表面组装印制线路板.ppt
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1、单元3 表面组装印制板,1、定义 表面组装印刷电路板是一种附着于绝缘基材表面,用印刷、蚀刻、钻孔等手段制造出导电图形和安装电子元器件孔,构成电器互连,并保证电子产品的电气、热、和机械性能的可靠性,称为表面组装印刷电路板,简称PCB。2、特点 密度高、小孔径、多层数、高板厚/孔径比、优良的运输性、高平整光洁度和尺寸稳定性等。,图3-1 表面组装印制板,覆铜板的非电技术指标,抗剥强度 单位宽度的铜箔剥离基板所需的最小力,主要取决于粘合剂的性能和铜箔表面处理的质量。翘曲度 单位长度的翘曲值抗弯强度 覆铜板单位面积所能承受弯曲的能力,取决于基板材料耐浸焊性 覆铜板置入一定温度的熔融焊锡中停留一段时间所
2、能承受的抗剥能力,表面组装电路板基板,制作表面组装印刷电路板的基材叫做电路板基板,制作基板的材料有两大类,一类是有机材料制成的基板,另一类是无机材料制成的基板。有机类基板是用增强材料浸渍树脂胶黏剂,经过烘干、裁剪、叠合成坯料,然后覆上铜箔,用钢板作为模具,在热压机中经高温、高压成形,最后制成覆铜板(CCL)如图所示,基板决定PCB板的机械性能(耐浸焊性、抗弯强度),一、基板材料分类 1、无机材料陶瓷材料基板无机类基板主要是指陶瓷类基板,其中是以氧化铝基陶瓷为主,也包括氧化铍和氮化铝基的金属陶瓷。陶瓷基板主要用于混合电路的基板,通常以膜的形式在绝缘基板上互连无源元件而形成集成电路,其中厚膜电路采
3、用网印烧结的方法成膜,薄膜电路采用真空溅射或化学沉积的工艺方法成膜。无机类基板材料主要有:氮化铝基板,碳化硅基板,低温烧制基板。无机类基板特点:具有CTE(Coeffcient of thermal expansion,热膨胀系数)低、耐高温、高的化学稳定性、性脆、不能耐受急冷急热和成品率低等特点。,覆铜板,2、有机材料树脂类基板常用的有:纸基CCL常用的牌号:有酚醛树脂覆铜箔板 FR-1 经济性,阻燃 FR-2 高电性,阻燃(冷冲)XXXPC 高电性(冷冲)XPC经济性 经济性(冷冲)环氧树脂覆铜箔板 FR-3 高电性,阻燃,特点:1、只能冲孔,不能钻孔。2、价格便宜,用于民品。,玻璃布基常
4、用牌号 玻璃布环氧树脂覆铜箔板 FR-4 耐热玻璃布-环氧树脂覆铜箔板 FR-5 G11 玻璃布-聚酰亚胺树脂覆铜箔板 GPY 玻璃布-聚四氟乙烯树脂覆铜箔板 特点:1、能高速钻孔,不能冲孔。2、性能优良,用于中、高挡电子产品中。,复合基CCL常用环氧树脂类:CEM-1:纸(芯)-玻璃布(面)-环氧树脂覆铜箔板,可以阻燃。CEM-2:玻璃毡(芯)-玻璃布(面)-环氧树脂覆铜箔板,非阻燃。CEM3:阻燃 特点:冲孔性能较好,适用于大批量生产聚酯树脂类:玻璃毡(芯)-玻璃布(面)-聚酯树脂覆铜箔板 玻璃纤维(芯)-玻璃布(面)-聚酯树脂覆铜板特点:性能介于上述两种材料之间,可冲可钻。,金属基CCL
5、有两种类型 金属芯型 Cu InvarCu结构 包覆金属型 要求:各层板的CTE尽可能的相一致。特点;提高刚性,强度、有良好的散热性挠性CCL,1)聚酯树脂覆铜箔板 2)聚酰亚胺覆铜箔板,表面组装PCB基板的结构,表面组装PCB基板的结构总体来讲是层结构,根据不同的材料、不同的层数,结构不同。通常有机材料印刷电路板,其增强材料就是玻璃纤维,玻璃纤维很容易和树脂相结合,我们把结构紧密、强度高的玻璃纤维布浸入树脂中,硬化后就得到了隔热绝缘层、这就是不易弯曲的PCB基板;绝缘板不能传递电信号,于是需要在表面覆盖一层铜箔,所以我们把PCB板也称之为覆铜基板。有多少层数就要覆盖多少层铜箔。有机树脂类覆铜
6、板、金属基(芯)覆铜板、陶瓷基覆铜板。这三大类覆铜板的结构及材料组成如图3-3所示。,金属基覆铜板,陶瓷基覆铜板,1铜箔 2绝缘材料 3绝缘层 4金属层5粘接剂 6陶瓷板,有机树脂类覆铜板,二、基板材料的几个重要参数,1、CTE热膨胀系数2、Tg 玻璃转化温度3、d 材料分解温度 4、T288 分层时间,三、PCB基板的制造工艺,1、PCB(印刷电路板)的核心就是玻璃纤维,玻璃纤维很容易和树脂相结合,我们把结构紧密、强度高的玻璃纤维布浸入树脂中,硬化后就得到了隔热绝缘、不易弯曲的PCB基板.绝缘板不能传递电信号,于是需要在表面覆铜。所以我们把PCB板也称之为覆铜基板。常见覆铜基板的代号是FR-
7、4。,压延法就是将高纯度(99.98)的铜(最薄可以小于1mil-密耳)用碾压法贴在PCB基板上-因为环氧树脂与铜箔有极好的粘合性,铜箔的附着强度和工作温度较高,可以在260的熔锡中浸焊而无起泡。电镀法所谓电解铜在初中化学已经学过,CuSO4电解液能不断制造一层层的铜箔,这个更容易控制厚度,时间越长铜箔越厚!通常厂里对铜箔的厚度有很严格的要求,一般在0.3mil和3mil之间,有专用的铜箔厚度测试仪检验其品质。,2、覆铜有两种方法,,主要是基于两个理由:一个是均匀的铜箔可以有非常均匀的电阻温度系数,介电常数低,这样能让信号传输损失更小。这和电容要求不同,电容要求介电常数高,这样才能在有限体积下
8、容纳更高的容量。其次,薄铜箔通过大电流情况下温升较小,这对于散热和元件寿命都是有很大好处的,数字集成电路中铜线宽度最好小于0.3mm也是这个道理。制作精良的PCB成品板非常均匀,光泽柔和(因为表面刷上阻焊剂),为什么要让铜箔这么薄呢?,覆铜板主要生产流程,单面刚性印制板制作工艺流程,制备单面覆铜板下料(刷洗、干燥)钻孔或冲孔网印线路抗蚀刻图形或使用干膜固化检查修板蚀刻铜去抗蚀印料、干燥刷洗、干燥网印阻焊图形(常用绿油)、紫外线(UV)固化网印字符标记图形、UV固化预热、冲孔及外形电气开、短路测试刷洗、干燥预涂助焊防氧化剂(干燥)或喷锡热风整平检验包装成品出厂。,单面印刷板制造工艺中的关键技术介
9、绍,(1)照相底版制造技术 在印制电路制造技术中,无论是采用干膜光致抗蚀剂(简称干膜)或液态光致抗蚀剂(简称湿膜)工艺,都离不开照相底片,从20世纪80年代始,PCB制造技术中实现了以光绘机或激光光绘机替代传统的绘(贴)图/照相工艺,从而提高PCB制作质量,缩短生产周期,因而深受PCB业界的广泛欢迎。其工艺通常是在计算机/光绘机对照相制版软片进行光扫描之后,用银盐基的照相制版软片(SO或CR制版软片);通过精密曝光机的暗室处理(显影、定影、冲洗等)曝光成像获得负片。,(2)图形转移 把相版上的印制电路图形转移到覆铜箔上,称为图形转移。具体方法有丝网漏印法、光化学法(直接感光法和光敏干膜法)等,
10、(3)化学蚀刻 俗称烂板,它是利用化学方法去除板上不需要的铜箔,留下组成焊盘、印制导线及符号的图形。,(1)蚀刻溶液三氯化铁(FeCl3)2FeCl3+Cu 2FeCl2+CuCl2,特点:蚀刻速度快、质量好、溶铜量大、溶液稳定、价格低廉;但污染严重、废水处理麻烦;只适用于实验室少量加工,.酸性氯化铜(CuCl2-NaCl-HCl)特点:溶液呈酸性,回收再生方法简单、污染小、操作方便,.碱性氯化铜(CuCl2-NH4Cl NH3H2O)特点:蚀刻速度快也容易控制,维护方便、成本低廉,.过氧化氢-硫酸(H2O2-H2SO4)特点:蚀刻速度快、溶铜量大、铜的回收方便、无需废水处理,浸入式泡沫式泼溅
11、式喷淋式,蚀刻方式:,(4)腐蚀后的清洗,.流水冲洗法:流水中清洗30分钟,采用冷水-热水-冷水-热水循环过程冲洗.中和清洗法:流水冲洗一下,放入82、10%的草酸溶液中处理,再用热水-冷水冲洗,热熔和热风平整工艺是将已经制作好的PCB布线铜板,浸入熔融的SnPb合金中,使焊盘及通孔表面粘附SnPb合金层,通过热风刀的作用,使SnPb合金层连续、光亮、平整的工艺方法。此工艺的目的是提高PCB板的可焊性和满足细间距器件贴装的需要。具体的工艺步骤如下:,(5)热熔和热风平整工艺技术,热风整平的前处理:除油铜箔表面进行粗化处理(黑化或棕化处理),其目的主要是除掉铜表面的油脂和氧化物,增加铜的表面积,
12、增加其和黏结片的结合力。涂覆助焊剂:涂助焊剂可以改善铜箔表面状态,使熔融焊料在铜箔表面完全润湿,为焊料表面在贮存过程中提供防氧化的保护作用。热风整平工艺参数的设置:风刀温度风刀温度一般控制在2505。风刀压力一般控制范围是136kPa238kPa。浸涂时间浸涂时间控制在2s4s的范围内。风刀间距风刀间距一般控制在0.95cm1.25cm。上下风刀间距一般保持在左右,太大易出现焊料飞溅。,风刀角度一般情况下,风刀与水平呈50到75的角度。预热温度和时间(243,15s),使印制板而温度升至80左右。凹蚀处理是多层板生产过程中的一个工序,是为化学沉铜实现内外层电路互连的预处理过程,其目的是去除高速
13、钻孔过程中因高温而产生的环氧树脂钻污,同时要去除通孔中的环氧树脂和玻璃纤维,保证化学沉铜后电路连接的高度可靠性。凹蚀工艺原理,根据“相似相溶”规律,PCB环氧树脂是高聚形化合物,其腐蚀形式主要有溶解、溶胀和化学裂解,凹蚀工艺是利用浓硫酸溶解环氧树脂作用,去除通孔中的环氧树脂和玻璃纤维,达到凹蚀的目的,且作用是十分明显的。,(6)助焊剂与阻焊剂的使用,助焊剂 保护镀层不氧化,又可提高可焊性基本要求:在常温下稳定,表面张力小 腐蚀性小,绝缘性能好 容易清除焊接后的残留物不产生刺激性气味和有害气体材料来源丰富,成本低,配制简便,阻焊剂 作用:限定焊接区域,防止焊接时搭焊、桥连造成的短路;改善焊接的准
14、确性,减少虚焊;防止潮湿的气体和有害气体对印制板的侵蚀,2、双面刚性印制板典型工艺流程,制备双面覆铜板下料叠板数控钻导通孔检验、去毛刺刷洗化学镀(导通孔金属化)(全板电镀薄铜)检验刷洗网印负性电路图形、固化(干膜或湿膜、曝光、显影)检验、修板线路图形电镀电镀锡(抗蚀镍/金)去印料(感光膜)蚀刻铜(退锡)清洁刷洗网印阻焊图形常用热固化绿油(贴感光干膜或湿膜、曝光、显影、热固化,常用感光热固化绿油)清洗、干燥网印标记字符图形、固化(喷锡或有机保焊膜)外形加工清洗、干燥电气通断检测检验包装成品出厂。,3、PCB多层板的生产工艺流程:,开料Upto4layer内层涂布曝光 显影蚀刻去墨棕化压合钻孔 P
15、TH(过孔)压干膜曝光显影镀铜去膜蚀刻剥锡半成品检测防焊 曝光显影后烤喷锡印文字成型 成检OSP(化学沉铜)或化银包装出货,孔金属化与金属涂覆,孔金属化 利用化学镀技术,即用氧化-还原反应产生金属镀层。用于双层板、多层印制板的生产基本步骤:钻孔 孔壁处理化学沉铜电镀铜加厚,检验内容:外 观:孔壁金属层应该完整、光滑、无空穴、无堵塞电性能:金属化孔镀层与焊盘的短路与断路;孔 与导线间的孔线电阻值机械强度:孔壁与焊盘的结合力应超过一定的值,金属涂覆 在印制板图形铜箔上涂覆一层金属,如:金、银、锡、铅锡合金等。目的是提高印制板的导电、可焊性、耐磨、寿命等性能,涂覆方法:电镀或化学镀,陶瓷基板电路制造
16、技术,陶瓷基板电路制造技术,就是在陶瓷基板上制造集成电路。其方法是在陶瓷基体上用某种方法覆盖一层金属膜,之后通过高温烧结,在绝缘基板上形成有一定厚度的膜构成的互连线,再在其上相应的位置,组装上半导体器件及有源元件和无源元件,形成的集成电路。陶瓷基板电路按成膜方法不同可以分为两大类,一类叫做厚膜电路,另一类叫薄膜电路。,厚膜电路的制作技术,厚膜电路制造技术,是先在陶瓷基板上丝网印刷连接线的金属浆料、之后高温烧结形成有一定厚度坚固的膜形成的互连线,组装上半导体元器件就成为了集成电路,这种集成电路叫厚膜混合集成电路。这种电路的特点:膜厚比较大,有几微米至几十微米。可以在非真空条件下成膜。用于大功率、
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