PCB印刷电路板设计基础教程.doc

由于柔性板主要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。下面就是关于柔性电路板的结构及其在设计、工艺上的特殊要求。 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+透明胶+铜箔是一套买来的原材料，保护膜+透明胶是另一种买来的原材料。首先，铜箔要进行刻蚀等工艺处理来得到需要的电路，保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保护。这样，大板就做好了。一般还要冲压成相应形状的小电路板。 也有不用保护膜而直接在铜箔上印阻焊层的，这样成本会低一些，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，最好是应用贴保护膜的方法。 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。一般基材+透明胶+铜箔的第一个加工工艺就是制作过孔。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，主要用于和其他电路板的连接。虽然它和单层板结构相似，但制作工艺差别很大。它的原材料是铜箔，保护膜+透明胶。先要按焊盘位置要求在保护膜上钻孔，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保护膜即可。 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，价钱比杜邦便宜。 它可以承受400摄氏度的温度10秒钟，抗拉强度为15，000-30，000PSI。 25m厚的基材价格最便宜，应用也最普遍。如果需要电路板硬一点，应选用50m的基材。反之，如果需要电路板柔软一点，则选用13m的基材。 (2)、基材的透明胶： 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，如果希望电路板比较柔软，则选择聚乙烯。基材和其上的透明胶越厚，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明胶来减少铜箔表面的应力，这样铜箔出现微裂纹的机会比较小。当然，对于这样的区域，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。电解铜价格便宜得多，但强度差，易折断，一般用在很少弯折的场合。 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主要弯曲方向一致。 (4)、保护膜及其透明胶： 同样，25m的保护膜会使电路板比较硬，但价格比较便宜。对于弯折比较大的电路板，最好选用13m的保护膜。 透明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，保护膜的边缘会挤出一些透明胶，若焊盘尺寸大于保护膜开孔尺寸时，此挤出胶会减小焊盘尺寸并造成其边缘不规则。此时，应尽量选用13m厚度的透明胶。 (5)、焊盘镀层： 对于弯折比较大又有部分焊盘裸露的电路板，应采用电镀镍+化学镀金层、镍层应尽可能薄：05-2m，化学金层0.05-01m。 焊盘及引线的形状设计 (1)SMT焊盘： 普通焊盘： 防止微裂纹的发生。 加强型焊盘： 如果要求焊盘强度很高或做加强型设计。 LED焊盘： 由于LED的位置要求很高并且往往在组装过程中受力，故其焊盘要做特殊设计。 也许可以看出来。 我们刚刚提到的导孔（via），如果应用在双面板上，那么一定都是打穿整个板子。不过在多层板当中，如果您只想连接其中一些线路，那么导孔可能会浪费一些其它层的线路空间。埋孔（Buried vias）和盲孔（Blind vias）技术可以避免这个问题，因为它们只穿透其中几层。盲孔是将几层内部PCB与表面PCB连接，不须穿透整个板子。埋孔则只连接内部的PCB，所以光是从表面是看不出来的。 在多层板PCB中，整层都直接连接上地线与电源。所以我们将各层分类为信号层（Signal），电源层（Power）或是地线层（Ground）。如果PCB上的零件需要不同的电源供应，通常这类PCB会有两层以上的电源与电线层。 零件封装技术 插入式封装技术（Through Hole Technology） 将零件安置在板子的一面，并将接脚焊在另一面上，这种技术称为插入式（Through Hole Technology，THT）封装。这种零件会需要占用大量的空间，并且要为每只接脚钻一个洞。所以它们的接脚其实占掉两面的空间，而且焊点也比较大。但另一方面，THT零件和SMT（Surface Mounted Technology，表面黏着式）零件比起来，与PCB连接的构造比较好，关于这点我们稍后再谈。像是排线的插座，和类似的界面都需要能耐压力，所以通常它们都是THT封装。 表面黏贴式封装技术（Surface Mounted Technology） 使用表面黏贴式封装（Surface Mounted Technology，SMT）的零件，接脚是焊在与零件同一面。这种技术不用为每个接脚的焊接，而都在PCB上钻洞。 表面黏贴式的零件，甚至还能在两面都焊上。 SMT也比THT的零件要小。和使用THT零件的PCB比起来，使用SMT技术的PCB板上零件要密集很多。SMT封装零件也比THT的要便宜。所以现今的PCB上大部分都是SMT，自然不足为奇。 因为焊点和零件的接脚非常的小，要用人工焊接实在非常难。不过如果考虑到目前的组装都是全自动的话，这个问题只会出现在修复零件的时候吧。 设计流程 在PCB的设计中，其实在正式布线前，还要经过很漫长的步骤，以下就是主要设计的流程： 系统规格 首先要先规划出该电子设备的各项系统规格。包含了系统功能，成本限制，大小，运作情形等等。 系统功能区块图 接下来必须要制作出系统的功能方块图。方块间的关系也必须要标示出来。 将系统分割几个PCB 将系统分割数个PCB的话，不仅在尺寸上可以缩小，也可以让系统具有升级与交换零件的能力。系统功能方块图就提供了我们分割的依据。像是计算机就可以分成主机板、显示卡、声卡、软盘驱动器和电源等等。 决定使用封装方法，和各PCB的大小 当各PCB使用的技术和电路数量都决定好了，接下来就是决定板子的大小了。如果设计的过大，那么封装技术就要改变，或是重新作分割的动作。在选择技术时，也要将线路图的品质与速度都考量进去。 绘出所有PCB的电路概图 概图中要表示出各零件间的相互连接细节。所有系统中的PCB都必须要描出来，现今大多采用CAD（计算机辅助设计，Computer Aided Design）的方式。下面就是使用CircuitMakerTM设计的范例。 PCB的电路概图 初步设计的仿真运作 为了确保设计出来的电路图可以正常运作，这必须先用计算机软件来仿真一次。这类软件可以读取设计图，并且用许多方式显示电路运作的情况。这比起实际做出一块样本PCB，然后用手动测量要来的有效率多了。 回复 修改 举报 收藏 评分 yipin 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-08-21 11:05:21 1楼 好的工程师可以光看主机板设计，就知道设计品质的好坏。您也许自认没那么强，不过下次您拿到主机板或是显示卡时，不妨先鉴赏一下PCB设计之美吧！ PCB分类、特点和工艺流程 1 PCB分类 可按PCB用途、基材类型、结构等来分类，一般采用PCB结构来划分。 单面板 非金属化孔 双面板金属化孔 银（碳）浆贯孔 四层板 常规多层板六层板 多层板 刚性印制板 埋/盲孔多层板 积层多层板 平面板 单面板 印制板挠性印制板 双面板 多层板 刚-挠性印制板 高频（微波）板 特种印制板金属芯印制板 特厚铜层印制板 陶瓷印制板 埋入无源元件 集成元件印制板埋入有源元件 埋入复合元件 2 特点 过去、现在和未来PCB之所以能得到越来越广泛地应用，因为它有很多的独特优点，概栝如下。 可高密度化。100多年来，印制板的高密度能够随着集成电路集成度提高和安装技术进步而发展着。 高可靠性。通过一系列检查、测试和老化试验等可保证PCB长期（使用期，一般为20年）而可靠地工作着。 可设计性。对PCB的各种性能（电气、物理、化学、机械等）的要求，可以通过设计标准化、规范化等来实现印制板设计，时间短、效率高。 可生产性。采用现代化管理，可进行标准化、规模（量）化、自动化等生产、保证产品质量一致性。 可测试性。建立了比较完整的测试方法、测试标准、各种测试设备与仪器等来检测并鉴定PCB产品的合格性和使用寿命。 可组装性。PCB产品既便于各种元件进行标准化组装，又可以进行自动化、规模化的批量生产。同时，PCB和各种元件组装的部件还可组装形成更大的部件、系统，直至整机。 可维护性。由于PCB产品和各种元件组装的部件是以标准化设计与规模化生产的，因而，这些部件也是标准化的。所以，一旦系统发生故障，可以快速、方便、灵活地进行更换，迅速恢服系统工作。 当然，还可以举例说得更多些。如使系统小型化、轻量化，信号传输高速化等。 3 PCB生产工艺流程 PCB生产工艺流程是随着PCB类型（种类）和工艺技术进步与不同而不同和变化着。同时也随着PCB制造商采用不同工艺技术而不同的。这就是说可以采用不同的生产工艺流程与工艺技术来生产出相同或相近的PCB产品来。但是传统的单、双、多层板的生产工艺流程仍然是PCB生产工艺流程的基础。 3.1 单面板生产工艺流程 参见现代印制电路基础一书中第6页。 CAD或CAMCCL开料、钻定位孔 开制冲孔模具制丝网版印刷导电图形、固化 蚀刻、去除印料、清洁 印刷阻焊图形、固化 印刷标记字符、固化 印刷元件位置字符、固化 钻冲模定位孔、冲孔落料 电路检查、测试 涂覆阻焊剂或OSP 检查、包装、成品 3.2 孔金属化双面板生产工艺流程 参见现代印制电路基础一书中第8页。 CAD和CAMCCL开料/磨边 ash;NC钻孔 孔金属化 （图形电镀）（全板电镀） 干膜或湿膜法掩孔或堵孔 （负片图形）（正片图形） 电镀铜/锡铅图形转移 去膜、蚀刻蚀刻 退锡铅、镀插头去膜、清洁 印刷阻焊几剂/字符 热风整平或OSP 铣/冲切外形 检验/测试 包装/成品 3.3 常规多层板生产工艺流程 参见现代印制电路基础一书中第9页。 CAD或CAMCCL开料/磨边 微蚀、清洁、干燥 干膜、湿膜、冲定位孔 图形转移、蚀刻 去膜、清洁、干燥 电路检验、冲定位孔 氧化处理 半固化粘结片开料、冲定位孔定位、叠层、层压 X-光钻定位孔 数控钻孔 去毛刺、清洁 去钻污、孔金属化 以下流程同双面板 常规多层板是内层电路制造加上层压，然后按孔金属化的双面板生产工艺流程。 3.3 埋/盲孔多层板生产工艺流程 先把埋孔板和盲孔板形成“芯板”（相当于常规的双面板或多层板）层压以下流程同双面板。 3.4 积层多层板生产工艺流程 芯板（塞孔的双面板和各种多层板）制造层压RCC激光钻孔孔化电镀图形转移蚀刻、退膜层压RCC反复进行形成a+n+b结构的积层板。 3.5 集成元件印制板生产工艺流程 开料内层制造平面元件制造以下流程同多层板。 印制板基础知识 PCB概念 PCB=Printed Circuit Board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、维修提供识别字符和图形。 按基材类型分类 修改 设为最佳回复 引用 回复 举报 评分 yipin 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-08-21 11:06:01 2楼 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来看,可分为三个阶段 通孔插装技术(THT)阶段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.提高密度的途径 (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：0.3mm0.2mm0.15mm0.1mm (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）阶段PCB 1.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。 2.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：1.6mm1.0mm0.8mm0.5mm PCB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。 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)阶段PCB CSP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. PCB表面涂覆技术 PCB表面涂覆技术是指阻焊涂覆(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： 1.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。 2.接插用：电镀Ni/Au或化学镀Ni/Au（硬金，含P及Co） 3.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（230）吹平的方法。 1.基本要求： (1). Sn/Pb=63/37（重量比） (2).涂覆厚度至少>3um (3)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 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。 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。 （四）PCB覆铜板材料 PCB用覆铜板材料（Copper Clad Laminates）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。