PCB材质和SMT技术.doc

pcb的材质材质:目前适用之材质有P.P,CEM-1,CEM-3,FR-4,铜泊厚度分1OZ,2OZ,兹就特性做以下之比较. 等级 结构 P.P 纸质酚醛树脂基板 CEM-1 玻璃布表面+绵纸+环氧树脂 CEM-3 玻璃布表面+不织布+环氧树脂 FR-4 玻璃布+环氧树脂 以上皆需94V0之抗燃等级 FR-4:在温度提升时具有高度之机械应力,具有优良之耐热强度,这些材料在极广之温度范围下均具有优良之尺寸安定性. 以耐龙为主之材料适用电气及高频率范围高湿气的环境下但在高温下,其材质会有所变化,须特别处理且设计时要考虑妥当. 以复合材料之积层板适用于电路板之减去法及加成法,具有高度之机械特性,且冲压性(加工性)极佳,但孔之加工方式不适用冲压加工. CEM-1:以棉纸为夹心,上下表面覆盖玻璃布加具抗燃性之环氧树脂,具有良好之冲床品质,厚度达3/32”之板子冲床温度须23(73.4)以上,厚度超过3/32”至1/8”之板子不得超过65.5(150 CEM-3:以玻璃不织布为夹心,上下表面覆盖玻璃布+环氧树脂,具备之特性与FR-4相近,具有良好之冲床品质,宽度达1/16”之板子冲床温度须23(73.4)厚度1/16”1/8” 不得超过65.5(150 P.P:纸质环氧树脂铜泊积层有介于纸质酚醛树脂基板及玻璃布环氧树脂机板中间之电气特性,耐湿性,耐热性,使用于单面及双面印刷电路板,主要的用途是用于各种电源回路用基板及要求高周波特性之彩色TV,VTR等之调谐器用,以及OA机器等机板. 纸质环氧树脂MCL的特征为使用纸质,加工容易,但又兼有环氧树脂之耐热性及良好的电气特性,而却较玻织布环氧树脂之基板为便宜. 纸质环氧树脂MCL的孔之加工方式可以冲压加工或钻孔加工,一般而言单面板或两面板之非镀通孔多使用冲压加工.而双面板必须通孔电镀者用钻头钻孔加工.在双面板通孔电镀之使用时绩虽久,但在信赖性的比较上仍较玻织布环氧树脂MCL为差SMT技术实用表面黏着技术 -表面黏着材料及制程指南Robert J. Rowland Paul Belangia 着 罗 奇 译知识就是财富 在电子业中,表面黏着技术日益为人们所接受且巿场占有率亦持续增长,在许多产品中均使用到该项技术,根据对表面黏着技术的增长预测,将有越来越多的问题与其物料及制程转变并存,本书将有助于读者(从事SMT装配业者)了解其相关物料及制程问题。 本书主要分为两个基本部分: 前面4章由保罗伯南爵撰写,主要说明表面黏着用的物料零件及设计问题,接下来的8章,由罗伯特撰写,将说明表面黏着的各类制程问题。 SMT入门的首要条件是彻底明了相关术语定义及专有名词,我们在每章的开始均为达成本要旨特别对相关的术语及定义进行详细说明,此举将会令读者更方便地获取所期望的参考。为使读者能更多的吸收每一章的内容,我们建议诸位首先细阅每章开篇的术语说明。 每章的基本问题说明与更高阶者同样重要。在未弄懂SMT的基础知识前,将很难了解进阶的知识。我们均认同未学会走勿偿试跑的古训。我们将提供尽量丰富的信息给读者,使之更多地了解相关的物料(零件)、设备及制程,令读者可各取所需。 希望本书对从事SMT设计及制程工程师、技术员、设计员及管理人员能有所帮助。其主要对象是电工学人士,因为这是我们的专业知识领域,我们曾于工作中接触过本书中的材料及制程。 本书本着两个宗旨完成,首先,让其它从事SMT工作的同行分享我们的知识;第二,提升我们对SMT的认知。我们将尽力达成以上宗旨。一.表面黏着技术介绍术语:A级 (CLASS A) 仅使用穿孔零件的表面黏着装配级别,由1型及2型SMT组成。B级 (CLASS B) 仅使用表面黏着零件的装配等级,它亦可以分为1型及2型SMT。C级 (CLASS C) 混和使用穿孔零件及表面黏着零件的装配等级,亦可以分为1型及2型 SMT。双排封装 (Dual in-line package) 一种双排封装穿孔技术,它由两排伸出的直角脚组成。集体(成)电路 (Integrated Circuit. IC) 一种将多个电阻、晶体管、电容及其它零件集中一个单晶硅上的零件。焊垫 (Land) 供表面黏着脚焊接的金属表面。焊圈 (Pad) SMT板上穿孔及导通孔周围的圈状金属表面。印刷电路板装配 (PCA) PCB 印刷线路板。SMC (Surface Mount Component) 表面黏着零件。SMT (Surface Mount Technology) 表面黏着技术。SPC (Statistical Process Control) 统计制程管制。1型 PCB单面着装零件的表面黏着类型。2型 PCB双面均着装零件的表面黏着类型。1.0 序 本节我们将回顾SMT的发展史及其优缺点,并介绍多种制程类型及分级状况。请注意本书中所有的尺寸及温度均使用公制,且于括号内以英制附注。1.1 什么是表面黏着技术? 表面黏着技术是一种使用表面黏着零件并将其黏置于PCB上的系统或曰制程技术。 表面黏着零件则是接脚(引脚)微小(细)或无脚且可直接焊接于PCB上的焊区(lands)或焊圈(垫)上的零件。 直到80年代中期,表面黏着零件仍只使用于低密度的混合线路,主要是因为缺乏可生产大线路板装配的自动化设备,然而,近年来,随着技术的升级及各种自动生产设备上可把持各种零件的技术相继成功问世,使产品零件数日益增多(密度增加),基材变小,生产能(量)提升。将SMT零件用于这些自动机,则PCA的成本将远低于使用传统穿孔技术,PCB的成本将会实现节省50-75%的减少,以及减少,接脚所产生的电容、电感(感应)影响,使制程更具效率,微量的重整及快捷的生产周期,正如我们之期望。 PCA大约65%的成本取决于零件大小,正如图1.1所示,我们可容易地推算若使用表面黏着技术,设备的投资回收将在二至六个月内快捷地完成!1.2 表面黏着技术的历史 表面黏着技术发源于本世纪50年代,早期不使用穿孔技术而使用扁平包装零件运用于高可靠性的军用产品。60年代,更多的SMT零件涌入市场,复合材料如陶瓷,作为零件已可焊接在基材表面,到了70年代,东方的日本电子业异军突起,因其资源馈乏,必需减低成本。产品的小型化也确实顺应了巿场的需求,最先被广泛使用的是电阻及电容,他们的使用不仅节省了PCB的面积,而且又符合高速贴装的要求,使日本成为早期实现以无脚的圆筒型/长方型零件取代早前需成型、剪切及折弯的业界先驱。70年代后期及80年代早期集体电路已趋成熟且电路日益复杂。这一剧变使零件接脚数急增,大多超过100PIN,使得若使用双排脚封装需承受大的面积(空间)的损失以适应这些怪物。 现在,SMT工业正以跳跃式的方式成长发展。SMT零件几乎使用于所有消费性及商用产品中,品种繁多的SMT零件目前适用于从电源到通讯等等产品,图1.2可证实从80年代到90年代这趋势的成长率,本表是用焊点数作为预测参数来衡量SMT的成长的。1.3 为什么要使用表面黏着技术?1.3.1 表面黏着技术的优点(势): 产品的价格/功能比大幅提升,这就意味着产品重量及尺寸的降低。 SMT通过解决高针数集体电路成本问题,使用替代材料有效地降低产品的重量及尺寸而获得高额利润,在非常小的封装要求情形下SMT将有助于PCB的双面着装,在成本方面SMT具备其独特的有利地位。 利用SMT的自动装着零件可获至很高的生产良率。通过零件密度的增加提升了自动化的质量,而且自动化自然节省了生产的周期时间,使投资回收得到最大限度地实现,通过利用计算机化的设备,制程控制变得容易且简单,更适宜于推行SPC,大多数SMT设备均可实现以低单价获至高产能。 SMT的板子的重整及修理是简单易行的,其使用的标准工具是细尖烙铁或热风枪,均只需小额投资。 SMT零件的库存空间仅为穿孔零件的10%,也即其空间主要为包装之盘带所占。1.3.2 SMT的缺点: SMT也有几个小小的缺点,常用零件巿场对此剧烈的变化反应迟钝,因此并非所有的零件有表面黏着式封装。再者稳定地测试存在一定的困难,因为空间太小,需要细小的弹簧探针,而且用于SMT制程的PCB复杂且对设备的要求是很严的,这就意味着一笔巨大的资金输出,另外一个缺点是公司导入SMT则必须学习大量的新制程知识。1.4 表面黏着装配的分类: (如附图) 表面黏着装配分为2种类型:1型及2型。它们又分别可分为A、B、C三级,分类的依据是不同的零件装着位置,是单面抑或双面以及装配零件的种类是SMT型或穿孔型等等来决定的。B、C级也可单纯分为简单型及复合型,这一分法乃依据IPC-CM-770,“印刷线路板的零件装着”而来。(详见图1.3)1型(TYPE1) 零件仅装着于PCB的某一面.2型(TYPE2) 零件在PCB的两面均有装着.A级(CLASS A) 仅在PCB上装着穿孔型零件.B级(CLASS B) 仅在PCB上装着SMT型零件.C级(CLASS C) PCB上装着有SMT、穿孔型零件(同一PCB) 例如: 2B型装配就是中PCB的两面均装着SMT型零件的形式。1.5 基本制程及流程表 制程的流程方式依不同的SMT类型而不一,表1.4为2B及1B的流程范例: 单面锡膏印刷零件装着锡膏干燥回流焊清洗PCB翻转另一面锡膏印刷零件装着锡膏干燥回流焊清洗测试 *可依据最终清洁之要求作取舍。1型: 简单SMT流程2型: 复合SMT流程表1.4:1B及2B表面黏着装配流程 穿孔零件插件及折脚PCB翻转点胶SMT零件装着烘胶(硬化)翻板波峰焊清洗测试表1.5 2C型装着简要流程 以下是美国业界的几个制程标准组合,他们所公布的标准名称及名细可参照附录A所列: 锡膏印刷 表面黏着零件装置 锡膏干燥(视需要) 回流焊 *清洗 穿孔零件插入及折脚固定 翻板 点胶 SMT零件装着 黏胶干燥 翻板 波峰焊 清洗 测试 Clean清洗,可依据最终清洁要求及所使用的助焊剂作取舍。 表1.6 2C混合型表面黏着装置. 二. 表面黏着用零件及零件封装术语:带角方型扁平封装(怪物)(BQFP) (Bumpered Quad Flat Pack) 一种标准脚距且四周均为欧翼脚型的集体线路封装,通常脚中心距为0.635mm(0.025),也有较小脚距者,如0.508mm(0.020)也较常用。小脚距一般参考精细脚距封装,怪物名称乃所谓该封装之四角塑料伸长以保护零件脚,该类封装脚数由53到240Pins不等。晶体零件(Chip Component) 泛指有2个接点的无脚表面黏着型零件,例如电容和电阻。陶瓷型芯片载器(Ceramic Leaded Chip Carrier. CLCC) 类似无脚陶瓷载器的一种表面黏着型集体电路的封装,使接脚依附于封装壁 以预防因封装或基材的热膨胀引发的问题,接脚数可由16到124Pins不等。 热膨胀系数(Coefficient of Thermal Expansion. CTE) 物体在单位温度变化状况下所致的尺寸微变。圆柱型零件(Cyclindrical Component) 一种被动零件或二极管的封装型式,呈圆柱型,主要有两种规格,MLL34及 MLL41介电质(Dielectric) 一种中性位于两个导体(电极)间的隔离层。双列直插式封装(Dual in-line Package DIP.) 一种用于穿孔装配的双排直角型集体电路封装型式,有标准的脚距及行距,其标准间距为2.54mm(0.100)。精细间距(Fine Pitch) 脚距等于或小于0.635mm(0.025)的表面黏着封装型式。鸥翼型脚(Gull Wing Lead) 一种典型的小轮廓封装的脚的外型,其脚之末端向外弯曲似飞翔中的海鸥。J-型脚(J-Lead) 一种脚弯曲在封装本体之下的封装脚型称谓,通常用于塑料封装体,由侧面看其脚型类似字母J之轮廓。无脚陶瓷芯片载器(LCCC) 一种陶瓷且密封用于军方的集成电路封装方式,其四周以特殊金属处理以与金属体互联。脚距(Lead Pitch) 封装零件上连续两脚之中心距,精细的脚距可令小的封装容下更多的针脚。DIP的脚距是2.54mm(0.100),而PLCC的脚距为1.27mm(0.050)。金属无脚电极(Metal Electrode Leadless Face. MELF) 双端金属化的圆柱型的零件,一般用于电阻、电容及二极体的封装。多层电容芯片(Multilayer Chip Capacitor.MLC) 业界对表面黏着用的陶瓷电容之统称。塑料芯片载器(Plastic Leaded Chip Carrier PLCC) 本体四周为J-型脚的集成电路封装型式,其脚距为1.27mm(0.050),脚数为20到124Pins不等。方形扁平封装(Quad Flat Pack) 泛指四周均有接脚的表面黏着封装,一般指鸥翼脚型封装。方形零件(Rectangular Component) 泛指四方形且有2个接点的无脚表面黏着零件(被动形),例如:电阻、电容亦称为芯片零件。超小轮廓封装(Shrink Small Outline Package. SSOP) 一种类似SOIC的30脚IC的表面黏着形封装,本体宽约为5.28mm(0.208),其脚距为0.63mm(0.025)。小轮廓集体电路(Small Outline Integrated Circuit.SOIC) 一种有两排平行鸥翼1628脚的表面黏着型集体电路,脚距为1.27mm(0.050),其本体宽度大致为3.81mm(0.150)。小轮廓J型脚封装(Small Outline J-leaded. SOJ) 脚距为1.27mm(0.050),有两排平行的14到40脚的一种表面黏着型集体电路封装。大轮廓集体电路(Small Outline Large Integrated Circuit. SOLIC) 一种脚距为1.27mm(0.05),有两排平行脚的1628Pin的鸥翼型表面黏着型集体线路封装,其本体宽度为7.63mm(0.300)。小轮廓晶体管(Small Outline Intograted Transistor. SOT) 一种两脚在本体一侧,另一脚在另一侧的鸥翼型表面黏着零件。带式包装(TAPEPAK) 一种适用于集体电路卷状封装的方式,其零件储存于成型的凹槽内。端子(Termination) 被动零件的端点金属面或端点的金属壳。超薄小轮廓封装(Thin Small Outline Package.TSOP) 一种类似2048Pin鸥翼脚的SOT的集体电路封装方式,含脚在内,其宽为6mm到12mm(0.236到0.472),脚长为0.5mm(0.0197)仅为SOT厚度的1/2。一种是从封装之窄边伸出接脚,一种是脚从封装的宽边引出。2.0 绪论 表面黏着技术业在过去十年内获得了惊人的成长,要维持既有标准(造成把握变化成为困难)存在很大的困难。直接引用诸如EIA、IPC、JEDEC及EIAJ(如附录A)是一种途径。遗憾的是没有一个标准可涵盖所有零组件,并且并非标准均被依从,例如,日本的供货商,经常自行设计,并与任何标准均不吻合,此现象在大于20Pin的集成电路上表现尤为突出。在此特忠告大家采用标准的尺寸,特别是焊垫的设计,请慎重,并依据相关的标准。 本节将介绍常用零件系列及其焊垫以及包装(封装),若需更多信息,请参考IPC-SM-782,表面黏着焊垫。2.1 芯片零件(Chip Components) 芯片零件包装诸如电阻、电容以及电感。它们是最小的表面黏着封装。它们较其它零件更广泛应用于美国的汽车业和日本的消费(家电)业。其数码标示为前两码为长度(08=0.080),第三、四节为宽度(05 = 0.050)2.1.1 芯片电阻(Chip Resistors) 一般表面黏着型芯片电阻有三种规格: 0805,1206和1210。但自从日本领先制出0603及0402并用于高密度领域便破坏了这一约定。详见表2.1的尺寸对照。 芯片电阻一般为铝质制成,其阻抗是附在基材的线圈或阻抗物质之碎末提供,然后将其截至需要长度即可。其接点之金属一般为银箔、镍或锡以及其它特殊要求金属。其接点通常在三个面上:上面、侧面或端面。 请参阅图表2.2芯片电阻剖面图。 芯片电阻值的标示远较未标示者更具成本效益。在标示为必需时,一种三码的标示系统应运而生,图表2.3是一个电阻标准的标注范例。 在料卷上通常有供货商依据客户的需求或相应标准而设置的详细标示。 在放置卷状电阻于黏着设备前,必须进行阻值的标示检查,此举减少了单个检查零件标示的动作及成本,当然,一些公司由于重工或服务的需求,便在零件上增加了标示。 0805和0603的表面黏着芯片电阻可加工到0.3mm那样薄,以使其可置放于PGA连接座中心般须节省空间的地方。 表2.1是零件的尺寸,图2.4是芯片电阻之相应焊垫形状,而表2.2是焊垫的尺寸状况。 图2.3电阻标准标示(Courtecy of Rohm co.LTD 表2.1芯片电阻零件尺寸 - 公(英 表2.4芯片电阻焊垫. 表2.2芯片电阻焊垫尺寸 - 公(英2.1.2 芯片电容 芯片电容除了其接点有上、下、左、右及端面共5面外,其余部份类似芯片电阻。芯片电容接点的金属组成亦似芯片电阻,如图2.5之剖面图。 芯片电容可以电介质不同而分成三类: 分别为Z5U、X7R、NPO或COG型。考虑到大多数电容用于线路滤波,故X7R及Z5U型因其成本低廉被大量使用。而NPO型因其可耐受大范围的温度、频率及电压变化,故其成本较高。 表面黏着型电容,也称为多层芯片电容(MLCS),是一种十分复杂的结构。典型MLC一般有10到15层,一般有干、湿两种制程,干制程为最近几年发展起来的,在此制程中,一层层0.025mm(0.001)厚的绿色陶瓷垒置以作电量贮存用。在设计参数未达成一致之前,芯片电容的形状也不稳定,在每层的另一面是纲状电极,经过定长裁切及烘烤即成为单个的零件,其接点通常由钯、镍及锡组成。 图2.6是芯片电容的干制程流程图。 湿制程与干制程的区别在于其电容层是利用湿的绿色陶瓷。这种材料适宜于令电容层更薄的要求,0603的出现就是湿制程的必然结果。 表2.2芯片电阻焊垫尺寸 - 公制(英制)如图: 图2.5芯片电容剖(截)面图 (KEMET电子公司) 表2.3是零件尺寸图; 图2.7、表2.4是表面黏着芯片电容之焊垫图及尺寸。2.1.3 模制电容/电感 模制电容与陶瓷电容之区别在于其一般有极性,而且值也较陶瓷电容大,它的介电质是钽。钽电容的容值从0.1uF到100uF不等,耐压从4-50伏特(直流),一般从外壳看分为: A、B、C及D四种,参见表2.5的零件尺寸。 由于其极性关系,故它一定不可在极性相反状况下工作,否则,它们有爆炸(裂)的可能,故在将此类电容装置于装着机上时,必须要确认其极性的正确性。图2.8是模制钽电容的截面图。 依其不同的接点附着技术可分为几种制程。一些有一个焊点,而其余则是在本体下有两条弯脚,其中有些接点技术较为可靠,而以焊点作为接点的方式正宜于在PCB上进行黏着。 图2.9及表2.6分别是模制电容的焊垫图及相应尺寸。 图2.6芯片电容干制程LAVX公司提供)。 模制电容目前有几个供货商,TDK是表面黏着型电感的龙头,他们有独一无二的无卷曲电感。这是利用氧化铁层与导电的银箔交垒的精湛境界,而大多数电感会因氧化铁卷曲致伤。2.1.4 圆柱型零件(Cylindrical Components MELFS) 圆柱零件就是所谓的MELFS,有金属无脚接点的表面黏着零件。这一封装方式可用于制造二极管、电阻或陶瓷/钽质电容,但其最广泛地应用于电阻的制造。其外观类似有脚的电阻,但却无接脚及外涂层(如色环),一般有两种型号,分别为MLL34和MLL41,由于是圆柱形的,故而易滚动移位而致附着不易,也正因为此原因,导致圆柱型零件正逐渐减少。 表2.7是MELF的尺寸,图2.10是MELF的焊垫图,而2.8是焊垫的尺寸。 表2.6模制电容之焊垫尺寸 - 公(英)制 表2.7MELF零件尺寸 - 公(英)制 图2.10MELF焊垫图 表2.8MELF焊垫尺寸 - 公(英)制 表2.9模制电容之焊垫2.2 主动零件 - 塑料 表面黏着零件的使用适宜于随身听及薄型驱动器等,需有效利用空间的产品的制造。 表2.11是传统(有脚)零件与SMT型零件的尺寸比较。.2.1 小轮廓晶体管(Small Outline Transistor.SOT) 小外形(轮廓)晶体管有三种表面黏着型封装方式,分别是SOT23,SOT89及SOT143。其中SOT23和SOT89有三个点接点,而SOT143则是4个接点,二极管也可以此类方式进行封装。 在三种封装方式中,又以SOT23最为广泛,这种封装又可分为三种外形尺寸: 高轮廓、中型及低轮廓。(详见图2.12) 当然,低轮廓封装与中、高轮廓封装不可随意替代,因为需作点胶黏着导通,且一般高轮廓者适用于需充分清洗的场合。 表2.9是零件的尺寸,图2.13及表2.10分别是焊垫形状及其尺寸状况。 图2.11 SMT零件尺寸比较。 图2.12 SOT封装型比较。 表2.9 SOT23尺寸表 - 公(英) 图2.13 SOT23焊垫图。 SOT零件尺寸详见如表2.11; 图2.14及表2.12分别为焊垫图及尺寸状况。 SOT143除其为4个接脚(点)外,类似SOT23。它们正日益被广泛应用于无线电领域,当然,清洗制程对这些封装也不存在任何问题。 表2.13是SOT143的尺寸表 图2.15及表2.14分别是SOT143之焊垫及尺寸 表2.10 SOT之焊垫尺寸 - 公(英)制。 表2.11 SOT89之零件尺寸 - 公(英)制。 表2.14 SOT89之焊垫。 DPAK是SOT封装之高功率型。它可实现等同于TO-252的效果。 表2.15是SOT143的尺寸,图2.16及表2.16是SOT143的焊垫形状及尺寸。2.2.2 鸥翼型小轮轮廓封装(Small Outline Package With Gull Wing Leads) 鸥翼型小轮廓封装之外形类似Dual in-line package,而尺寸却只有DIP封装的一半左右。 其本体宽度不是7.62mm(0.300)而是3.81mm(0.150),其脚距亦非2.54mm(0.100)而为1.27mm(0.050),这就是小轮廓大规模集体电路之封装(SOLIC)。 两边有脚SOT封装较常用的多为低于20脚者,而超过20脚的四面型封装则用于有相应导通要求的场合。 此小轮廓封装一般有两种主要本体尺寸,分别是3.81mm(0.150)及7.62mm(0.300)。尺寸为3.81mm(0.150)者称为SOIC,而尺寸为7.62mm(0.300)者称SOLIC,L代表大规模的意思,两种封装均可于巿场卖到16及14Pin的零件。 表2.17是零件的尺寸。 图2.17及表2.18分别为其焊垫的图形及尺寸。2.2.3 J型脚的小轮廓封装(Small Outline Package With J Leads) SOJ是典型用于DRAM的封装型式。SOJ在用J型脚代替鸥翼型这点上类似PLCC的封装(见图2.2.4),稍有不同之处就是SOJ只有两侧有接脚而PLCC则为四侧有接脚。大多数日本的生产厂商均有此型的多种规格品。其本体宽度可为7.62mm(0.300),8.9mm(0.350)及10.16mm(0.400)。最安全的原则是依据PCB厂商依焊垫状况提供的建议进行仔细权衡选择所需零件。 表2.19是零件之尺寸,图2.18及表2.20分别是其焊垫形状及尺寸状况。 表2.19 SOJ零件尺寸 - 公(英)制。 图2.18 SOJ焊垫形状。2.2.4 塑料芯片载器(Plastic Leaded Chip Carrier,PLCC) 塑料芯片载器是应消费者之低成本要求从陶瓷式载器发展而来的,其接脚为J型,脚距为1.27(0.050),除了18Pin外,其封装均是本体四侧均有接脚,且同是四方形。 PLCC之第一Pin标示系统有别于SOIC的某侧中点为第一Pin的方式,集体电路(芯片)的制造者通常是在塑料体上作一个明显的标示符号,而有的制造者则习惯于在本体的某个角倒一斜边以作第一Pin的位置,应向制造商请教其标示方式。 表2.20 SOJ焊垫尺寸 - 公(英)制。 表2.21 PLCC零件尺寸 - 公(英)制。 较大的PLCC零件(超过68接脚)应保持干燥包装并于装着前进行必要的烘烤。在IPC-DM-786“测试及搬运对表面黏着型封装的受潮影响”中可详知有关细节及潮气之去除(烘烤)方式。 表2.21是零件尺寸,图2.19及表2.22分别是焊垫形状及尺寸。 图2.19 PLCC之焊垫。 表2.22 PLCC之焊垫尺寸 - 公(英)制。 备注: 定位尺寸A1D1是PLCC零件旋转90的状况。2.2.5 精细脚距封装(Fine-Pitch Package QFP,BQFP,TSOP,SSOP Tapepak) 扁平方形封装是为适应80年代后期PLCC封装IC脚距被逼向极限而发展出来的。目前,通用的脚距尺寸是0.63mm(0.025),脚距为0.508mm(0.020)已有介绍,同时,低于0.508mm(0.020)正在研制中,大型的扁平方形封装在JEDEC之相关资料中有介绍。JEDEC(Joint Eleetrouic Devices Engineering Council)就是“电气连接工程联合会”之相关管制标准,巨型封装适于盛放入成型的塑料管中,在美国的标准封装型号有52、68、84、100、132及196Pins。 表2.23 BOFP(JEDEC)零件尺寸 - 公(英)制 表2.23是BOFP零件的尺寸,图2.20及表2.24分别为其焊垫及形状尺寸。 日本的标准QFP是无保护触角的,该标准由日本电子工业协会制订(EIAJ)。可利用之脚距为1mm到0.5mm(0.0394到0.0197)不等。封装规格由44脚到304脚。 图2.20 BQFP(JEDEC)焊垫。 表2.24 BQFP(JEDEC)焊垫尺寸 - 公(英)制。 注: 所有BQFP零件之脚距均为0.635mm(0.025) PCB设计时最关注的脚距。JEDEC用英制,而EIAJ则使用公制。例如在JEDEC标准中脚距是0.025,但与其对应的EIAJ的脚距却是0.0256(0.65mm),再如: JEDEC之0.020脚距,在EIAJ中与之对应者却为0.0197(0.5mm)。故而一个JEDEC标准零件不可随意置于为EIAJ标准零件而设计的焊垫上。 表2.25 方形QFP(EIAJ)零件尺寸 - 公(英)制。 注: A尺寸包含塑料本体尺寸。 B尺寸则为脚到脚尺寸。 图2.21 QFP焊垫形状。 表2.26QFP(EIAJ)焊垫尺寸 - 公(英)制。 表2.25是QFP零件尺寸,图2.21及表2.26分别是其焊垫之形状及尺寸。 由于接脚多且多为鸥翼型故易使接脚受到损伤,故在制程中特别注意不可碰触零件,并且该型零件仅可用于有视觉检查系统的装着设备,而且用于包装的塑料型管只可接触零件的防护触角而不可碰触零件脚。有少数供货商亦用卷带进行QFP零件的包装。 超薄小轮廓封装最近刚刚问世,以适应之前巿场需求一种可象SOIC一样易于装着,但本体却更薄的封装型式需求,在TSOP零件中使用20到48支鸥翼型脚,典型的脚距是0.5mm(0.0197),其焊垫(footprint)尺寸包含接脚在内,通常有两种接脚形状,一种是接脚由封装窄边伸出的I型,另一种则是接脚由封装宽边伸出的型。TSOP零件的标准包装是塑料成型管。 表2.27表2.28分别为I、型TSOP零件尺寸。 表2.27 TSOP I型零件尺寸 - 公(英)制。 表2.28 TSOP 型零件尺寸 - 公(英)制。 小轮廓封装还可进一步分为SSOP零件,SSOP零件是一种脚距为0.65mm(0.0256)的8到30Pin鸥翼脚型封装。 图2.22 TSOP I型焊垫形状。 图2.23 TSOP 型焊垫形状。 表2.29 TSOP I型、型零件焊垫尺寸 - 公(英)制。 注: 所有脚距均为0.5mm(0.0197)。 这些零件用于可靠度求较高的记忆卡及要求零件外形特别小的场合。 表2.31是零件的尺寸。图2.24及表2.32分别为其焊点图形及尺寸。 卷带式包装是特别适于SMT的一种包装形式。 表2.30 TSOP 型零件焊垫尺寸 - 公(英)制。 表2.31 SSOP零件尺寸 - 公(英)制。 注: 所有型号之高度均为1.84mm(0.0722),为保证零件脚平整,在使用前零件应保存于胶带的凹槽中。 此包装方式亦适宜于自动测试,此类零件脚由120到304Pin不等,其脚距范围从0.63mm到0.398mm(0.025到0.0157),它们盛装于成型的塑料管中提供给客户于在线使用,以方便在线接脚成型机的使用,此种封装仅可使用于超精细脚距且密度的集体电路的封装。 表2.32 SSOP焊垫尺寸 -公(英)制.2.3 主动零件 - 陶瓷 (ACTIVE COMPONENTS - CERAMIC) 陶瓷芯片载器已有超过15年的历史,其最初用于军界,而目前在商用机器中亦广泛地使用表面黏着型的无引脚陶瓷芯片载器(LCCC)及成型陶瓷芯片载器(CLCC),该无引脚的芯片载器,有时也叫LCLS,它有可焊接的接点,其外型可分为16脚到44脚,目前之引脚极限是叫接脚,它们用于高温环境及军界所要求的环境,该类零件一般是装在成型塑料管中远送,这些封装方式提供良好的密封性及良好的电气性能(从本体到各导体路经长短几乎一致。随着封装型号尺寸的增长,焊点出现裂缝问题,因为热膨胀系数不一样会导致本封装零件不能装着在环氧基树脂为基材的PCB上。 成型陶瓷芯片载器(CLCC)是无引脚型零件。2.4 复合零件(Miscellaneous Components)2.4.1 双列直插式封装开关 表面黏着型封装的开关的改良(发展)没有成型零件之改良程度大,在实际使用中,开关的接脚隐蔽于本体下,且包装带边缘超出其本体以保护其黏着面平整达宜于装着作业,其脚距一般为2.54mm(0.100),但也可加工成脚距为1.27mm(0.050),图2.25是一个表面黏着型封装的双排针开关封装样品。 若制程要求对开关进行浸泡清理,则须确认开关是密封的。 表2.33是零件尺寸,图2.26及表2.34分别为其焊垫图形及尺寸。 表2.33 DIP开关尺寸 - 公(英)制。2.4.2 塑料成型芯片载器座 最初的PLCC插座是成型,用于大板子(PCB)上的PLCC零件,这种插座改善了零件的重工(整)性能,因为在重工过程中需整个取下零件,而这类插座有足够大的空间可供在非破坏状况下进行重工。 图2.26 DIP开关焊垫图。 当然,插座焊垫与插座中PLCC零件的形状是一样的,当产品成熟到不需插座时,这种方式可实现在不久的将来直接将PLCC焊接在PCB上,此类插座的接脚数类同于PLCC零件。图2.27是PLCC式插座图。 PLCC插座的焊垫形状与插入件的焊垫一样,所以在取消插座时无需对PCB焊垫进行重新设计。 表2.34 DIP开关焊垫尺寸 - 公(英)制。 图2.27表面黏着型PLCC插座样品。2.4.3 结晶体型零件 是另一种为因应客户需求而产生的表面黏着型封装,制造者只是将成型零件变成表面黏着型而已,建议详情向制造商询问,因为业界并无统一标准供依循。2.5 零件包装(Component Packaging) 所有零件必需包装于成型的对象中,以利运输及搬运,一般使用泡沫塑料,成型塑料管及塑料卷带及成型塑料盘或特制的其它包装方式。大多数表面黏着零件一般均选用卷带式这种优质的包装方式,而QFP零件在美国一般釆用成型塑料盘包装。日本也开始利用卷带式包装QFP零件,而一些特殊的零件如D-sub连接器,表面黏着型开关等则是用成型管进行包装,困其是用人工装着的,无论什么包装方式其在运输及搬运过程对零件的保护是至关重要的,并且其包装方式应与制程设备兼容。(匹配)2.5.1 成型包装管(Tubes) 成型包装管适用于包装: SOIC、PLCC等零件,方形及圆形及SOT等一般不以该方式包装。 成型管有利于抗静电及导电,但需注意的是,重复使用的成形管将不再具抗静电作用。 依据零件状况设计成型管形状至关重要,不当的管子非但不能保护零件,反而会损伤零件,特别是其接脚。优点: 当零件体积较小时,选择成型管是一条低成本之道,当零件体积低于某特定值时,供货商经常用成型管代替卷带方式,。顾虑: 使用成型管盛装零件存在一个较大的问题就是: 对于非对称零件,则有将管子放置颠倒的优虑,并且作业者也无法一次取出超过一个的零件,因为将零件倾倒的盘内或桌面均是不允许的。2.5.2 卷带方式包装 该包装方式由三部份材料组成: 盛装带、密封带及带盘。盛装带由三种材料制造: 低塑料及金属,纸质仅用于电阻,成型塑料带可用于电容,SOT零件以及集体电路的封装件,而成型的金属带正逐渐为成型塑料带所取带。盛装带一般由带孔的纸带或有成型凹坑的金属带及塑料带组成,送料用的孔通常在带的一侧或两侧都有,这些孔与送料器上的马达匹配,所有的塑料带一般是抗静电及可导电的。密封带一般亦是抗静电及可导电,用在盛装带上,纸带亦同样需要密封带。 盛装带有7种宽度供选择使用,分别为8mm、12mm、16mm、24mm、32mm、44mm及56mm。成型凹槽间的中心距也是非常重要的,它随带子之宽度而变化,另外将密封带由盛装带上剥除的力大小亦非常重要,如果此力太小,则零件就有可能在使用前就散落,而如果此力需太大,则使用中送料器就很难在制程中使零件暴露出来。 8mm及12mm宽的带子有7英寸及13英寸的盘子供选择; 16mm及更宽的带子只能用13英寸的盘子。 图2.28 卷带装SMT零件样品(KEMET公司提供)。优点: 卷带式包装是一种用于装着设备的最有效方式,其送料器在可靠性上亦较成型管式为佳。EIA481作为卷带包装的标准,已为业界普遍接受。顾虑: 第一个顾虑是用纸质做大的盘子,也就是说44mm及56mm的大盘,用纸质做其硬度不如塑料盘,另一顾虑是密封带与盛装带的剥离强度,这一直是困扰所在,因为供货商尚不能做到一直令剥离力符合标准。2.5.3 成型盘(MATRIX TRAYS) 成型盘式包装是因应扁平封装零件的取置而发展出来的包装方式,它们使得取置时不致碰伤脆弱的零件脚。一般由两种塑料成型而成,一种能盛放零件经历烘干制程。(详见IPC-SM-786,Testing and handing of surface mount plastic packages susceptible to moisture-induced cracking)它由高温塑料制成而另一些由低温塑料制成的盘子则不能用于烘干制程。成型盘的标准详见95年出版的JEDEC。优点: 在美国大多数供货商均以成型盘盛装BQFP零件。一般均以本体为支撑要优于以零件脚支撑触角,扁平封装零件可很好地于成型盘中盛放及搬运、使用。成型盘可能会比较贵,故应考虑设定流程以发挥其重复再利用的优点,目前日本的QFP零件已是卷带式。顾虑: 成本因素是使用成型盘的考虑重点,因为此包装较卷带方式为贵。 目前有许多美国制造者也因此(成本)工效仿日本朝卷带方式发展。REFERENCES:1.Coombs , clyde. printed circuit handbook .New York : Mcgraw Hill,2nd ed, 1979,PP.2-18,23-5.2.EIA-RS-481.Surface Mount Tape and Reel PackagingIPC,lincolnwood ,IL.3.IPC-SM-782.Surface Mount Land Patterns: Configurations and Design Rules.IPC Lincolnwood, IL ,March 1987.4.IPC-SM 786. Testing and Handing of Surface Mount Plastic Packages Susceptible to Moisture Induced Cracking. IPC Lincolnwood, IL.5.Prasad , Ray. Surface mount Technology . New York: Van Nostrand Reinhold 1989.三.表面黏着印刷线路板术语:排布(ARRAY): 同一基板上超过1块印刷板,在装配完毕后可经折散成为单片。长宽比(ASPECT RATIO) PCB厚度与其上最小孔径的比值。原孔(BOMEL) 在电镀通孔上加工钻出圆标孔。零件孔(COMPONENT HOLE) 在印刷线路上用于零件附着,电气连接的孔。共面度(COPLANARITY) 静态平面的最高点与最低点间的距离。业界标准为0.1mm(0.004分层剥离(DELAMINATION) PCB任何一层或层间分离(剥离),或导电金属箔与基板间的剥离称之。干膜(DRY-FILM) 一种经特殊设计,用于PCB制造的拍照显影及化学制造零件的涂覆材料,可阻止电镀及腐蚀制造的影响。伸展性(DUCTILITY) 电镀铜箔在撕裂前的延长伸展程度。非电解电镀(ELECTROLESS PLATING) 一种利用自动催化的电极金属沉积于待镀表面的电镀技术。电镀(ELECTROPLATING) 在一导体上以电泳方式沉积覆盖一层金属,将待镀物接在直流电的一极上并置于电解液中,欲沉积的金属亦浸入其中并接于直流电源的另一极上,这样金属离子就可以在电极间传输。树脂污染(EPOXY SMEAR) 指在钻孔时在导电垫表面或边缘有树脂残留,也叫松香残留。玻化温度(Glass Transition Femperature Tg) 塑料由硬化状态变为软柔状的温度。热风平整技术(Hot Air Leveling) HAL 一种利用热风直接作用于PCB,以平整其着锡层的技术。离子污染测试样品(板) (IONIC Contamination TEST Coupon) 一小块截自已经装配清洗制程的PCB切片用以测试经清洗后板上盐份的残留状况。箔材(Laminate) 一种制PCB的标示或字母符号(例如: 料号、零件位置或形状)。刻字、标示(Legend) PCB上的标示或字母符号(例如: 料号、零件位置或形状)。显像 Solder Mask液(Liquid Photoimageable Solder Mask LPISM) 一种可用于特制设备的Solser Mask液体。经过显影矫正处理,可将阻焊层宽度控制在0.076mm(0.003)以内,故而其可应用于间距为0.508mm(0.020)的集体电路。遮蔽层(Mask) 一种用以选择蚀刻、电镀或阻焊的涂层材料。切片(Microsectioning) 用特殊材料制程用以做显微试验观察的样品,通常作法是先切片,置入胶状透明液中干燥(硬化)、磨光、腐蚀上色