1、20212021年年 9 9月月PCB生產工藝、設備與測試技術概 述n電子產品制造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是外表組裝技術外表貼裝技術是外表組裝技術外表貼裝技術Surface Mounted Techno

2、logy的縮寫，是目前電子組裝行業里最流行的一種技術和的縮寫，是目前電子組裝行業里最流行的一種技術和工藝。工藝。 概 述n工藝的開展與過程 n電子工藝研究的領域n n 電子整機產品的生產過程分為兩個方面：方面是指制造工藝的技術手段和操作技能，另一方面指產品在生產過程中的質量控制和工藝管理；n材料 設備 方法和操作n 包括電子元器件、導線類、金屬、非金屬包括電子元器件、導線類、金屬、非金屬概 述生產工具和生產設備生產工具和生產設備生產工具和生產設備生產工具和生產設備加工制造加工制造-設計制造設計制造 管理，技術管理，技術概 述n電子工藝的特點：n 涉及眾多的科學技術領域； n 形成時間較晚而開展

3、迅速；第一章 電子元器件 電子元器件及各種新材料 對元器件的要求： 可靠性高 精確度高 體積小 性能穩定 符合使用環境條件 集成化 微型化 提高性能及改進結構電子元器件的特性參數 特性參數一年用于描述電子元器件在電路中的電氣功能，通常可以用該元器件的名稱來表示。 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？ 電子元器件的規格參數 標稱值 額定值 允許偏差電子元器件的特性參數 表1.1 元件特性參數值標稱系列 規定了樹枝標稱系列，就大大減少了必須生產的元器件的產品種類，從而使生產廠家有肯呢個實習批量化，標準化的生產及管理。電子元器件的特性參數 根據電路對元器件的

4、參數要求，運行偏差分為： 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 額定值 極限值電子元器件的特性參數 電子元器件的質量參數1 溫度系數 溫度每變化1，其數值產生的相對變化叫做溫度系數，單位為1/。2 噪聲電動勢和噪聲系數電子元器件的特性參數 信噪比 定義為元件兩端的外加信號功率與其內部產生的噪聲功率之比。電子元器件的特性參數 高頻特性 一切電子元器件在工作在高頻狀態下時，都將表征出電抗特性，甚至一段很短的導線，其電感，電容也會對電路的頻率產生不可忽略的影響。這種性質稱為高頻特性。電子元器件的特性參數 機械強度及可焊性 震動 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間。 電子元器件的工作壽命結束，叫做失效。電子元器件的特性參數 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 失效率函數曲線 參數好的，可靠性不一定高； 參數差的，可靠性不一定低；電子元器件的特性參數1.2 電子元器件的檢驗和篩選 外觀質量檢驗 電氣性能實用篩選1.3 電子元器件的命名與注冊 命名方法 用一個字母代表它的主稱：R C L W 用數字或字母代表其它信息。 信號及參數在電子元器件上的標注 直標法 文字符號法 色標法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 電子元器件的檢驗和篩選1.4.6 半導體分立器件 1 常用半導體分立器件及分類 普通二極管: 特殊二極管： 敏感二極管： 發光二極管。2 半導體分立器件的型號命名1.4.7 集成電路 半導體集成電路 用平面工藝氧化，光刻，擴散，外延工藝在半導體晶片上支撐的電路稱為半導體集成電路。這種集成電路作為獨立的商品，品種最多，應用最廣泛，一般所說的集成電路就是指半導體集成電路。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1.4.9 光電二極管 發光二極管 GaAs， GaAsP, GaP 單向導電性1.4.

7、9 光電器件液晶顯示器 原理 液晶liquid crystal是一種物質狀態，有人稱為物質的第四態。這是一種在一定溫度范圍內，既有晶體所特有的各向異性的雙折射性，又具有液體流動性的物質狀態。 利用液晶的電光效應和熱光效應職稱的顯示器件叫做液晶顯示器Liquid crystal device, LCD 液晶是不導電的； 施加足夠強的電場，會引起液晶分子改變原來的取向； 液晶本身不發光，它借助自然光或外來光才能顯示，并且外部光線越強，顯示效果越好。1.4.9 光電器件液晶顯示器 液晶顯示器的優點： 1液晶顯示器件的外表為平板型結構，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，因此可以應用在元器件密度較大的場合； 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，不產生電磁輻射，對環境無污染。1.4.9 光電器件液晶顯示器 缺點 1機械強度差，易于損壞； 2工作溫度范圍窄，一般為-10+60； 3動態特性較差，相應時間和余輝時間長ms級；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：由許多可以發出任意顏色光線的像素組成，控制各個像素，使之現實相應的顏色。 在TFT LCD只能夠，采用背光技術。 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、化學沉積工藝形成制造電路必須的各種膜，通過對膜的加工，制作成大規模半導體集成電路。時 TFT 特點： 大面積； 高集成度； 功能強大； 低本錢； 工藝靈活； 應用領域廣泛；1.4.10 電磁元件 霍爾效應與霍爾元件 霍爾效應：當磁場垂直作用在有電流流過的固體元件上時，在與電流方向和磁場方向都成直角的方向上將產生電動勢，這種現象稱為霍爾效應，所產生的電壓稱為霍爾電壓。 將一塊半導體或導體材料，沿Z方向加以磁場，沿X方向通以工作電流I，那么在Y方向產生出電動勢，如圖1所示，這現象稱為霍爾效應。稱為霍爾電壓。 實驗說明，在磁場不太強時，電位差與電流強度I和磁感應強度B

10、成正比，與板的厚度d成反比。 霍爾元件: 利用霍爾效應將磁場強度轉變為電壓的敏感元件，其特點是輸出信號電壓霍爾電壓與磁場強度成正比，并可判斷磁場的極性。第二章 SMT時代的電子元器件 外表安裝技術概述 外表安裝元器件 SMT元器件特點： 1 2 第二章 SMT時代的電子元器件SMT元器件的種類和規格： 1 無源外表安裝元器件SMC 2 有源外表安裝器件SMD 3 機電器件 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創始人之一戈登摩爾Gordon Moore提出來的。其內容為：集成電路上可容納的晶體管數目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，當價格不變時；或者說，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個月翻兩倍以上。這一定律揭示了信息技術進步的速度。 評價集成電路封裝技術的優劣，一個重要的指標是： 芯片面積與封裝面積之比，這個比值越接近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 電子組裝技術的開展 常規電子組裝技術THT 外表安裝技術SMT 微電子組裝HIC,MCM,DCA 微電子組裝技術是目前迅速開展的新一代電子

12、產品制造技術，主要包括多種新的組裝技術及工藝。2.3 微電子組裝技術 微電子組裝技術包括很多內容： 芯片直接貼裝技術包括：板載芯片COB技術；帶自動鍵合TAB技術、倒裝芯片FC技術等。 外表安裝技術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，組裝技術向元器件級、芯片級深入。 MPT， 裸片組裝 2.3 微電子組裝技術 微電子組裝技術的研究方向 基片技術： 芯片直接貼裝技術： 多芯片組裝技術：2.3 微電子組裝技術 引線建合技術 熱壓焊 超聲焊 熱壓超聲焊金絲球焊 載帶自動建合技術2.3 微電子組裝技術 倒裝芯片技術 倒裝芯片封裝技術為1960

13、年IBM公司所開發，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；2.3 微電子組裝技術 簡介 最早的外表安裝技術倒裝芯片封裝技術FC形成于20世紀60年代，同時也是最早的球柵陣列封裝技術BGA和最早的芯片規模封裝技術CSP。 特點 FC通常應用在時脈較高的CPU或高頻RF上，以獲得更好的效能，與傳統速度較慢的引線鍵合技術相比，FC更適合應用在高腳數、小型化、多功能、高速度趨勢IC的產品中。 發開展前景 隨著電子封裝越來越趨于向更快、更小、更廉價的方向開展，要求縮小尺寸、增加性能的同時

14、，必須降低本錢。這使封裝業承受巨大的壓力，面臨的挑戰就是傳統SMD封裝技術具有的優勢以致向我們證實一場封裝技術的革命。 2.3 微電子組裝技術2.3 微電子組裝技術 大圓片規模集成電路技術第三章 制造電子產品的常用材料 3.1常用導線與絕緣材料 導線 1導線分類：電線與電纜 細分為裸線，電磁線，絕緣電線電纜和通信電纜四類。 2導線材料 如果說最好的導線材料是超導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材料 我們平時接觸到的導線一般用鋁和銅，鋁在以前常用，它對電的阻抗較小，不易生銹，質軟不易折斷，造價廉價，但鋁制導線只能制作單根硬線，不

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

16、大于 1無機絕緣材料 2有機絕緣材料 3復合絕緣材料cm109 絕緣材料的主要性能及選擇 1抗電強度 2機械強度 3耐熱等級 3.2 制造印刷電路板的材料-覆銅板 定義：覆銅箔層壓板，就是經過粘結、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 覆銅板的技術指標和性能特點焊接材料 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。 世界各國的焊材結構比例，迄今沒有準

17、確的統計數字。日本2005年秋季發行的?世界焊接新聞?英文版，對2004年一些國家和地區的焊材需求量(不是生產量)和使用比例做出了估計 ： 歐洲、北美(美國和加拿大)、日本等興旺國家，在消費的焊材中，焊條比例均已小于20，歐洲和北美的氣保護焊絲使用比例均大于50。 在SMT 組裝中，在組裝完成后發現的缺陷有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的。利用事先設計好的實驗以及嚴格的焊膏工藝測試方法，制定出焊膏評估程序，以最少的實驗來得到更多關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質的、廉價的焊接材料，無論是焊接質量還是焊后的可靠性都能夠

18、到達使用要求；但是，隨著人類環保意識的加強，“鉛及其化合物對人體的危害及對環境的污染，越來越被人類所重視無鉛焊料開展進程 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，遭到美國工業界強烈反對而夭折； 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 1998年10月日本松夏公司第一款批量生產的無鉛電子產品問世； 2003年3月，中國信息產業部擬定?電子信息產品生產污染防治管理方法?，提議自2006年7月1日起投放市場的國家重點監管目錄內的

19、電子信息產品不能含有Pb。 焊接行業對無鉛焊料的要求 ： 無鉛焊料首先要能夠真正滿足環保要求，不能把鉛去除了，又添加了新的有毒或有害的物質；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，無鉛焊料應盡量滿足以下這些要求： 1無鉛焊料的熔點要低，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焊點的抗拉強度、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，是比較理想的價位； 共晶焊：共晶焊又稱低熔點合金焊接。共晶合金的根本特性是：兩種不同的金屬可在遠低于各自的熔點

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，使導熱性能更優秀。 3.3.2 助焊劑 金屬于空氣接觸后，在其外表會生成一層氧化膜。溫度越高，氧化就越嚴重。 助焊劑的作用 對助焊劑的要求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、釋放熱量的一系列裝置的統稱。目前散熱器主要有采暖散熱器、計算機散熱器，其中采散熱器又可根據材質和工作模式分為假設干種，計算機散熱器可根據用途和安裝方法分為假設干種。 眾所周知，高溫是集成電路的大敵。高溫不但會導致系統運行不穩，使用壽命縮短，甚至有可能使某些部件燒毀。導致高溫的熱量不是來自計算機外，而是計算機內部，或者說是集成電路內部。散熱器的作用就是將這些熱量吸收，然后發散到機箱內或者機箱外，保證計算機部件的溫度正常。 散熱器的種類非常多，CPU、顯卡、主板芯片組、硬盤、機箱、電源甚至光驅和內存都會需要散熱器，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散熱和被動散熱。前者常見的是風冷散熱器，而后者常見的就是散熱片。 進一步細分散