CB印制電路板的設計與制造

微電子制造概論印制電路板的設計和制造印制電路板設計基礎印制電路板的幾個概念設計流程設計基本原則設計軟件舉例印制電路板的幾個概念印制電路板（印刷電路板，PCB）按材料不同可以分為紙質覆銅板、玻璃覆銅板、繞性材料覆銅板按導電層數(shù)單面板雙面板多層板印制插頭坐標網(wǎng)格印制電路板板的幾個概概念元器件的封封裝形式插裝器件貼裝器件印制電路板板的幾個概概念元器件的封封裝形式插裝器件貼裝器件片式電容或或電阻印制電路板板的幾個概概念導線銅膜導線飛線印制電路板板的幾個概概念助焊膜和阻阻焊膜助焊膜SolderMask]阻焊膜PasteMask印制電路板板的幾個概概念層半盲孔（Blind）盲孔（Buried）過孔（via）Mil：【電】密耳(千分之一英英寸)印制電路板板的幾個概概念焊盤絲印層（SilkScreenoverlay）PCB設計設計流程布局元件的選擇擇熱處理設計計焊盤設計基準設計和和元件布局局設計文件檔檔案布線和檢查查電磁兼容性性設計信號完整性性設計DFMDFT仿真設計流程繪制電路原原理圖規(guī)劃電路板板設置各項參參數(shù)載入網(wǎng)格表表和元器件件封裝元器件自動動布局手工調整布布局比較網(wǎng)格表表以及DRC校驗文件保存，，打印輸出出送廠加工設計基本原原則元件布局關鍵元件優(yōu)優(yōu)先，如單單片機、DSP、FPGA等模擬電路通通道和數(shù)字字電路通道道分開高頻元件引引腳銅箔導導線盡量短短重量量大大的的元元件件加加支支架架固固定定各元元件件間間盡盡量量平平行行放放置置其他他設計計基基本本原原則則布線線微處處理理器器芯芯片片的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線和和地地址址線線盡盡量量平平行行放放置置銅箔箔導導線線間間距距不不能能小小于于12mil，以以免免產產生生擊擊穿穿導線線拐拐彎彎時時，，一一般般取取45度或或圓圓弧弧，，高高頻頻為為甚甚，，以以免免產產生生信信號號反反射射盡量量加加粗粗電電源源線線，，增增強強抗抗噪噪能能力力數(shù)模模電電路路接接地地分分開開數(shù)字字電電路路接接地地布布成成環(huán)環(huán)狀狀有有助助增增強強抗抗干干擾擾能能力力其他他設計計基基本本原原則則去耦耦電電容容的的配配置置去耦耦電電容容不不是是一一般般稱稱的的濾濾波波電電容容,濾波波電電容容指指電電源源系系統(tǒng)統(tǒng)用用的的,去藕藕電電容容則則是是分分布布在在器器件件附附近近或或子子電電路路處處主主要要用用于于對對付付器器件件自自身身或或外外源源性性噪噪聲聲的的特特殊殊濾濾波波電電容容,故有特稱——去耦電容,去耦指“去除除(噪聲)耦合”之意.1、去耦電容的的一般配置原原則設計基本原則則●電源輸入入端跨接一個個10~100uF的電解電容器器,如果印制電路路板的位置允允許,采用100uF以上的電解電電容器的抗干干擾效果會更更好.●為每個集成電電路芯片配置置一個0.01uF的陶瓷電容器器.如遇到印制電電路板空間小小而裝不下時時,可每4~10個芯片配置一一個1~10uF鉭電解電容器器,這種器件的高高頻阻抗特別別小,在500kHz~20MHz范圍內阻抗小小于1Ω,而且漏電流很很小(0.5uA以下).●對于噪聲能力力弱、關斷時時電流變化大大的器件和ROM、RAM等存儲型器件件,應在芯片的電電源線(Vcc)和地線(GND)間直接接入去去耦電容.設計基本原則則●去耦電容的引引線不能過長長,特別是高頻旁旁路電容不能能帶引線.●在印制板中有有接觸器、繼繼電器、按鈕鈕等元件時．．操作它們時時均會產生較較大火花放電電,必須RC電路來吸收放放電電流.一般R取1~2K,C取2.2~47UF.●CMOS的輸入阻抗很很高,且易受感應,因此在使用時時對不用端要要接地或接正正電源.設計基本原則則●設計時應確定定使用高頻低低頻中頻三種種去耦電容,中頻與低頻去去耦電容可根根據(jù)器件與PCB功耗決定,可分別選47-1000uF和470-3300uF;高頻電容計算算為:C=P/V*V*F.●每個集成電路路一個去耦電電容.每個電解電容容邊上都要加加一個小的高高頻旁路電容容.●用大容量的鉭鉭電容或聚酷酷電容而不用用電解電容作作電路充放電電儲能電容.使用管狀電時時,外殼要接地.PCB制造技術典型的印制電電路板技術撓性基板與玻玻璃基板微過孔技術典型的印制電電路板技術對基板材料的的性能要求加工要求尺寸穩(wěn)定性電鍍性孔加工性翹曲和扭曲耐化學藥品性性粘結性紫外光遮蔽性性典型的印制電電路板技術對基板材料的的性能要求安裝性能尺寸穩(wěn)定性平整度耐熱沖擊性可焊性剝離強度典型的印制電電路板技術對基板材料的的性能要求整機運行性能能電氣絕緣性介電特性基板厚度耐熱、耐濕，，耐霉機械性能熱傳導性安全性環(huán)境特性常用的印制電電路板材料基板材料的分分類剛性基板（覆覆銅箔層壓板板：CCL）紙基板：酚醛樹脂板：：FR1，F(xiàn)R2環(huán)氧樹脂板：：FR3玻璃布基板環(huán)氧樹脂板：：FR4，F(xiàn)R5（耐高溫型））聚酰亞胺樹脂脂板：PI等復合材料基板板：環(huán)氧樹脂脂型（CEM-1、3），聚酯樹脂脂類（CEM-7、8）積層多層板基基材：感光樹脂、熱熱固性樹脂、、其他粘結片片基材特殊型金屬板、陶瓷瓷板、耐熱的的熱塑性基板板電路板材料的的選擇玻璃層比紙、、布板要好（（工作溫度、、電性能）酚醛和甲醛樹樹脂板耐濕性性能和高頻性性能不好，但但電性能和溫溫度較好最常用環(huán)氧樹樹脂浸漬的玻玻璃布層壓板板FR4高頻下，氟碳碳樹脂浸漬的的玻璃布層壓壓板PTFEPCB制作工藝單單面板制制作工藝單面板制作工工藝基板：酚醛紙紙基、環(huán)氧紙紙基、環(huán)氧玻玻璃布基，單單面覆銅工藝：銅箔蝕刻法金屬箔蝕刻法法PCB單面板板制造流程下料磨邊→鉆鉆孔→外層圖圖形→（全板板鍍金）→蝕蝕刻→檢驗→→絲印阻焊→→（熱風整平平）→絲印字字符→外形加加工→測試→→檢驗外形加工一、印制板板外形加工方方法：1.銑外形：利用用數(shù)控銑床加加工外形，需需提供銑外形形數(shù)據(jù)以及相相應定位孔數(shù)數(shù)據(jù)，這些數(shù)數(shù)據(jù)均由編程程人員提供，，由于印制板板拼板間距不不可能很大，，一般為3mm左右，因此銑銑刀直徑一般般為3mm或2.4mm。先在銑床墊墊板上鉆管位位孔，用銷釘釘將印制板與與銑床墊板固固定后，再用用銑外形數(shù)據(jù)據(jù)銑外形。2.沖外形：利用用沖床沖切外外形，需使用用模具，并且且模具上定位位釘與印制板板的定位孔相相對應，一般般選擇3.0mm左右的孔作定定位孔。3.開"V"槽：利用"V"槽切割機沿印印制板設計的的"V"槽線將印制板板切割成彼此此相連的幾部部分；4.鉆外形：利用用鉆床沿外形形線處鉆孔。。通常開"V"槽與鉆外形只只作加工的輔輔助手段。鉆孔-數(shù)控鉆鉆銑一、鉆床選擇擇1.機床臺面面的剛性和穩(wěn)穩(wěn)定性：2.轉軸的轉轉速和穩(wěn)定度度：3.臺面的移移動精度和位位移重復精度度：4.X、Y、、Z軸的進給給速率：5.臺面的移移動及固定裝裝置：6.最大加工工尺寸：7.操作系統(tǒng)統(tǒng)和控制系統(tǒng)統(tǒng)：8.刀具管理理系統(tǒng)：9.光尺系統(tǒng)統(tǒng)的選購：10.吸塵系系統(tǒng)：11.保護系系統(tǒng)：鉆孔-數(shù)控鉆鉆銑一、鉆頭選擇擇數(shù)控鉆床的鉆鉆頭種類：印制板鉆孔用用鉆頭有直柄柄麻花鉆頭、、定柄麻花鉆鉆頭和定柄鏟鏟形(undercut)鉆頭。直直柄麻花鉆頭頭大都用于單單頭鉆床，鉆鉆較簡單的印印制板或單面面板，現(xiàn)在在在大型的線路路板生產廠中中已很少見到到，其鉆孔深深度可達鉆頭頭直徑的10倍。在基板板疊層不高的的情況下，使使用鉆套可避避免鉆偏。目目前大部分分的廠家使用用數(shù)控鉆床，，數(shù)控鉆床使使用的是硬質質合金的定柄柄鉆頭，其特特點是能實現(xiàn)現(xiàn)自動更換鉆鉆頭。定位精精度高，不需需要使用鉆套套。大螺旋角角，排屑速度度快，適于高高速切削。在在排屑槽全長長范圍內，鉆鉆頭直徑是一一個倒錐，鉆鉆削時與孔壁壁的磨擦小，，鉆孔質量較較高。常見的的鉆柄直徑有有3.00mm和3.175mm。。鉆頭的材質：：印制板鉆孔用用鉆頭一般都都采用硬質合合金，因為環(huán)環(huán)氧玻璃布復復銅箔板對刀刀具的磨損特特別快。所謂謂硬質合金是是以碳化鎢粉粉末為基體，，以鈷粉作粘粘結劑經加壓壓、燒結而成成。通常含碳碳化鎢94％％，含鈷6％％。由于其硬硬度很高，非非常耐磨，有有一定強度，，適于高速切切削。但韌性性差，非常脆脆，為了改善善硬質合金的的性能，有的的采用在碳化化基體上化學學汽相沉積一一層5～7微微米的特硬碳碳化鈦（TIC）或氮化化鈦（TIN），使其具具有更高的硬硬度。有的用用離子注入技技術，將鈦、、氮、和碳注注入其基體一一定的深度，，不但提高了了硬度和強度度而且在鉆頭頭重磨時這些些注入成份還還能內遷。還還有的用物理理方法在鉆頭頭頂部生成一一層金剛石膜膜，極大的提提高了鉆頭的的硬度與耐磨磨性。硬質合合金的硬度與與強度，不僅僅和碳化鎢與與鈷的配比有有關，也與粉粉末的顆粒有有關。超微細細顆粒的硬質質合金鉆頭，，其碳化鎢相相晶粒的平均均尺寸在1微微米以下。這這種鉆頭，不不僅硬度高而而且抗壓和抗抗彎強度都提提高了。為了了節(jié)省成本現(xiàn)現(xiàn)在許多鉆頭頭采用焊接柄柄結構，原來來的鉆頭為整整體都是硬質質合金，現(xiàn)在在后部的鉆柄柄采用了不銹銹鋼，成本大大大下降但是是由于采用不不同的材質其其動態(tài)的同心心度不及整體體硬質合金鉆鉆頭，特別在在小直徑方面面。PCB制作工藝單單面板制制作工藝PCB制作工藝雙雙面板制制作工藝雙面板板制作作工藝藝互連兩兩層：：貫穿穿連接接（過過孔））孔的金金屬化化（PTH）：減成法法加成法法（無無需蝕蝕刻））制造工工藝堵孔法法（正正相抗抗蝕））：工工藝簡簡單，，浪費費大，，清除除堵孔孔物質質較難難掩蔽法法工藝導導線法法圖形電電鍍-蝕刻法法（減減成法法）裸銅覆覆阻焊焊膜工工藝（（SMOBC）PCB制作工工藝多層板板制作作工藝藝積層式式多層層板典典型工工藝高密度度多層層板的的發(fā)展展方向向激光柔柔性布布線技技術LCVDLIEP（激光光誘導導液相相反映映沉積積）激光熔熔覆布布線撓性板板微過孔孔技術術多層板板制作作工藝藝多層印印制板板是由由三層以以上的導電圖圖形層層與絕絕緣材材料層層交替替地經層壓粘粘合一起而而形成成的印印制板板，并并達到到設計計要求求規(guī)定定的層層間導導電圖圖形互互連。。它具具有裝裝配密密度高高、體體積小小、重重量輕輕、可可靠性性高等等特點點，是是產值值最高高、發(fā)發(fā)展速速度最最快的的一類類PCB產品。。隨著著電子子技術術朝高高速、、多功功能、、大容容量和和便攜攜低耗耗方向向發(fā)展展，多多層印印制板板的應應用越越來越越廣泛泛，其其層數(shù)數(shù)及密密度也也越來來越高高，相相應之之結構構也越越來越越復雜雜。所謂多多層印印制板板的層層壓技技術，，是指指利用用半固化化片(由玻璃璃布浸浸漬環(huán)環(huán)氧樹樹脂后后，烘烘去溶溶劑制制成的的一種種片狀狀材料料。其其中的的樹脂脂處于于B階段，，在溫溫度和和壓力力作用用下，，具有有流動動性并并能迅迅速地地固化化和完完成粘粘結。。)將導電電圖形形在高高溫、、高壓壓下粘粘合起起來的的技術術。多層板板制作作工藝藝多層印印制板板的層層壓工工藝技技術按按所采采用的的定位位系統(tǒng)統(tǒng)的不不同，，可分分為前定位位系統(tǒng)統(tǒng)層壓壓技術術和后定位位系統(tǒng)統(tǒng)層壓壓技術術。前者須須采用用銷釘釘進行各各層間間的定定位，，而后者則則無須須采用用銷釘釘進行定定位，，因而而更適適用于于大規(guī)規(guī)模的的工業(yè)業(yè)化生生產。。此外，，銷釘釘進行行定位位的層層壓過過程，，一般般采用用電加加熱系系統(tǒng)；；而無無銷釘釘進行行定位位的層層壓過過程，，則通通常采采用油油加熱熱系統(tǒng)統(tǒng)。半固化化片半固化化片主主要由由樹脂脂和增增強材材料組組成，，增強強材料料又分分為玻玻纖布布、紙紙基、、復合合材料料等幾幾種類類型，，而多多層制制板所所使用用的半半固化化片(黏結片片)大多是是采用用玻纖纖布做做增強強材料料。經過處處理的的玻纖纖布t浸漬上上樹脂脂膠液液，再再經熱熱處理理(預烘)使樹脂脂進入入B階段而而制成成的薄薄片材材料稱稱為半半固化化片，，是多多層板板生產產中的的主要要材料料之一一。半固化化片中中所用用樹脂脂主要要為熱熱靼性性樹脂脂如環(huán)環(huán)氧樹樹脂、、雙馬馬來酰酰亞胺胺三嗪嗪、聚聚酰亞亞胺等等多個個品種種，相相應的的黏結結片為為FR-4、BT、PI等不同同品牌牌，其其物理理性能能和電電氣性性能都都不盡盡相同同，黏黏結片片在生生產過過程中中其樹樹脂通通常分分為如如下三三個階階段。。A階段：：在室室溫下下能夠夠完全全流動動的液液態(tài)樹樹脂，，這是是玻纖纖布浸浸膠時時狀態(tài)態(tài)。B階段：：環(huán)氧氧樹脂脂部分分交聯(lián)聯(lián)處于于半固固化狀狀態(tài)，，在加加熱條條件下下，又又能恢恢復到到液體體狀態(tài)態(tài)。C階段：：樹脂脂全部部交聯(lián)聯(lián)為C階段，，在加加熱加加壓下下會軟軟化，，但不不能再再成為為液態(tài)態(tài)，這這是多多層板板壓制制后半半固化化片轉轉成的的最終終狀態(tài)態(tài)。為了使使多層層板在在壓合合后能能保持持最強強的固固著力力起見見，其其內層層板的的銅導導體表表面，，必須須要先先做上上黑氧氧化處處理層層才行行。前定位位多層板板層壓壓制作作采用用銷釘釘定位位法，，有兩兩圓孔孔銷釘釘定位位法、、一孔孔一槽槽銷釘釘定位位法、、三圓圓孔或或四圓圓孔定定位法法，以以及四四槽孔孔定位位法。。四槽孔孔定位位法是是美國國Multiline公司推推出的的，利利用其其提供供的一一系列列四槽槽孔定定位設設備，，在照照相模模版、、內層層單片片上沖沖制出出四個個槽孔孔。然然后利利用相相應的的四個個槽形形銷來來實現(xiàn)現(xiàn)圖形形轉移移、疊疊片、、層壓壓和數(shù)數(shù)控鉆鉆孔等等一系系列工工序的的定位位。后定位位采用后后定位位系統(tǒng)統(tǒng)進行行多層層印制制板的的生產產時，，無需需多層層定位位設備備，直直接使使用銅銅箔和和半固固化片片。與與全部部采用用覆銅銅箔基基材來來進行行多層層板的的生產產相比比，除除了省省去多多層板板定位位設備備外，，還可可節(jié)省省制作作內層層線路路時對對外層層的保保護干干膜和和生產產操作作量；；此外外，能能充分分利用用基材材和設設備，，增加加壓機機每開開口中中之壓壓板數(shù)數(shù)量，，提高高生產產效率率。具體