PCB板基本知识

1、PCB制板基础知识一、PCB概念PCB (PrintedCircuitBoard)，中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、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“印刷”电路板。二、PCB在各种电子设备中有如下功能：提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑。实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接(信号传输)或电绝缘。提供所要求的电 气特性，如特性阻抗等。为自动装配提供阻焊图形，为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。三、PCB技术发展概要从1903年至今，若以PCB组装技术的应用和发展角度

2、来看，可分为三个阶段1通孔插装技术(THT)阶段PCB金属化孔的作用：.电气互连-信号传输.支撑元器件-引脚尺寸限制通孔尺寸的缩小引脚的刚性自动化插装的要求提高密度的途径减小器件孔的尺寸，但受到元件引脚的刚性及插装精度的限制，孔径N0.8mm缩小线宽/间距：0.3mm0.2mm一0.15mm一0.1mm增加层数：单面一双面一4层一6层一8层一10层一12层一64层2表面安装技术(SMT)阶段PCB导通孔的作用：仅起到电气互连的作用，孔径可以尽可能的小，堵上孔也可以。提高密度的主要途径.过孔尺寸急剧减小：0.8mm0.5mm0.4mm0.3mm0.25mm.过孔的结构发生本质变化: a.埋盲孔结

3、构优点：提高布线密度1/3以上、减小PCB尺寸或减少层数、提高可靠性、改善了特性阻抗控制，减小了串扰、噪声或失真(因线短，孔小)b.盘内孔(hole in pad)消除了中继孔及连线薄型化：双面板：1.6mm1.0mm0.8mm0.5mmPCB平整度: a.概念：PCB板基板翘曲度和PCB板面上连接盘表面的共面性。PCB翘曲度是由于热、机械引起残留应力的综合结果连接盘的表面涂层：HASL、化学镀NI/AU、电镀NI/AU3芯片级封装(CSP)阶段PCBCSP以开始进入急剧的变革于发展其之中，推动PCB技术不断向前发展，PCB工业将走向激光时代和纳 米时代.四、PCB表面涂覆技术PCB表面涂覆技

4、术是指阻焊涂覆(兼保护)层以外的可供电气连接用的可焊性涂(镀)覆层和保护层。按用途分类：焊接用：因铜的表面必须有涂覆层保护，不然在空气中很容易氧化。接插用：电镀Ni/Au或化学镀Ni/Au (硬金，含P及Co)线焊用：wire bonding工艺热风整平(HASL或HAL)从熔融Sn/Pb焊料中出来的PCB经热风(230C )吹平的方法。基本要求：. Sn/Pb=63/37 (重量比).涂覆厚度至少3um避免形成非可焊性的Cu3Sn的出现，Cu3Sn出现的原因是锡量不足，如Sn/Pb合金涂覆层太薄， 焊点组成由可焊的Cu6Sn5 - Cu4Sn3 Cu3Sn2不可焊的Cu3Sn工艺流程退除抗蚀

5、剂一板面清洁处理一印阻焊及字符一清洁处理一涂助焊剂一热风整平一清洁处理缺点：铅锡表面张力太大，容易形成龟背现象。焊盘表面不平整，不利于SMT焊接。化学镀Ni/Au是指PCB连接盘上化学镀Ni(厚度N3um)后再镀上一层0.05-0.15um薄金，或镀上一层 厚金(0.3-0.5um)。由于化学镀层均匀，共面性好，并可提供多次焊接性能，因此具有推广应用的趋势。其 中镀薄金(0.05-0.1um)是为了保护Ni的可焊性，而镀厚金(0.3-0.5um)是为了线焊(wire bonding) 工 艺需要。Ni层的作用：a.作为Au、Cu之间的隔离层，防止它们之间相互扩散，造成其扩散部位呈疏松状态。b.

6、作为可焊的镀层，厚度至少3umAu的作用：Au是Ni的保护层，厚度0.05-0.15之间，不能太薄，因金的气孔性较大如果太薄不能很好的保护Ni， 造成Ni氧化。其厚度也不能0.15um,因焊点中会形成金铜合金Au3Au2（脆），当焊点中Au超过3%时，可 焊性变差。电镀Ni/Au镀层结构基本同化学Ni/Au，因采用电镀的方式，镀层的均匀性要差一些。一、一些元素的电化当量元素名称原子量化学当量价数电化当量（g/AH）银 Ag 107.868 107.868 1 4.0247金 Au 196.9665 196.9665 1 7.357铜 Cu 63.546 31.773 2 1.185镍 Ni 5

7、8.70 29.35 2 3.8654锡 Sn 118.69 59.345 2 2.1422二、水溶液中一些金属对SHE的标准电位Ag/ Ag 0.799Cu/ Cu2 0.345Ni /Ni2 -0.250Sn/ Sn2 -0.140Au/ Au 1.70三、某些电镀液的电流效率：镀镍95-98%硫酸盐镀铜95-100%镀锡铅合金100%镀钯90-95%氤化物镀金60-80%四、金属氢氧化物沉淀的PH值氢氧化物开始沉淀沉淀完全沉淀开始溶解沉淀完全溶解离子开始浓度残留离子浓度10-5mol/L氢氧化锡 0 0.5mol/L 1 13 15氢氧化亚锡0.9 2.1 4.7 10 13.5氢氧化铁

8、1.5 2.3 4.1 14 氧化银 6.2 8.2 11.2 12.7氢氧化亚铁 6.5 7.5 9.7 13.5 氢氧化钻 6.6 7.6 9.2 14.1 氢氧化镍6.7 7.7 10.4五、1um镀层的质量铜 0.089g/dm2金 0.194 g/dm2银 0.105 g/dm2锡 0.073 g/dm2镍 0.089 g/dm2所有元器件、安装孔、定位孔都有对应的丝印标号为了方便制成板的安装，所有元器件、安装孔、定位 孔都有对应的丝印标号，PCB 上的安装孔丝印用H1、H2Hn进行标识。丝印字符遵循从左至右、从下往上的原则丝印字符尽量遵循从左至右、从下往上的原则，对于电解 电容、二

9、极管等极性的器件在每个功能单元内尽量保持方向一致。3 .器件焊盘、需要搪锡的锡道上无丝印，器件位号不应被安装后器件所遮挡。（密度较高，PCB上不 需作丝印的除外）为了保证器件的焊接可靠性，要求器件焊盘上无丝印；为了保证搪锡的锡道连续性，要求需搪锡的锡 道上无丝印；为了便于器件插装和维修，器件位号不应被安装后器件所遮挡；丝印不能压在导通孔、焊盘 上，以免开阻焊窗时造成部分丝印丢失，影响训别。丝印间距大于5mil。有极性元器件其极性在丝印图上表示清楚，极性方向标记就易于辨认。有方向的接插件其方向在丝印上表示清楚。PCB上应有条形码位置标识在PCB板面空间允许的情况下，PCB上应有42*6的条形码丝

10、印框，条 形码的位置应考虑方便扫描。PCB板名、日期、版本号等制成板信息丝印位置应明确。PCB文件上应有板名、日期、版本号等制 成板信息丝印，位置明确、醒目。PCB上应有厂家完整的相关信息及防静电标识。9 .PCB光绘文件的张数正确，每层应有正确的输出，并有完整的层数输出。10.PCB上器件的标识符必须和BOM清单中的标识符号一致。PCB设计打印输出注意事项需要输出的层有：（1）.布线层包括顶层/底层/中间布线层；（2）.丝印层包括顶层丝印/底层丝印；（3）.阻焊层包括顶层阻焊和底层阻焊;.电源层包括VCC层和GND层；.另外还要生成钻孔文件NCDrill。如果电源层设置为Split/Mixe

11、d，那么在AddDocument窗口的Document项选择Routing并且每 次输出光绘文件之前都要对PCB图使用PourManager的Plane Connect进行覆铜；如果设置为CAMPlane则 选择Plane在设置Layer项的时候要把Layer25加上在Layer25层中选择Pads和Vias。在设备设置窗口按Device Setup将Aperture的值改为199。在设置每层的Layer时将Board Outline选上。设置丝印层的Layer时不要选择Part Type选择顶层底层和丝印层的Outline Text Line。设置阻焊层的Layer时选择过孔表示过孔上不加阻

12、焊，不选过孔表示家阻焊视具体情况确定。生成钻孔文件时使用PowerPCB的缺省设置不要作任何改动。所有光绘文件输出以后用CAM350打开并打印由设计者和复查者根据“PCB检查表”检查。安规标识要求保险管的安规标识齐全保险丝附近是否有6项完整的标识，包括保险丝序号、熔断特性、额定电 流值、防爆特性、额定电压值、英文警告标识。如F101 F3.15AH,250Vac, “CAUTION： For Continued Protection Against Risk of Fire，Replace Only With Same Type and Rating of Fuse” 。若 PCB 上 没有空

13、间排布英文警告标识，可将工，英文警告标识放到产品的使用说明书中说明。PCB 上危险电压区域标注高压警示符PCB的危险电压区域部分应用40mil宽的虚线与安全电压区域 隔离，并印上高压危险标识和“ DANGER!HIGH VOTAGE ” 。原、付边隔离带标识清楚PCB的原、付边隔离带清晰，中间有虚线标识。PCB板安规标识应明确齐全。PCB高速的界定电路板尺寸日渐缩小，电路功能更强，时钟速度和器件上升时间却越变越快，高速设计巳成为设计 过程的重要部分。那么如何来界定PCB板是否采用高速设计呢？下面就为大家来讲解一下PCB高速的界定：如果一个数字系统的时钟频率达到或者超过50MHz，而且工作在这个

14、频率之上的电路巳经占到了整 个电子系统一定的分量(比如说1 /3)，这就称为高速电路。实际上信号的谐波频率比信号本身的重复频率高，是信号快速变化的上升沿与下降沿引发了信号传输的非预期结果。因此，通常约定如果走线传播延时大于20%驱动端的信号上升时间，则认为此类信号是高 速信号并可能产生传输线效应定义了传输线效应发生的前提条件，又如何判断传播延时是否大于20%驱动端的信号上升时间呢？信 号上升时间的典型值一般可通过器件手册查出，而信号的传播时间在PCB设计中由实际布线长度和传播速 度决定。例如，“FR4”板上信号传播速度大约为6in/ns （1in = 2.54cm），但如果过孔多，器件引脚多，

15、 速度将降低，高速逻辑器件的信号上升时间大约为0.2ns，则安全的走线长度将不会超过0.24in。假设“Tr”为信号上升时问，“TD”为信号线传播延时，有如下经验法则：如果民N5TD，信号落在安 全区域；如果2TDNTrN5TD，信号落在不确定区域；如果TrW2TD，信号落在问题区域。对于落在不确定 区域及问题区域的信号，应该使用高速电路设计方法。与低速情况下的数字设计相比，高速数字设计着重强调了数字电路之间用来传输信号的路径和互连， 从发送信号芯片到接收信号芯片间的完整的电流路径，包括封装、走线、连接器、插座，以及许多其他的 结构。高速数字电路的设计主要研究互连对信号传播的影响、信号间的相互

16、作用，以及和外界的相互作用。PCB EMI设计规范步骤在PCB设计中最常见的问题就是信号线跨越分割地或电源而产生EMI问题。为规避这种EMI问题下 面就为大家介绍一下PCB设计中EMI设计的规范步骤。一、IC的电源处理保证每个IC的电源PIN都有一个0.1UF的去耦电容，对于BGACHIP，要求在BGA的四角分别有0.1UF、 0.01UF的电容共8个。对走线的电源尤其要注意加滤波电容，如VTT等。这不仅对稳定性有影响，对EMI 也有很大的影响。二、时钟线的处理建议先走时钟线。频率大于等于66M的时钟线，每条过孔数不要超过2个，平均不得超过1.5个。频率小于66M的时钟线，每条过孔数不要超过3

17、个，平均不得超过2.5个长度超过12inch的时钟线，如果频率大于20M，过孔数不得超过2个。如果时钟线有过孔，在过孔的相邻位置，在第二层（地层）和第三层（电源层）之间加一个旁路电 容、如图2.5-1所示，以确保时钟线换层后，参考层（相邻层）的高频电流的回路连续。旁路电容所在的 电源层必须是过孔穿过的电源层，并尽可能地靠近过孔，旁路电容与过孔的间距最大不超过300MIL。所有时钟线原则上不可以穿岛。下面列举了穿岛的四种情形。6.1跨岛出现在电源岛与电源岛之间。此时时钟线在第四层的背面走线，第三层（电源层）有两个电 源岛，且第四层的走线必须跨过这两个岛.6.2跨岛出现在电源岛与地岛之间。此时时钟

18、线在第四层的背面走线，第三层（电源层）的一个电源 岛中间有一块地岛，且第四层的走线必须跨过这两个岛。6.3跨岛出现在地岛与地层之间。此时时钟线在第一层走线，第二层（地层）的中间有一块地岛，且 第一层的走线必须跨过地岛，相当于地线被中断。6.4时钟线下面没有铺铜。若条件限制实在做不到不穿岛，保证频率大于等于66M的时钟线不穿岛， 频率小于66M的时钟线若穿岛，必须加一个去耦电容形成镜像通路。以图6.1为例，在两个电源岛之间并 靠近跨岛的时钟线，放置一个0.1UF的电容。当面临两个过孔和一次穿岛的取舍时，选一次穿岛。时钟线要远离I/O 一侧板边500MIL以上，并且不要和I/O线并行走，若实在做不

19、到，时钟线与I/O 口线间距要大于50MIL。时钟线走在第四层时，时钟线的参考层（电源平面）应尽量为时钟供电的那个电源面上，以其他电 源面为参考的时钟越少越好，另外，频率大于等于66M的时钟线参考电源面必须为3.3V电源平面。时钟线打线时线间距要大于25MIL。时钟线打线时进去的线和出去的线应该尽量远。尽量避免类似图A和图C所示的打线方式，若时钟 线需换层，避免采用图E的打线方式，采用图F的打线方式。时钟线连接BGA等器件时，若时钟线换层，尽量避免采用图G的走线形式，过孔不要在BGA下面走， 最好采用图H的走线形式。注意各个时钟信号，不要忽略任何一个时钟，包括AUDIO CODEC的AC_BI

20、TCLK，尤其注意的是FS3-FS0, 虽然说从名称上看不是时钟，但实际上跑的是时钟，要加以注意。Clock Chip上拉下拉电阻尽量靠近Clock Chip。三、I/O 口的处理各I/O 口包括PS/2、USB、LPT、COM、SPEAK OUT、GAME分成一块地，最左与最右与数字地相连， 宽度不小于200MIL或三个过孔，其他地方不要与数字地相连。若COM2 口是插针式的，尽可能靠近I/O地。3.I/O电路EMI器件尽量靠近I/O SHIELDo4.I/O 口处电源层与地层单独划岛，且Bottom和TOP层都要铺地，不许信号穿岛（信号线直接拉出PORT, 不在I/O PORT中长距离走线

21、）。四、几点说明对EMI设计规范，设计工程师要严格遵守，EMI 工程师有检查的权力，违背EMI设计规范而导至EMI 测试FAIL，责任由设计工程师承担。EMI 工程师对设计规范负责，对严格遵守EMI设计规范，但仍然EMI测试FAIL，EMI工程师有责任 给出解决方案，并总结到EMI设计规范中来。EMI工程师对每一个外设口的EMI测试负有责任，不可漏测。每个PCB设计工程师有对该设计规范作修改的建议权和质疑的权力。EMI工程师有责任回答质疑， 对工程师的建议通过实验后证实后加入设计规范。EMI工程师有责任降低EMI设计的成本，减少磁珠的使用个数。PCB抄板无铅制程OSP膜的性能及表征（一）发布者

22、：发布时间：2010-7-15阅读：90次【字体：大中小】PCB抄板无铅制程OSP膜的性能及表征（一）摘要：为了满足电子工业对于禁用铅的迫切要求，印刷电路板（PCB）工业正将最后表面处理从热风整平的 喷锡（锡铅共晶）转移到其他表面处理，其中包括有机保护膜（OSP）、沉银、沉锡以及化学镍沉金。由于 OSP膜的优异可焊性、工艺简单易行以及低操作成本，被认为是最佳的选择。由于OSP （有机可焊保护膜）的优异可焊性、工艺简单易行以及低成本，被认为是最佳的表面处理工 -Hr ZSo本文使用热脱附一气相色谱一质谱分析法（TD-GC-MS）、热重量分析法（TGA）以及光电子能谱分析法 （XPS）分析新一代耐

23、高温OSP膜的相关耐热特性。气相色谱测试耐高温。，？膜（HTOSP）内影响可焊性的 小分子有机成分，同时说明耐高温OSP膜内的烷基苯并咪唑-HT具有极小的挥发性。而TGA数据表明HTOSP 膜与现行工业标准的OSP膜相比具有更高的降解温度。XPS数据显示耐高温OSP经过5次无铅回流后，氧 含量仅增加了约1%。以上改进与工业无铅可焊性的要求直接有关。OSP膜用于电路板巳有多年，是由于唑类化合物（azole）与过渡金属元素发生反应，如铜和锌，而形 成的有机金属聚合物薄膜。许多研究都揭示金属表面上唑类化合物的腐蚀抑制机理。G.P.Brown成功地合 成了苯并咪唑和铜（I I ）、锌（II）以及其他过

24、渡金属元素的有机金属聚合物，并通过TGA描述了聚 （苯并咪唑一锌）优异的耐高温特性。G.P.Brown的TGA数据显示聚（苯并咪唑一锌）的降解温度在空气 中高达400C，在氮保护气氛下则高达500C，而聚（苯并咪唑一铜）的降解温度只有250C。最近研发的 新型HTOSP膜是以聚（苯并咪唑一锌）化学特性为基础，从而具有最佳的耐热性。OSP膜主要由有机金属聚合物和在沉积过程中夹带有机小分子组成，如脂肪酸和唑类化合物。有机金 属聚合物提供必须的抗腐蚀性、铜表面粘附性和OSP的表面硬度。有机金属聚合物的降解温度必须高于无 铅焊料的熔点才能经受PCB抄板无铅制程处理。否则，OSP膜会在经过PCB抄板无铅

25、制程处理后降解。OSP 膜的降解温度很大程度上取决于有机金属聚合物的耐热性。影响铜抗氧化的另一重要因素是唑类化合物的 挥发性，如苯并咪唑和苯基咪唑。OSP膜的小分子在无铅回流过程中会蒸发，因此会影响铜的抗氧化性。 可以使用气相色谱一质谱（GC-MS）、热重量分析法（TGA）以及光电子能谱分析法（XPS）来科学地说明 OSP的耐热性。实验气相色谱一质谱的分析在这些测试的铜板分别涂上：a）新型HTOSP膜；b）工业标准的OSP膜以及；c）另外一种工业用OSP膜。 从铜板上刮下约0.74-0.79mg的OSP膜。这些涂好的铜板以及被刮下的样品都没有经过任何回流处理。本 实验使用H / P6890GC

26、 / MS仪器，并使用无针筒注射器。无针筒注射器可以在进样舱内直接对固体样品进行 脱附处理。无针筒注射器可以将细小玻管内的样品转移到气相色谱的进舱内。载气可以不断地将挥发性有 机物带到气相色谱仪柱子内进行收集和分离。将样品放置在紧靠柱子的顶端，从而使热脱附有效重复。在 有足够的样品被脱附后，气相色谱开始工作，本实验使用RestekRT-1 （0.25mmidX30m，膜厚为1.0um） 气相色谱柱子。气相色谱柱子的升温程序：在35C加热2分钟后，开始升温至325C，升温速度为15C/ min。热脱附条件为：在250C加热2分钟后。质谱检测被分离的挥发性有机物，其质量/电荷比范围是 10-700

27、daltons。所有有机小分子的保留时间也被记录下来。热重量分析法（TGA）同样，分别在样板上涂上新型HTOSP膜、工业标准的OSP膜以及另一工业用OSP膜。从铜板上刮下大 约17.0mg的OSP膜作为材料测试样品。TGA测试前样板和膜都不能经过任何的无铅回流处理。使用TA仪 器公司的2950TA，在氮气保护下进行TGA测试。工作温度保持为室温15分钟，然后以10C/ min的速度 升高到700C。光电子能谱分析法（XPS）光电子能谱分析法（XPS）也叫化学分析电子能谱（ESCA），是一种化学表面分析方法。XPS可测量涂 层表面10nm的化学成分。将HTOSP膜和工业标准的OSP膜涂在铜板上，

28、然后经过5次无铅回流。用XPS分 析回流处理前和后的HTOSP膜；同样用XPS分析经过5次无铅回流后的工业标准的OSP膜，所使用的仪器 是 VGESCALABMarkIIo通孔可焊性测试使用可焊性测试板（STVs）进行通孔可焊性测试。总共有10个可焊性测试板STV阵列（每个阵列有4 个S TVs）涂上的膜厚约为0.35um,其中5个S TV阵列涂上HTOSP膜，另外5个STV阵列涂上工业标准的 OSP膜。然后，涂膜后的STVs在焊膏回流炉内经过一系列高温、无铅回流处理。每个测试条件包括0、1、3、5或7次连续回流。每种膜要有4个STVs进行每一种回流测试条件。在回流处理过程后，所有STVs都

29、经过高温和无铅波动焊接的处理。通孔可焊性可通过检验每个STV，计算正确填充的通孔数量来确定。通 孔验收的标准是填充的焊料必须填充到镀通孔的顶部或通孔的上端边缘。每个STV有1196个通孔10milholes-Fourgrids， 100holeseachgridsquareandrou ndpads20milholes-Fourgrids， 100holeseachgridsquareandrou ndpads30milholes-Fourgrids， 100holeseachgridsquareandrou ndpads通过沾锡天平测试可焊性O S P膜的可焊性也可通过沾锡天平测试来*定。在

30、沾锡天平测试样板上涂上HTOS P膜，经7次无 铅回流后，Tpeak=262C。使用BTUTRS结合IR/convection回流炉在空气中进行回流处理。按照IPC/ EIAJ-STD-003A第部分进行沾锡天平测试，使用RoboticProcessSystems”自动化沾锡天平测试 器、EF-8000助焊剂、无清洁助焊剂以及SAC305合金焊料。焊接结合力测试焊接结合力可通过测量剪切力。在BGA焊盘测试板上（直径为0.76mm）涂上HTOSP膜，其厚度分别为 0.25和0.48um并经过3次最高温度为262C的无铅回流处理。并用匹配的焊膏焊接到焊盘上，焊球是 SAC305合金（直径为0.76

31、mm）。用DagePC-400粘合力测试仪以200 um/see的剪切速度进行剪切测试。PCB抄板无铅制程OSP膜的性能及表征（二）结果及讨论气相色谱一质谱分析气相色谱一质谱可以检测OSP膜有机成分的挥发性。工业上不同的OSP产品含有不同的唑类化合物包 括咪唑类和苯并咪唑。用于HTOSP膜的烷基苯并咪唑、用于标准的OSP膜的烷基苯并咪唑以及用于其他OSP 膜的苯基咪唑在气相色谱柱子中加热时会挥发。由于有机金属聚合物不蒸发，气相色谱一质谱不能检验出 与金属聚合的唑类化合物。因此，气相色谱一质谱只能检验出没有和金属反应的唑类化合物以及其他小分 子。通常在气相色谱柱中同样的加热和气流条件下，挥发性较

32、低的小分子保留时间更长。用于标准OSP膜的烷基苯并咪唑和用于另一种OSP膜的苯基咪唑停留的时间为19.0分钟，说明了 HT 烷基苯并咪唑的挥发性最低。气相色谱一质谱在三种OSP膜中，HTOSP膜所含的杂质最少。OSP膜的有机杂 质也会影响膜在回流处理过程中的可焊性并导致变色。据KojiSaeki报道说由于OSP膜表面的铜离子密度较小，表面的聚合反应比膜底部的弱。本文作者认 为OSP膜表层还存留未反应的唑类化合物。回流处理过程中，更多的铜离子从底部移到膜的表层，从而提 供机会与表层未反应的唑类化合物反应，进而防止铜氧化。用于HTOSP膜的烷基苯并咪唑-HT挥发性较低， 因此更有机会与从低层移上表

33、层的铜离子反应，进而降低回流过程铜的氧化。XPS可以显示从低层转移至 表层的铜离子反应，进而降低回流过程铜的氧化。XPS可以显示从低层转移至表层的铜离子。热重量分析法（TGA）热重量分析法（TGA）测量物质因温度改变而发生的质量变化，并可以进行质量变化的有效的定量分析。 在本文的实验中，热重量分析是一种氮气保护下无铅回流的模拟方法，用于分析OSP膜在氮气保护下无铅 回流过程中膜的小分子的挥发和高分子的降解情况。TGA结果显示工业标准的OS P膜的降解温度为259C，而HTOSP膜则为290C。虽然聚（苯并咪唑一 锌）的降解温度高达400C，然而，HTOSP膜的实际降解温度由于膜内存在聚（苯并咪

34、唑一铜）因而不能达 到400C的高温。由于工业标准的O SP膜的化学成分为聚（苯并咪唑一铜），其膜降解温度较低，只有259C。 有趣的是，另一种HTOSP膜有两个降解温度，分别为256C和356C。原因是此OSP膜可能含有铁6，或 是由于聚（苯基咪唑一铁）发生了逐级分解。F.Jian及他的同事得到的TGA结果显示聚（咪唑一铁）亦有 两个降解温度，分别为216Cand378C7。光电子能谱分析法光电子能谱分析法利用光电电离和发射光电子能量分散的分析方法，研究样品表面的成分和电子状态。 氧（1s）、铜（2p）和锌（2p）的结合能最高点在XPS谱分别显示为532-534eV、932-934eV和10

35、22eV。 此技术可为样品最外层10nm的表面成分做定量分析。通过分析，HT0SP膜在无铅回流处理前含有5.02%的 氧和0.24%的锌。经过5次无铅回流后，HT0SP膜含氧和锌分别为6.2%和0.22%。经过5次无铅回流后， 铜含量从0.60%增加到1.73%。铜离子增加的原因可能是低层的铜离子在回流过程中迁移至表层。E.K.Changetc8也通过使用光电子能谱分析法进行工业标准的0SP膜的表面分析。没有经过任何回流 处理前，氧含量为5.0%，然后在空气中分别进行1次和3次传统SnPb回流后，其氧含量分别增加至9.1% 和11.0%。另外也报道，在经过氮气保护，一次SnPb回流后，其氧含量

36、增加至6.5%。本实验中，光电子 能谱显示工业标准的0SP膜在经过5次无铅回流后，其氧含量增加到12.5%。所以，在5次无铅回流前后， 氧含量增加7.5%，大于HT0SP膜的1.2%氧含量的增值。铜的焊接性能在很大程度上取决于铜的氧化程度以及所使用助焊剂的强弱。所以，用XPS所测出氧的 含量是0SP膜耐热性能的一个很好的指标。和工业标准的0SP膜相比，HT0SP具有更好的耐热性能。经过5次无铅回流后，变色测试显示HT0SP膜基本无变色，而工业标准的0SP膜则明显变色。变色测 试结果与XPS的分析结果一致。可焊性测试沾锡天平测试显示经过多次无铅回流后，HT0SP膜的通孔可焊性高于现在工业标准的0

37、 S P膜。这与 HTOSP膜的耐热性相一致。随着无铅回流次数的增加，T.（timetozero）会逐渐增加，但最大的沾锡力会 慢慢下降。然而，经过7次无铅回流后HT0SP膜仍可维持其优异的可焊性。剪切测试显示剪切力逐渐增加 并达到了 25N的最高点。由于剪切力取决于剪切的横截面，因此结果因焊球的形状与剪切和焊盘之间的间 隙不同而不同。本文作者认为只要铜表面有足够的保护，防止铜氧化，剪切力就不受限于OSP膜的厚度。结论与其他所测试的0SP膜相比，用于HT0SP膜的烷基苯并咪唑-HT挥发性最低。与其他所测试的0SP膜相比，HT0SP膜的降解温度最高。经过5次无铅回流后，HT0SP膜的氧含量仅增加

38、了 1%，而工业标准的0SP膜则增加了 7.5%。同 时，HT0SP膜基本不变色。由于HT0SP膜优异的耐热性，其经过超过3次无铅回流后，在通孔测试和沾锡天平测试中其仍具有 提供优异的焊接性。HTOSP膜可提供高可靠性的焊接点，剪切测试可证明此可靠性。柔性电路板的优点及功效一、柔性电路板的挠曲性和可靠性目前盛行四种柔性电路板：单面，双面，多层和刚-挠组合型。Friedman说：单面柔性板的成本 最低。当对电性能要求不高，而且可以单面布线时，应当选用单面柔性板。这种最常见的形式巳经得到了 商业应用，如打印机的喷墨盒和计算机的存储器。单面柔性板具有一层化学蚀刻出的导电图形，在柔性绝 缘基材面上的导

39、电图形层为压延铜箔。用作柔性装配的绝缘基材可以是聚酰亚胺（Kapton），聚对苯二甲 酸乙二醇酯（PET），芳酰胺纤维纸（Nomex）和聚氯乙烯（PVC）。双面柔性板是在基膜的两个面各有一层蚀刻制成的导电图形。金属化孔将绝缘材料两面的图形连接 起来形成导电通路，以满足挠曲性的设计和使用功能。而覆盖膜可以保护单、双面导线并指示元件安放的 位置。多层柔性板是将三层或更多层的单面柔性电路板或双面柔性电路板层压在一起，通过钻孔、电镀形 成金属化孔，在不同层间形成了导电的通路。这样，不需采用复杂的焊接工艺。尽管设计成这种柔性类型 导电层的数量可以是无限的，但是，在设计布局时，为了保证装配方便，应当考虑到

40、装配尺寸、层数与柔 性的相互影响。传统的刚-挠板是由刚性和柔性基板有选择地层压在一起的组成的。结构紧密，以金属化孔形成导 电连接。考虑到可靠性和价格因素，生产厂应试图保持尽可能少的层数。柔性电路板工业正处于规模小但迅猛发展之中。聚合物厚膜法（PTF）是一种高效、低成本生产线 路板的工艺。该工艺是在的廉价的柔性基材上，选择性地丝印导电聚合物油墨。其代表性的柔性基材为PET。 PTF导体包括丝印金属填料或碳粉填料。PTF本身很清洁，使用无铅的SMT粘接剂，不必蚀刻。还有一种混合结构的柔性电路板，它也是一种多层板，但多层板的导电层由不同金属构成。这种 混合结构大多用在电信号转换与热量转换的关系及电性

41、能比较苛刻的低温的情况下。在这种情况下，柔性 混合电路是唯一可行的解决方法。这些柔性电路板的构成是否节省成本、是否得到最佳利用，可通过内连设计的方便程度和总成本进 行评价。内连的总体方式是不一样的，手机是分块布局形式；便携电脑是X-Y方向可定位布局；打印机是 刚-挠PCB形式。这些产品采用价格各异的不同材料制成，以减少每根内连引线的费用。每种设计都要经过 类型学的评估，以达到最佳的性能价格比。二、柔性电路板的经济性如果电路的设计相对简单，总体积不大，而且空间适宜，传统的内连方式大多要合算的多。如果线 路复杂，处理许多信号，或者有特殊的电学或力学性能要求，柔性电路板是一种较好的设计选择。柔性材

42、料比起刚性材料还有一条潜在的节省成本的原因，就是免除了插接件。高成本的原材料是柔性电路板价格居高的主要原因。尽管其原料较贵，制造麻烦，但是DiPalermo 仍相信，可折叠、可弯曲以及多层拼板功能，会使整体组件尺寸减小，所用材料随之减少，总的组装成本 降低。三、柔性电路板的成本正在进一步降低尽管有上述的成本方面的因素，但柔性装配的价格正在下降，变得和传统的PCB相接近。这主要是 引入了更新的材料、改进了生产工艺以及变更了结构的原因。有这样一个例子，在具有很多层数的刚-挠板 组件上，取消了使用丙烯酸粘合剂。现在一些更新的材料因铜层更薄而可以制出更精细线条。更薄的铜层促使组件越来越轻巧，而更轻 巧

43、更薄的装配又促使柔性组件更加适合装入更小的空间。过去，我们采用辊压的工艺将铜箔粘附在涂有粘 合剂的介质上。今天，可以不使用粘接剂直接在介质上生成铜箔。这些技术可以得到的数微米的铜层，使 工业上得到3 mil甚至宽度更窄的精细线条。从柔性电路板中除去了粘合剂以后，使柔性电路板具有阻 燃性能。这样既可加速UL认证过程又可进一步降低成本。当柔性电路板持续迅速地从最初的军事工业应用 发展到民用和消费应用时，取得UL认证就更加重要。柔性板焊料掩膜和其它的表面涂料使柔性组装成本进 一步地降低。在过去的十年间，一些这样的新材料和新工艺极大地降低了成本。同时，也正是因为该类产 品得到了广泛的认可和需求，柔性材

44、料的成本也在下降。在未来的数年中，更孝更复杂和组装造价更高的柔性电路板将要求组装更新颖，并需增加混合柔性 电路板。对于柔性电路板工业的挑战是加强其技术优势，保持与计算机、远程通信、消费需求以及活跃的 市场同步。另外，柔性电路板将在无铅化行动中起到重要的作用。柔性电路板的特性柔性电路板体积小，重量轻。柔性电路板最初的设计是用于替代体积较大的线束导线。在目前的接 插(cutting-edge)电子器件装配板上，柔性电路板通常是满足小型化和移动要求的唯一解决方法。柔性 电路(有时称作柔性印制线路)是在聚合物的基材上蚀刻出铜电路或印制聚合物厚膜电路。对于既薄又轻、 其结构紧凑复杂的器件而言，其设计解决

45、方案包括从单面导电线路到复杂的多层三维组装。柔性组装的总 重量和体积比传统的圆导线线束方法要减少70%。柔性电路板还可以通过使用增强材料或衬板的方法增加 其强度，以取得附加的机械稳定性。柔性电路板可移动、弯曲、扭转而不会损坏导线，可以遵从不同形状和特殊的封装尺寸。其仅有的 限制是体积空间问题。由于可以承受数百万次的动态弯曲，柔性电路板可很好地适用于连续运动或定期运 动的内连系统中，成为最终产品功能的一部分。刚性PCB 上的焊点受热机械应力的作用，在数百次的循环 后便会失效。Shel-dahl，Northfield，Minn的产品经理Randy Lia说：要求电信号/电源移动，而形状 系数/封装

46、尺寸较小的某些产品都获益于柔性电路板。柔性电路板具有优良的电性能 介电性能 耐热性 柔性电路板提供了优良的电性能。纽约 Inter-national Flex TEchnologies， Endicott，的首席执行官 Don friedman 说。较低的介电常数允许 电信号快速传输；良好的热性能使组件易于降温；较高的玻璃转化温度或熔点使得组件在更高的温度下良 好运行。柔性电路板具有更高的装配可靠性和产量柔性电路板减少了内连所需的硬件，如传统的电子封装 上常用的焊点、中继线、底板线路及线缆，使柔性电路板可以提供更高的装配可靠性和产量。因为复杂的 多个系统所组成的传统内连硬件在装配时，易出现较高

47、的组件错位率。3M Electronic Products Division， Austinm，Texas的市场经理Mike Giesler说：柔性电路板的刚度低，体积小，也正是因为柔性电路板 组件的体积较小，所以使用的材料也就少。随着质量工程的出现，一个厚度很薄的柔性系统被设计成仅以 一种方式组装，从而消除了许多通常与独立布线工程有关的人为错误。柔性组件的应用正在急剧增加。Strataflex Hudson，N.H.的总裁兼总经理Jim Barry说：几乎 当你拿起当今任何一件电器，你都会在其中发现柔性组?quot;。打开一台35mm的照相机，里面有9到14 处不同的柔性电路板，因为照相机正

48、在变得更小，功能也更多。减小体积的唯一方法是组件更小线条更精 细、节距更紧密，以及物件可弯曲。心脏起搏器、医疗设备、视频摄像机、助听器、便携电脑一几乎所有 我们今天使用的东西里面都有柔性电路板。PCB制造工艺缺陷的解决办法在PCB制造过程涉及到工序较多，每道工序都有可能发生质量缺陷，这些质量总是涉及到诸多方 面，解决起来比较麻烦，由于产生问题的原因是多方面的，有的是属于化学、机械、板材、光学等等方面。 经过几十年的生产实践，结合解决质量总是实际经验和有关的解决技术问题的相应资料，现总结归纳如下：PCB制造工序产生缺陷、原因和解决办法：工序产生缺陷产生原因解决方法贴膜板面膜层有浮泡板面不干净检查

49、板面可润性即干净的表面能保持水均匀、连续水膜时间长达1 分钟贴膜温度和压力过低增加温度和压力膜层边缘翘起由于膜层张力太大，致使膜层附着力差调整压力螺丝膜层绉缩膜层与板面接触不良锁紧压力螺丝曝光解象能力不佳由于散射光及反射光射达膜层遮盖处减少曝光时间曝光过度 减少曝光时间影象阴阳差；感光度太低使最小阴阳差比为3:1底片与板面接触不良检查抽真空系统调整后光线强度不足再进行调整过热检查冷却系统间歇曝光连续曝光干膜存放条件不佳在光下工作显影显影区上面有浮渣显影不足，致使无色膜残留在板面上减速、增加显影时间显影液成份过低调整含量，使达到1.52%碳酸钠显影液内含膜质过多更换显影、清洗间隔时间过长 不得超

50、过10分钟显影液喷射压力不足清理过滤器和检查喷咀曝光过度校正曝光时间感光度不当最大与最小感光度比不得小于3膜层变色，表面不光亮曝光不足，致使膜层聚合作用不充分增加曝光及烘干时间显影过度减少显影时间，较正温度及冷却系统，检查显影液含量膜层从板面上脱落由于曝光不足或显影过度，致使膜层附着不牢增加曝光时间、减少显影时间和整 正含量表面不干净检查表面可润性贴膜曝光后，紧接着去显影贴膜后曝光后至少停留1530分钟电路图形上有余胶干膜过期更换曝光不足 增加曝光时间底片表面不干净检查底片质量显影液成份不当进行调整显影速度太快进行调整光印电路板的制作制作电路板，用传统的敷铜板，很难做出高质量的电路板。本文介绍

51、一种光印电路板，制版省时省力， 工艺简单，可以双面布线，而且制作的电路板质量很高。下面就介绍具体制作步骤：一、原稿的制作：A.先用电路设计软件把电路图设计好，然后用激光打印机以透明、半透明或一般白纸打印出底图， 喷墨打印机勉强能用，但品质差，针式打印机不能使用B.可用光绘机，或照相底片输出底图，这种效果 最好。C.现在有一种热转印纸出现，可用专用的热转印机把图转印到热转印纸上，从而得到底图。二、裁切：将光印电路板从包装袋中取出，先用介纸刀切断保护膜，再用锯子或裁刀按所需尺寸裁好线路板， 为防止密接不良，需用挫刀将线路板的毛边磨平。将剩下的光印电路板放回袋中并于冷暗处保存。注意裁 切时不能将保护

52、纸揭下，以防刮伤或污损感光面。电木板也可用小刀将上下两面各割深约0.2mm左右刀痕， 再予以折断。三、曝光：首先撕掉保护膜，露出草绿色的感光膜，将透明或半透明的原稿的背面放在光印电路板上，再用透 明玻璃紧压原稿及感光板，越紧密解析度越好。曝光的距离和时间随灯光的不同而改变，具体方法介绍如 下：1）用日光台灯曝光：玻璃与灯管之间的距离为5CM（1CM），透明稿的标准时间为8分钟2分钟， 半透明稿标准时间为10分钟。如果板的宽度超过10CM时，需用2只日光灯平均照射或采用分区曝光，曝 光时间增加20%。2）用金电子专用曝光机曝光：透明稿的标准时间为60秒，半透明稿为70秒。3）用太阳光曝光：在强日

53、光下标准时间为1.5分，在弱光下为3分钟。制作双面板时，必须在原稿上加23个定位孔，依照此位置在光印电路板上钻孔，使正反面原稿与光 印电路板上孔位对准，并用双面胶贴好固定，曝光即可。在此过程中必须注意以下几点：1）曝光过程不需要在暗房操作，只要在不太明亮的房间或日光直射不到的地方即可。2）注意原稿的正反面，即以原稿背面贴于感光膜面。3）玻璃必须平整、干净、紧压在感光板上，小心刮伤感光膜面，以免造成断线，保持板面及原稿清洁。4）不可用白炽灯曝光，特别注意不要曝光过度，否则会显像太快而使线条变细并消失。四、显像：1）调制显像液：用塑料盆将显像剂按比例（显像剂：水=1： 2）调配，即1包50g的显像

54、剂加水1000 毫升，稀释成显像液。2）显像：将巳曝光的光印电路板膜面朝上放入显像液，每隔数秒轻摇容器或感光板，使线条清晰显现， 即铜箔清晰且不再有绿色雾状冒起则显像完成。此时需静待一会儿，确认显像百分百完成后进行水洗。3）水洗：标准操作显像时间约1分钟显像过后用清水并用吹风吹干。，因感光板制造日期、曝光时间、 显像液浓度、温度等不同而随着变化。即感光板自制造之日起每隔半年显像液浓度就增加20%；若显像液 浓度过稀或曝光不足，会使显像时间过长并会残留感光膜，则线条无法完全清晰显现；反之，若显像液浓 度过浓或曝光过度，会使显像太快而导致线条太细以致完全消失；适宜温度为1035度，温度高显影速度

55、快。1包显像剂可显影约20片10X15CM单面感光板，水洗双面板时注意不要让盆底损伤膜面。显像过程中必须注意：1）使用过和未经使用的显像液不能混装一起。2）显像剂不能混有三氧化铁溶液，否则会失效。3）1包显像剂只可显影约20片10X15CM单面感光板。4）严防划伤膜面。5）显像液经显像后可保持一天左右，然后自行分解，不会造成环境污染。五、修膜：为了确保膜面无任何损伤，将干燥的感光板进行全面检查，如有短路处用小刀刮净，断线处用油性 笔等修补。六、蚀刻：将三氯化铁配成1： 1的腐蚀液加热至50C60C，将光印电路板膜面朝上放入其中，轻摇容器， 直至非线性部分被完全腐蚀掉，然后用水冲洗干净。用塑料盆

56、蚀刻（忌用金属盆），三氯化铁蚀刻液的调 配比例为：块状三氯化铁：水=1： 2,液状三氯化铁：水=1：0.5,蚀刻时间约为2060分钟。用金电子蚀 刻机蚀刻，新药液约需要45分钟。在蚀刻过程中要掌握技巧及注意事项，现介绍几点如下，以供大家 参考：1）光印电路板放入腐蚀液后约20秒再拿起来检视，非线性部分的铜箔应为粉红色，若为亮绿色即显 像不足，用清水将其洗净后再显像一次，但注意不要过度（显影时间适当减少）。2）蚀刻时注意勿伤膜面，以防蚀断线路。3）光印电路板只能使用酸性腐蚀液，不能使用碱性腐蚀液。4）三氯化铁蚀刻液越浓越慢，越稀也慢。七、除膜：感光膜可直接焊接不必去除，如需去除可用酒精、丙酮等溶

57、剂。若不去除必须使用高质焊锡；若要 去除，则用布蘸较浓的显像液或酒精，抹去余下的膜层，去掉膜层后的线路板宜涂松香水或PCB板保护剂。多层软性PCB的分类软，件多层PCB如刚性多层PCB那样，采用多层层压技术，可制成多层软性PCB。最简单的多层软性 PCB是在单面PCB两面覆有两层铜屏蔽层而形成的三层软性PCB。这种三层软性PCB在电特性上相当于同轴 导线或屏蔽导线。最常用的多层软性PCB结构是四层结构，用金属化孔实现层间互连，中间二层一般是电 源层和接地层。多层软性PCB的优点是基材薄膜重量轻并有优良的电气特性，如低的介电常数。用聚酰亚胺薄膜为 基材制成的多层软性PCB板，比刚性环氧玻璃布多层

58、PCB板的重量约轻1/3,但它失去了单面、双面软性 PCB优良的可挠性，大多数此类产品是不要求可挠性的。多层软性PCB可进一步分成如下类型：1）挠性绝缘基材上构成多层PCB，其成品规定为可以挠曲：这种结构通常是把许多单面或双面微 带可挠性PCB的两面端粘结在一起，但其中心部分并末粘结在一起，从而具有高度可挠性。为了具有所希 望的电气特性，如特性阻抗性能和它所互连的刚性PCB相匹配，多层软性PCB部件的每个线路层，必须在 接地面上PCB设计信号线。为了具有高度的可挠性，导线层上可用一层薄的、适合的涂层，如聚酰亚胺， 代替一层较厚的层压覆盖层。金属化孔使可挠性线路层之间的z面实现所需的互连。这种多

59、层软性PCB最 适合用于要求可挠性、高可靠性和高密度的PCB设计中。2）在软性绝缘基材上构成多层PCB，其成品末规定可以挠曲：这类多层软性PCB是用软性绝缘材 料，如聚酰亚胺薄膜，层压制成多层板。在层压后失去了固有的可挠性。当PCB设计要求最大限度地利用 薄膜的绝缘特性，如低的介电常数、厚度均匀介质、较轻的重量和能连续加工等特性时，就采用这类软性 PCB。例如，用聚酰亚胺薄膜绝缘材料制造的多层PCB比环氧玻璃布刚性PCB的重量大约轻三分之一。3）在软性绝缘基材上构成多层PCB，其成品必须可以成形，而不是可连续挠曲的：这类多层软性 PCB是由软性绝缘材料制成的。虽然它用软性材料制造，但因受电气P

60、CB设计的限制，如为了所需的导体 电阻，要求用厚的导体，或为了所需的阻抗或电容，要求在信号层和接地层之间有厚的绝缘隔离，因此， 在成品应用时它巳成形。术语“可成型的”定义为：多层软性PCB部件具有做成所要求的形状的能力，并 在应用中不能再挠曲。在航空电子设备单元内部布线中应用。这时，要求带状线或三维空间PCB设计的导 体电阻低、电容耦合或电路噪声极小以及在互连端部能平滑地弯曲成90度，这样设计的PCB实现了这种布 线任务。因为聚酰亚胺薄膜耐高温、有可挠性、而且总的电气和机械特性良好。为了实现这个部件截面的 所有互连，其中走线部分进一步可分成多个多层挠性线路部件，并用胶粘带合在一起，形成一条印制