PCB生產(chǎn)工藝技術(shù)培訓(xùn)教程(共78頁).pptx

1、20212021年年 9 9月月PCB生產(chǎn)工藝、設(shè)備與測(cè)試技術(shù)概 述n電子產(chǎn)品制造n電子工藝nPCBPrintedCircuitBoard，中文名稱為印制電路板，又，中文名稱為印制電路板，又 稱稱印刷電路板、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接的提供者。由于它是采用電子印刷術(shù)撐體，是電子元器件電氣連接的提供者。由于它是采用電子印刷術(shù)制作的，故被稱為制作的，故被稱為“印刷電路板。印刷電路板。nSMT: SMT是外表組裝技術(shù)外表貼裝技術(shù)是外表組裝技術(shù)外表貼裝技術(shù)Surface Mounted Techno

2、logy的縮寫，是目前電子組裝行業(yè)里最流行的一種技術(shù)和的縮寫，是目前電子組裝行業(yè)里最流行的一種技術(shù)和工藝。工藝。 概 述n工藝的開展與過程 n電子工藝研究的領(lǐng)域n n 電子整機(jī)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程分為兩個(gè)方面：方面是指制造工藝的技術(shù)手段和操作技能，另一方面指產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制和工藝管理；n材料 設(shè)備 方法和操作n 包括電子元器件、導(dǎo)線類、金屬、非金屬包括電子元器件、導(dǎo)線類、金屬、非金屬概 述生產(chǎn)工具和生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)工具和生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)工具和生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)工具和生產(chǎn)設(shè)備加工制造加工制造-設(shè)計(jì)制造設(shè)計(jì)制造 管理，技術(shù)管理，技術(shù)概 述n電子工藝的特點(diǎn)：n 涉及眾多的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域； n 形成時(shí)間較晚而開展

3、迅速；第一章 電子元器件 電子元器件及各種新材料 對(duì)元器件的要求： 可靠性高 精確度高 體積小 性能穩(wěn)定 符合使用環(huán)境條件 集成化 微型化 提高性能及改進(jìn)結(jié)構(gòu)電子元器件的特性參數(shù) 特性參數(shù)一年用于描述電子元器件在電路中的電氣功能，通?？梢杂迷撛骷拿Q來表示。 伏安特性曲線電子元器件 試分析圖1.1中a b c d e分別表述什么元器件？ 電子元器件的規(guī)格參數(shù) 標(biāo)稱值 額定值 允許偏差電子元器件的特性參數(shù) 表1.1 元件特性參數(shù)值標(biāo)稱系列 規(guī)定了樹枝標(biāo)稱系列，就大大減少了必須生產(chǎn)的元器件的產(chǎn)品種類，從而使生產(chǎn)廠家有肯呢個(gè)實(shí)習(xí)批量化，標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)及管理。電子元器件的特性參數(shù) 根據(jù)電路對(duì)元器件的

4、參數(shù)要求，運(yùn)行偏差分為： 雙向偏差 單向偏差具體參考教材 P20 圖1.2電子元器件的特性參數(shù) 額定值 極限值電子元器件的特性參數(shù) 電子元器件的質(zhì)量參數(shù)1 溫度系數(shù) 溫度每變化1，其數(shù)值產(chǎn)生的相對(duì)變化叫做溫度系數(shù)，單位為1/。2 噪聲電動(dòng)勢(shì)和噪聲系數(shù)電子元器件的特性參數(shù) 信噪比 定義為元件兩端的外加信號(hào)功率與其內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲功率之比。電子元器件的特性參數(shù) 高頻特性 一切電子元器件在工作在高頻狀態(tài)下時(shí)，都將表征出電抗特性，甚至一段很短的導(dǎo)線，其電感，電容也會(huì)對(duì)電路的頻率產(chǎn)生不可忽略的影響。這種性質(zhì)稱為高頻特性。電子元器件的特性參數(shù) 機(jī)械強(qiáng)度及可焊性 震動(dòng) 沖擊 斷裂 引線開焊等 可靠性和失效率

5、指它的有效工作壽命，即它的正常完成某一特定電氣功能的時(shí)間。 電子元器件的工作壽命結(jié)束，叫做失效。電子元器件的特性參數(shù) 早期失效： 早期失效是很有害的，但又是不可防止的 偶然失效： 老化失效：電子元器件的特性參數(shù) 失效率函數(shù)曲線 參數(shù)好的，可靠性不一定高； 參數(shù)差的，可靠性不一定低；電子元器件的特性參數(shù)1.2 電子元器件的檢驗(yàn)和篩選 外觀質(zhì)量檢驗(yàn) 電氣性能實(shí)用篩選1.3 電子元器件的命名與注冊(cè) 命名方法 用一個(gè)字母代表它的主稱：R C L W 用數(shù)字或字母代表其它信息。 信號(hào)及參數(shù)在電子元器件上的標(biāo)注 直標(biāo)法 文字符號(hào)法 色標(biāo)法1.4常用元器件簡介 電阻器 電阻器的分類： 合金型薄膜型合成型1.

6、2 電子元器件的檢驗(yàn)和篩選1.4.6 半導(dǎo)體分立器件 1 常用半導(dǎo)體分立器件及分類 普通二極管: 特殊二極管： 敏感二極管： 發(fā)光二極管。2 半導(dǎo)體分立器件的型號(hào)命名1.4.7 集成電路 半導(dǎo)體集成電路 用平面工藝氧化，光刻，擴(kuò)散，外延工藝在半導(dǎo)體晶片上支撐的電路稱為半導(dǎo)體集成電路。這種集成電路作為獨(dú)立的商品，品種最多，應(yīng)用最廣泛，一般所說的集成電路就是指半導(dǎo)體集成電路。1.4.7 集成電路 集成電路的封裝 按材料根本分為金屬、陶瓷、塑料三類； 按引腳的形式：通孔插裝式、說明安裝式 SMT就屬于外表安裝技術(shù)1.4.9 光電二極管 發(fā)光二極管 GaAs， GaAsP, GaP 單向?qū)щ娦?.4.

7、9 光電器件液晶顯示器 原理 液晶liquid crystal是一種物質(zhì)狀態(tài)，有人稱為物質(zhì)的第四態(tài)。這是一種在一定溫度范圍內(nèi)，既有晶體所特有的各向異性的雙折射性，又具有液體流動(dòng)性的物質(zhì)狀態(tài)。 利用液晶的電光效應(yīng)和熱光效應(yīng)職稱的顯示器件叫做液晶顯示器Liquid crystal device, LCD 液晶是不導(dǎo)電的； 施加足夠強(qiáng)的電場(chǎng)，會(huì)引起液晶分子改變?cè)瓉淼娜∠颍?液晶本身不發(fā)光，它借助自然光或外來光才能顯示，并且外部光線越強(qiáng)，顯示效果越好。1.4.9 光電器件液晶顯示器 液晶顯示器的優(yōu)點(diǎn)： 1液晶顯示器件的外表為平板型結(jié)構(gòu)，能顯著減少顯示圖像的是真。 2功耗低，工作電壓低2-6V，工作電流

8、小幾個(gè)uA/cm2; 3)易于集成，體積小，由于液晶顯示器件的功耗低，因此可以應(yīng)用在元器件密度較大的場(chǎng)合； 4顯示信息量大； 5壽命長； 6無電磁污染，液晶顯示器件工作時(shí)，不產(chǎn)生電磁輻射，對(duì)環(huán)境無污染。1.4.9 光電器件液晶顯示器 缺點(diǎn) 1機(jī)械強(qiáng)度差，易于損壞； 2工作溫度范圍窄，一般為-10+60； 3動(dòng)態(tài)特性較差，相應(yīng)時(shí)間和余輝時(shí)間長ms級(jí)；1.4.9 光電器件液晶顯示器 TFT(thin film transistor,薄膜晶體管) 根本原理：由許多可以發(fā)出任意顏色光線的像素組成，控制各個(gè)像素，使之現(xiàn)實(shí)相應(yīng)的顏色。 在TFT LCD只能夠，采用背光技術(shù)。 FTF 是在玻璃或塑料基板等非

9、單晶片上也可以在晶片上通過濺射、化學(xué)沉積工藝形成制造電路必須的各種膜，通過對(duì)膜的加工，制作成大規(guī)模半導(dǎo)體集成電路。時(shí) TFT 特點(diǎn)： 大面積； 高集成度； 功能強(qiáng)大； 低本錢； 工藝靈活； 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛；1.4.10 電磁元件 霍爾效應(yīng)與霍爾元件 霍爾效應(yīng)：當(dāng)磁場(chǎng)垂直作用在有電流流過的固體元件上時(shí)，在與電流方向和磁場(chǎng)方向都成直角的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電壓稱為霍爾電壓。 將一塊半導(dǎo)體或?qū)w材料，沿Z方向加以磁場(chǎng)，沿X方向通以工作電流I，那么在Y方向產(chǎn)生出電動(dòng)勢(shì)，如圖1所示，這現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。稱為霍爾電壓。 實(shí)驗(yàn)說明，在磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，電位差與電流強(qiáng)度I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B

10、成正比，與板的厚度d成反比。 霍爾元件: 利用霍爾效應(yīng)將磁場(chǎng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱拿舾性?，其特點(diǎn)是輸出信號(hào)電壓霍爾電壓與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比，并可判斷磁場(chǎng)的極性。第二章 SMT時(shí)代的電子元器件 外表安裝技術(shù)概述 外表安裝元器件 SMT元器件特點(diǎn)： 1 2 第二章 SMT時(shí)代的電子元器件SMT元器件的種類和規(guī)格： 1 無源外表安裝元器件SMC 2 有源外表安裝器件SMD 3 機(jī)電器件 SMD集成電路 SMD集成電路按封裝方式，分為： 1SO封裝 2QFP封裝 3LCCC封裝 4PLCC封裝 SMD的引腳形狀翼形，鉤形，球形 無引腳 有引腳 大規(guī)模集成電路的BGA封裝 球形引腳柵格陣列 SMD器件的封裝開展

11、與前瞻 摩爾定律是由英特爾Intel創(chuàng)始人之一戈登摩爾Gordon Moore提出來的。其內(nèi)容為：集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍，當(dāng)價(jià)格不變時(shí)；或者說，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個(gè)月翻兩倍以上。這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。 評(píng)價(jià)集成電路封裝技術(shù)的優(yōu)劣，一個(gè)重要的指標(biāo)是： 芯片面積與封裝面積之比，這個(gè)比值越接近1越好。 集成電路DIP封裝 芯片載體封裝 BGA封裝 MCM封裝2.3 微電子組裝技術(shù) 電子組裝技術(shù)的開展 常規(guī)電子組裝技術(shù)THT 外表安裝技術(shù)SMT 微電子組裝HIC,MCM,DCA 微電子組裝技術(shù)是目前迅速開展的新一代電子

12、產(chǎn)品制造技術(shù)，主要包括多種新的組裝技術(shù)及工藝。2.3 微電子組裝技術(shù) 微電子組裝技術(shù)包括很多內(nèi)容： 芯片直接貼裝技術(shù)包括：板載芯片COB技術(shù)；帶自動(dòng)鍵合TAB技術(shù)、倒裝芯片F(xiàn)C技術(shù)等。 外表安裝技術(shù)大大縮小了印刷電路板的面積，提高了電路的可靠性。 為了獲得更小的封裝面積、更高的電路板面利用率，組裝技術(shù)向元器件級(jí)、芯片級(jí)深入。 MPT， 裸片組裝 2.3 微電子組裝技術(shù) 微電子組裝技術(shù)的研究方向 基片技術(shù)： 芯片直接貼裝技術(shù)： 多芯片組裝技術(shù)：2.3 微電子組裝技術(shù) 引線建合技術(shù) 熱壓焊 超聲焊 熱壓超聲焊金絲球焊 載帶自動(dòng)建合技術(shù)2.3 微電子組裝技術(shù) 倒裝芯片技術(shù) 倒裝芯片封裝技術(shù)為1960

13、年IBM公司所開發(fā)，為了降低本錢，提高速度，提高組件可靠性； 封裝方式為芯片正面朝下向基板，無需引線鍵合，形成最短電路，降低電阻；采用金屬球連接，縮小了封裝尺寸，改善電性表現(xiàn)；2.3 微電子組裝技術(shù) 簡介 最早的外表安裝技術(shù)倒裝芯片封裝技術(shù)FC形成于20世紀(jì)60年代，同時(shí)也是最早的球柵陣列封裝技術(shù)BGA和最早的芯片規(guī)模封裝技術(shù)CSP。 特點(diǎn) FC通常應(yīng)用在時(shí)脈較高的CPU或高頻RF上，以獲得更好的效能，與傳統(tǒng)速度較慢的引線鍵合技術(shù)相比，F(xiàn)C更適合應(yīng)用在高腳數(shù)、小型化、多功能、高速度趨勢(shì)IC的產(chǎn)品中。 發(fā)開展前景 隨著電子封裝越來越趨于向更快、更小、更廉價(jià)的方向開展，要求縮小尺寸、增加性能的同時(shí)

14、，必須降低本錢。這使封裝業(yè)承受巨大的壓力，面臨的挑戰(zhàn)就是傳統(tǒng)SMD封裝技術(shù)具有的優(yōu)勢(shì)以致向我們證實(shí)一場(chǎng)封裝技術(shù)的革命。 2.3 微電子組裝技術(shù)2.3 微電子組裝技術(shù) 大圓片規(guī)模集成電路技術(shù)第三章 制造電子產(chǎn)品的常用材料 3.1常用導(dǎo)線與絕緣材料 導(dǎo)線 1導(dǎo)線分類：電線與電纜 細(xì)分為裸線，電磁線，絕緣電線電纜和通信電纜四類。 2導(dǎo)線材料 如果說最好的導(dǎo)線材料是超導(dǎo)材料鈮和錫的化合物,再有就是我們大家都知道的銀，但這兩種材料的本錢太高，一般沒人用磁懸浮用的就是超導(dǎo)材料 我們平時(shí)接觸到的導(dǎo)線一般用鋁和銅，鋁在以前常用，它對(duì)電的阻抗較小，不易生銹，質(zhì)軟不易折斷，造價(jià)廉價(jià)，但鋁制導(dǎo)線只能制作單根硬線，不

15、能用在經(jīng)?；顒?dòng)的設(shè)備或電器上，否那么還是會(huì)被折斷，而且耐高溫能力低，長時(shí)間在高溫條件下使用會(huì)縮短使用壽命。第三章 制造電子產(chǎn)品的常用材料 銅相對(duì)于鋁來說性能有了很大的提升，它的電阻抗小，不易生銹，質(zhì)軟而且可以制成多股軟線，大大提高了屈折次數(shù)，可以安裝在移動(dòng)設(shè)備上，使用壽命比鋁大大提高，所以我們一般見到的導(dǎo)線是銅制導(dǎo)線。在導(dǎo)線選材上，如果要求較高，可考慮銀制或超導(dǎo)，如果是一般用途就用銅制的。 常見材料中導(dǎo)電性能最好的是銀，但考慮經(jīng)濟(jì)因素，一般用銅做導(dǎo)線 2 常用安裝導(dǎo)線 表3.2列出了平安載流量。 導(dǎo)線的顏色 見表3.3 選擇安裝導(dǎo)線顏色的一般習(xí)慣。 3.1.2 絕緣材料 絕緣材料的電阻率一般都

16、大于 1無機(jī)絕緣材料 2有機(jī)絕緣材料 3復(fù)合絕緣材料cm109 絕緣材料的主要性能及選擇 1抗電強(qiáng)度 2機(jī)械強(qiáng)度 3耐熱等級(jí) 3.2 制造印刷電路板的材料-覆銅板 定義：覆銅箔層壓板，就是經(jīng)過粘結(jié)、熱壓等工藝，使一定厚度的銅箔牢固地附著在絕緣基板上的板材。 材料與制造 1基板 2銅箔 3粘合劑 覆銅板的技術(shù)指標(biāo)和性能特點(diǎn)焊接材料 welding material; welding consumables 包括焊料，焊劑助焊劑 焊接材料是指焊接時(shí)所消耗材料的通稱，例如焊條、焊絲、金屬粉末、焊劑、氣體等。焊接行業(yè)開展迅速，主要分為氬焊、CO2焊接、氧切割、電焊。 世界各國的焊材結(jié)構(gòu)比例，迄今沒有準(zhǔn)

17、確的統(tǒng)計(jì)數(shù)字。日本2005年秋季發(fā)行的?世界焊接新聞?英文版，對(duì)2004年一些國家和地區(qū)的焊材需求量(不是生產(chǎn)量)和使用比例做出了估計(jì) ： 歐洲、北美(美國和加拿大)、日本等興旺國家，在消費(fèi)的焊材中，焊條比例均已小于20，歐洲和北美的氣保護(hù)焊絲使用比例均大于50。 在SMT 組裝中，在組裝完成后發(fā)現(xiàn)的缺陷有60%以上原因在于焊膏和印刷工藝。另外，有15%的缺陷是在再流焊過程中出現(xiàn)的。利用事先設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)以及嚴(yán)格的焊膏工藝測(cè)試方法，制定出焊膏評(píng)估程序，以最少的實(shí)驗(yàn)來得到更多關(guān)于焊膏及其工藝性的信息 。在焊料的開展過程中，錫鉛合金一直是最優(yōu)質(zhì)的、廉價(jià)的焊接材料，無論是焊接質(zhì)量還是焊后的可靠性都能夠

18、到達(dá)使用要求；但是，隨著人類環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，“鉛及其化合物對(duì)人體的危害及對(duì)環(huán)境的污染，越來越被人類所重視無鉛焊料開展進(jìn)程 1991和1993年：美國參議院提出將電子焊料中鉛含量控制在0.1%以下的要求，遭到美國工業(yè)界強(qiáng)烈反對(duì)而夭折； 1991年起NEMI, NCMS, NIST, DIT, NPL, PCIF, ITRI, JIEP等組織相繼開展無鉛焊料的專題研究，耗資超過 2000萬美元，目前仍在繼續(xù) 1998年10月日本松夏公司第一款批量生產(chǎn)的無鉛電子產(chǎn)品問世； 2003年3月，中國信息產(chǎn)業(yè)部擬定?電子信息產(chǎn)品生產(chǎn)污染防治管理方法?，提議自2006年7月1日起投放市場(chǎng)的國家重點(diǎn)監(jiān)管目錄內(nèi)的

19、電子信息產(chǎn)品不能含有Pb。 焊接行業(yè)對(duì)無鉛焊料的要求 ： 無鉛焊料首先要能夠真正滿足環(huán)保要求，不能把鉛去除了，又添加了新的有毒或有害的物質(zhì)；要確保無鉛焊料的可焊性及焊后的可靠性，并要考慮到客戶所承受的本錢等眾多問題。概括起來講，無鉛焊料應(yīng)盡量滿足以下這些要求： 1無鉛焊料的熔點(diǎn)要低，盡可能地接近63/37錫鉛合金的共晶溫度； 2無鉛焊料要有良好的潤濕性 ； 3焊點(diǎn)的抗拉強(qiáng)度、韌性、延展性及抗蠕變性能都要與錫鉛合金的性能相差不多； 4本錢盡可能的降低；目前，能控制在錫鉛合金的1.52倍，是比較理想的價(jià)位； 共晶焊：共晶焊又稱低熔點(diǎn)合金焊接。共晶合金的根本特性是：兩種不同的金屬可在遠(yuǎn)低于各自的熔點(diǎn)

20、溫度下按一定重量比例形成合金 。 共晶的芯片，在芯片底部有鍍一層金，這就是所謂的背金芯片。最初的共晶指的是金和錫在一定溫度下，形成金錫合金，從而使芯片與支架之間以合金連接，使導(dǎo)熱性能更優(yōu)秀。 3.3.2 助焊劑 金屬于空氣接觸后，在其外表會(huì)生成一層氧化膜。溫度越高，氧化就越嚴(yán)重。 助焊劑的作用 對(duì)助焊劑的要求3.4 其他常用材料 鐵磁材料3.4.3 散熱器 散熱器是用來傳導(dǎo)、釋放熱量的一系列裝置的統(tǒng)稱。目前散熱器主要有采暖散熱器、計(jì)算機(jī)散熱器，其中采散熱器又可根據(jù)材質(zhì)和工作模式分為假設(shè)干種，計(jì)算機(jī)散熱器可根據(jù)用途和安裝方法分為假設(shè)干種。 眾所周知，高溫是集成電路的大敵。高溫不但會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)，使用壽命縮短，甚至有可能使某些部件燒毀。導(dǎo)致高溫的熱量不是來自計(jì)算機(jī)外，而是計(jì)算機(jī)內(nèi)部，或者說是集成電路內(nèi)部。散熱器的作用就是將這些熱量吸收，然后發(fā)散到機(jī)箱內(nèi)或者機(jī)箱外，保證計(jì)算機(jī)部件的溫度正常。 散熱器的種類非常多，CPU、顯卡、主板芯片組、硬盤、機(jī)箱、電源甚至光驅(qū)和內(nèi)存都會(huì)需要散熱器，這些不同的散熱器是不能混用的，而其中最常接觸的就是CPU的散熱器。 依照從散熱器帶走熱量的方式，可以將散熱器分為主動(dòng)散熱和被動(dòng)散熱。前者常見的是風(fēng)冷散熱器，而后者常見的就是散熱片。 進(jìn)一步細(xì)分散