PCB生产工艺技术培训教程(共78页).pptx

1、20212021年年 9 9月月PCB生产工艺、设备与测试技术概 述n电子产品制造n电子工艺nPCBPrintedCircuitBoard，中文名称为印制电路板，又，中文名称为印制电路板，又 称称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术撑体，是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为制作的，故被称为“印刷电路板。印刷电路板。nSMT: SMT是外表组装技术外表贴装技术是外表组装技术外表贴装技术Surface Mounted Techno

2、logy的缩写，是目前电子组装行业里最流行的一种技术和的缩写，是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。工艺。 概 述n工艺的开展与过程 n电子工艺研究的领域n n 电子整机产品的生产过程分为两个方面：方面是指制造工艺的技术手段和操作技能，另一方面指产品在生产过程中的质量控制和工艺管理；n材料 设备 方法和操作n 包括电子元器件、导线类、金属、非金属包括电子元器件、导线类、金属、非金属概 述生产工具和生产设备生产工具和生产设备生产工具和生产设备生产工具和生产设备加工制造加工制造-设计制造设计制造 管理，技术管理，技术概 述n电子工艺的特点：n 涉及众多的科学技术领域； n 形成时间较晚而开展

3、迅速；第一章 电子元器件 电子元器件及各种新材料 对元器件的要求： 可靠性高 精确度高 体积小 性能稳定 符合使用环境条件 集成化 微型化 提高性能及改进结构电子元器件的特性参数 特性参数一年用于描述电子元器件在电路中的电气功能，通常可以用该元器件的名称来表示。 伏安特性曲线电子元器件 试分析图1.1中a b c d e分别表述什么元器件？ 电子元器件的规格参数 标称值 额定值 允许偏差电子元器件的特性参数 表1.1 元件特性参数值标称系列 规定了树枝标称系列，就大大减少了必须生产的元器件的产品种类，从而使生产厂家有肯呢个实习批量化，标准化的生产及管理。电子元器件的特性参数 根据电路对元器件的

4、参数要求，运行偏差分为： 双向偏差 单向偏差具体参考教材 P20 图1.2电子元器件的特性参数 额定值 极限值电子元器件的特性参数 电子元器件的质量参数1 温度系数 温度每变化1，其数值产生的相对变化叫做温度系数，单位为1/。2 噪声电动势和噪声系数电子元器件的特性参数 信噪比 定义为元件两端的外加信号功率与其内部产生的噪声功率之比。电子元器件的特性参数 高频特性 一切电子元器件在工作在高频状态下时，都将表征出电抗特性，甚至一段很短的导线，其电感，电容也会对电路的频率产生不可忽略的影响。这种性质称为高频特性。电子元器件的特性参数 机械强度及可焊性 震动 冲击 断裂 引线开焊等 可靠性和失效率

5、指它的有效工作寿命，即它的正常完成某一特定电气功能的时间。 电子元器件的工作寿命结束，叫做失效。电子元器件的特性参数 早期失效： 早期失效是很有害的，但又是不可防止的 偶然失效： 老化失效：电子元器件的特性参数 失效率函数曲线 参数好的，可靠性不一定高； 参数差的，可靠性不一定低；电子元器件的特性参数1.2 电子元器件的检验和筛选 外观质量检验 电气性能实用筛选1.3 电子元器件的命名与注册 命名方法 用一个字母代表它的主称：R C L W 用数字或字母代表其它信息。 信号及参数在电子元器件上的标注 直标法 文字符号法 色标法1.4常用元器件简介 电阻器 电阻器的分类： 合金型薄膜型合成型1.

6、2 电子元器件的检验和筛选1.4.6 半导体分立器件 1 常用半导体分立器件及分类 普通二极管: 特殊二极管： 敏感二极管： 发光二极管。2 半导体分立器件的型号命名1.4.7 集成电路 半导体集成电路 用平面工艺氧化，光刻，扩散，外延工艺在半导体晶片上支撑的电路称为半导体集成电路。这种集成电路作为独立的商品，品种最多，应用最广泛，一般所说的集成电路就是指半导体集成电路。1.4.7 集成电路 集成电路的封装 按材料根本分为金属、陶瓷、塑料三类； 按引脚的形式：通孔插装式、说明安装式 SMT就属于外表安装技术1.4.9 光电二极管 发光二极管 GaAs， GaAsP, GaP 单向导电性1.4.

7、9 光电器件液晶显示器 原理 液晶liquid crystal是一种物质状态，有人称为物质的第四态。这是一种在一定温度范围内，既有晶体所特有的各向异性的双折射性，又具有液体流动性的物质状态。 利用液晶的电光效应和热光效应职称的显示器件叫做液晶显示器Liquid crystal device, LCD 液晶是不导电的； 施加足够强的电场，会引起液晶分子改变原来的取向； 液晶本身不发光，它借助自然光或外来光才能显示，并且外部光线越强，显示效果越好。1.4.9 光电器件液晶显示器 液晶显示器的优点： 1液晶显示器件的外表为平板型结构，能显著减少显示图像的是真。 2功耗低，工作电压低2-6V，工作电流

8、小几个uA/cm2; 3)易于集成，体积小，由于液晶显示器件的功耗低，因此可以应用在元器件密度较大的场合； 4显示信息量大； 5寿命长； 6无电磁污染，液晶显示器件工作时，不产生电磁辐射，对环境无污染。1.4.9 光电器件液晶显示器 缺点 1机械强度差，易于损坏； 2工作温度范围窄，一般为-10+60； 3动态特性较差，相应时间和余辉时间长ms级；1.4.9 光电器件液晶显示器 TFT(thin film transistor,薄膜晶体管) 根本原理：由许多可以发出任意颜色光线的像素组成，控制各个像素，使之现实相应的颜色。 在TFT LCD只能够，采用背光技术。 FTF 是在玻璃或塑料基板等非

9、单晶片上也可以在晶片上通过溅射、化学沉积工艺形成制造电路必须的各种膜，通过对膜的加工，制作成大规模半导体集成电路。时 TFT 特点： 大面积； 高集成度； 功能强大； 低本钱； 工艺灵活； 应用领域广泛；1.4.10 电磁元件 霍尔效应与霍尔元件 霍尔效应：当磁场垂直作用在有电流流过的固体元件上时，在与电流方向和磁场方向都成直角的方向上将产生电动势，这种现象称为霍尔效应，所产生的电压称为霍尔电压。 将一块半导体或导体材料，沿Z方向加以磁场，沿X方向通以工作电流I，那么在Y方向产生出电动势，如图1所示，这现象称为霍尔效应。称为霍尔电压。 实验说明，在磁场不太强时，电位差与电流强度I和磁感应强度B

10、成正比，与板的厚度d成反比。 霍尔元件: 利用霍尔效应将磁场强度转变为电压的敏感元件，其特点是输出信号电压霍尔电压与磁场强度成正比，并可判断磁场的极性。第二章 SMT时代的电子元器件 外表安装技术概述 外表安装元器件 SMT元器件特点： 1 2 第二章 SMT时代的电子元器件SMT元器件的种类和规格： 1 无源外表安装元器件SMC 2 有源外表安装器件SMD 3 机电器件 SMD集成电路 SMD集成电路按封装方式，分为： 1SO封装 2QFP封装 3LCCC封装 4PLCC封装 SMD的引脚形状翼形，钩形，球形 无引脚 有引脚 大规模集成电路的BGA封装 球形引脚栅格阵列 SMD器件的封装开展

11、与前瞻 摩尔定律是由英特尔Intel创始人之一戈登摩尔Gordon Moore提出来的。其内容为：集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，当价格不变时；或者说，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。 评价集成电路封装技术的优劣，一个重要的指标是： 芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1越好。 集成电路DIP封装 芯片载体封装 BGA封装 MCM封装2.3 微电子组装技术 电子组装技术的开展 常规电子组装技术THT 外表安装技术SMT 微电子组装HIC,MCM,DCA 微电子组装技术是目前迅速开展的新一代电子

12、产品制造技术，主要包括多种新的组装技术及工艺。2.3 微电子组装技术 微电子组装技术包括很多内容： 芯片直接贴装技术包括：板载芯片COB技术；带自动键合TAB技术、倒装芯片FC技术等。 外表安装技术大大缩小了印刷电路板的面积，提高了电路的可靠性。 为了获得更小的封装面积、更高的电路板面利用率，组装技术向元器件级、芯片级深入。 MPT， 裸片组装 2.3 微电子组装技术 微电子组装技术的研究方向 基片技术： 芯片直接贴装技术： 多芯片组装技术：2.3 微电子组装技术 引线建合技术 热压焊 超声焊 热压超声焊金丝球焊 载带自动建合技术2.3 微电子组装技术 倒装芯片技术 倒装芯片封装技术为1960

13、年IBM公司所开发，为了降低本钱，提高速度，提高组件可靠性； 封装方式为芯片正面朝下向基板，无需引线键合，形成最短电路，降低电阻；采用金属球连接，缩小了封装尺寸，改善电性表现；2.3 微电子组装技术 简介 最早的外表安装技术倒装芯片封装技术FC形成于20世纪60年代，同时也是最早的球栅阵列封装技术BGA和最早的芯片规模封装技术CSP。 特点 FC通常应用在时脉较高的CPU或高频RF上，以获得更好的效能，与传统速度较慢的引线键合技术相比，FC更适合应用在高脚数、小型化、多功能、高速度趋势IC的产品中。 发开展前景 随着电子封装越来越趋于向更快、更小、更廉价的方向开展，要求缩小尺寸、增加性能的同时

14、，必须降低本钱。这使封装业承受巨大的压力，面临的挑战就是传统SMD封装技术具有的优势以致向我们证实一场封装技术的革命。 2.3 微电子组装技术2.3 微电子组装技术 大圆片规模集成电路技术第三章 制造电子产品的常用材料 3.1常用导线与绝缘材料 导线 1导线分类：电线与电缆 细分为裸线，电磁线，绝缘电线电缆和通信电缆四类。 2导线材料 如果说最好的导线材料是超导材料铌和锡的化合物,再有就是我们大家都知道的银，但这两种材料的本钱太高，一般没人用磁悬浮用的就是超导材料 我们平时接触到的导线一般用铝和铜，铝在以前常用，它对电的阻抗较小，不易生锈，质软不易折断，造价廉价，但铝制导线只能制作单根硬线，不

15、能用在经常活动的设备或电器上，否那么还是会被折断，而且耐高温能力低，长时间在高温条件下使用会缩短使用寿命。第三章 制造电子产品的常用材料 铜相对于铝来说性能有了很大的提升，它的电阻抗小，不易生锈，质软而且可以制成多股软线，大大提高了屈折次数，可以安装在移动设备上，使用寿命比铝大大提高，所以我们一般见到的导线是铜制导线。在导线选材上，如果要求较高，可考虑银制或超导，如果是一般用途就用铜制的。 常见材料中导电性能最好的是银，但考虑经济因素，一般用铜做导线 2 常用安装导线 表3.2列出了平安载流量。 导线的颜色 见表3.3 选择安装导线颜色的一般习惯。 3.1.2 绝缘材料 绝缘材料的电阻率一般都

16、大于 1无机绝缘材料 2有机绝缘材料 3复合绝缘材料cm109 绝缘材料的主要性能及选择 1抗电强度 2机械强度 3耐热等级 3.2 制造印刷电路板的材料-覆铜板 定义：覆铜箔层压板，就是经过粘结、热压等工艺，使一定厚度的铜箔牢固地附着在绝缘基板上的板材。 材料与制造 1基板 2铜箔 3粘合剂 覆铜板的技术指标和性能特点焊接材料 welding material; welding consumables 包括焊料，焊剂助焊剂 焊接材料是指焊接时所消耗材料的通称，例如焊条、焊丝、金属粉末、焊剂、气体等。焊接行业开展迅速，主要分为氩焊、CO2焊接、氧切割、电焊。 世界各国的焊材结构比例，迄今没有准

17、确的统计数字。日本2005年秋季发行的?世界焊接新闻?英文版，对2004年一些国家和地区的焊材需求量(不是生产量)和使用比例做出了估计 ： 欧洲、北美(美国和加拿大)、日本等兴旺国家，在消费的焊材中，焊条比例均已小于20，欧洲和北美的气保护焊丝使用比例均大于50。 在SMT 组装中，在组装完成后发现的缺陷有60%以上原因在于焊膏和印刷工艺。另外，有15%的缺陷是在再流焊过程中出现的。利用事先设计好的实验以及严格的焊膏工艺测试方法，制定出焊膏评估程序，以最少的实验来得到更多关于焊膏及其工艺性的信息 。在焊料的开展过程中，锡铅合金一直是最优质的、廉价的焊接材料，无论是焊接质量还是焊后的可靠性都能够

18、到达使用要求；但是，随着人类环保意识的加强，“铅及其化合物对人体的危害及对环境的污染，越来越被人类所重视无铅焊料开展进程 1991和1993年：美国参议院提出将电子焊料中铅含量控制在0.1%以下的要求，遭到美国工业界强烈反对而夭折； 1991年起NEMI, NCMS, NIST, DIT, NPL, PCIF, ITRI, JIEP等组织相继开展无铅焊料的专题研究，耗资超过 2000万美元，目前仍在继续 1998年10月日本松夏公司第一款批量生产的无铅电子产品问世； 2003年3月，中国信息产业部拟定?电子信息产品生产污染防治管理方法?，提议自2006年7月1日起投放市场的国家重点监管目录内的

19、电子信息产品不能含有Pb。 焊接行业对无铅焊料的要求 ： 无铅焊料首先要能够真正满足环保要求，不能把铅去除了，又添加了新的有毒或有害的物质；要确保无铅焊料的可焊性及焊后的可靠性，并要考虑到客户所承受的本钱等众多问题。概括起来讲，无铅焊料应尽量满足以下这些要求： 1无铅焊料的熔点要低，尽可能地接近63/37锡铅合金的共晶温度； 2无铅焊料要有良好的润湿性 ； 3焊点的抗拉强度、韧性、延展性及抗蠕变性能都要与锡铅合金的性能相差不多； 4本钱尽可能的降低；目前，能控制在锡铅合金的1.52倍，是比较理想的价位； 共晶焊：共晶焊又称低熔点合金焊接。共晶合金的根本特性是：两种不同的金属可在远低于各自的熔点

20、温度下按一定重量比例形成合金 。 共晶的芯片，在芯片底部有鍍一層金，這就是所謂的背金芯片。最初的共晶指的是金和錫在一定溫度下，形成金錫合金，從而使芯片與支架之間以合金連接，使導熱性能更優秀。 3.3.2 助焊剂 金属于空气接触后，在其外表会生成一层氧化膜。温度越高，氧化就越严重。 助焊剂的作用 对助焊剂的要求3.4 其他常用材料 铁磁材料3.4.3 散热器 散热器是用来传导、释放热量的一系列装置的统称。目前散热器主要有采暖散热器、计算机散热器，其中采散热器又可根据材质和工作模式分为假设干种，计算机散热器可根据用途和安装方法分为假设干种。 众所周知，高温是集成电路的大敌。高温不但会导致系统运行不稳，使用寿命缩短，甚至有可能使某些部件烧毁。导致高温的热量不是来自计算机外，而是计算机内部，或者说是集成电路内部。散热器的作用就是将这些热量吸收，然后发散到机箱内或者机箱外，保证计算机部件的温度正常。 散热器的种类非常多，CPU、显卡、主板芯片组、硬盘、机箱、电源甚至光驱和内存都会需要散热器，这些不同的散热器是不能混用的，而其中最常接触的就是CPU的散热器。 依照从散热器带走热量的方式，可以将散热器分为主动散热和被动散热。前者常见的是风冷散热器，而后者常见的就是散热片。 进一步细分散