PCB生产工艺技术培训教材（PPT78页）

2010年9月PCB生产工艺、设备与测试技术概述电子产品制造电子工艺PCB（PrintedCircuitBoard），中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。SMT:SMT是表面组装技术（表面贴装技术）（SurfaceMountedTechnology的缩写），是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。概述工艺的发展与过程电子工艺研究的领域电子整机产品的生产过程分为两个方面：方面是指制造工艺的技术手段和操作技能，另一方面指产品在生产过程中的质量控制和工艺管理；材料设备方法和操作材料包括电子元器件、导线类、金属、非金属概述设备方法人力管理生产工具和生产设备生产工具和生产设备加工制造----设计制造管理，技术概述电子工艺的特点：涉及众多的科学技术领域；形成时间较晚而发展迅速；第一章电子元器件•电子元器件及各种新材料•对元器件的要求：可靠性高精确度高体积小性能稳定符合使用环境条件集成化微型化提高性能及改进结构电子元器件的特性参数•特性参数一年用于描述电子元器件在电路中的电气功能，通常可以用该元器件的名称来表示。•伏安特性曲线（电子元器件）试分析图1.1中（a）（b）（c）（d）（e）分别表述什么元器件？•电子元器件的规格参数•标称值•额定值•允许偏差电子元器件的特性参数•表1.1元件特性参数值标称系列•规定了树枝标称系列，就大大减少了必须生产的元器件的产品种类，从而使生产厂家有肯呢个实习批量化，标准化的生产及管理。电子元器件的特性参数•根据电路对元器件的参数要求，运行偏差分为：双向偏差单向偏差具体参考教材P20图1.2电子元器件的特性参数•额定值•极限值电子元器件的特性参数•电子元器件的质量参数1温度系数温度每变化1℃，，其数值产生的相对变化叫做温度系数，单位为1/℃。2噪声电动势和噪声系数电子元器件的特性参数•信噪比定义为元件两端的外加信号功率与其内部产生的噪声功率之比。电子元器件的特性参数•高频特性一切电子元器件在工作在高频状态下时，都将表征出电抗特性，甚至一段很短的导线，其电感，电容也会对电路的频率产生不可忽略的影响。这种性质称为高频特性。电子元器件的特性参数•机械强度及可焊性震动冲击断裂引线开焊等•可靠性和失效率指它的有效工作寿命，即它的正常完成某一特定电气功能的时间。电子元器件的工作寿命结束，叫做失效。电子元器件的特性参数•早期失效：早期失效是很有害的，但又是不可避免的偶然失效：老化失效：电子元器件的特性参数•失效率函数曲线•参数好的，可靠性不一定高；•参数差的，可靠性不一定低；电子元器件的特性参数1.2电子元器件的检验和筛选•外观质量检验•电气性能实用筛选1.3电子元器件的命名与注册•命名方法用一个字母代表它的主称：RCLW用数字或字母代表其它信息。•信号及参数在电子元器件上的标注直标法文字符号法色标法1.4常用元器件简介•电阻器•电阻器的分类：合金型薄膜型合成型1.2电子元器件的检验和筛选1.4.6半导体分立器件•1常用半导体分立器件及分类普通二极管:特殊二极管：敏感二极管：发光二极管。2半导体分立器件的型号命名1.4.7集成电路•半导体集成电路•用平面工艺（氧化，光刻，扩散，外延工艺）在半导体晶片上支撑的电路称为半导体集成电路。这种集成电路作为独立的商品，品种最多，应用最广泛，一般所说的集成电路就是指半导体集成电路。1.4.7集成电路•集成电路的封装按材料基本分为金属、陶瓷、塑料三类；按引脚的形式：通孔插装式、表明安装式SMT就属于表面安装技术1.4.9光电二极管•发光二极管•GaAs，GaAsP,GaP•单向导电性1.4.9光电器件（液晶显示器）•原理液晶（liquidcrystal）是一种物质状态，有人称为物质的第四态。这是一种在一定温度范围内，既有晶体所特有的各向异性的双折射性，又具有液体流动性的物质状态。•利用液晶的电光效应和热光效应职称的显示器件叫做液晶显示器（Liquidcrystaldevice,LCD）•液晶是不导电的；•施加足够强的电场，会引起液晶分子改变原来的取向；•液晶本身不发光，它借助自然光或外来光才能显示，并且外部光线越强，显示效果越好。1.4.9光电器件（液晶显示器）•液晶显示器的优点：1）液晶显示器件的表面为平板型结构，能显著减少显示图像的是真。2）功耗低，工作电压低（2-6V），工作电流小（几个uA/cm2）;3)易于集成，体积小，由于液晶显示器件的功耗低，因此可以应用在元器件密度较大的场合；4）显示信息量大；5）寿命长；6）无电磁污染，液晶显示器件工作时，不产生电磁辐射，对环境无污染。1.4.9光电器件（液晶显示器）•缺点1）机械强度差，易于损坏；2）工作温度范围窄，一般为-10℃~+60℃；3）动态特性较差，相应时间和余辉时间长（ms级）；1.4.9光电器件（液晶显示器）•TFT(thinfilmtransistor,薄膜晶体管)•基本原理：由许多可以发出任意颜色光线的像素组成，控制各个像素，使之现实相应的颜色。•在TFTLCD只能够，采用背光技术。•FTF是在玻璃或塑料基板等非单晶片上（也可以在晶片上）通过溅射、化学沉积工艺形成制造电路必须的各种膜，通过对膜的加工，制作成大规模半导体集成电路。时•TFT特点：大面积；高集成度；功能强大；低成本；工艺灵活；应用领域广泛；1.4.10电磁元件•霍尔效应与霍尔元件•霍尔效应：当磁场垂直作用在有电流流过的固体元件上时，在与电流方向和磁场方向都成直角的方向上将产生电动势，这种现象称为霍尔效应，所产生的电压称为霍尔电压。•将一块半导体或导体材料，沿Z方向加以磁场，沿X方向通以工作电流I，则在Y方向产生出电动势，如图1所示，这现象称为霍尔效应。称为霍尔电压。•实验表明，在磁场不太强时，电位差与电流强度I和磁感应强度B成正比，与板的厚度d成反比。•霍尔元件:利用霍尔效应将磁场强度转变为电压的敏感元件，其特点是输出信号电压（霍尔电压）与磁场强度成正比，并可判断磁场的极性。第二章SMT时代的电子元器件•表面安装技术概述•表面安装元器件SMT元器件特点：（1）（2）第二章SMT时代的电子元器件SMT元器件的种类和规格：1无源表面安装元器件SMC2有源表面安装器件SMD3机电器件•SMD集成电路SMD集成电路按封装方式，分为：1）SO封装2）QFP封装3）LCCC封装4）PLCC封装•SMD的引脚形状（翼形，钩形，球形）无引脚有引脚•大规模集成电路的BGA封装球形引脚栅格阵列•SMD器件的封装发展与前瞻•摩尔定律是由英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔（GordonMoore）提出来的。其内容为：集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，当价格不变时；或者说，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。•评价集成电路封装技术的优劣，一个重要的指标是：芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1越好。•集成电路DIP封装•芯片载体封装•BGA封装•MCM封装2.3微电子组装技术•电子组装技术的发展常规电子组装技术（THT）表面安装技术（SMT）微电子组装（HIC,MCM,DCA）微电子组装技术是目前迅速发展的新一代电子产品制造技术，主要包括多种新的组装技术及工艺。2.3微电子组装技术•微电子组装技术包括很多内容：芯片直接贴装技术包括：板载芯片（COB）技术；带自动键合（TAB）技术、倒装芯片（FC）技术等。•表面安装技术大大缩小了印刷电路板的面积，提高了电路的可靠性。•为了获得更小的封装面积、更高的电路板面利用率，组装技术向元器件级、芯片级深入。•MPT，裸片组装2.3微电子组装技术•微电子组装技术的研究方向基片技术：芯片直接贴装技术：多芯片组装技术：2.3微电子组装技术•引线建合技术•热压焊•超声焊•热压超声焊（金丝球焊）•载带自动建合技术2.3微电子组装技术•倒装芯片技术倒装芯片封装技术为1960年IBM公司所开发，为了降低成本，提高速度，提高组件可靠性；封装方式为芯片正面朝下向基板，无需引线键合，形成最短电路，降低电阻；采用金属球连接，缩小了封装尺寸，改善电性表现；2.3微电子组装技术•简介最早的表面安装技术——倒装芯片封装技术（FC）形成于20世纪60年代，同时也是最早的球栅阵列封装技术（BGA）和最早的芯片规模封装技术（CSP）。•特点FC通常应用在时脉较高的CPU或高频RF上，以获得更好的效能，与传统速度较慢的引线键合技术相比，FC更适合应用在高脚数、小型化、多功能、高速度趋势IC的产品中。•发发展前景随着电子封装越来越趋于向更快、更小、更便宜的方向发展，要求缩小尺寸、增加性能的同时，必须降低成本。这使封装业承受巨大的压力，面临的挑战就是传统SMD封装技术具有的优势以致向我们证实一场封装技术的革命。2.3微电子组装技术2.3微电子组装技术•大圆片规模集成电路技术第三章制造电子产品的常用材料•3.1常用导线与绝缘材料导线1）导线分类：电线与电缆细分为裸线，电磁线，绝缘电线电缆和通信电缆四类。•2）导线材料如果说最好的导线材料是超导材料铌和锡的化合物,再有就是我们大家都知道的银，但这两种材料的成本太高，一般没人用（磁悬浮用的就是超导材料）我们平时接触到的导线一般用铝和铜，铝在以前常用，它对电的阻抗较小，不易生锈，质软不易折断，造价便宜，但铝制导线只能制作单根硬线，不能用在经常活动的设备或电器上，否则还是会被折断，而且耐高温能力低，长时间在高温条件下使用会缩短使用寿命。第三章制造电子产品的常用材料铜相对于铝来说性能有了很大的提升，它的电阻抗小，不易生锈，质软而且可以制成多股软线，大大提高了屈折次数，可以安装在移动设备上，使用寿命比铝大大提高，所以我们一般见到的导线是铜制导线。在导线选材上，如果要求较高，可考虑银制或超导，如果是一般用途就用铜制的。•常见材料中导电性能最好的是银，但考虑经济因素，一般用铜做导线•2常用安装导线表3.2列出了安全载流量。•导线的颜色见表3.3选择安装导线颜色的一般习惯。3.1.2绝缘材料绝缘材料的电阻率一般都大于1）无机绝缘材料2）有机绝缘材料3）复合绝缘材料cm109•绝缘材料的主要性能及选择1）抗电强度2）机械强度3）耐热等级•3.2制造印刷电路板的材料---覆铜板定义：覆铜箔层压板，就是经过粘结、热压等工艺，使一定厚度的铜箔牢固地附着在绝缘基板上的板材。•材料与制造1）基板2）铜箔3）粘合剂•覆铜板的技术指标和性能特点焊接材料•weldingmaterial;weldingconsumables•包括焊料，焊剂（助焊剂）焊接材料是指焊接时所消耗材料的通称，例如焊条、焊丝、金属粉末、焊剂、气体等。焊接行业发展迅速，主要分为氩焊、CO2焊接、氧切割、电焊。•世界各国的焊材结构比例，迄今没有准确的统计数字。日本2005年秋季发行的《世界焊接新闻》英文版，对2004年一些国家和地区的焊材需求量(不是生产量)和使用比例做出了估计：•欧洲、北美(美国和加拿大)、日本等发达国家，在消费的焊材中，焊条比例均已小于20％，欧洲和北美的气保护焊丝使用比例均大于50％。•在SMT组装中，在组装完成后发现的缺陷有60%以上原因在于焊膏和印刷工艺。另外，有15%的缺陷是在再流焊过程中出现的。利用事先设计好的实验以及严格的焊膏工艺测试方法，制定出焊膏评估程序，以最少的实验来得到更多关于焊膏及其工艺性的信息。•在焊料的发展过程中，锡铅合金一直是最优质的、廉价的焊接材料，无论是焊接质量还是焊后的可靠性都能够达到使用要求；但是，随着人类环保意识的加强，“铅”及其化合物对人体的危害及对环境的污染，越来越被人类所重视•无铅焊料发展进程1991和1993年：美国参议院提出将电子焊料中铅含量控制在0.1%以下的要求，遭到美国工业界强烈反对而夭折；1991年起NEMI,NCMS,NIST,DIT,NPL,PCI