PCB板基本知識

2021-03-03 22:55:02 字數 5152 閱讀 1189

一、pcb概念

pcb(printedcircuitboard),中文名稱為印製電路板,又稱印刷電路板、印刷線路板,是重要的電子部件,是電子元器件的支撐體,是電子元器件電氣連線的提供者。由於它是採用電子印刷術製作的,故被稱為「印刷」電路板。

二、pcb在各種電子裝置中有如下功能:

1. 提供積體電路等各種電子元器件固定、裝配的機械支撐。

2. 實現積體電路等各種電子元器件之間的佈線和電氣連線(訊號傳輸)或電絕緣。提供所要求的電氣特性,如特性阻抗等。

3. 為自動裝配提供阻焊圖形,為元器件插裝、檢查、維修提供識別字元和圖形。

三、pcb技術發展概要

從2023年至今,若以pcb組裝技術的應用和發展角度來看,可分為三個階段

1 通孔插裝技術(tht)階段pcb

1.金屬化孔的作用:

(1).電氣互連---訊號傳輸

(2).支撐元器件---引腳尺寸限制通孔尺寸的縮小

a.引腳的剛性

b.自動化插裝的要求

2.提高密度的途徑

(1)減小器件孔的尺寸,但受到元件引腳的剛性及插裝精度的限制,孔徑≥0.8mm

(2)縮小線寬/間距:0.3mm—0.2mm—0.15mm—0.1mm

(3)增加層數:單面—雙面—4層—6層—8層—10層—12層—64層

2 表面安裝技術(**t)階段pcb

1.導通孔的作用:僅起到電氣互連的作用,孔徑可以盡可能的小,堵上孔也可以。

2.提高密度的主要途徑

①.過孔尺寸急劇減小:0.8mm—0.5mm—0.4mm—0.3mm—0.25mm

②.過孔的結構發生本質變化:

a.埋盲孔結構優點:提高佈線密度1/3以上、減小pcb尺寸或減少層數、提高可靠性、改善了特性阻抗控制,減小了串擾、雜訊或失真(因線短,孔小)

b.盤內孔(hole in pad)消除了中繼孔及連線

③薄型化:雙面板:1.6mm—1.0mm—0.8mm—0.5mm

④pcb平整度:

a.概念:pcb板基板翹曲度和pcb板麵上連線盤表面的共面性。

b.pcb翹曲度是由於熱、機械引起殘留應力的綜合結果

c.連線盤的表面塗層:hasl、化學鍍ni/au、電鍍ni/au…

3 晶元級封裝(csp)階段pcb

csp以開始進入急劇的變革於發展其之中,推動pcb技術不斷向前發展, pcb工業將走向雷射時代和奈米時代.

四、pcb表面塗覆技術

pcb表面塗覆技術是指阻焊塗覆(兼保護)層以外的可供電氣連線用的可焊性塗(鍍)覆層和保護層。

按用途分類:

1.焊接用:因銅的表面必須有塗覆層保護,不然在空氣中很容易氧化。

2.接插用:電鍍ni/au或化學鍍ni/au(硬金,含p及co)

3.線焊用:wire bonding 工藝

熱風整平(hasl或hal)

從熔融sn/pb焊料中出來的pcb經熱風(230℃)吹平的方法。

1.基本要求:

(1). sn/pb=63/37(重量比)

(2).塗覆厚度至少》3um

(3)避免形成非可焊性的cu3sn的出現, cu3sn出現的原因是錫量不足,如sn/pb合金塗覆層太薄,焊點組成由可焊的cu6sn5– cu4sn3-- cu3sn2—不可焊的cu3sn

2.工藝流程

退除抗蝕劑—板麵清潔處理—印阻焊及字元—清潔處理—塗助焊劑— 熱風整平—清潔處理

3.缺點:

a.鉛錫表面張力太大,容易形成龜背現象。

b.焊盤表面不平整,不利於**t焊接。

化學鍍ni/au是指pcb連線盤上化學鍍ni(厚度≥3um)後再鍍上一層0.05-0.15um薄金,或鍍上一層厚金(0.

3-0.5um)。由於化學鍍層均勻,共面性好,並可提供多次焊接效能,因此具有推廣應用的趨勢。

其中鍍薄金(0.05-0.1um)是為了保護ni的可焊性,而鍍厚金(0.

3-0.5um)是為了線焊(wire bonding)工藝需要。

1.ni層的作用:

a.作為au、cu之間的隔離層,防止它們之間相互擴散,造成其擴散部位呈疏鬆狀態。

b.作為可焊的鍍層,厚度至少》3um

2.au的作用:

au是ni的保護層,厚度0.05-0.15之間,不能太薄,因金的氣孔性較大如果太薄不能很好的保護ni,造成ni氧化。

其厚度也不能》0.15um,因焊點中會形成金銅合金au3au2(脆 ),當焊點中au超過3%時,可焊性變差。

電鍍ni/au

鍍層結構基本同化學ni/au,因採用電鍍的方式,鍍層的均勻性要差一些。

一、一些元素的電化當量

元素名稱原子量化學當量價數電化當量(g/ah)

銀 ag 107.868 107.868 1 4.0247

金 au 196.9665 196.9665 1 7.357

銅 cu 63.546 31.773 2 1.185

鎳 ni 58.70 29.35 2 3.8654

錫 sn 118.69 59.345 2 2.1422

二、水溶液中一些金屬對she的標準電位

ag/ ag 0.799

cu/ cu2 0.345

ni /ni2 -0.250

sn/ sn2 -0.140

au/ au 1.70

三、某些電鍍液的電流效率:

鍍鎳 95-98%

硫酸鹽鍍銅 95-100%

鍍錫鉛合金 100%

鍍鈀 90-95%

氰化物鍍金 60-80%

四、金屬氫氧化物沉澱的ph值

氫氧化物開始沉澱沉澱完全沉澱開始溶解沉澱完全溶解離子開始濃度殘留離子濃度<10-5mol/l

氫氧化錫 0 0.5mol/l 1 13 15

氫氧化亞錫 0.9 2.1 4.7 10 13.5

氫氧化鐵 1.5 2.3 4.1 14 -------

氧化銀 6.2 8.2 11.2 12.7 -----

氫氧化亞鐵 6.5 7.5 9.7 13.5 -----

氫氧化鈷 6.6 7.6 9.2 14.1 -------

氫氧化鎳 6.7 7.7 10.4

五、1um鍍層的質量

銅 0.089g/dm2

金 0.194 g/dm2

銀 0.105 g/dm2

錫 0.073 g/dm2

鎳 0.089 g/dm2

1 .所有元器件、安裝孔、定位孔都有對應的絲印標號為了方便製成板的安裝,所有元器件、安裝孔、定位孔都有對應的絲印標號,pcb上的安裝孔絲印用h1、h2……hn 進行標識。

2 .絲印字元遵循從左至右、從下往上的原則絲印字元盡量遵循從左至右、從下往上的原則,對於電解電容、二極體等極性的器件在每個功能單元內盡量保持方向一致。

3 .器件焊盤、需要搪錫的錫道上無絲印,器件位號不應被安裝後器件所遮擋。(密度較高,pcb上不需作絲印的除外)

為了保證器件的焊接可靠性,要求器件焊盤上無絲印;為了保證搪錫的錫道連續性,要求需搪錫的錫道上無絲印;為了便於器件插裝和維修,器件位號不應被安裝後器件所遮擋;絲印不能壓在導通孔、焊盤上,以免開阻焊窗時造成部分絲印丟失,影響訓別。絲印間距大於5mil。

4 .有極性元器件其極性在絲印圖上表示清楚,極性方向標記就易於辨認。

5. 有方向的接外掛程式其方向在絲印上表示清楚。

6. pcb上應有條形碼位置標識在pcb板麵空間允許的情況下,pcb上應有42*6 的條形碼絲印框,條形碼的位置應考慮方便掃瞄。

7. pcb板名、日期、版本號等製成板資訊絲印位置應明確。pcb檔案上應有板名、日期、版本號等製成板資訊絲印,位置明確、醒目。

8. pcb上應有廠家完整的相關資訊及防靜電標識。

9 .pcb光繪檔案的張數正確,每層應有正確的輸出,並有完整的層數輸出。

10.pcb上器件的識別符號必須和bom 清單中的識別符號號一致。

pcb設計列印輸出注意事項

1.需要輸出的層有:

(1).佈線層包括頂層/底層/中間佈線層;

(2).絲印層包括頂層絲印/底層絲印;

(3).阻焊層包括頂層阻焊和底層阻焊;

(4).電源層包括vcc 層和gnd 層;

(5).另外還要生成鑽孔檔案ncdrill。

2. 如果電源層設定為split/mixed ,那麼在adddocument 視窗的document 項選擇routing 並且每次輸出光繪檔案之前都要對pcb圖使用pourmanager 的plane connect 進行覆銅;如果設定為camplane 則選擇plane 在設定layer 項的時候要把layer25 加上在layer25 層中選擇pads 和vias。

3. 在裝置設定視窗按device setup 將aperture 的值改為199。

4. 在設定每層的layer 時將board outline 選上。

5. 設定絲印層的layer 時不要選擇part type 選擇頂層底層和絲印層的outline text line。

6. 設定阻焊層的layer 時選擇過孔表示過孔上不加阻焊,不選過孔表示家阻焊視具體情況確定。

7. 生成鑽孔檔案時使用powerpcb的預設設定不要作任何改動。

8. 所有光繪檔案輸出以後用cam350 開啟並列印由設計者和複查者根據「pcb檢查表」檢查。

安規標識要求

1. 保險管的安規標識齊全保險絲附近是否有6 項完整的標識,包括保險絲序號、熔斷特性、額定電流值、防爆特性、額定電壓值、英文警告標識。如f101 f3.

15ah,250vac, 「caution:for continued protection against risk of fire,replace only with same type and rating of fuse」 。若pcb上沒有空間排布英文警告標識,可將工,英文警告標識放到產品的使用說明書中說明。

2. pcb上危險電壓區域標註高壓警示符pcb的危險電壓區域部分應用40mil 寬的虛線與安全電壓區域隔離,並印上高壓危險標識和「 danger!high votage 」 。

3. 原、付邊隔離帶標識清楚pcb的原、付邊隔離帶清晰,中間有虛線標識。

4. pcb板安規標識應明確齊全。

pcb高速的界定

電路板尺寸日漸縮小,電路功能更強,時鐘速度和器件上公升時間卻越變越快,高速設計已成為設計過程的重要部分。那麼如何來界定pcb板是否採用高速設計呢?下面就為大家來講解一下pcb高速的界定:

如果乙個數字系統的時鐘頻率達到或者超過50mhz,而且工作在這個頻率之上的電路已經佔到了整個電子系統一定的分量(比如說1/3),這就稱為高速電路。

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