第二讲 电子学基本知识PPT讲稿.ppt
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1、第二讲 电子学基本知识第1页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬2重申n课件：网络教学平台（）院系设置 近代物理系 近代信息处理 课程文档n考试方式q无期末考试q随堂测试（35）n当堂或前次讲课内容n缺课超过三次无此成绩（四次及以上）q交一篇6000字以上的论文（65）n打印件，交至近代物理系信箱n电子件，发至liushbustc.edu或上传q严禁与严禁与物理电子学导论物理电子学导论等论文雷同等论文雷同q注意纸件、电子件缺一不可注意纸件、电子件缺一不可q其他第2页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学
2、 快电子实验室 刘树彬3一些电子学基本知识EDA软件PCB基本概念和制板过程及需要基本概念和制板过程及需要电子器件封装一些简单而重要的高速布线规则第3页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬4电路板剖面第4页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬5PCB的基本结构第5页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬6PCB的基本结构6层板Layer 1(Outer)Layer 6(Outer)Layer 2(Inner)Layer 3(
3、Inner)Layer 4(Inner)Layer 5(Inner)FOILFOILPRE-PREGPRE-PREGPRE-PREGINNER LAYERINNER LAYERCopperLaminate第6页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬7PCB的基本结构介质n也常称“板材”n形式q基材（或称芯板）q多种半固化片n种类q有机材质nFR-4（环氧树脂，Glass-Epoxy）nF4（聚四氟乙烯，Glass-Teflon）nE级玻璃纤维n其它，如聚酰亚胺（Glass-Polyimide）等q无机材质铝、Copper-invar（钢）
4、-copper、ceramic（陶瓷）第7页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬8芯板n由介电层（树脂、玻璃纤维）及高纯度的导体（铜箔）所构成的复合材料q树脂：酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺、聚四氟乙烯等热固性树脂q玻璃纤维：玻璃纤维在基板中的功用是作为补强材料n基板的补强材料尚有其他种，如纸质基板的纸材、Kelvar纤维，以及石英纤维等q铜箔：电解铜箔、压延铜箔等第8页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬9半固化片n压缩后厚度基本一定的介质材料，多种不同半固化片和芯板以及铜箔厚度
5、组合构成PCB厚度q1080：0.076mm（3mils）q2116：0.105mm（4mils）q7628：0.18mm（7mils）n一般至少两层半固化片在一起n厂商的芯板厚度也有几种可选第9页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬10缺省的层厚定义n表中层间厚度指的是介质厚度，不包括铜箔厚度n其中2-3、4-5、6-7、8-9、10-11间用的是芯板，其它层间用的是半固化片第10页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬11FR-4nPCB中用途最广的底材q液态时成为清漆或凡立水
6、（Varnish），称为A-stageq玻璃布在浸胶半干成胶片后再经高温软化液化而呈现粘着性而用于双面基板制作或多层板之压合用，称B-stage prepregq经压合而硬化而无法恢复子最终状态称为C-stagen介电常数Er=4.50.3n包括：普通板料：成本底，工艺成熟，推荐使用；UV板料：有UV-BLOCKING阻挡紫外光功能，性能优于普通板料，价格相同，推荐使用；高性能板料：有UV-BLOCKING功能，用于超高精度多层板，成本高。第11页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬12F4n价格昂贵n介电常数通常小于FR-4，越高的价
7、格越贵n高频性能好，常用于射频电路n材质偏软，多层板成品率低n普通电路不推荐使用第12页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬13聚酰亚胺n介电常数4.5n受温度变化的影响较小n硬度高，难于加工n脆，容易损坏第13页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬14玻璃纤维n玻璃本身是一种混合物，它是一些无机物经高温熔融而成，再经抽丝冷却而成一种非结晶结构的坚硬物体n可分四种商品等级：qA级高碱性qC级抗化性qE级电子用途qS级高强度n电路板中用的是E级玻璃，主要是其介电性质优于其他三种第1
8、4页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬15玻璃纤维材料的特点n高强度：q与其它纺织用纤维比较，玻璃具有极高强度，在某些应用上，其强度/重量比甚至超过铁丝n抗热抗火：q玻璃纤维为无机物，不会燃烧n抗化性：q可耐大部分的化学品，也不畏霉菌、细菌的渗入及昆虫攻击n防潮：q玻璃不吸水，即使在很潮湿的环境，依然保持其机械强度n热性质：q低线型膨胀系数和高的热导系数，在高温环境下有极佳的表现n电特性：q不导电，是很好的绝缘物质选择nE级玻璃具有非常优秀的抗水性，因此在非常潮湿、恶劣的环境下，仍然保持非常好的电特性及物理特性（如尺寸稳定度）第15页
9、，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬16PCB的基本结构导体n使用材料q铜：绝大多数PCB的导线和平面层q锡：曾经被用做导线和平面层，但已淘汰，但目前的焊盘都主要喷锡q金：高品质PCB采用，主要不是因导电性能好（银最好），而是其耐氧化性。另外焊盘也有采用镀金。n厚度：用单位面积上容纳铜的重量表示1 ounce:1.4mil（内层常用）0.5 ounce:0.7milH ounce:1.8mil（表层，用0.5 ounce，镀层后实际值）第16页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
10、17PCB的制板过程Section through PCBVia holeSMD PadTracks under solder mask第17页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬18PCB的制板过程n光致抗蚀剂：用光化学方法获得的，能抵抗住某种蚀刻液或电镀溶液浸蚀的感光材料正性光致抗蚀剂：光照射部分分解(或软化)，曝光显影之后，能把生产用照相底版上透明的部分从板面上除去负性光致抗蚀剂：光照射部分聚合(或交联)，曝光显影之后，能把生产用照相底版上透明的部分保留在板面上第18页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科
11、学技术大学 快电子实验室 刘树彬19导线层图像的形成n手工贴图蚀刻n绘图仪打印照相暗室处理贴膜、曝光 蚀刻n抽真空使照相底版与干膜贴紧向量光绘机精密曝光蚀刻n图像直接喷涂（热腊或特殊油墨）在预涂了感光抗蚀材料的覆铜箔板上曝光蚀刻第19页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬20图像转移n贴膜：先从干膜上剥下聚乙烯保护膜，然后在加热加压的条件下将干膜抗蚀剂粘贴在覆铜箔板上。n曝光：即在紫外光照射下，光引发剂吸收了光能分解成游离基，游离基再引发光聚合单体 进行聚合交联反应，反应后形成不溶于稀碱溶液的体型大分子结构。n显影：显影机理是感光膜中未
12、曝光部分的活性基团与稀碱溶液反应生成可溶性物质而溶解下 来，显影时活性基团羧基CooH与无水碳酸钠溶液中的Na+作用，生成亲水性集团CooNa。从而把未曝光的部分溶解下来，而曝光部分的干膜不被溶胀。第20页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬21图像转移前Layer 2(Inner)Layer 3(Inner)CoreLaminate(Dielectric)CopperUV sensitive film 第21页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬22图象转移结果Layer 2(
13、Inner)Layer 3(Inner)CoreUV sensitive film is laminated over top and bottom surfaces of the CoreAreas of the Core where no copper is required are left exposed第22页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬23蚀刻n氯化铜蚀刻液酸性氯化铜蚀刻液：适用于生产多层板的内层和印刷蚀刻板（CuCl2-NaCl-HCl）CuCuCl2Cu2Cl2 形成的Cu2Cl2是不易溶于水的，在有过量Cl-存
14、在下，能形成可溶性的络离子，其反应如下：络合反应：Cu2Cl24Cl-2CuCl32-n碱性氯化铜蚀刻液：适用于图形电镀金属抗蚀层（CuCl2-NH4Cl-NH3H20）n三氯化铁蚀刻液及其它蚀刻液：正被淘汰2FeCl3+Cu 2FeCl2+CuCl2第23页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬24蚀刻结果CoreCopper RemovedLayer 2(Inner)Layer 3(Inner)第24页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬25去膜n使用35的氢氧化钠溶液，温度5
15、060n方式：可槽式浸泡，也可机器喷淋 槽式浸泡是板子上架后浸泡到去膜溶液中，数分钟后膜变软脱落，取出后立即用水冲洗，膜就可以去干净，铜表面也不会被氧化第25页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬26去膜结果CoreLayer 2(Inner)Layer 3(Inner)DIY参考：http:/ 快电子实验室 刘树彬27Impedance ConsiderationsLayer stackupLayer 1(Outer)Layer 6(Outer)Layer 2(Inner)Layer 3(Inner)Layer 4(Inner)Lay
16、er 5(Inner)FOILFOILPRE-PREGPRE-PREGPRE-PREGINNER LAYERINNER LAYERLayer 1(Outer)Layer 6(Outer)Layer 2(Inner)Layer 3(Inner)Layer 4(Inner)Layer 5(Inner)FOILFOILPRE-PREGPRE-PREGPRE-PREGINNER LAYERINNER LAYERnDuring the Bonding process,press temperature and pressure have a great influence on substrate he
17、ights,which greatly affects impedance.nIt is important to use the Finished Post-Processed height when calculating Impedance叠板和层压过程第27页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬28Impedance ConsiderationsLayer 1(Outer)Layer 6(Outer)Layer 2(Inner)Layer 3(Inner)Layer 4(Inner)Layer 5(Inner)FOILFOILP
18、RE-PREGPRE-PREGPRE-PREGINNER LAYERINNER LAYERLayer 1(Outer)Layer 6(Outer)Layer 2(Inner)Layer 3(Inner)Layer 4(Inner)Layer 5(Inner)FOILFOILPRE-PREGPRE-PREGPRE-PREGINNER LAYERINNER LAYERnDuring the Bonding process,press temperature and pressure have a great influence on substrate heights,which greatly
19、affects impedance.nIt is important to use the Finished Post-Processed height when calculating ImpedanceLayer stackup叠板和层压过程第28页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬29Impedance ConsiderationsLayer 1(Outer)Layer 6(Outer)Layer 2(Inner)Layer 3(Inner)Layer 4(Inner)Layer 5(Inner)FOILFOILPRE-PREG
20、PRE-PREGPRE-PREGINNER LAYERINNER LAYERLayer 1(Outer)Layer 6(Outer)Layer 2(Inner)Layer 3(Inner)Layer 4(Inner)Layer 5(Inner)FOILFOILPRE-PREGPRE-PREGPRE-PREGINNER LAYERINNER LAYERnDuring the Bonding process,press temperature and pressure have a great influence on substrate heights,which greatly affects
21、 impedance.nIt is important to use the Finished Post-Processed height when calculating ImpedanceLayer stackup叠板和层压过程第29页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬30Impedance ConsiderationsLayer 1(Outer)Layer 6(Outer)Layer 2(Inner)Layer 3(Inner)Layer 4(Inner)Layer 5(Inner)FOILFOILPRE-PREGPRE-PRE
22、GPRE-PREGINNER LAYERINNER LAYERLayer 1(Outer)Layer 6(Outer)Layer 2(Inner)Layer 3(Inner)Layer 4(Inner)Layer 5(Inner)FOILFOILPRE-PREGPRE-PREGPRE-PREGINNER LAYERINNER LAYERnDuring the Bonding process,press temperature and pressure have a great influence on substrate heights,which greatly affects impeda
23、nce.nIt is important to use the Finished Post-Processed height when calculating ImpedanceLayer stackup叠板和层压过程第30页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬31Impedance ConsiderationsLayer 1(Outer)Layer 6(Outer)Layer 2(Inner)Layer 3(Inner)Layer 4(Inner)Layer 5(Inner)FOILFOILPRE-PREGPRE-PREGPRE-PR
24、EGINNER LAYERINNER LAYERLayer 1(Outer)Layer 6(Outer)Layer 2(Inner)Layer 3(Inner)Layer 4(Inner)Layer 5(Inner)FOILFOILPRE-PREGPRE-PREGPRE-PREGINNER LAYERINNER LAYERnDuring the Bonding process,press temperature and pressure have a great influence on substrate heights,which greatly affects impedance.nIt
25、 is important to use the Finished Post-Processed height when calculating ImpedanceLayer stackup叠板和层压过程第31页，共57页，编辑于2022年，星期二2011-02-23中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬32Impedance ConsiderationsLayer 1(Outer)Layer 6(Outer)Layer 2(Inner)Layer 3(Inner)Layer 4(Inner)Layer 5(Inner)FOILFOILPRE-PREGPRE-PREGPRE-PREGINNER
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