第 3 章 表面组装印制版的设计与制造

1. 第3章 表面组装印制版的设计与制造

2. 本章要点： • 1、SMB的特点 • 2、SMB的基板材料 • 3、SMB的设计方法 • 4、印制电路板的制造

3. 印制电路板 将铜箔粘压在绝缘基板上，并用印制、蚀刻、钻孔等手段制造出导体图形和元器件安装孔，构成电气互连，并保证电子产品的电气、热和机械性能的可靠性，称为印制电路板（Printed Circuit Board）,简称印制板或PCB。 SMB：将用于SMT的PCB称为SMB（Surface Mount Printed Circuit Board ）

4. 3.1 SMT印制电路板的特点与材料 一、SMT印制电路板的特点 对SMB来说，无论是基材的选用，还是图形的设计与制造，都比传统PCB有更高的要求，其主要特点是： 1、高密度 2、小孔径 3、热膨胀系数（CTE）低 4、耐高温性能好 5、平整度高

5. 基板材料 1、分类 有机类基板材料和无机类基板材料 （1）有机类基板材料 是指用增强材料如玻璃纤维布（纤维纸、玻璃毡等），浸以树脂粘合剂，通过烘干成坯料，然后覆上铜箔，经高温高压而制成。这类基板称为覆铜箔层压板（CCL），俗称覆铜板，是制造PCB的主要材料。 按所用增强材料品种分：纸基、玻璃纤维布基、复合基和金属基 按所用的树脂粘合剂分：酚醛树脂（PE）、环氧树脂（EP）、聚酰亚胺树脂（PI），聚四氟乙烯树脂（TF）、聚苯醚树脂（PPO）等 按基材的刚柔性分：刚性CCL和挠性CCL （2）无机类基板 主要是陶瓷板和瓷釉包覆钢基板

6. 陶瓷基板材料 （1）陶瓷基板材料 通常是用纯度为96%左右的氧化铝或氧化铍烧结而成的。其中用氧化铍制作的基板具有更高的导热性能和优良的电气绝缘性能，特种场合下采用高纯度的（99%）原材料可以制造出性能理更好的基板。 （2）应用 主要用于厚/薄膜混合集成电路、多芯片微组装电路（MCM）中。

7. 环氧玻璃纤维基板 纸基环氧树脂板

8. 表面组装印制板的设计 SMT产品的质量保证，除生产管理、生产设备、生产工艺之外，SMB的设计也是一个十分重要的问题。在设计表面组装印制电路板之前，应按下图充分考虑。

9. 表面组装印制板设计的基本原则 1.元器件布局 布局是按照电原理图的要求和元器件的外形尺寸，将元器件均匀整齐地布置在PCB上，并能满足整机的机械和电气性能要求。布局合理与否不仅影响PCB组装件和整机的性能和可靠性，而且也影响PCB及其组装件加工和维修的难易度，所以布局时尽量做到以下几点： ①元器件分布均匀、排在同一电路单元的元器件应相对集中排列，以便于调试和维修； ②有相互连线的元器件应相对靠近排列，以利于提高布线密度和保证走线距离最短； ③对热敏感的元器件，布置时应远离发热量大的元器件； ④相互可能有电磁干扰的元器件，应采取屏蔽或隔离措施。

10. 布线规则 布线是按照电原理图和导线表以及需要的导线宽度与间距布设印制导线，布线一般应遵守如下规则： （1）在满足使用要求的前提下，选择布线方式的顺序为单层→双层→多层，即布线可简时不繁。 （2） 两个连接盘之间的导线布设尽量短，敏感的信号、小信号先走，以减少小信号的延迟与干扰。 模拟电路的输入线旁应布设接地线屏蔽；同一层导线的布设应分布均匀；各导线上的导电面积要相对均衡，以防板子翘曲。 （3）信号线改变方向应走斜线或圆滑过渡,而且曲率半径大一些好，避免电场集中、信号反射和产生额外的阻抗。

11. （4）数字电路与模拟电路在布线上应分隔开，以免互相干扰，如在同一层则应将两种电路的地线系统和电源系统的导线分开布设，不同频率的信号线中间应布设接地线隔开，避免发生串扰。（4）数字电路与模拟电路在布线上应分隔开，以免互相干扰，如在同一层则应将两种电路的地线系统和电源系统的导线分开布设，不同频率的信号线中间应布设接地线隔开，避免发生串扰。 （5）电路元件接地、接电源时走线要尽量短、尽量近，以减少内阻。 （6）上下层走线应互相垂直，以减少耦合，切忌上下层走线对齐或平行。 （7）高速电路的多根I／O线以及差分放大器、平衡放大器等电路的I／O线长度应相等,以避免产生不必要的延迟或相移。 （8）焊盘与较大面积导电区相连接时，应采用长度不小于0.5mm的细导线进行热隔离，细导线宽度不小于0.13mm。

12. （9）最靠近板的边缘的导线，距离印制板边缘的距离应大于5mm，需要时接地线可以靠近板的边缘。如果印制板加工过程中要插入导轨，则导线距板的边缘至少要大于导轨槽深的距离。 （10）双面板上的公共电源线和接地线，尽量布设在靠近板的边缘，并且分布在板的两面，其图形配置要使电源线和地线之间为低的阻抗。多层板可在内层设置电源层和地线层，通过金属化孔与各层的电源线和接地线连接，内层大面积的导线和电源线、地线应设计成网状，可提高多层板层间结合力。 （11）为了测试的方便，设计上应设定必要的断点和测试点。

13. SMB设计的具体要求 整体设计 一、PCB幅面 PCB的外形一般为长宽不太大的长方形。主要考虑焊接工艺过程中的热变形以及结构强度，如抗张、抗弯、机械脆性、热膨胀等因素，SMB厚度、最大宽度与最大长宽之间的关系如下：

14. 电路块的划分 1、按照电路各部分的功能划分。 2、模拟和数字电路分开。 3、高频和中、低频电路分开，高频部分屏蔽。 4、大功率电路和其他电路隔开。 5、易产生噪声的电路和某些电路隔开。

15. 电路板的尺寸与拼板工艺 1、要根据整机的总体结构来确定单块电路板的尺寸。 2、为了更适合于自动化生产往往将多块板组合成一块板，有意识地将若干个相同单元印制板进行有规则的拼合，把它们拼合成长方形或正方形，拼合的电路板俗称“邮票板”： （1）邮票板可以由多块同样的电路板组成或由多块不同的电路组成。 （2）根据表面组装设备的情况决定邮票板的最大外形尺寸。 （3）邮票板的工艺孔可设计成一个圆形和一个槽形孔，槽形孔的宽方向尺寸和圆形孔的直径相等，而长方向的尺寸则比宽方向的尺寸至少大0.5mm （4）邮票板上各电路板间的连接筋起机械支撑作用。因此它即要有一定的强度，又要易于折断以便把电路板分开

16. 电气可靠性设计 （1）所有的电气节点都应提供测试点 （2）每一块IC都应有电源和地的测试点 （3）不能将IC控制线直接连接到电源、地或公用电阻上 （4）对带有边界扫描器件的VLSI和ASIC器件，应增设为实现边界扫描功能的辅助测试点，如时钟、模式、数据串行I/O端、复位端，以达到能测试器件本身的内部逻辑功能的要求。

17. 元器件布局的设计 一、供热均匀原则 对于吸热大的器件和FQFP器件，在整板布局时要考虑到焊接时的热均衡，不要把吸热多的器件集中放在一处，造成局部供热不足而另一处过热的现象。

18. 焊盘与导线连接的设计 一、SMC的焊盘与线路连接

19. PCB可焊性设计 PCB蚀刻及清洁后必须在表面进行涂覆保护，包括在非焊接区内涂覆阻膜和在焊盘表面加涂覆层以防止焊盘氧化两道工序。 一、阻焊膜 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。 （1）防止波峰焊时产生桥连现象，提高焊接质量和节约焊料 （2）防止在再流焊时焊盘上的焊锡迁移至金属布线上，造成焊接缺陷 （3）以阻焊膜盖住通孔，在波峰焊时焊剂不会由通孔冲到电路板的元件面上 （4）它是印制板的永久性保护层，能起到防潮、防腐蚀、防霉和防机械擦伤等作用。

20. 印制电路板的制造 单面印制板的制造 典型制造工艺流程： 1.单面覆铜板 2.下料（刷洗、干燥） 3.钻孔或冲孔 4.网印线路抗蚀刻图形或使用干膜 5.固化、检查修板 6.蚀刻铜 7.去蚀印料、干燥 8.刷洗、干燥 9.网印阻焊图形 10.网印字符标记图形 11.冲孔及外形加工

21. 12.电气开、短路测试 13.刷洗、干燥 14.预涂助焊防氧化剂 15.检验包装 16.成品出厂

22. 双面印制板的制造 1.双面覆铜板 2.下料 3.叠板 4.数控钻导通孔 5.检验、去毛刺刷洗 6.化学镀（导通孔金属化） 7.全板电镀薄 8.检验刷洗 9.网印负性电路图形、固化（干膜或湿膜、曝光、显影） 10.检验、修板 11.线路图形电镀

23. 12.电镀锡（抗蚀镍/金） 13.去印料（感光膜） 14.蚀刻铜 15.清洁刷洗 16.用热固化绿油网印阻焊图形 17.清洗、干燥 18.网印标记字符图形、固化 19.外形加工 20.清洗、干燥 21电气通断检测 22.检验包装 23.成品出厂

24. 本章结束