第2章SMT生产物料——PCB

1、第第2 2章章SMTSMT生产物料生产物料PCBPCB1 1、PCBPCB（Printed Circuit BoardPrinted Circuit Board）定义：在绝缘基材表面）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。附着一层用于连接电子元器件的导电图形的基板。由于由于SMTSMT用的用的PCBPCB与与THTTHT用的用的PCBPCB在设计、材料等方面都有许在设计、材料等方面都有许多差异，为了区别，通常将多差异，为了区别，通常将用于用于SMTSMT的的PCBPCB称为表面安装印称为表面安装印制板制板SMBSMB（Surface Mount Printed Cir

2、cuit BoardSurface Mount Printed Circuit Board），功，功能与通孔插装能与通孔插装PCBPCB相同。相同。2 2、PCBPCB作用：作用： 提供集成电路等各种电子元器件的固定、装配的提供集成电路等各种电子元器件的固定、装配的机械支撑机械支撑； 实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电电气连接气连接或电绝缘；或电绝缘；为自动焊接为自动焊接提供阻焊图形提供阻焊图形，为元件插装、组装、，为元件插装、组装、检查、维修检查、维修提供识别字符和图形提供识别字符和图形。一、印制电路板分类一、印制电路板分类1、按基材分：有机、

3、无机、按基材分：有机、无机2、按刚柔性分：刚性、揉性、刚揉、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、按覆铜箔层数分：单面、双面、多层无机基板材料无机基板材料有机基板材料有机基板材料陶瓷板陶瓷板瓷釉包覆钢基板瓷釉包覆钢基板用增强材料如玻璃纤维布（纤维纸等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），浸以树脂粘合剂，通过烘干成坯料然后覆上铜箔，经高温高压而制成料然后覆上铜箔，经高温高压而制成的基板。的基板。PCBPCB基材基材覆铜箔层压板（覆铜箔层压板（CCLCCL）Copper Clad LaminationsCopper Clad Laminat

4、ions二、印制电路板基材二、印制电路板基材 有机：有机：刚性：纸基、环氧玻璃纤维布基、复合基、金属基刚性：纸基、环氧玻璃纤维布基、复合基、金属基柔性：柔性： 无机：陶瓷基板、瓷釉覆盖钢基板无机：陶瓷基板、瓷釉覆盖钢基板 有机有机 1 1、纸基、纸基CCLCCL NEMANEMA标准中常见牌号：标准中常见牌号：XPCXPC、XXXPCXXXPC、FR-1FR-1、 FR-2FR-2、 FRFR-3-3有阻燃功能有阻燃功能美国电子制造业协会美国电子制造业协会特点特点 机械强度差；机械强度差； 吸湿性很高；吸湿性很高； 只能冲孔不能钻孔（纸的疏松性）；只能冲孔不能钻孔（纸的疏松性）； 焊接温度过高

5、，或焊接温度过高，或PCBPCB干燥程序处理不好，易引起铜箔干燥程序处理不好，易引起铜箔翘起和脱落，易起泡；翘起和脱落，易起泡； 用作单面板；用作单面板； 成本低。成本低。多用于民用电子产品中多用于民用电子产品中2 2、环氧玻璃纤维布基、环氧玻璃纤维布基CCLCCL NEMANEMA标准中常见牌号：标准中常见牌号：G10G10、 G11G11、FR-4FR-4、 FR-5FR-5主要适用类型，约占主要适用类型，约占总使用量的总使用量的90%90%以上以上特点特点 机械性能好，具抗弯性能；机械性能好，具抗弯性能； 金属化孔效果好，可采用高速钻孔技术；金属化孔效果好，可采用高速钻孔技术； 具有良好

6、的电气性能；具有良好的电气性能； 低吸水性；低吸水性； 耐热性能好；耐热性能好； 可做多层板。可做多层板。用于中、高档电子产品中。用于中、高档电子产品中。3 3、复合基、复合基CCLCCL 定义：定义：表面和芯部的增强材料由不同材料构成的刚性表面和芯部的增强材料由不同材料构成的刚性CCLCCL，称复合，称复合基基CCLCCL，记为，记为CEMCEM（Composite Epoxy MaterialComposite Epoxy Material）。）。性能对比性能对比纸基性能复合基性能环氧树脂玻璃纤维布基纸基性能复合基性能环氧树脂玻璃纤维布基CCLCCL性能性能分类分类CEM-3CEM-3：F

7、R-4FR-4基础上改良基础上改良CEM-1CEM-1：FR-3FR-3基础上改良基础上改良 CEM-1 CEM-1 纸基浸渍环氧树脂纸基浸渍环氧树脂+ +双面复合一层玻璃纤维布双面复合一层玻璃纤维布+ +铜箔铜箔复合热压复合热压a ab bc cFR-3=a+cFR-3=a+c，CEM-1CEM-1比比FR-3FR-3多两层玻璃纤维布。多两层玻璃纤维布。机械强度、防潮性、耐热性、电气性能均比机械强度、防潮性、耐热性、电气性能均比FR-3FR-3好。好。 CEM-3 CEM-3 玻璃毡（无纺布）浸渍环氧树脂玻璃毡（无纺布）浸渍环氧树脂 + +双面复合一层玻璃纤维布双面复合一层玻璃纤维布+ +铜

8、箔铜箔复合热压复合热压a ab bc cFR-4=b+cFR-4=b+c，CEM-3CEM-3比比FR-4FR-4多玻璃毡浸渍环氧树脂。多玻璃毡浸渍环氧树脂。机械强度优于机械强度优于FR-4FR-4；冲孔性能优于冲孔性能优于FR-4FR-4，可直接做成双面覆铜板；，可直接做成双面覆铜板；厚度、精度不及厚度、精度不及FR-4FR-4，易扭曲。，易扭曲。4 4、金属基、金属基CCLCCL 定义：以金属基板为底层或内芯，在金属板上覆定义：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。分类：金属基板

9、、金属芯基板。 金属基板金属基板 结构结构预先冲孔的钢或铝支撑板预先冲孔的钢或铝支撑板绝缘层绝缘层覆盖层覆盖层铜箔铜箔特点：特点： 由于以金属基板为基底，增强了机械支撑作用，机械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；性能好，强度高，可以保证尺寸的稳定性； 金属支撑板可作为接地和散热用，散热性能好；金属支撑板可作为接地和散热用，散热性能好； 具有屏蔽电磁波的作用，抗干扰能力强。具有屏蔽电磁波的作用，抗干扰能力强。 金属化孔金属化孔金属基板金属基板镀铜镀铜绝缘层绝缘层 金属芯基板金属芯基板 又称为金属约束芯板，主要用于高可靠的军事产品又称为金属约束芯板

10、，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中，作为表面组装电路板组装全封闭的LCCCLCCC器件用。器件用。 典型的基板为铜典型的基板为铜铟瓦铟瓦铜（铜（Cu-Invar-CuCu-Invar-Cu）多层印制电路）多层印制电路板板 特点：特点： 殷钢的殷钢的CTECTE小，但导热性差小，但导热性差 铜的导热性好铜的导热性好 尺寸稳定性好，翘曲度小，散热性好。尺寸稳定性好，翘曲度小，散热性好。 “三三明明治治”结结构构Cu-Invar-CuCu-Invar-Cu的的CTECTE小，小，导热性好导热性好5 5、揉性、揉性CCLCCL（柔性（柔性CCLCCL） 具有折弯功能，超薄，

11、可形成三维空间的立体线路板。具有折弯功能，超薄，可形成三维空间的立体线路板。 工艺：工艺： 三层热压法（早期）三层热压法（早期） 二层法（现在）：采用电镀法、真空溅射、沉积法在二层法（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。绝缘薄膜上涂敷导电层。 有阻燃性，耐温有阻燃性，耐温150150，若超过会有局部变形、弯曲。，若超过会有局部变形、弯曲。（使用（使用130130左右的低温焊膏）左右的低温焊膏） 印刷、贴片、焊接时，需有支撑板。印刷、贴片、焊接时，需有支撑板。 无机类基板材料无机类基板材料 1 1、陶瓷基板、陶瓷基板薄膜、厚膜电路，薄膜、厚膜电路，MCMMCM电路的首选基

12、材电路的首选基材 材料材料96% Al96% Al2 2O O3 399% Al99% Al2 2O O3 396% 96% 氧化铍氧化铍性能优异，加工困难成本高性能优异，加工困难成本高导热导电性好，但粉尘对人导热导电性好，但粉尘对人体有害体有害 特点特点 热膨胀系数（热膨胀系数（CTECTE）小；）小； 耐高温性好；耐高温性好； 化学性能稳定，耐腐蚀，低吸湿性；化学性能稳定，耐腐蚀，低吸湿性； 价格昂贵；价格昂贵； 介电常数高，不适合做高速电路基板；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。拼

13、板满足自动化生产的需要。2 2、瓷釉覆盖的钢基板、瓷釉覆盖的钢基板 性能与陶瓷基板类似，可替代它；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；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；介电常数低，适合做高速电路； CTECTE稍大。稍大。钢钢瓷釉瓷釉( (绝缘绝缘) )三、铜箔种类及厚度三、铜箔种类及厚度1 1、种类、种类按制造方法按制造方法压延铜箔压延铜箔: Cu: Cu纯度大于纯度大于99.9%99.9%，用，用 “ “W”W”表示，可焊性好，高性能表示，可焊性好，高性能PCBPCB。电解铜箔电解铜箔: Cu: Cu纯度约为纯度约为99.8%

14、99.8%，用，用 “ “E”E”表示，可焊性稍差，普通表示，可焊性稍差，普通PCBPCB使用。使用。 压延铜箔：将铜箔通过粘合剂贴在基板上，再烘干；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。电解铜箔：电解的方式电镀铜到基板上。2 2、厚度、厚度 Cu Cu越薄，耐热性越差，且浸析会使铜箔穿透；越薄，耐热性越差，且浸析会使铜箔穿透； Cu Cu太厚，易脱落。太厚，易脱落。9m9m，12m12m，18m18m，35m35m，70m70m一般铜箔加外层镀层达到一般铜箔加外层镀层达到50m50m四、印制电路板的标称厚度（四、印制电路板的标称厚度（mmmm）

15、0.2 0.50.2 0.5 0.8 1.0 0.8 1.0 1.6 1.6 2.0 2.5 3.2 6.4 2.0 2.5 3.2 6.4器件的引脚数多达器件的引脚数多达20002000引线中心距引线中心距 1.27mm 0.5mm 0.3mm1.27mm 0.5mm 0.3mm线宽：线宽：0.20.20.3mm 0.15mm 0.1mm 0.05mm0.3mm 0.15mm 0.1mm 0.05mm线距：线距：0.20.20.3mm 0.15mm 0.1mm 0.05mm0.3mm 0.15mm 0.1mm 0.05mm2.54mm2.54mm网格之间线：网格之间线：2 2根线根线 3 3

16、根线根线 6 6根线根线一、一、SMBSMB特征特征 1 1、组装密度、组装密度高高2 2、小孔径、小孔径 孔的功能孔的功能 THT THT用用PCBPCB的孔主要是用来插装元器件的孔主要是用来插装元器件 SMB SMB中金属化孔则是用来实现层与层之间的互连中金属化孔则是用来实现层与层之间的互连 小孔径：小孔径为小孔径：小孔径为SMBSMB提供更多的空间提供更多的空间 PCB PCB常用孔径常用孔径 ：0.90.90.8mm0.8mm SMB SMB孔径：孔径：0.460.460.3mm 0.05mm0.3mm 0.05mm 新技术：埋孔、盲孔（最小新技术：埋孔、盲孔（最小5mil5mil）等

17、内层中继孔）等内层中继孔 通孔：各层之间的互连，电镀通孔又称金属化孔。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，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。埋孔：内部分层之间的互连，使孔深进一步减小。通孔通孔盲孔盲孔埋孔埋孔3 3、热膨胀系数（、热膨胀系数（CTECTE）低）低 热膨胀系数，反映了不同材料对热的敏感程度不同热膨胀系数，反映了不同材料对热的敏感程度不同 两种两种CTECTE相差很多的材料相差很多的材料, ,同样受热后同样受热后, ,由于膨胀的由于膨胀的

18、程度不同程度不同, ,所以在他们相连接的界面可能会由于相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互的拉伸导致一些破裂等异常, ,通常要采用通常要采用CTECTE相近相近的材料。的材料。4 4、耐高温性能好、耐高温性能好 SMBSMB经常需要双面贴装，要求经常需要双面贴装，要求SMBSMB能耐两次回流能耐两次回流焊温度。焊温度。 要求要求SMBSMB变形小，不起泡，焊盘的可焊性好。变形小，不起泡，焊盘的可焊性好。5 5、平整度高、平整度高 SMBSMB要求平整度高，以便要求平整度高，以便SMDSMD引脚和焊盘能够密引脚和焊盘能够密切配合。切配合。 一般，要求一般，要求SMBS

19、MB的翘曲度的翘曲度0.0075mm/mm0.0075mm/mm。二、评估二、评估SMBSMB基材质量的参数基材质量的参数1 1、玻璃化转变温度（、玻璃化转变温度（T Tg g） 越高越好越高越好2 2、热膨胀系数（、热膨胀系数（CTECTE） 越低越好越低越好3 3、耐热性、耐热性4 4、电气性能、电气性能5 5、平整度、平整度 T Tg g：在一定的温度下，基材结构会发生变化。在此温度在一定的温度下，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）；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），若在此温度之上

20、，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。温度称为玻璃化转变温度。E/E/材料强度材料强度T TT Tg gT TCTE/CTE/变形量变形量T Tg g 在在SMTSMT焊接过程中，通常焊接温度在焊接过程中，通常焊接温度在220220以上，远高于以上，远高于PCBPCB的的T Tg g，所以，所以，PCBPCB受高温后会出现明显的变形。而受高温后会出现明显的变形。而SMC/SMDSMC/SMD是是直接贴在直接贴在SMBSMB上，冷却后必然产生很大的热应力，该应力作上，冷却后必然产

21、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。用在元器件引脚上，严重时会使元器件损坏。 含义：每单位温度变化引起材料尺寸的线性变化量。温含义：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，材料的膨胀度每升高一度，材料的膨胀/ /延长长度。延长长度。 膨胀应力超过材料承受极限，会对材料产生损坏。膨胀应力超过材料承受极限，会对材料产生损坏。 对多层对多层SMBSMB讲，讲，X X、Y Y向应力与向应力与Z Z向应力存在差异，会使向应力存在差异，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。化孔断裂。 克服金

22、属化孔损坏的几种方法：克服金属化孔损坏的几种方法： 在多层板制作中，普遍采用凹蚀工艺，以增强金在多层板制作中，普遍采用凹蚀工艺，以增强金属化孔壁与多层板的结合力；属化孔壁与多层板的结合力； 提高径深比；提高径深比； 最保险最保险 1 1：3 3 最常见最常见 1 1：6 6 风险大风险大 1 1：1010 使用使用CTECTE相对小的材料或相对小的材料或CTECTE性能相反的材料叠加使用，性能相反的材料叠加使用，使使SMBSMB整体的整体的CTECTE减小；减小； SMB SMB制造时，采用盲孔、埋孔技术来提高径深比。制造时，采用盲孔、埋孔技术来提高径深比。耐热性是耐热性是SMBSMB基材质量

23、的重要参数之一。基材质量的重要参数之一。原因：原因： SMB SMB经两次回流焊，因而经一次高温后仍要求保存板经两次回流焊，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；间的平整度，能保证二次贴片的可靠性； SMB SMB焊盘越小，焊盘的粘结强度相对较小，若使用基焊盘越小，焊盘的粘结强度相对较小，若使用基材耐热性高的材耐热性高的SMBSMB，则焊盘的抗剥强度也较高。，则焊盘的抗剥强度也较高。1 1、与传统、与传统THTTHT所用所用PCBPCB相比，相比，SMBSMB具有哪些特征具有哪些特征2 2、绘制、绘制SMBSMB中通孔、埋孔、盲孔图形中通孔、埋孔、盲孔图形, ,并给出

24、三种并给出三种孔的含义孔的含义优化设计（优化设计（DFXDFX）Design for Design for ExcellenceExcellence可制造性设计可制造性设计(DFM)(DFM)Design for ManufacturingDesign for Manufacturing可测试性设计可测试性设计(DFT)(DFT)Design for TestDesign for Test可检查性设计可检查性设计(DFI)(DFI)Design for InspectionDesign for Inspection可维修性设计可维修性设计(DFR)(DFR)Design for ReworkD

25、esign for Rework系统概况系统概况电路设计电路设计元件选择元件选择基板选择基板选择电路布线设计电路布线设计工艺选择工艺选择一、一、PCBPCB外观外观1 1、PCBPCB幅面、形状幅面、形状 形状尽可能简单，一形状尽可能简单，一般为长宽比不大的矩般为长宽比不大的矩形。形。厚度厚度/mm/mm最大印最大印制板宽制板宽度度/mm/mm最大长最大长宽比宽比0.80.850502.02.01.01.01001002.42.41.61.61501503.03.02.42.43003004.04.0 定位孔定位孔 成对设计，最少成对设计，最少2 2个；个； 定位孔中心距边框定位孔中心距边框5

26、mm5mm； 圆形圆形 3.2mm3.2mm或椭圆形宽度或椭圆形宽度3.2mm3.2mm，适合不同机器使用；，适合不同机器使用； 定位孔周围定位孔周围2mm2mm以内应无铜箔；以内应无铜箔； 设在工艺边上。设在工艺边上。2 2、PCBPCB上的工艺边、定位孔及图像识别标志上的工艺边、定位孔及图像识别标志 工艺边工艺边 若若PCBPCB进板两侧夹持边进板两侧夹持边5mm5mm以上不贴元器件时，以上不贴元器件时，可不用专设工艺边；可不用专设工艺边； 否则，可在印制板沿否则，可在印制板沿贴装流动的长度方向贴装流动的长度方向，增设工，增设工艺边，宽度为艺边，宽度为5 58mm8mm，生产结束后去掉。，

27、生产结束后去掉。一般为长边，板面发生扭曲的概率小一般为长边，板面发生扭曲的概率小 作用：设备的夹持和定位；作用：设备的夹持和定位； 图像识别标识（图像识别标识（MarkMark） 成对设计，印刷、贴片均用；成对设计，印刷、贴片均用； 印制板图像识别标志印制板图像识别标志 PCB Mark (Global Fiducial Mark)PCB Mark (Global Fiducial Mark)提供印刷机、贴片机光学定位的标志提供印刷机、贴片机光学定位的标志 器件图像识别标志器件图像识别标志 IC Mark (Local Fiducial Mark)IC Mark (Local Fiducial

28、 Mark)设计原则：对角成对设计，且不可对称设计原则：对角成对设计，且不可对称设计原则：对角线成对设计，可以对称设计原则：对角线成对设计，可以对称在工艺边上在工艺边上保证大型保证大型ICIC，细间距，细间距ICIC贴装时的定位精度贴装时的定位精度在焊盘内或外在焊盘内或外(1-2)mm(1-2)mm(2-4)mm(2-4)mm112222221PCB MarkPCB MarkIC MarkIC Mark23 3、拼板工艺、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；合，将它们拼成长方形或正方形； 条件：条件：

29、PCB PCB尺寸较小尺寸较小 元器件较少元器件较少 刚性板刚性板 细长板细长板 拼板之间采用拼板之间采用V V型槽、邮票孔、冲槽等进行分割组合；型槽、邮票孔、冲槽等进行分割组合； 定位孔、工艺边、图像识别标志一般设在拼板后的定位孔、工艺边、图像识别标志一般设在拼板后的图形上，并且各子板仍应设立图像识别标志。图形上，并且各子板仍应设立图像识别标志。拼板示意图二、布线设计二、布线设计1 1、布线原则、布线原则 信号线粗细一致；信号线粗细一致； 走线尽可能短；走线尽可能短； 走线转弯时，不应有急弯和尖角，应走斜线或圆弧过走线转弯时，不应有急弯和尖角，应走斜线或圆弧过渡，拐角应大于渡，拐角应大于90

30、90； 多层板中，相邻两层的导线宜相互垂直或斜交，避免多层板中，相邻两层的导线宜相互垂直或斜交，避免平行走线。平行走线。 2 2、线宽与线距、线宽与线距：（一般：线宽线距）：（一般：线宽线距） 线宽线宽 与承载的电流有关，电流越大，线宽越宽与承载的电流有关，电流越大，线宽越宽 推荐：推荐：0.20.20.3mm0.3mm 线距线距 与承载的电压有关，电压越大，线距越大与承载的电压有关，电压越大，线距越大 推荐：推荐： 0.20.20.3mm0.3mm3 3、导线与焊盘的连接、导线与焊盘的连接三、元器件布局三、元器件布局 1 1、元器件的选取、元器件的选取 尽可能选择常规元器件，慎用细间距元器件

31、尽可能选择常规元器件，慎用细间距元器件2 2、元器件布局、元器件布局 元器件分布均匀，便于调试和维修；元器件分布均匀，便于调试和维修； 有相互连线的元器件应相对靠近排列；有相互连线的元器件应相对靠近排列； 热敏感的元器件应远离发热量大的元器件；热敏感的元器件应远离发热量大的元器件； 尽可能按电路原理图顺序成直线排列；尽可能按电路原理图顺序成直线排列； 大而重的元件尽可能布置在靠近固定端大而重的元件尽可能布置在靠近固定端 屏蔽或隔离相互可能有电磁干扰的元器件。屏蔽或隔离相互可能有电磁干扰的元器件。3 3、元器件方向设计、元器件方向设计 同类元器件尽可能按相同方向排列，特征方向一致；同类元器件尽可能按相同方向排列，特征方向一致； 回流焊时，回流焊时，SMCSMC元件的长轴应垂直于回流炉的传送带方元件的长轴应垂直于回流炉的传送带方向，向，SMDSMD器件长轴应平行于回流炉的传送带方向。器件长轴应平行于回流炉的传送带方向。 波峰焊时，波峰焊时， S