料——PCB4、耐高温性能好•SMB经常需要双面贴装，要求SMB能耐两次回流焊温度。•要求SMB变形小，不起泡，焊盘的可焊性好。第2章SMT生产物料——PCB5、平整度高•SMB要求平整度高，以便SMD引脚和焊盘能够密切配合。•一般，要求SMB的翘曲度0.0075mm/mm。第2章SMT生产物料——PCB二、评估SMB基材质量的参数1、玻璃化转变温度（Tg）——越高越好2、热膨胀系数（CTE）——越低越好3、耐热性4、电气性能5、平整度•Tg：在一定的温度下，基材结构会发生变化。在此温度之下，基材是硬而脆的，即类似玻璃的形态（玻璃态）；若在此温度之上，材料会变软，呈橡胶状态（橡胶态），机械强度会明显降低。人们把这种决定材料性能的临界温度称为玻璃化转变温度。E/材料强度TTgTCTE/变形量Tg第2章SMT生产物料——PCB•在SMT焊接过程中，通常焊接温度在220℃以上，远高于PCB的Tg，所以，PCB受高温后会出现明显的变形。而SMC/SMD是直接贴在SMB上，冷却后必然产生很大的热应力，该应力作用在元器件引脚上，严重时会使元器件损坏。第2章SMT生产物料——PCB•含义：每单位温度变化引起材料尺寸的线性变化量。温度每升高一度，材料的膨胀/延长长度。•膨胀应力超过材料承受极限，会对材料产生损坏。•对多层SMB讲，X、Y向应力与Z向应力存在差异，会使金属化孔因膨胀应力差异受到损坏，严重时会发生金属化孔断裂。第2章SMT生产物料——PCB•克服金属化孔损坏的几种方法：①在多层板制作中，普遍采用凹蚀工艺，以增强金属化孔壁与多层板的结合力；②提高径深比；最保险1：3最常见1：6风险大1：10③使用CTE相对小的材料或CTE性能相反的材料叠加使用，使SMB整体的CTE减小；④SMB制造时，采用盲孔、埋孔技术来提高径深比。第2章SMT生产物料——PCB•耐热性是SMB基材质量的重要参数之一。•原因：①SMB经两次回流焊，因而经一次高温后仍要求保存板间的平整度，能保证二次贴片的可靠性；②SMB焊盘越小，焊盘的粘结强度相对较小，若使用基材耐热性高的SMB，则焊盘的抗剥强度也较高。第2章SMT生产物料——PCB第2章SMT生产物料——PCB作业题1、与传统THT所用PCB相比，SMB具有哪些特征2、绘制SMB中通孔、埋孔、盲孔图形,并给出三种孔的含义第2章SMT生产物料——PCBSMB设计原则优化设计（DFX）DesignforExcellence可制造性设计(DFM)DesignforManufacturing可测试性设计(DFT)DesignforTest可检查性设计(DFI)DesignforInspection可维修性设计(DFR)DesignforRework第2章SMT生产物料——PCB系统概况电路设计元件选择基板选择电路布线设计工艺选择第2章SMT生产物料——PCB第2章SMT生产物料——PCB一、PCB外观1、PCB幅面、形状•形状尽可能简单，一般为长宽比不大的矩形。厚度/mm最大印制板宽度/mm最大长宽比0.8502.01.01002.41.61503.02.43004.0第2章SMT生产物料——PCB⑴定位孔•成对设计，最少2个；•定位孔中心距边框5mm；•圆形3.2mm或椭圆形宽度3.2mm，适合不同机器使用；•定位孔周围2mm以内应无铜箔；•设在工艺边上。2、PCB上的工艺边、定位孔及图像识别标志第2章SMT生产物料——PCB⑵工艺边•若PCB进板两侧夹持边5mm以上不贴元器件时，可不用专设工艺边；•否则，可在印制板沿贴装流动的长度方向，增设工艺边，宽度为5～8mm，生产结束后去掉。一般为长边，板面发生扭曲的概率小•作用：设备的夹持和定位；⑶图像识别标识（Mark）成对设计，印刷、贴片均用；•印制板图像识别标志PCBMark(GlobalFiducialMark)提供印刷机、贴片机光学定位的标志•器件图像识别标志ICMark(LocalFiducialMark)设计原则：对角成对设计，且不可对称设计原则：对角线成对设计，可以对称在工艺边上保证大型IC，细间距IC贴装时的定位精度在焊盘内或外第2章SMT生产物料——PCB第2章SMT生产物料——PCB第2章SMT生产物料——PCB(1-2)mm(2-4)mm第2章SMT生产物料——PCB112222221PCBMarkICMark2第2章SMT生产物料——PCB3、拼板工艺•将若干个相同或不相同单元印制板进行有规则的拼合，将它们拼成长方形或正方形；•条件：①PCB尺寸较小②元器件较少③刚性板④细长板•拼板之间采用V型槽、邮票孔、冲槽等进行分割组合；