电子行业企业管理 微电子制造综合设计

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1、电子行业企业管理 微电子制造综 合设计 电子行业企业管理 微电子制造综 合设计 桂 林 电 子 科 技 大 学桂 林 电 子 科 技 大 学 微电子制造综合设计微电子制造综合设计 设 设 计 计 报 报 告 告 指导老师：指导老师： 学 生： 学 生： 学 号： 学 号： 桂林电子科技大学机电工程学院桂林电子科技大学机电工程学院 微电子制造综合设计设计报告目录微电子制造综合设计设计报告目录 一、设计内容与要求1 二、设计目的意义2 三、PCB 设计 2 四、组装工艺设计15 五、工艺实践方法与步骤24 六、课程设计总结26 七、参考文献29 十、附录29 微电子制造综合设计 一、设计内容与要求

2、 1、设计内容 按给定的设计参数，绘制电路原理图。完成相应的 PCB 设计，绘制 PCB 板图等。包括焊 接方式与 PCB 整体设计、PCB 基板的选用、PCB 外形及加工工艺的设计要求。PCB 焊盘设计 及工艺要求确定。 元器件布局要求及设计。 基准点标记制作。 用 PROTEL 制作印刷电路版， 包括设计电路原理图、 定义元器件的封装形式， PCB 图纸的基本设置、 生成网表和加载网表、 设置布线规则、布线。编写贴装程序等。SMT 设计以及工艺文件的编写。分析典型组装工艺， 对典型组装工艺进行实践。 设计参数如：表 1 表 1 设计参数表 元器件数量元器件数量 12066 片FQFP481

3、 片 08057 片DIP141 个 SOJ161 片DIP201 片 PLCC841 片二极管10 片 要求： PCB 元件之间的连线总长不小于 500mm，有 3 种不同的线宽。 2、综合设计要求 （1）掌握印制电路板计算机辅助设计软件，包括： 1）通过电路原理图与印制电路版图的分析对比，提高识图能力； 2）掌握电路原理图与印制电路版图的特点、规律及识图方法； 3）掌握印制电路板计算机辅助设计软件（PROTEL）的应用； 4）依据指定的电路原理图，运用 PROTEL 完成原理图的输入、网络表生成、板图制作 及输出等操作。 （2）掌握焊盘、模板的设计方法，包括： 1）DFM 原理与基本应用、

4、设计原则以及相应的考核表； 2）熟悉焊盘设计标准（IPC-SM-782 文件） ，掌握焊盘设计的基本原理与方法； 3）熟悉模板设计标准（IPC-7525 文件） ，掌握模板设计的基本原理与方法。 （3）掌握 SMT 工艺设计方法及其工艺文件的编写，包括： 1）掌握 SMT 工艺设计的基本原理与过程，对电路原理图进行相应的 SMT 工艺设计； 2）掌握 SMT 工艺文件的编写方法，对所设计的 SMT 工艺进行工艺文件的编写。 （4）掌握典型工艺的参数选取、操作步骤、操作要点，对典型工艺进行操作实践。包括： 1）掌握贴片参数的设置与选取，贴片机的操作与编程； 2）掌握引线键合的参数设置与选取，键合

5、操作方法与要点。 （5）掌握设计说明书的编写方法与编写过程，包括： 1）设计目的、元器件布局方案的选取、PCB 布线设计说明等； 2）绘制电路原理图、PCB 板图等； 3）编写 SMT 工艺文件清单； 4）编写元器件清单。 二、设计目的意义 本综合设计在专业课程学习之后， 毕业设计之前进行， 内容涉及主要专业课程和一些专 业技术基础课程， 重点突出专业的专业性和综合性， 力求通过综合设计达到以下三方面的目 标： 综合应用基础课程、专业课程的理论知识，初步培养 PCB 的设计能力； 培养查阅技术文献和资料，使用数据手册，绘制规范的技术图纸，应用计算机进行辅助 设计，撰写完整的技术报告的能力； 培

6、养严谨的工作作风，认真负责的工作态度，以及独立思考的良好习惯。 本综合设计将综合运用所学的基础与专业知识， 较全面地掌握电子产品组装全过程所涉 及到的相关内容，建立系统工程的概念： （1）基本掌握电子产品组装涉及到的内容与基本要求； （2）掌握应用广泛的 EDA 软件（Protel99） ，特别是 PCB 布线等后续部分； （3）掌握 PCB 的设计要领，能依据提供的印制板进行 PCB 布线设计与焊盘设计。 （4）掌握 IPC-7351 标准，能依据提供的印制板完成模板设计； （5）能依据提供的印制板制定该印制板的 SMT 工艺定制； （6）掌握电子产品典型组装工艺参数设计、分析方法和操作步骤

7、。 三、PCB 的设计 1、PCB 的定义、功能和发展 （1）PCB 的定义： PCB 即 Printed Circuit Board 的简写，中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、 印刷线路板。定义为 ： 按照预先设计的电路，利用印刷法，在绝缘基板的表面或其内部形成 的用于元器件之间连接的导电图形的技术， 但不包括印制元器件的形成技术， 把形成的印制 线路的板叫做“印制线路板” 。把装配上元器件的印制线路板叫做“印制电路板” 。 （2） PCB 的功能： 1）在封装设计中，印制电路的物理特性的通用性比普通的接线更好。 2）电路永久的附着在介质材料上，此介质基材也用作电路元件的安装面。 3）不

8、会产生导线错接或短路。大大缩小了互连导线的体积和重量。 4）可能采用标准化设计。有利于备件的互换和维修。 5）有利于机械化。自动化生产，能节约原材料和提高生产率，降低电子产品的成本。 6）提供集成电路元件 IC 等各种电子元器件的固定、组装和机械支撑的载体。 7）为实现电路功能而提供了各种电子元器件之间的电器连接和电气绝缘，提供所要求 的电气特性。 8）为自动焊接提供了焊盘和阻焊图形。为元器件安装（包括插装及表面贴装） 、检查、 测试、维修提供识别字符和图形。 9）为大功率器件提供了良好的散热通道。大大改善了电子产品整机的外观和性能。 2、 PCB 的分类及结构 对印制电路板而言，对其的分类有

9、多种方法，目前按习惯一般有四种分类方式，即以用 途分类，以基板材料分类，以结构分类和以导电层数分类。 （1）按照用途分类的分类 1） 通信；2）耗用性电子；3）军用；4）计算机；5）半导体；6）电测板 （2）按照印制电路板的基材性质进行分类 1） 有机材质：酚醛树脂、玻璃纤维/环氧树脂、Polyimide（聚酰亚胺） 、 BT/Epoxy ； 2）无机材质：铝、钢、陶瓷等；主要取其散热功能。 （3）按照印制电路板的结构分类 1）刚性印制电路板 2)挠性电路板 3)刚挠结合印制电路板。 （4）按照印制电路板的导电层数分类 1)单面板 ： 元器件集中在其中一面，导线则集中在另一面上。相对而言，单面

10、板在设计 方面存在很多限制(因为只有一面， 布线间不能交叉而必须绕独自的路径)， 在处理复杂电路 时往往力不从心，现在已经很少使用了，除非电路确实十分简单。 2)双面板 ： 这种电路板的两面都有布线。不过要用上两面的导线，必须要在两面间有适 当的电路连接才行。这种电路间的桥梁叫做导孔(via)。导孔是在 PCB 上，充满或涂上 金属的小洞，它可以与两面的导线相连接。因为双面板的面积比单面板大了一倍，而且因为 布线可以互相交错(可以绕到另一面)，它更适合用在比单面板更复杂的电路上。 3)多层板：为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板。 （5） PCB 的结构组成 印制电路板的分

11、类方式还以很多，但是许多都具有相同之处，和交叉的地方，例如，按 结构分类的印制电路板之中又可以分为单面板，双面板和多层板。但是无论怎么分，PCB 的 结构组成主要有： 1）元器件：包括各种有源、无源元件，和提供电源、信号连接的接插件。这些元器件 包括插装件和片式元件。 2）基板材料：在导电层之间提供绝缘性和电路支撑的刚、挠性材料。 3）金属导线：连接 PCB 上各元器件的引脚，完成电、信号连接。 4）通孔：提供插装元件的安装位置，或者的连接双面板、多层板之间电源、信号层的 镀铜的过孔，或者是提供定位的定位孔。 5）敷铜：在 PCB 的某个区域内填充铜箔，改善性能，如散热性。 6）焊盘：用于提供

12、固定元器件和提供电信号通道的铜箔。 7）阻焊膜：覆盖在印制电路上的不需要裸露的区域，提高印制电路的焊接性。 8）标志层 ： 一般为白色的丝印字符图案，标志了元件标号和标称值，元件轮廓，厂家标志， 生产日期等，以方便电路安装和维修 3、PCB 的制作工艺流程设计 （1）目前 PCB 的制造工艺非常多，有加成法和减成法等，但是基本原理是一致的： 1）加成法：钻孔成像增粘处理（负相）化学镀铜去除抗蚀剂。 2）半加成法：层压板钻孔后用化学镀铜工艺使孔壁和板面沉积一层薄金属膜，然后负 相图形转移，进行图形电镀加厚，去掉抗蚀膜后进行快速刻蚀，非图形部分的铜层迅速被刻 蚀掉，留下图形部分。 （钻孔催化处理和

13、增粘处理化学镀铜成像（电镀抗蚀剂）图 形电镀铜（负相）去除抗蚀剂差分刻蚀） 。 3）减成发：先用光化学法或丝网印刷法或电镀法在覆铜箔的铜表面上，将一定的电路 图形转移上去，这些图形由一定的抗蚀材料所组成，然后再用化学腐蚀的方法，将不必要的 部分刻蚀掉。 （2）现代印制电路板的一般制作工艺流程如下： 1）单面板：由于单面板只有一层布线，电路图形也比较简单，因此一般采用“丝网漏 印”技术。在单面覆金属箔板上印刷“正相图形” ，然后进行腐蚀，去掉未被印料保护的金 属箔部分， 留下部分即为所需要的电路图形。 单面印制板工艺流程 ： 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

14、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)、固化网印字符标记图形、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)以喷锡热风 整乎检验包装成品出厂。 2）双面板：双面板是现在使用最多的 PCB 板，满足了一般的消费电子产品的要求。生 产双面印制电路板的方法按其特点分类大约分为工艺导线法、 堵孔法、 掩蔽法和图形电镀 蚀刻法四大类。双面印制板工艺流程 ： 贯通孔金属化法制造多层板工艺流程内层覆铜板双 面开料刷洗钻定位孔贴光致抗蚀干膜或涂覆光致抗蚀剂曝光显影独到与去膜 内层粗化、 去氧化内层检查(外层单面覆铜板线路制作、 B阶粕结片、 板材粘结

15、片检查、 钻定位孔) 层压数控制钻孔孔检查孔前处理与化学镀铜全板镀薄铜镀层检查 贴光致耐电镀干膜或涂覆光致耐电镀剂面层底板曝光显影、 修板线路图形电镀电镀 锡铅合金或镍/金镀去膜与蚀刻检查网印阻焊图形或光致阻焊图形印制字符图形 热风整个或有机保焊膜) 数控洗外形清洗、 干燥电气通断检测成品检查包装出 厂。 3）多层板：制造多层印制电路板，首先采用掩蔽法制出双面板和全板电镀铜加厚，在 将蚀刻后的双面板层叠起来， 板与板之间用粘合剂将它们相互粘合在一起， 之后再进行钻孔 和孔金属化、图形转移，这以后与双面板图形电镀蚀刻工艺基本相同。多层印制板工艺流 程：双面覆铜板下料叠板数控钻导通孔检验、去毛刺刷

16、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(抗蚀镍监) 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 光热同化绿油) 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。 4、 PCB 的设计要点 （1）焊接方式与 PCB 整体设计 PCB 的设计一般都是依据原理图进行设计的， 根据原理图中所选用的元器件和封装模式 进行设计，采用何种 PCB 类型（如单面板或者是双面板） ，然后根据组装的方式选择焊接形 式，根据所选择元件的类型和引脚间距的大小来选择采用波峰焊还是再流焊。 一般来说，再流焊适用于所有的元件焊接。而波峰焊工艺则只适用于插装元件，矩形片 式元件，圆柱型元件，和引脚数较少、引脚间距较大的 IC（引脚数少于 28，间