微電子制造概論-PCB設(shè)計和制造

Click to edit Master title style,,Click to edit Master text styles,,Second level,,Third level,,Fourth level,,Fifth level,,*,,*,,,,單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,,*,單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,,*,,,,微電子制造概論,印制電路板的設(shè)計和制造,印制電路板設(shè)計基礎(chǔ),印制電路板的幾個概念,,設(shè)計流程,,設(shè)計基本原則,,設(shè)計軟件舉例,印制電路板的幾個概念,印制電路板（印刷電路板，,PCB,）,,按材料不同可以分為,,紙質(zhì)覆銅板、玻璃覆銅板、繞性材料覆銅板,,按導(dǎo)電層數(shù),,單面板,,雙面板,,多層板,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,印制插頭,坐標網(wǎng)格,印制電路板的幾個概念,元器件的封裝形式,,插裝器件,,貼裝器件,印制電路板的幾個概念,元器件的封裝形式,,插裝器件,,貼裝器件,,,片式電容或電阻,印制電路板的幾個概念,導(dǎo)線,,銅膜導(dǎo)線,,飛線,印制電路板的幾個概念,助焊膜和阻焊膜,,助焊膜,Solder Mask],,阻焊膜,Paste Mask,印制電路板的幾個概念,層,,半盲孔（,Blind,）,,盲孔（,Buried,）,,過孔（,via,）,,Mil,：,【,電,】,密耳,(,千分之一英寸,),印制電路板的幾個概念,焊盤,,絲印層（,SilkScreen overlay,）,,PCB,設(shè)計,設(shè)計流程,,布局,,元件的選擇,,熱處理設(shè)計,,焊盤設(shè)計,,基準設(shè)計和元件布局,,設(shè)計文件檔案,,布線和檢查,,電磁兼容性設(shè)計,,信號完整性設(shè)計,,DFM,,DFT,,仿真,設(shè)計流程,繪制電路原理圖,,規(guī)劃電路板,,設(shè)置各項參數(shù),,載入網(wǎng)格表和元器件封裝,,元器件自動布局,,手工調(diào)整布局,,比較網(wǎng)格表以及,DRC,校驗,,文件保存，打印輸出,,送廠加工,設(shè)計基本原則,元件布局,,關(guān)鍵元件優(yōu)先，如單片機、,DSP,、,FPGA,等,,模擬電路通道和數(shù)字電路通道分開,,高頻元件引腳銅箔導(dǎo)線盡量短,,重量大的元件加支架固定,,各元件間盡量平行放置,,其他,,設(shè)計基本原則,布線,,微處理器芯片的數(shù)據(jù)線和地址線盡量平行放置,,銅箔導(dǎo)線間距不能小于,12mil,，以免產(chǎn)生擊穿,,導(dǎo)線拐彎時，一般取,45,度或圓弧，高頻為甚，以免產(chǎn)生信號反射,,盡量加粗電源線，增強抗噪能力,,數(shù)模電路接地分開,,數(shù)字電路接地布成環(huán)狀有助增強抗干擾能力,,其他,,設(shè)計基本原則,去耦電容的配置,去耦電容不是一般稱的濾波電容,,,濾波電容指電源系統(tǒng)用的,,,去藕電容則是分布在器件附近或子電路處主要用于對付器件自身或外源性噪聲的特殊濾波電容,,,故有特稱,——,去耦電容,,,去耦指“去除,(,噪聲,),耦合”之意,.,1,、去耦電容的一般配置原則,設(shè)計基本原則,● 電源輸入端跨接一個,10~100uF,的電解電容器,,,如果印制電路板的位置允許,,,采用,100uF,以上的電解電容器的抗干擾效果會更好,.,●,為每個集成電路芯片配置一個,0.01uF,的陶瓷電容器,.,如遇到印制電路板空間小而裝不下時,,,可每,4~10,個芯片配置一個,1~10uF,鉭電解電容器,,,這種器件的高頻阻抗特別小,,,在,500kHz~20MHz,范圍內(nèi)阻抗小于,1Ω,,而且漏電流很小,(0.5uA,以下,).,●,對于噪聲能力弱、關(guān)斷時電流變化大的器件和,ROM,、,RAM,等存儲型器件,,,應(yīng)在芯片的電源線,(Vcc),和地線,(GND),間直接接入去耦電容,.,設(shè)計基本原則,●,去耦電容的引線不能過長,,,特別是高頻旁路電容不能帶引線,.,●,在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時．操作它們時均會產(chǎn)生較大火花放電,,,必須,RC,電路來吸收放電電流,.,一般,R,取,1 ~ 2K,C,取,2.2 ~ 47UF.,● CMOS,的輸入阻抗很高,,,且易受感應(yīng),,,因此在使用時對不用端要接地或接正電源,.,設(shè)計基本原則,●,設(shè)計時應(yīng)確定使用高頻低頻中頻三種去耦電容,,,中頻與低頻去耦電容可根據(jù)器件與,PCB,功耗決定,,,可分別選,47-1000uF,和,470-3300uF;,高頻電容計算為,: C=P/V*V*F.,●,每個集成電路一個去耦電容,.,每個電解電容邊上都要加一個小的高頻旁路電容,.,●,用大容量的鉭電容或聚酷電容而不用電解電容作電路充放電儲能電容,.,使用管狀電時,,,外殼要接地,.,,PCB,制造技術(shù),典型的印制電路板技術(shù),,撓性基板與玻璃基板,,微過孔技術(shù),典型的印制電路板技術(shù),對基板材料的性能要求,,加工要求,,尺寸穩(wěn)定性,,電鍍性,,孔加工性,,翹曲和扭曲,,耐化學(xué)藥品性,,粘結(jié)性,,紫外光遮蔽性,典型的印制電路板技術(shù),對基板材料的性能要求,,安裝性能,,尺寸穩(wěn)定性,,平整度,,耐熱沖擊性,,可焊性,,剝離強度,,典型的印制電路板技術(shù),對基板材料的性能要求,,整機運行性能,,電氣絕緣性,,介電特性,,基板厚度,,耐熱、耐濕，耐霉,,機械性能,,熱傳導(dǎo)性,,安全性,,環(huán)境特性,,,常用的印制電路板材料,基板材料的分類,剛性基板（覆銅箔層壓板：,CCL,）,紙基板：,酚醛樹脂板：,FR1,，,FR2,環(huán)氧樹脂板：,FR3,玻璃布基板,環(huán)氧樹脂板：,FR4,，,FR5,（耐高溫型）,聚酰亞胺樹脂板：,PI,等,復(fù)合材料基板：環(huán)氧樹脂型（,CEM-1,、,3,），聚酯樹脂類（,CEM-7,、,8,）,積層多層板基材：,感光樹脂、熱固性樹脂、其他粘結(jié)片基材,特殊型,金屬板、陶瓷板、耐熱的熱塑性基板,,,,,,,電路板材料的選擇,玻璃層比紙、布板要好（工作溫度、電性能）,酚醛和甲醛樹脂板耐濕性能和高頻性能不好，但電性能和溫度較好,最常用環(huán)氧樹脂浸漬的玻璃布層壓板,FR4,高頻下，氟碳樹脂浸漬的玻璃布層壓板,PTFE,,PCB,制作工藝 單面板制作工藝,單面板制作工藝,,基板：酚醛紙基、環(huán)氧紙基、環(huán)氧玻璃布基，單面覆銅,,工藝：,,銅箔蝕刻法,,金屬箔蝕刻法,PCB單面板制造流程,下料磨邊→鉆孔→外層圖形→（全板鍍金）→蝕刻→檢驗→絲印阻焊→（熱風(fēng)整平）→絲印字符→外形加工→測試→檢驗,,外形加工,一、 印制板外形加工方法：,,1.銑外形：利用數(shù)控銑床加工外形，需提供銑外形數(shù)據(jù)以及相應(yīng)定位孔數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)均由編程人員提供，由于印制板拼板間距不可能很大，一般為3mm左右，因此銑刀直徑一般為3mm或2.4mm。

先在銑床墊板上鉆管位孔，用銷釘將印制板與銑床墊板固定后，再用銑外形數(shù)據(jù)銑外形2.沖外形：利用沖床沖切外形，需使用模具，并且模具上定位釘與印制板的定位孔相對應(yīng)，一般選擇3.0mm左右的孔作定位孔3.開"V"槽：利用"V"槽切割機沿印制板設(shè)計的"V"槽線將印制板切割成彼此相連的幾部分；,,4.鉆外形：利用鉆床沿外形線處鉆孔通常開"V"槽與鉆外形只作加工的輔助手段二、 外形加工方法的選擇：,外形加工方法的選擇通常與客戶的要求及外形的形狀和加工的批量有關(guān)系，一般選擇銑外形，編寫銑外形數(shù)據(jù)時，要注意下刀點的選擇和行刀方向要確保行刀方向與有效外形的切削方向成180度即可，因此銑外形與銑槽內(nèi)的行刀方向相反，銑的下刀點一般選擇在距定位孔較近的一角，以減輕下刀和起刀動作對外形的影響；同樣道理，如果內(nèi)槽有凸角，則銑內(nèi)槽的下刀點選擇在凸角處；如果內(nèi)槽沒有凸角，下刀點選擇在距內(nèi)槽兩邊為銑刀半徑處另外，在下刀點處起刀時，由于印制板直角的一邊已銑去，銑板時銑刀對板的擠壓會使直角變形，因此一般銑處形時，在板四角都加一半徑為0.8mm的圓角當印制板單元內(nèi)無法加定位孔時則在拼板板邊加定位孔沖外形能夠適應(yīng)大批量生產(chǎn)的需要，加工效率高，通常定位孔的選擇對外形加工質(zhì)量和加工效率有較大影響。

"V" 槽和鉆外形是外形加工非常有效的輔助手段其中開"V"槽是較常用的外形加工輔助手段當印制板單元尺寸較小時，為減少銑板時間，可將幾個印制板拼為一個單元，銑外形后再開"V"槽，這不僅提高了外形加工的效率，而且也有利于板件清洗和產(chǎn)品包裝，還提高了板料利用率，對于不能加管位孔且尺寸較小的印制板，這對批量較大的板件很有利當客戶要求有工藝邊或多種板樣、拼在一起時，開"V"槽是首選的外形加工方式開"V"槽雖有效率高的優(yōu)點，但受設(shè)備制約，"V"槽間距還不能太大，也不能沿折線開"V" 槽與此相比，鉆外形雖然較慢，但能克服以上困難，還能克服銑外形銑刀直徑較大的缺點，如果客戶要求的印制板單元間距超出開"V"槽寬度時，沿小單元拼板間加郵票孔（相鄰孔間距大于孔直徑約0.2-0.5mm的一連串的孔，孔直徑小于1.0mm）便可滿足客戶要求；還有是客戶將多種板拼在一起無法開"V"槽時，可在印制間加郵票孔，如果印制板有寬度d小于銑刀直徑的內(nèi)缺，無法采取銑外形來加工，而采取多次鉆來加工就能實現(xiàn)現(xiàn)實運用時可根據(jù)實際相互結(jié)合各種方法以達到客戶要求三、定位孔的放置,,定位孔是外形加工的重要因素沖外形和銑外形是外形加工常用方法，其是沖外形加工效率很高，但它們都離不開與之相適應(yīng)的定位孔，有時定位孔的放置對外形加工影響很大。

通常在印制板單元中加兩個孔，一般放在板對角，原則上距離越遠定位越好，但對長或?qū)捯约伴L寬相差懸殊的板，一般沿板邊每200mm左右放置一定位孔另外對一些特殊外形，孔個數(shù)會多于兩個，位置也不一定在對角，如果客戶技術(shù)資料中有工藝邊，則管位孔最好加在工藝邊上，或在板角選擇兩孔徑在2.0-4.0mm的非金屬化孔作定位孔沖外形的定位孔放置很重要，為提高模具利用率和勞動生產(chǎn)率，使外形相同但布線不同的印制板使用同一模具，在模具設(shè)計時，選擇通用的安裝孔作定位孔，如有工藝邊，則加在工藝邊上，這往往要與客戶技術(shù)專家充分協(xié)商無論沖外形或是銑外形，一般都最好是在印制板單元內(nèi)加或選某類孔作定位孔，但不幸的是確有一些客戶不允許在板內(nèi)加定位孔且無法在板內(nèi)選某類孔作定位，我們不得不采用外定位加工外形，即在印制板單元外加定位孔銑外形時在四個角上留下大約1～2毫末連接，然后用膠帶固定，在用鉆頭打斷，最后銼去邊緣毛刺，沖外形也可采用同樣方法加定位孔；如果印制板單元內(nèi)有掏空的槽，則定位孔可加在內(nèi)槽，另外是在板邊加工藝塊，工藝塊與印制板單元用郵票孔相連，定位孔就加在工藝塊上，沖外形后掰去工藝塊，銼平毛刺，當采用沖外形加工時，會大大提高加工效率，但加工藝塊會使拼板利用率下降。

在沖外形時，板內(nèi)無法加模具通用的定位孔，客戶又不同意加郵票孔時，則在板外內(nèi)槽處加模具通用定位孔鉆孔-數(shù)控鉆銑,一、鉆床選擇,1.機床臺面的剛性和穩(wěn)定性：,2.轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定度：,3.臺面的移動精度和位移重復(fù)精度：,4.X、Y、Z軸的進給速率：,5.臺面的移動及固定裝置：,6.最大加工尺寸：,7.操作系統(tǒng)和控制系統(tǒng)：,8.刀具管理系統(tǒng)：,9.光尺系統(tǒng)的選購：,10.吸塵系統(tǒng)：,11.保護系統(tǒng)：,,鉆孔-數(shù)控鉆銑,一、鉆頭選擇,數(shù)控鉆床的鉆頭種類：,印制板鉆孔用鉆頭有直柄麻花鉆頭、定柄麻花鉆頭和定柄鏟形(undercut)鉆頭直柄麻花鉆頭大都用于單頭鉆床，鉆較簡單的印制板或單面板，現(xiàn)在在大型的線路板生產(chǎn)廠中已很少見到，其鉆孔深度可達鉆頭直徑的10倍在基板疊層不高的情況下，使用鉆套可避免鉆偏 目前大部分的廠家使用數(shù)控鉆床，數(shù)控鉆床使用的是硬質(zhì)合金的定柄鉆頭，其特點是能實現(xiàn)自動更換鉆頭定位精度高，不需要使用鉆套大螺旋角，排屑速度快，適于高速切削在排屑槽全長范圍內(nèi)，鉆頭直徑是一個倒錐，鉆削時與孔壁的磨擦小，鉆孔質(zhì)量較高常見的鉆柄直徑有3.00mm和3.175mm鉆頭的材質(zhì)：,印制板鉆孔用鉆頭一般都采用硬質(zhì)合金，因為環(huán)氧玻璃布復(fù)銅箔板對刀具的磨損特別快。

所謂硬質(zhì)合金是以碳化鎢粉末為基體，以鈷粉作粘結(jié)劑經(jīng)加壓、燒結(jié)而成通常含碳化鎢94％，含鈷6％由于其硬度很高，非常耐磨，有一定強度，適于高速切削但韌性差，非常脆，為了改善硬質(zhì)合金的性能，有的采用在碳化基體上化學(xué)汽相沉積一層5～7微米的特硬碳化鈦（TIC）或氮化鈦（TIN），使其具有更高的硬度有的用離子注入技術(shù)，將鈦、氮、和碳注入其基體一定的深度，不但提高了硬度和強度而且在鉆頭重磨時這些注入成份還能內(nèi)遷還有的用物理方法在鉆頭頂部生成一層金剛石膜，極大的提高了鉆頭的硬度與耐磨性硬質(zhì)合金的硬度與強度，不僅和碳化鎢與鈷的配比有關(guān)，也與粉末的顆粒有關(guān)超微細顆粒的硬質(zhì)合金鉆頭，其碳化鎢相晶粒的平均尺寸在1微米以下這種鉆頭，不僅硬度高而且抗壓和抗彎強度都提高了為了節(jié)省成本現(xiàn)在許多鉆頭采用焊接柄結(jié)構(gòu)，原來的鉆頭為整體都是硬質(zhì)合金，現(xiàn)在后部的鉆柄采用了不銹鋼，成本大大下降但是由于采用不同的材質(zhì)其動態(tài)的同心度不及整體硬質(zhì)合金鉆頭，特別在小直徑方面PCB,制作工藝 單面板制作工藝,PCB,制作工藝 雙面板制作工藝,雙面板制作工藝,,互連兩層：貫穿連接（過孔）,,孔的金屬化（,PTH,）：,,減成法,,加成法（無需蝕刻）,,制造工藝,,堵孔法（正相抗蝕）：工藝簡單，浪費大，清除堵孔物質(zhì)較難,,掩蔽法,,工藝導(dǎo)線法,,圖形電鍍,-,蝕刻法（減成法）,,裸銅覆阻焊膜工藝（,SMOBC,）,,,,,PCB,制作工藝,多層板制作工藝,,積層式多層板典型工藝,,高密度多層板的發(fā)展方向,,激光柔性布線技術(shù),,LCVD,,LIEP,（激光誘導(dǎo)液相反映沉積）,,激光熔覆布線,,撓性板,,微過孔技術(shù),多層板制作工藝,,多層印制板是由,三層以上,的,導(dǎo)電圖形層與絕緣材料層交替,地經(jīng),層壓粘合,一起而形成的印制板，并達到設(shè)計要求規(guī)定的層間導(dǎo)電圖形互連。

它具有裝配密度高、體積小、重量輕、可靠性高等特點，是產(chǎn)值最高、發(fā)展速度最快的一類,PCB,產(chǎn)品隨著電子技術(shù)朝高速、多功能、大容量和便攜低耗方向發(fā)展，多層印制板的應(yīng)用越來越廣泛，其層數(shù)及密度也越來越高，相應(yīng)之結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜所謂多層印制板的層壓技術(shù)，是指利用,半固化片,(,由玻璃布浸漬環(huán)氧樹脂后，烘去溶劑制成的一種片狀材料其中的樹脂處于,B,階段，在溫度和壓力作用下，具有流動性并能迅速地固化和完成粘結(jié)),將導(dǎo)電圖形在高溫、高壓下粘合起來的技術(shù)多層板制作工藝,多層印制板的層壓工藝技術(shù)按所采用的定位系統(tǒng)的不同，可分為,前定位系統(tǒng)層壓技術(shù),和,后定位系統(tǒng)層壓技術(shù),前者須采用銷釘,進行各層間的定位，而,后者則無須采用銷釘,進行定位，因而更適用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)此外，銷釘進行定位的層壓過程，一般采用電加熱系統(tǒng)；而無銷釘進行定位的層壓過程，則通常采用油加熱系統(tǒng)半固化片,半固化片主要由樹脂和增強材料組成，增強材料又分為玻纖布、紙基、復(fù)合材料等幾種類型，而多層制板所使用的半固化片,(,黏結(jié)片,),大多是采用玻纖布做增強材料經(jīng)過處理的玻纖布,t,浸漬上樹脂膠液，再經(jīng)熱處理,(,預(yù)烘,),使樹脂進入,B,階段而制成的薄片材料稱為半固化片，是多層板生產(chǎn)中的主要材料之一。

半固化片中所用樹脂主要為熱靼性樹脂如環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺三嗪、聚酰亞胺等多個品種，相應(yīng)的黏結(jié)片為,FR-4,、,BT,、,PI,等不同品牌，其物理性能和電氣性能都不盡相同，黏結(jié)片在生產(chǎn)過程中其樹脂通常分為如下三個階段A,階段：在室溫下能夠完全流動的液態(tài)樹脂，這是玻纖布浸膠時狀態(tài)B,階段：環(huán)氧樹脂部分交聯(lián)處于半固化狀態(tài)，在加熱條件下，又能恢復(fù)到液體狀態(tài)C,階段：樹脂全部交聯(lián)為,C,階段，在加熱加壓下會軟化，但不能再成為液態(tài)，這是多層板壓制后半固化片轉(zhuǎn)成的最終狀態(tài)為了使多層板在壓合后能保持最強的固著力起見，其內(nèi)層板的銅導(dǎo)體表面，必須要先做上黑氧化處理層才行前定位,多層板層壓制作采用銷釘定位法，有兩圓孔銷釘定位法、一孔一槽銷釘定位法、三圓孔或四圓孔定位法，以及四槽孔定位法四槽孔定位法是美國,Multiline,公司推出的，利用其提供的一系列四槽孔定位設(shè)備，在照相模版、內(nèi)層單片上沖制出四個槽孔然后利用相應(yīng)的四個槽形銷來實現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)移、疊片、層壓和數(shù)控鉆孔等一系列工序的定位后定位,采用后定位系統(tǒng)進行多層印制板的生產(chǎn)時，無需多層定位設(shè)備，直接使用銅箔和半固化片與全部采用覆銅箔基材來進行多層板的生產(chǎn)相比，除了省去多層板定位設(shè)備外，還可節(jié)省制作內(nèi)層線路時對外層的保護干膜和生產(chǎn)操作量；此外，能充分利用基材和設(shè)備，增加壓機每開口中之壓板數(shù)量，提高生產(chǎn)效率。

具體做法是：,(1),于每內(nèi)層圖形邊框線外，按工藝要求添加三孔定位孔標記；,,,(2),在內(nèi)層圖形邊框線外四角處，按工藝要求添加工具孔標記；,,,(3),制作內(nèi)層圖形，并于四角處沖制工具孔；,,,(4),進行內(nèi)層單片的黑化處理；,,,(5),層壓前排板操作,(,對于四層以上的多層板，各內(nèi)層間通過專用鉚釘于工具孔位處進行鉚接，以保證層間重合度；各內(nèi)層間按工藝要求填入半固化片),；,,,(6),按工藝要求進行層壓操作；,,,(7),拆板、點孔劃線、二次剪板后，于指示位置進行銑銅皮、鉆定位孔操作謝謝觀看,/,歡迎下載,BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH,內(nèi)容總結(jié),微電子制造概論● 去耦電容的引線不能過長,特別是高頻旁路電容不能帶引線.● CMOS的輸入阻抗很高,且易受感應(yīng),因此在使用時對不用端要接地或接正電源.高頻電容計算為: C=P/V*V*F.。

● 用大容量的鉭電容或聚酷電容而不用電解電容作電路充放電儲能電容.使用管狀電時,外殼要接地.撓性基板與玻璃基板基板：酚醛紙基、環(huán)氧紙基、環(huán)氧玻璃布基，單面覆銅下料磨邊→鉆孔→外層圖形→（全板鍍金）→蝕刻→檢驗→絲印阻焊→（熱風(fēng)整平）→絲印字符→外形加工→測試→檢驗通常開"V"槽與鉆外形只作加工的輔助手段其中開"V"槽是較常用的外形加工輔助手段當客戶要求有工藝邊或多種板樣、拼在一起時，開"V"槽是首選的外形加工方式4.X、Y、Z軸的進給速率：印制板鉆孔用鉆頭有直柄麻花鉆頭、定柄麻花鉆頭和定柄鏟形(undercut)鉆頭常見的鉆柄直徑有3.00mm和3.175mm謝謝觀看/歡迎下載,。