印制线路板及各种元件类型

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1、PCB是英文(PrintedCircuieBoard)印制线路板的简称。通常把在绝缘材上,按预定设计,制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路。而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形,称为印制线路。这样就把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板,亦称为印制板或印制电路板。PCB几乎我们能见到的电子设备都离不开它,小到电子手表、计算器、通用电脑,大到计算机、通迅电子设备、军用武器系统,只要有集成电路等电子无器件,它们之间电气互连都要用到PCB。它提供集成电路等各种电子元器件固定装配的机械支撑、实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘、提供所要求的电气特

2、性,如特性阻抗等。同时为自动锡焊提供阻焊图形;为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。PCB是如何制造出来的呢?我们打开通用电脑的健盘就能看到一张软性薄膜(挠性的绝缘基材),印上有银白色(银浆)的导电图形与健位图形。因为通用丝网漏印方法得到这种图形,所以我们称这种印制线路板为挠性银浆印制线路板。而我们去电脑城看到的各种电脑主机板、显卡、网卡、调制解调器、声卡及家用电器上的印制电路板就不同了。它所用的基材是由纸基(常用于单面)或玻璃布基(常用于双面及多层),预浸酚醛或环氧树脂,表层一面或两面粘上覆铜簿再层压固化而成。这种线路板覆铜簿板材,我们就称它为刚性板。再制成印制线路板,我们就称它为刚性

3、印制线路板。单面有印制线路图形我们称单面印制线路板,双面有印制线路图形,再通过孔的金属化进行双面互连形成的印制线路板,我们就称其为双面板。如果用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印制线路板,通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印制线路板就成为四层、六层印制电路板了,也称为多层印制线路板。现在已有超过100层的实用印制线路板了。PCB的生产过程较为复杂,它涉及的工艺范围较广,从简单的机械加工到复杂的机械加工,有普通的化学反应还有光化学电化学热化学等工艺,计算机辅助设计CAM等多方面的知识。而且在生产过程中工艺问题很多而且会时时遇见新的问

4、题而部分问题在没有查清原因问题就消失了,由于其生产过程是一种非连续的流水线形式,任何一个环节出问题都会造成全线停产或大量报废的后果,印刷线路板如果报废是无法回收再利用的,工艺工程师的工作压力较大,所以许多工程师离开了这个行业转到印刷线路板设备或材料商做销售和技术服务方面的工作。为进一认识PCB我们有必要了解一下通常单面、双面印制线路板及普通多层板的制作工艺,于加深对它的了解。单面刚性印制板:一单面覆铜板一下料一(刷洗、干燥)一钻孔或冲孔一网印线路抗蚀刻图形或使用干膜一固化检查修板一蚀刻铜一去抗蚀印料、干燥一刷洗、干燥一网印阻焊图形(常用绿油)、UV固化一网印字符标记图形、UV固化一预热、冲孔及

5、外形一电气开、短路测试一刷洗、干燥一预涂助焊防氧化剂(干燥)或喷锡热风整平一检验包装一成品出厂。双面刚性印制板:一双面覆铜板一下料一叠板一数控钻导通孔一检验、去毛刺刷洗一化学镀(导通孔金属化)一(全板电镀薄铜)一检验刷洗一网印负性电路图形、固化(干膜或湿膜、曝光、显影)一检验、修板一线路图形电镀一电镀锡(抗蚀镍/金)一去印料(感光膜)一蚀刻铜f(退锡)f清洁刷洗一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)f清洗、干燥f网印标记字符图形、固化喷锡或有机保焊膜)f外形加工f清洗、干燥f电气通断检测f检验包装f成品出厂。贯通孔金属化法制造多层板工艺流程f内

6、层覆铜板双面开料f刷洗f钻定位孔f贴光致抗蚀干膜或涂覆光致抗蚀剂f曝光f显影f蚀刻与去膜f内层粗化、去氧化f内层检查f(外层单面覆铜板线路制作、B阶粘结片、板材粘结片检查、钻定位孔)f层压f数控制钻孔f孔检查f孔前处理与化学镀铜f全板镀薄铜f镀层检查f贴光致耐电镀干膜或涂覆光致耐电镀剂f面层底板曝光f显影、修板f线路图形电镀f电镀锡铅合金或镍/金镀f去膜与蚀刻f检查f网印阻焊图形或光致阻焊图形f印制字符图形f(热风整平或有机保焊膜)f数控洗外形f清洗、干燥f电气通断检测f成品检查f包装出厂。从工艺流程图可以看出多层板工艺是从双面孔金属化工艺基础上发展起来的。它除了继了双面工艺外,还有几个独特内

7、容:金属化孔内层互连、钻孔与去环氧钻污、定位系统、层压、专用材料。我们常见的电脑板卡基本上是环氧树脂玻璃布基双面印制线路板,其中有一面是插装元件另一面为元件脚焊接面,能看出焊点很有规则,这些焊点的元件脚分立焊接面我们就叫它为焊盘。为什么其它铜导线图形不上锡呢。因为除了需要锡焊的焊盘等部分外,其余部分的表面有一层耐波峰焊的阻焊膜。其表面阻焊膜多数为绿色,有少数采用黄色、黑色、蓝色等,所以在PCB行业常把阻焊油叫成绿油。其作用是,防止波焊时产生桥接现象,提高焊接质量和节约焊料等作用。它也是印制板的永久性保护层,能起到防潮、防腐蚀、防霉和机械擦伤等作用。从外观看,表面光滑明亮的绿色阻焊膜,为菲林对板

8、感光热固化绿油。不但外观比较好看,便重要的是其焊盘精确度较高,从而提高了焊点的可靠性。我们从电脑板卡可以看出,元件的安装有三种方式。一种为传动的插入式安装工艺,将电子元件插入印制线路板的导通孔里。这样就容易看出双面印制线路板的导通孔有如下几种:一是单纯的元件插装孔;二是元件插装与双面互连导通孔;三是单纯的双面导通孔;四是基板安装与定位孔。另二种安装方式就是表面安装与芯片直接安装。其实芯片直接安装技术可以认为是表面安装技术的分支,它是将芯片直接粘在印制板上,再用线焊法或载带法、倒装法、梁式引线法等封装技术互联到印制板上。其焊接面就在元件面上。元件封装封装,就是指把硅片上的电路管脚,用导线接引到外

9、部接头处,以便与其它器件连接.封装形式是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。它不仅起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用,而且还通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上,这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件相连接,从而实现内部芯片与外部电路的连接因为芯片必须与外界隔离,以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面,封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB(印制电路板)的设计和制造,因此它是至关重要的。衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比,这个比值越接近1越好。封装时主

10、要考虑的因素:1、芯片面积与封装面积之比为提高封装效率,尽量接近1:1;2、引脚要尽量短以减少延迟,引脚间的距离尽量远,以保证互不干扰,提高性能;3、基于散热的要求,封装越薄越好。封装主要分为DIP双列直插和SMD贴片封装两种。从结构方面,封装经历了最早期的晶体管TO(如TO-89、TO92)封装发展到了双列直插封装,随后由PHILIP公司开发出了SOP小外型封装,以后逐渐派生出SOJ(J型引脚小外形封装)、TSOP(薄小外形封装)、VSOP(甚小外形封装)、SSOP(缩小型SOP)、TSSOP(薄的缩小型SOP)及SOT(小外形晶体管)、SOIC(小外形集成电路)等。从材料介质方面,包括金属

11、、陶瓷、塑料、塑料,目前很多高强度工作条件需求的电路如军工和宇航级别仍有大量的金属封装。封装大致经过了如下发展进程:结构方面:TO>DIP>PLCC>QFP>BGA>CSP;材料方面:金属、陶瓷一>陶瓷、塑料一>塑料;弓I脚形状:长引线直插一>短引线或无引线贴装一>球状凸点;装配方式:通孔插装一>表面组装一>直接安装具体的封装形式1、SOP/SOIC封装SOP是英文SmallOutlinePackage的缩写,即小外形封装。SOP封装技术由19681969年菲利浦公司开发成功,以后逐渐派生出SOJ(J型引脚小外形封装)、TSOP

12、(薄小外形封装)、VSOP(甚小外形封装)、SSOP(缩小型SOP)、TSSOP(薄的缩小型SOP)及SOT(小外形晶体管)、SOIC(小外形集成电路)等。2、DIP封装DIP是英文DoubleIn-linePackage的缩写,即双列直插式封装。插装型封装之一,引脚从封装两侧引出,封装材料有塑料和陶瓷两种。DIP是最普及的插装型封装,应用范围包括标准逻辑IC,存贮器LSI,微机电路等。3、PLCC封装PLCC是英文PlasticLeadedChipCarrier的缩写,即塑封J引线芯片封装。PLCC封装方式,外形呈正方形,32脚封装,四周都有管脚,外形尺寸比DIP封装小得多。PLCC封装适合

13、用SMT表面安装技术在PCB上安装布线,具有外形尺寸小、可靠性高的优点。4、TQFP封装TQFP是英文thinquadflatpackage的缩写,即薄塑封四角扁平封装。四边扁平封装(TQFP)工艺能有效利用空间,从而降低对印刷电路板空间大小的要求。由于缩小了高度和体积,这种封装工艺非常适合对空间要求较高的应用,如PCMCIA卡和网络器件。几乎所有ALTERA的CPLD/FPGA都有TQFP封装。5、PQFP封装PQFP是英文PlasticQuadFlatPackage的缩写,即塑封四角扁平封装。PQFP封装的芯片引脚之间距离很小,管脚很细,一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式,其引脚

14、数一般都在100以上。6、TSOP封装TSOP是英文ThinSmallOutlinePackage的缩写,即薄型小尺寸封装。TSOP内存封装技术的一个典型特征就是在封装芯片的周围做出引脚,TSOP适合用SMT技术(表面安装技术)在PCB(印制电路板)上安装布线。TSOP封装外形尺寸时,寄生参数(电流大幅度变化时,引起输出电压扰动)减小,适合高频应用,操作比较方便,可靠性也比较高。7、BGA封装BGA是英文BallGridArrayPackage的缩写,即球栅阵列封装。20世纪90年代随着技术的进步,芯片集成度不断提高,I/O引脚数急剧增加,功耗也随之增大,对集成电路封装的要求也更加严格。为了满

15、足发展的需要,BGA封装开始被应用于生产。采用BGA技术封装的内存,可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高两到三倍,BGA与TSOP相比,具有更小的体积,更好的散热性能和电性能。BGA封装技术使每平方英寸的存储量有了很大提升,采用BGA封装技术的内存产品在相同容量下,体积只有TSOP封装的三分之一;另外,与传统TSOP封装方式相比,BGA封装方式有更加快速和有效的散热途径。BGA封装的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面,BGA技术的优点是I/O引脚数虽然增加了,但引脚间距并没有减小反而增加了,从而提高了组装成品率;虽然它的功耗增加,但BGA能用可控塌陷芯片法焊接,从而可以改善

16、它的电热性能;厚度和重量都较以前的封装技术有所减少;寄生参数减小,信号传输延迟小,使用频率大大提高;组装可用共面焊接,可靠性高。说到BGA封装就不能不提Kingmax公司的专利TinyBGA技术,TinyBGA英文全称为TinyBallGridArray(小型球栅阵列封装),属于是BGA封装技术的一个分支。是Kingmax公司于1998年8月开发成功的,其芯片面积与封装面积之比不小于1:1.14,可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高23倍,与TSOP封装产品相比,其具有更小的体积、更好的散热性能和电性能。采用TinyBGA封装技术的内存产品在相同容量情况下体积只有TSOP封装的1/30TSOP封装内存的引脚是由芯片四周引出的,而TinyBGA则是由芯片中心方向引出。这种方式有效地缩短了信号的传导距离,信号传输线的长度仅是传统的TSOP技术的1/4,因此信号的衰减也随之减少。这样不仅大幅提升了芯片的抗干

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