PCB基礎知識教材ppt課件

印制板基礎知識,蘇茹,2006-2-16,一、概述,印制板的定義印制板的分類和用途印制板設計的相關標準,印制電路板簡稱印制板，它是實現(xiàn)電子產(chǎn)品小型化、輕量化、裝配機械化和自動化的重要基礎部件，在電子工業(yè)中有廣泛應用。印制板的質量和可靠性對電子整機產(chǎn)品的性能和可靠性有重要影響，同時也影響電子產(chǎn)品的成本。因此從事印制板設計和使用的人員，為提高印制板設計水平、確保印制板的質量，進而保證電子產(chǎn)品的質量和可靠性，對印制板的性能、設計規(guī)則和工藝要求有全面的了解是十分必要的。,概述,1.1印制板定義,按國際電工委員會標準（IEC-196）的術語定義：印制電路是指“在絕緣基材上，按預定的設計，用印制的方法得到的導電圖形，它包括印制線路和印制元件或兩者結合而成的電路。完成了印制電路和印制線路工藝加工的板子通稱印制板。”也有人把只有導電圖形的印制板稱為印制線路板。印制板的英文名稱為PrintedCircuitBoard，縮寫為PCB。,1.2印制板的分類和用途,由于電子產(chǎn)品的不同需要，印制板也有許多不同種類，其分類方法在國內(nèi)外采用最多的是按PCB的結構和基材分類。按結構分類能反映出PCB的特點和功能，按基材分類能反映出PCB的基本性能。按PCB的結構分類如下：,印制板按結構分類,（有或無增強層）,印制板的用途,印制板的主要用途：在電子產(chǎn)品中為電子元器件的組裝提供安裝、固定和支撐的基板，實現(xiàn)各種電子元器件之間的電氣連接和絕緣。印有阻焊膜和字符的板，能為印制板組裝件提供安裝、檢驗和維修的識別標志和字符。在一些特殊電路中印制板還可以提供某些電氣特性如：特性阻抗、電磁兼容等性能。印有電阻、電容或芯片直接封裝在板上的PCB，具有一定的電路功能,1.3印制板設計的相關標準,由于印制板在電子工業(yè)中應用廣泛，產(chǎn)品又具有許多通用的特性，標準化程度高，在國內(nèi)、外都有一套系列標準。在國內(nèi)有影響的主要標準有：1.3.1國外標準國際標準：主要是國際電工委員會（IEC）系列標準：IEC196PCB術語和定義IEC326.3印制板設計和使用美國標準：MIL標準（美國軍用標準）MILSTD275軍用印制電路設計（已被IPC標準取代）美國電子電路互連封裝協(xié)會（IPC）標準,1.3.印制板設計的相關標準,IPC-2221印制板設計通用規(guī)范IPC-2222剛性有機印制板設計分規(guī)范IPC-2223撓性印制板設計分規(guī)范IPC-D-316軟基材微波電路板設計指南IPC-6010系列標準印制板檢驗和驗收規(guī)范IPC-T-50電子電路互連和封裝術語與定義IPC-TM-650印制電路試驗方法手冊NEMA美國電器制造商協(xié)會標準（基材）,1.3印制板設計的相關標準,其中IPC標準技術先進、內(nèi)容完整、配套好、可操作性強。在國際印制板行業(yè)影響很大。IEC標準吸取和采用了許多IPC標準的內(nèi)容，同時它也廣被許多國家采用和參照采用。我國許多對外企業(yè)大都采用IPC標準。此外還有日本標準（JPCA）英國標準（BS），在我國采用的不多。,IPC有關PCB設計的標準,我們還應了解PCB產(chǎn)品的相關標準，IPC標準中的產(chǎn)品標準主要有：IPC-6011印制板通用規(guī)范IPC-6012剛性印制板規(guī)范IPC-6013撓性印制板規(guī)范IPC-A-600-F（G）印制板驗收規(guī)范IPC-4101剛性基材系列標準,1.3.2國內(nèi)標準,國內(nèi)印制板標準主要分為：國標（GB）、國軍標（GJB）和行業(yè)標準以及企業(yè)標準三大類。國家標準：GB/T4588.3“印制電路板設計和使用”國軍標：GJB362A“剛性印制板總規(guī)范”電子行業(yè)標準：SJ20748“剛性印制板及剛性印制板組裝件設計”航天行業(yè)標準：QJ3103“印制電路板設計規(guī)范”企業(yè)標準：以國標為基礎結合本企業(yè)的具體產(chǎn)品要求而制定的，其技術指標一般不應低于國標。國標是參照IEC標準制定的，國軍標和兩項行標是參照MIL標準和IPC標準結合國情制定的。以下將根據(jù)IPC-2221和國標GB/T4588.3印制板設計的主要內(nèi)容歸納如下幾個方面進行介紹。,二、印制板的組成,2.1、板材（基板）2.2、孔：印制板上的孔，基本上可歸為四類：機械安裝孔、元件孔、隔離孔和導通孔；又分為金屬化孔和非金屬化孔；2.3、導線2.4、涂覆層2.5、絲印,三印制板的有關知識,3.1、印制板基材及選擇；3.2導線寬度和間距；3.3孔與連接盤（焊盤）3.4槽和缺口尺寸3.5接插區(qū)和印制插頭3.6、PCB的表面涂（鍍）層選擇；,3.1、印制板基材及選擇,覆銅箔板基材的分類常用基材的特性基材的選擇,3.1、印制板基材及選擇,印制板的基材影響印制板的基本性能、制造工藝方法和成本，在選用基材時應綜合考慮。目前最廣泛使用的是以減成法（銅箔蝕刻法）制造印制板所用的基材覆銅箔層壓板，簡稱覆箔板，它是目前國內(nèi)外用量最大的PCB基材。,3.1.1覆銅箔板的分類,由于電子產(chǎn)品的需求不同，覆箔板又分為許多種類和規(guī)格，主要有剛性板和撓性板兩大類。剛性覆箔板：在剛性層壓基材上覆有銅箔。按其基材中的增強材料不同，分為四類：紙基板、玻璃布基板、復合基板（兩種以上）和特殊材料基板（金屬、陶瓷）。每一類又以所用的樹脂粘合劑與基材不同分為許多品種，如：覆銅箔酚醛紙質層壓板、覆銅箔環(huán)氧玻璃布層壓板等。每種層壓板又有阻燃型與非阻燃型之分，一般阻燃型板相當于美國標準中的FR3、FR4、FR5板，國標中的CEPGC32F等，其內(nèi)層印有紅色標記。,3.1.1覆銅箔板的分類,撓性覆銅箔板：在軟性的基材上覆有銅箔，可以撓曲。根據(jù)覆箔板的銅箔面數(shù)又分為：單面板、雙面板；根據(jù)板的厚度不同有多種規(guī)格。,3.1.2常用基材的特性,基材的特性直接影響印制板的基本特性。常用的剛性基材主要有：覆銅箔酚醛紙質層壓板（阻燃型FR-2）覆銅箔環(huán)氧紙質層壓（阻燃型FR-3）覆銅箔環(huán)氧玻璃布層壓板（阻燃型FR-4/FR-5和非阻燃型G10，相當于國標的CEPGC-31/32F）覆銅箔BT樹脂玻璃布層壓板覆銅箔聚四氟乙烯玻璃布層壓板覆銅箔聚酰亞胺玻璃布層壓板和覆銅箔聚酰亞胺芳酰胺布層壓板等。常用的撓性基材主要有：覆銅箔聚酯薄膜和覆銅箔聚酰亞胺薄膜等。,3.1.3基材的選擇,選擇基材的依據(jù)是：根據(jù)PCB的使用條件和機械、電氣性能要求從有關標準中選擇材料的型號和規(guī)格；高頻和微波電路應選擇低介電常數(shù)和低介質損耗的基材。對特性阻抗要求嚴格的板，應根據(jù)計算選擇相應介電常數(shù)的材料。根據(jù)預計的印制板結構確定基材的覆銅箔面數(shù)（不同規(guī)格的單面、雙面覆銅箔板或多層板用薄板）；根據(jù)印制板的尺寸、單位面積承載元器件重量，確定基材板的厚度。多層板應根據(jù)導電層數(shù)、層間絕緣層厚度要求確定薄覆銅板、粘接片的數(shù)量和總厚度。不同類型材料的成本相差很大，選用的基本原則是：滿足使用要求，切勿寧高勿低。,3.1.4板的厚度,PCB的厚度應根據(jù)對板的機械強度要求和與之相匹配的連接器的規(guī)格尺寸，以及PCB上單位面積承受的元器件重量，從相關基材的厚度標準尺寸系列中，選取合適厚度的基材。一般不要選非標準厚度的基材，這樣會增加成本；在能滿足安全使用的前提下，不要選擇過厚的基材，以減輕產(chǎn)品重量和降低成本。印制板的總厚度，應根據(jù)使用時對板的機械強度要求及有邊緣連接器時與連接器匹配需要而定。,3.1.4板的厚度,多層板中間層的絕緣材料厚度，應根據(jù)其電氣性能要求（耐壓、絕緣電阻、特性阻抗的要求）來決定；在兩相鄰導電層之間，至少應有0.09mm厚的絕緣層，并且其粘結片不少于兩片，在所有的粘結層中最好使用同一種厚度的粘結片。對微波電路用的多層板，其層間介質層的厚度應根據(jù)電路的特性阻抗要求，需要嚴格計算而確定。對于撓性板，當使用附加鍍（涂）覆層、覆蓋層或膠粘劑時，板的總厚度會大于撓性覆銅箔基材的厚度，所以對其尺寸公差應盡可能寬松。,3.1.5坐標網(wǎng)格和參考基準,為了確定孔和導電圖形的位置，應采用GB1360（印制電路坐標網(wǎng)格）規(guī)定的網(wǎng)格系統(tǒng)，基本格子為2.54mm，輔助格子為1.27mm和0.635mm或者更小。（公制尺寸元器件用2.5mm格子）。,3.1.5坐標網(wǎng)格和參考基準,對于SMT用印制板，若在具有自動光學定位系統(tǒng)的高精度表面安裝設備上安裝時，應在印制板元件面的兩角（對角線上）或三個角上各設置一個1.6mm的圓形或邊長為2.0mm的方形光學定位標志作為基準（MARK點），在大尺寸或細節(jié)距的IC焊盤圖形的對角線或中心位置上各設置一個基準標志，光學定位標志上面不允許有阻焊膜覆蓋。,3.2導線寬度和間距,1、印制導線寬度印制導線的寬度由導線的負載電流、允許的溫升和銅箔的附著力決定。一般印制板的導線寬度不小于0.13mm（1級板為0.1mm）。對線寬為0.3mm、厚度為35m以上，負載電流在0.6A時，其溫升不超過10。對于SMT印制板和高密度板的導線寬度可小于0.2mm，導線越細其加工難度越大，所以在布線空間允許的條件下，應適當選擇寬一些的導線。導線的尺寸精度取決于導電圖形的設計精度、生產(chǎn)底版的精度、制造工藝（成像、鍍覆、蝕刻的方法和質量）及導體厚度的均勻性等因素，公差不能過嚴所以只規(guī)定最小導線寬度。對于微波電路的導線寬度及公差應有嚴格要求一般取0.030.08、0.05mm的公差。,3.2印制導線寬度和間距,2、印制導線間距印制導線的間距，由導線之間的絕緣電阻和耐電壓要求，以及基材的特性所決定。印制板表層導線間的絕緣電阻是由導線間距、相鄰導線平行段的長度、絕緣介質（包括基材和空氣）印制板的加工工藝質量、溫度、濕度和表面的污染等因素所決定。一般來說絕緣電阻和耐電壓要求越高，其導線間距就應適當加寬。小于0.2mm的導線間距也難以加工，所以設計時在布線空間允許的條件下，應適當加大導線間距。較大的導線間距有利于降低信號串擾（相鄰導線寬度大于線寬的2倍即2W原則，信號串擾會明顯降低）。,3.3孔與連接盤（焊盤）,1、孔印制板上的孔，基本上可歸為四類：機械安裝孔、元件孔、隔離孔和導通孔。各類孔的設計要求不同。機械安裝孔：應與機械安裝件的位置尺寸、安裝尺寸及位置公差相匹配。孔與孔的邊緣及孔邊緣到板邊緣的距離應大于板的厚度，以保證孔壁的強度。元件孔：孔徑應大于或等于所安裝的元器件引線（或插針）直徑0.20.3mm，孔中心的位置應在坐標網(wǎng)格（或輔助格）的交點上，并且與元器件引線（引腳）的位置相匹配，如果元器件的引線為非直線排列，則至少有一個點的孔中心位于網(wǎng)格的交點上。此類孔的孔直徑一般是指金屬化后的鍍覆孔的直徑。,3.3孔與連接盤（焊盤）,隔離孔：在多層板中將某層導電圖形與通過該層的鍍覆孔（金屬化孔）進行絕緣隔離，孔徑應大于同軸的金屬化孔壁外徑0.20.3mm，空間允許應適當加大。導通孔：又稱為過孔，分為通孔、盲孔和埋孔三種形式。其孔徑的大小和孔位由布線空間大小酌情調(diào)整，不作嚴格規(guī)定，為了提高布線密度一般其孔徑設計得比元件孔小，但是最小孔徑與板厚度的比一般不小于1：5，過小的比例在孔金屬化時，工藝難度加大成本上升。在布線空間允許的情況下，此孔一般不設計在元件體的下面（多層板的埋孔除外），以便于檢查和維修，SMT板布線密度較高，允許將過孔設置在器件下面，但是必須用阻焊劑封堵孔。,3.3孔與連接盤,導通孔的三種類型：通孔、埋孔和盲孔,3.3孔與連接盤（焊盤）,2連接盤印制板上的連接盤，用于表層進行焊接的稱為焊盤。一般為圓形與孔同心環(huán)繞在孔周圍，最小的環(huán)寬應0.1mm，（連接盤直徑孔徑2倍最小環(huán)寬加工允差）在空間位置允許的條件下，應適當加寬連接盤的環(huán)寬。表層的焊盤面積應稍大些有利于焊接，其形狀一般也是圓形的，也有采用切割圓形、矩形、正方形或卵圓形等，這要根據(jù)布線的密度來確定。扁平封裝和表面安裝元器件的焊盤，一般為矩形或條狀的，BGA器件的焊盤是圓的并與元器件的引腳位置相匹配，具體的形狀、尺寸隨元器件的型號不同而異，設計時應查閱相關標準（IPC-728）和資料?？着c連接盤的錯位，不應使連接盤的環(huán)寬小于規(guī)定的最小環(huán)寬值。,3.4槽和缺口尺寸,印制板上的槽和缺口是用于印制板安裝、接插件和特殊元件的安裝。它的形狀、尺寸應與安裝件的尺寸相匹配，原則上可以是任意的，但是應滿足加工工藝要求，并且盡量減少異形槽、孔，以方便加工、降低成本。槽、口一般為矩形，在無鍍覆層的情況下推薦的長度、寬度的偏差為0.1mm。印制插頭上的定位槽尺寸及公差要求很高，需按所采用的插座的尺寸及公差進行設計。,3.5接插區(qū)和印制插頭,印制板與相應的電連接器相連接的部位稱為接插區(qū)，一般設置在板的邊緣。接插區(qū)的尺寸應與連接器的尺寸相匹配，以保證連接可靠。必要時在接插區(qū)的長度方向上對板的翹曲度單獨提出要求（一般為1）。在采用插頭座連接時，應考慮印制插頭部位板的厚度及公差，板插入插座時過緊，易使插座漲裂或簧片產(chǎn)生永久形變會造成接觸不良，插入時簧片的間隙過大，也會造成接觸不良。,3.5接插區(qū)和印制插頭,印制插頭接觸片插入端最好設計成如下形狀：,3.5接插區(qū)和印制插頭（金手指）,印制插頭應根據(jù)與其相配合的插座的相關尺寸及公差和裝配要求進行設計，印制插頭接觸片的寬度一般為插座兩相鄰簧片中心距的0.55倍，印制接觸片的插入端應設計成半圓形，其圓弧的半徑為接觸片寬度的一半，接觸片的長度應能保證插入插座后，簧片能完全接觸。對雙面印制插頭，正反兩面接觸片的相對位置，應與相匹配的插座的對應簧片位置及公差相一致。插頭與插座的定位基準應保持一致。在每個接觸片圓弧的頂端引出0.2mm寬的工藝導線在靠近板的邊線外側用0.20.3mm的導線將其短路，作為匯總的工藝導線，為生產(chǎn)中插頭簧片鍍金/鎳時使用。,3.5接插區(qū)和印制插頭,工藝導線設計,工藝線,R,3.6PCB的表面涂（鍍）層選擇,印制板表面涂（鍍）層分為：有機涂層和金屬鍍層兩大類。用于保護PCB的可焊性或防焊性能和提高對基材及導電圖形的防護能力，延長板的壽命。1）有機涂層有：助焊劑、阻焊層、敷形涂層（包括丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、硅樹脂、聚胺酯樹脂和二甲苯五類）等。助焊劑：用于暫時保護印制板焊盤的可焊性并幫助焊接，焊后應除去；阻焊劑：有熱固和光固兩種類型，用于印制板上在焊接時保護非焊接部分涂不上焊料，焊后不除去；敷形涂層：用于印制板組裝件起三防作用（微波電路一般不采用敷形涂層），延長板的使用壽命；,3.6、PCB的表面涂（鍍）層選擇,OSP：是有機防氧化保焊劑，用于表面貼裝印制板的焊盤上，保護焊盤的可焊性，并有助焊作用。其涂層薄、平面性好，能防止焊盤氧化利于焊接，在焊接溫度下涂層自行分解。2）金屬鍍層有：銅鍍層：與助焊劑或OSP配合使用，可焊性、導電性、平面性好，金屬化孔內(nèi)鍍銅層平均厚度為25m。錫鉛合金：需要熱熔，可焊性好，對印制導線有電化學保護作用，鍍層厚度為711m。焊料涂層：通過熱風整平涂覆在焊盤上，保護焊盤可焊性，可焊性好，厚度7m，但允許金屬化孔與焊盤連接處較薄。,3.6、PCB的表面涂（鍍）層選擇,電鍍金/鎳：在印制板的銅層上鍍鎳作為底層再鍍金，該鍍層的特點是：防氧化性、耐磨性好，接觸電阻小，用于印制插頭或印制接觸點，金層厚度1.3m，鎳層厚度為57m，但是金能與焊料中的錫形成金錫間共價化合物（AuSn4），在焊點的焊料中金的含量超過3%會使焊點變脆，所以一般厚的鍍金層雖然可焊性好，也不能用作錫鉛焊接鍍層。用于錫鉛焊接的金層厚度應小于1m；厚金鍍層可用于熱壓焊。,3.6、PCB的表面涂（鍍）層選擇,化學鍍金/鎳：用化學方法在印制板的銅層上先鍍鎳，然后再鍍金。該鍍層的特點是：耐氧化性、可焊性好，鍍層表面平整適合用于SMT板。鍍層厚鍍1m(錫焊時優(yōu)選值為0.10.3m)，薄的鍍金層能在焊接時迅速溶于焊料中，并與鎳層形成錫鎳共價化合物，使焊點更牢固，少量的金溶于錫中不會引起焊點變脆，金層只起保護鎳層不被氧化的作用。,四、SMT對印制板的要求,表面安裝技術對印制板提出了新的更高的要求，主要有如下幾點；導電圖形精度高、印制導線更精細，一般小于0.2mm；沒有元器件安裝孔，布線密度高；元器件焊盤的節(jié)距小，通孔安裝板的節(jié)距一般為2.54mm,而SMT板的節(jié)距為1.27、0.635mm或更小。導通孔直徑小于0.5mm或小于0.3mm；印制板的翹曲度小,對1.6mm厚的SMT板翹曲度0.75%；板的尺寸穩(wěn)定、耐熱性好，熱膨脹系數(shù)應與元器件材料膨脹系數(shù)相匹配；,四、SMT對印制板的要求,焊盤的鍍層平坦，能與表貼元器件共平面，常用化學鍍金/鎳或銅焊盤上涂OSP；對于有小節(jié)距的表貼元器件（CSP、GBA等）的