PCB设计基础知识印刷电路板Printedcircui

PCB设计基础知识印刷电路板(Printedcircui

●PCB=PrintedCircuitBoard印制板

●PCB在各种电子设备中有如下功能。

1.提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑。

2.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。

3.为自动装配提供阻焊图形，为元器件插装、检查、修理提供识不字符和图形。

按基材类型分类

PCB技术进展概要

从1903年至今,若以PCB组装技术的应用和进展角度来看,可分为三个时期

●通孔插装技术(THT)时期PCB

1.金属化孔的作用：

(1).电气互连---信号传输

(2).支撑元器件---引脚尺寸限制通孔尺寸的缩小

a.引脚的刚性

b.自动化插装的要求

2.提升密度的途径

(1)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≥0.8mm

(2)缩小线宽/间距：0.3mm—0.2mm—0.15mm—0.1mm

(3)增加层数：单面—双面—4层—6层—8层—10层—12层—64层

●表面安装技术（SMT）时期PCB

1.导通孔的作用：仅起到电气互连的作用，孔径能够尽可能的小，堵上孔也能够。

2.提升密度的要紧途径

①.过孔尺寸急剧减小：0.8mm—0.5mm—0.4mm—0.3mm—0.25mm

②.过孔的结构发生本质变化：

a.埋盲孔结构优点：提升布线密度1/3以上、减小PCB尺寸或减少层数、提升可靠性、改善了特性阻抗操纵，减小了串扰、噪声或失真（因线短，孔小）

b.盘内孔（holeinpad）排除了中继孔及连线

③薄型化：双面板：1.6mm—1.0mm—0.8mm—0.5mm

④PCB平坦度：

a.概念：PCB板基板翘曲度和PCB板面上连接盘表面的共面性。

b.PCB翘曲度是由于热、机械引起残留应力的综合结果

c.连接盘的表面涂层：HASL、化学镀NI/AU、电镀NI/AU…

●芯片级封装(CSP)时期PCB

CSP以开始进入急剧的变革于进展其之中,推动PCB技术持续向前进展，PCB工业将走向激光时代和纳米时代.

PCB表面涂覆技术

PCB表面涂覆技术是指阻焊涂覆(兼爱护)层以外的可供电气连接用的可焊性涂(镀)覆层和爱护层。

按用途分类：

1.焊接用：因铜的表面必须有涂覆层爱护，不然在空气中专门容易氧化。

2.接插用：电镀Ni/Au或化学镀Ni/Au（硬金，含P及Co）

3.线焊用：wirebonding工艺

热风整平（HASL或HAL）

从熔融Sn/Pb焊料中出来的PCB经热风（230℃）吹平的方法。

1.差不多要求：

(1).Sn/Pb=63/37（重量比）

(2).涂覆厚度至少>3um

(3)幸免形成非可焊性的Cu3Sn的显现，Cu3Sn显现的缘故是锡量不足，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

2.工艺流程退除抗蚀剂—板面清洁处理—印阻焊及字符—清洁处理—涂助焊剂—热风整平—清洁处理

3.缺点：

a.铅锡表面张力太大，容易形成龟背现象。

b.焊盘表面不平坦，不利于SMT焊接。

化学镀Ni/Au

是指PCB连接盘上化学镀Ni(厚度≥3um)后再镀上一层0.05-0.15um薄金，或镀上一层厚金(0.3-0.5um)。由于化学镀层平均，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）是为了爱护Ni的可焊性，而镀厚金（0.3-0.5um）是为了线焊(wirebonding)工艺需要。

1.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.作为可焊的镀层，厚度至少>3um

2.Au的作用：

是Ni的爱护层，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专门好的爱护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

镀层结构差不多同化学Ni/Au，因采纳电镀的方式，镀层的平均性要差一些。

（四）PCB覆铜板材料

PCB用覆铜板材料（CopperCladLaminates）缩写为CCL：它是PCB的基础，起着导电、绝缘、支撑的功能，并决定PCB的性能、质量、等级、加工性、成本等。

●按增强材料分类：

●电解铜箔厚度：

目前市场常见的有：9um、12um、18um、35um、70um几种规格。常用层间介质类型：

PCB加工工艺种类

按照PCB实际需要，我厂可加工PCB种类有如下几种：

★热风整平板（HASL）

★化学镀Ni/Au板

★电镀Ni/Au板（包括选择性镀厚金）

★插头镀硬金

★碳导电油墨

在印完阻焊后的PCB板局部再印一层碳导电油墨，有键盘式的、线路图形式的，从而可形成简单的积层多层印制板。碳导电油墨通常有较好的导电性及耐磨性。

★可剥性蓝胶

现代PCB有时需通过多次焊接过程，为了使在同一块印制板第二次或第三次焊接的元件孔不沾上焊料，需将这些孔印上一层可剥性蓝胶爱护起来，需要时再将蓝胶剥掉。蓝胶可经受250℃-300℃波峰焊的冲击，用手专门容易剥掉，可不能留有余胶在孔内。

★电镀超厚铜箔：100um以上

★特性阻抗（Impedance）操纵板

通信高频信号的传输，电脑运算速度的加快，对多层板的层间介质厚度、线宽、线距、线厚、阻焊、线路的侧蚀、线路上显现的缺口、针孔都提出严格的要求。

★盲、埋孔印制板

★热熔板

★黑化板

柔性电路板的结构、工艺及设计

随着越来越多的手机采纳翻盖结构，柔性电路板也随之越来越多的被采纳。按照基材和铜箔的结合方式划分，柔性电路板可分为两种：有胶柔性板和无胶柔性板。其中无胶柔性板的价格比有胶的柔性板要高得多，然而它的柔韧性、铜箔和基材的结合力、焊盘的平面度等参数也比有胶柔性板要好。因此它一样只用于那些要求专门高的场合，如：COF(CHIPONFLEX，柔性板上贴装裸露芯片，对焊盘平面度要求专门高)等。由于其价格太高，目前在市场上应用的绝大部分柔性板依旧有胶的柔性板。下面我们要介绍和讨论的也是有胶的柔性板。由于柔性板要紧用于需要弯折的场合，若设计或工艺不合理，容易产生微裂纹、开焊等缺陷。下面确实是关于柔性电路板的结构及其在设计、工艺上的专门要求。柔性板的结构按照导电铜箔的层数划分，分为单层板、双层板、多层板、双面板等。单层板的结构：这种结构的柔性板是最简单结构的柔性板。通常基材+透亮胶+铜箔是一套买来的原材料，爱护膜+透亮胶是另一种买来的原材料。第一，铜箔要进行刻蚀等工艺处理来得到需要的电路，爱护膜要进行钻孔以露出相应的焊盘。清洗之后再用滚压法把两者结合起来。然后再在露出的焊盘部分电镀金或锡等进行爱护。如此，大板就做好了。一样还要冲压成相应形状的小电路板。

也有不用爱护膜而直截了当在铜箔上印阻焊层的，如此成本会低一些，但电路板的机械强度会变差。除非强度要求不高但价格需要尽量低的场合，最好是应用贴爱护膜的方法。

双层板的结构：当电路的线路太复杂、单层板无法布线或需要铜箔以进行接地屏蔽时，就需要选用双层板甚至多层板。

多层板与单层板最典型的差异是增加了过孔结构以便连结各层铜箔。一样基材+透亮胶+铜箔的第一个加工工艺确实是制作过孔。先在基材和铜箔上钻孔，清洗之后镀上一定厚度的铜，过孔就做好了。之后的制作工艺和单层板几乎一样。双面板的结构：双面板的两面都有焊盘，要紧用于和其他电路板的连接。尽管它和单层板结构相似，但制作工艺差不专门大。它的原材料是铜箔，爱护膜+透亮胶。先要按焊盘位置要求在爱护膜上钻孔，再把铜箔贴上，腐蚀出焊盘和引线后再贴上另一个钻好孔的爱护膜即可。材料的性能及选择方法(1)、基材：材料为聚酰亚胺(POLYMIDE)，是一种耐高温，高强度的高分子材料。它是由杜邦发明的高分子材料，杜邦出产的聚酰亚胺名字叫KAPTON。另外还可买到一些日本生产的聚酰亚胺，价钞票比杜邦廉价。它能够承担400摄氏度的温度10秒钟，抗拉强度为15，000-30，000PSI。25μm厚的基材价格最廉价，应用也最普遍。如果需要电路板硬一点，应选用50μm的基材。反之，如果需要电路板柔软一点，则选用13μm的基材。(2)、基材的透亮胶：分为环氧树脂和聚乙烯两种，都为热固胶。聚乙烯的强度比较低，如果期望电路板比较柔软，则选择聚乙烯。基材和其上的透亮胶越厚，电路板越硬。如果电路板有弯折比较大的区域，则应尽量选用比较薄的基材和透亮胶来减少铜箔表面的应力，如此铜箔显现微裂纹的机会比较小。因此，关于如此的区域，应该尽可能选用单层板。(3)、铜箔：分为压延铜和电解铜两种。压延铜强度高，耐弯折，但价格较贵。电解铜价格廉价得多，但强度差，易折断，一样用在专门少弯折的场合。铜箔厚度的选择要依据引线最小宽度和最小间距而定。铜箔越薄，可达到的最小宽度和间距越小。选用压延铜时，要注意铜箔的压延方向。铜箔的压延方向要和电路板的要紧弯曲方向一致。(4)、爱护膜及其透亮胶：同样，25μm的爱护膜会使电路板比较硬，但价格比较廉价。关于弯折比较大的电路板，最好选用13μm的爱护膜。透亮胶同样分为环氧树脂和聚乙烯两种，使用环氧树脂的电路板比较硬。当热压完成后，爱护膜的边缘会挤出一些透亮胶，若焊盘尺寸大于爱护膜开孔尺寸时，此挤出胶会减小焊盘尺寸并造成其边缘不规则。现在，应尽量选用13μm厚度的透亮胶。(5)、焊盘镀层：关于弯折比较大又有部分焊盘裸露的电路板，应采纳电镀镍+化学镀金层、镍层应尽可能薄：0．5-2μm，化学金层0.05-0．1μm。焊盘及引线的形状设计(1)．SMT焊盘：——一般焊盘：防止微裂纹的发生。——加大型焊盘：如果要求焊盘强度专门高或做加大型设计。——LED焊盘：由于LED的位置要求专门高同时往往在组装过程中受力，故其焊盘要做专门设计。

——QFP、SOP或BGA的焊盘:由于角上的焊盘应力较大，要做加大型设计。(2)．引线：——为了幸免应力集中，引线要幸免直角拐角，而应采纳圆弧形拐角。——接近电路板外形拐角处的引线，为幸免应力集中，应做如下设计：对外接口的设计(1)、焊接孔或插头处的电路板设计：由于焊接孔或插头处在插接操作时应力较大，要做加大型设计以幸免裂纹。用加大板来增加电路板焊接孔插头处的硬度，厚度一样为0．2-0．3mm，材料为聚酰亚胺、PET或金属。关于焊盘镀层，插头最好选电镀镍+硬金，焊孔选电镀镍+化学金。(2)、热压焊接处的设计：一样用于两个柔性板或柔性板与硬电路板的连接。若在热压焊区域邻近需要弯折电路板，要在此区域上贴聚酰亚胺胶带或点胶进行爱护以幸免焊盘根部折断。(3)、ACF热压处的设计：冲压孔和小电路板边角的设计(见表3)针对SMT的设计：(1)、元器件的方向：元件的长度方向要躲开柔性板的弯曲方向。(2)、大的QFP或BGA要在柔性板反面贴加大板或在IC下灌胶。加大板的材料为FR4，厚度大于0．2毫米，面积大于元件外边缘0．5毫米。(3)、柔性板靠近边缘的部位要做两个定位孔。还需要做两个贴片用识不焊盘，其直径为1毫米，距离其他焊盘至少3．5毫米，表面镀金或镀锡，平面度要好。(4)、如果大的柔性板是由许多小板组成，每个小板上要做一个环形(内径3．2毫米)的坏电路板识不焊盘。若此小电路板已损坏，可用黑色记号笔把此识不焊盘涂黑，以躲开以后的操作。(5)、元件离电路板边缘的最小距离为2．5毫米，元件之间的最小间距为0．5毫米。(6)、元件