微电子制造综合设计课程设计模板

微电子制造综合设计课程设计资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。桂林电子科技大学微电子制造综合设计设计报告指导老师:吴兆华学生:学号:桂林电子科技大学机电工程学院《微电子制造综合设计》设计报告目录TOC\o"1-2"\h\z\u一、设计内容与要求 -2-二、设计的目的意义 -3-三、PCB设计 -3-1.PCB概述 -3-2.PCB设计 -5-3.PCB设计的主要流程 -7-4.PCB设计的基本原则要求 -9-四、焊盘设计 -11-五、模板设计 -15-1、模板材料的选择 -15-2、模板的外形尺寸与标识 -15-3、模板厚度的设计 -16-5、模板制造技术 -19-6、模板定位 -20-六、工艺分析与设计 -21-1.SMT简介 -21-2.SMT的生产工艺流程 -23-(1)生产前准备 -23-(2)转机时要求 -24-(3)点胶 -24-(4)印刷 -24-(5)贴装 -26-(6)固化、回流焊 -27-七、工艺实践方法与步骤 -31-1、实践内容与要求 -32-2、实践步骤 -32-九、参考文献 -35-《微电子制造综合设计》设计报告一、设计内容与要求按照给定的元器件,选择合适的工艺、设备对PCB进行设计。完成PCB的材料、厚度、尺寸的选择,完成PCB制造工艺的选择,完成SMC/SMD布局和连线设计,绘制相应的图纸,分析PCB的典型工艺,选取确定典型工艺参数并进行典型工艺实践,撰写设计说明书。设计参数如下:(方案一)1206(34片)、0603(10片)、SOT23(3片)、SOIC(4片)、PLCC84(4片)、PLCC44(1片)、FQFP(4片)、DIP8(4片)、通孔插装电阻(4个)、通孔插装电容(4个)。连线总长不小于500mm,有3种不同的线宽。设计要求:(1)掌握PCB计算机辅助设计软件,包括:=1\*GB3①经过电路原理图和印制电路版图的对比,提高识图能力;=2\*GB3②掌握电路原理图与印制板图的特点,规律和识图方法;=3\*GB3③掌握相关EDA软件的应用;=4\*GB3④依据指定的电路原理图,运用PROTEL完成原理图的输入和网格表的生成,版图的制作等。(2)掌握焊盘、模板的设计方法:=1\*GB3①掌握DFM原理及其基本应用,设计原则与相应考核表;=2\*GB3②熟悉焊盘设计标准,掌握焊盘设计的原理及方法;=3\*GB3③熟悉模板设计标准,掌握模板设计的原理及方法。(3)掌握SMT工艺设计的方法以及工艺文件的编写:=1\*GB3①掌握SMT工艺设计的基本原理与过程,对电路原理图进行相应的SMT工艺设计;=2\*GB3②掌握SMT工艺文件的编写方法,对所设计的SMT工艺进行工艺文件的编写。(4)掌握典型工艺参数的选取,操作步骤、和操作要点,对典型的工艺进行操作实践:=1\*GB3①掌握贴片参数的设计和选取,贴片机的设计和编程;=2\*GB3②掌握引线键合参数的设计和选取,键合的操作方法与要点。(5)掌握设计说明书的编写方法和编写过程:=1\*GB3①设计的目的、元器件布局方案的选取PCB布线设计和说明等;=2\*GB3②绘制相应的电路原理图和PCB板图;=3\*GB3③编写SMT工艺清单和元器件清单;=4\*GB3④编写元器件清单。二、设计的目的意义经过微电子制造综合设计,使学生初步掌握DFM的原理与基本应用、设计基本远侧以及相应的考核表。初步掌握印制电路板的计算机辅助软件,基本熟悉焊盘设计标准(IPC-SM-782文件)、焊盘设计的基本原理与设计过程。基本熟悉模板设计标准(IPC-7525文件),掌握模板设计的基本原理与方法。初步掌握组装工艺设计及其工艺文件的编写,包括:组装工艺设计的原理与方法,对已知的电路原理图进行组装工艺设计;掌握微电子组装工艺的编写要点和过程。初步掌握微电子组装典型工艺工艺的操作技能与实施过程。经过微电子制造综合设计,培养学生具有一定的自学能力和分析问题、解决问题的能力,独立完成工作任务的能力,为今后开展科学研究工作打下一定的基础。包括:学会自己分析、找出解决问题的办法:对设计中遇到问题,能独立思考、查阅资料,寻找答案;能按照国际标准、行业标准、企业标准进行设计与编写有关文件;能对设计结果进行分析和正确的评价。经过微电子制造综合设计,培养学生树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风,培养学生具有一定的生产观点、经济观点、全面观点及团结精神。三、PCB设计1.PCB概述印制电路板的概念:依照电路原理图上的元器件、集成电路、开关、连接器和其它相关元器件之间的相互关系和连接,将她们用导线的连接形式相互连接到一起。PCB印制板的作用主要有以下三种:(1)提供各种电子元器件(如集成电路、电阻、电容等)固定、装配的机械支持。(2)PCB实现各种电子元器件之间的电气连接或电绝缘,提供所要求的电气特性,如特性阻抗、高频微波的信号传输。(3)PCB为元器件焊接提供阻焊图形,为元器件插装、检查、维修提供识别字符。印刷电路板(Printedcircuitboard,PCB)几乎会出现在每一种电子设备当中。如果在某样设备中有电子零件,那么它们也都是镶在大小各异的PCB上。除了固定各种小零件外,PCB的主要功能是提供上头各项零件的相互电气连接。随着电子设备越来越复杂,需要的零件越来越多,PCB上头的线路与零件也越来越密集了。标准的PCB长得就像这样。裸板(上头没有零件)也常被称为「印刷线路板PrintedWiringBoard(PWB)」。板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面能够看到的细小线路材料是铜箔,原本铜箔是覆盖在整个板子上的,而在制造过程中部份被蚀刻处理掉,留下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线(conductorpattern)或称布线,并用来提供PCB上零件的电路连接。

为了将零件固定在PCB上面,我们将它们的接脚直接焊在布线上。在最基本的PCB(单面板)上,零件都集中在其中一面,导线则都集中在另一面。这么一来我们就需要在板子上打洞,这样接脚才能穿过板子到另一面,因此零件的接脚是焊在另一面上的。因为如此,PCB的正反面分别被称为零件面(ComponentSide)与焊接面(SolderSide)。

如果PCB上头有某些零件,需要在制作完成后也能够拿掉或装回去,那么该零件安装时会用到插座(Socket)。由于插座是直接焊在板子上的,零件能够任意的拆装。下面看到的是ZIF(ZeroInsertionForce,零拨插力式)插座,它能够让零件(这里指的是CPU)能够轻松插进插座,也能够拆下来。插座旁的固定杆,能够在您插进零件后将其固定。

如果要将两块PCB相互连结,一般我们都会用到俗称「金手指」的边接头(edgeconnector)。金手指上包含了许多裸露的铜垫,这些铜垫事实上也是PCB布线的一部份。一般连接时,我们将其中一片PCB上的金手指插进另一片PCB上合适的插槽上(一般叫做扩充槽Slot)。在计算机中,像是显示卡,声卡或是其它类似的界面卡,都是借着金手指来与主机板连接的。PCB上的绿色或是棕色,是阻焊漆(soldermask)的颜色。这层是绝缘的防护层,能够保护铜线,也能够防止零件被焊到不正确的地方。在阻焊层上另外会印刷上一层丝网印刷面(silkscreen)。一般在这上面会印上文字与符号(大多是白色的),以标示出各零件在板子上的位置。丝网印刷面也被称作图标面(legend)。单面板(Single-SidedBoards)我们刚刚提到过,在最基本的PCB上,零件集中在其中一面,导线则集中在另一面上。因为导线只出现在其中一面,因此我们就称这种PCB叫作单面板(Single-sided)。因为单面板在设计线路上有许多严格的限制(因为只有一面,布线间不能交叉而必须绕独自的路径),因此只有早期的电路才使用这类的板子。双面板(Double-SidedBoards)这种电路板的两面都有布线。不过要用上两面的导线,必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的「桥梁」叫做导孔(via)。导孔是在PCB上,充满或涂上金属的小洞,它能够与两面的导线相连接。因为双面板的面积比单面板大了一倍,而且因为布线能够互相交错(能够绕到另一面),它更适合用在比单面板更复杂的电路上。多层板(Multi-LayerBoards)为了增加能够布线的面积,多层板用上了更多单或双面的布线板。多层板使用数片双面板,并在每层板间放进一层绝缘层后黏牢(压合)。板子的层数就代表了有几层独立的布线层,一般层数都是偶数,而且包含最外侧的两层。大部分的主机板都是4到8层的结构,不过技术上能够做到近100层的PCB板。大型的超级计算机大多使用相当多层的主机板,不过因为这类计算机已经能够用许多普通计算机的集群代替,超多层板已经渐渐不被使用了。因为PCB中的各层都紧密的结合,一般不太容易看出实际数目,不过如果您仔细观察主机板,可能能够看出来。我们刚刚提到的导孔(via),如果应用在双面板上,那么一定都是打穿整个板子。不过在多层板当中,如果您只想连接其中一些线路,那么导孔可能会浪费一些其它层的线路空间。埋孔(Buriedvias)和盲孔(Blindvias)技术能够避免这个问题,因为它们只穿透其中几层。盲孔是将几层内部PCB与表面PCB连接,不须穿透整个板子。埋孔则只连接内部的PCB,因此光是从表面是看不出来的。在多层板PCB中,整层都直接连接上地线与电源。因此我们将各层分类为信号层(Signal),电源层(Power)或是地线层(Ground)。如果PCB上的零件需要不同的电源供应,一般这类PCB会有两层以上的电源与电线层。印制电路板的设计是以电路原理图为根据,实现电路设计者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计,需要考虑外部连接的布局。内部电子元件的优化布局。金属连线和通孔的优化布局。电磁保护。热耗散等各种因素。优秀的版图设计能够节约生产成本,达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计能够用手工实现,复杂的版图设计需要借助计算机辅助设计(CAD)实现。2.PCB设计1、尽量少用过孔。一旦选用了过孔,务必处理好它与周边各实体的间隙,特别是容易被忽视的中间各层与过孔不相连的线与过孔的间隙,如果是自动布线,可在”过孔数量最小化”(ViaMinimiz8tion)子菜单里选择”on”项来自动解决。(2)需要的载流量越大,所需的过孔尺寸越大,如电源层和地层与其它层联接所用的过孔就要大一些。2、丝印层(Overlay)。为方便电路的安装和维修等,在印刷板的上下两表面印刷上所需要的标志图案和文字代号等,例如元件标号和标称值、元件外廓形状和厂家标志、生产日期等等。不少初学者设计丝印层的有关内容时,只注意文字符号放置得整齐美观,忽略了实际制出的PCB效果。她们设计的印制板上,字符不是被元件挡住就是侵入了助焊区域被抹赊,还有的把元件标号打在相邻元件上,如此种种的设计都将会给装配和维修带来很大不便。正确的丝印层字符布置原则是:”不出歧义,见缝插针,美观大方”。3、SMD的特殊性。Protel封装库内有大量SMD封装,即表面焊装器件。这类器件除体积小巧之外的最大特点是单面分布元引脚孔。因此,选用这类器件要定义好器件所在面,以免”丢失引脚(MissingPins)”。另外,这类元件的有关文字标注只能随元件所在面放置。4、网格状填充区——网格状填充区(ExternalPlane)和填充区(Fill)。正如两者的名字那样,网络状填充区是把大面积的铜箔处理成网状的,填充区仅是完整保留铜箔。初学者设计过程中在计算机上往往看不到二者的区别,实质上,只要你把图面放大后就一目了然了。正是由于平常不容易看出二者的区别,因此使用时更不注意对二者的区分,要强调的是,前者在电路特性上有较强的抑制高频干扰的作用,适用于需做大面积填充的地方,特别是把某些区域当做屏蔽区、分割区或大电流的电源线时尤为合适。后者多用于一般的线端部或转折区等需要小面积填充的地方。5、焊盘(Pad)。焊盘是PCB设计中最常接触也是最重要的概念,但初学者却容易忽视它的选择和修正,在设计中千篇一律地使用圆形焊盘。选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。Protel在封装库中给出了一系列不同大小和形状的焊盘,如圆、方、八角、圆方和定位用焊盘等,但有时这还不够用,需要自己编辑。例如,对发热且受力较大、电流较大的焊盘,可自行设计成”泪滴状”,在大家熟悉的彩电PCB的行输出变压器引脚焊盘的设计中,不少厂家正是采用的这种形式。一般而言,自行编辑焊盘时除了以上所讲的以外,还要考虑以下原则:(1)形状上长短不一致时要考虑连线宽度与焊盘特定边长的大小差异不能过大;(2)需要在元件引角之间走线时选用长短不对称的焊盘往往事半功倍;(3)各元件焊盘孔的大小要按元件引脚粗细分别编辑确定,原则是孔的尺寸比引脚直径大0.2-0.4毫米。6、各类膜(Mask)。这些膜不但是PCB制作工艺过程中必不可少的,而且更是元件焊装的必要条件。按”膜”所处的位置及其作用,”膜”可分为元件面(或焊接面)助焊膜(ToporBottom和元件面(或焊接面)阻焊膜(ToporBottomPasteMask)两类。顾名思义,助焊膜是涂于焊盘上,提高可焊性能的一层膜,也就是在绿色板子上比焊盘略大的各浅色圆斑。阻焊膜的情况正好相反,为了使制成的板子适应波峰焊等焊接形式,要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘锡,因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层涂料,用于阻止这些部位上锡。可见,这两种膜是一种互补关系。由此讨论,就不难确定菜单中类似”solderMaskEn1argement”等项目的设置了。7、飞线——有两重含义。自动布线时供观察用的类似橡皮筋的网络连线,在经过网络表调入元件并做了初步布局后,用”Show命令就能够看到该布局下的网络连线的交叉状况,不断调整元件的位置使这种交叉最少,以获得最大的自动布线的布通率。这一步很重要,能够说是磨刀不误砍柴功,多花些时间,值!另外,自动布线结束,还有哪些网络尚未布通,也可经过该功能来查找。找出未布通网络之后,可用手工补偿,实在补偿不了就要用到”飞线”的第二层含义,就是在将来的印制板上用导线连通这些网络。要交待的是,如果该电路板是大批量自动线生产,可将这种飞线视为0欧阻值、具有统一焊盘间距的电阻元件来进行设计.印刷电路板(Printedcircuitboard,PCB)几乎会出现在每一种电子设备当中。如果在某样设备中有电子零件,那么它们也都是镶在大小各异的PCB上。除了固定各种小零件外,PCB的主要功能是提供上头各项零件的相互电气连接。随着电子设备越来越复杂,需要的零件越来越多,PCB上头的线路与零件也越来越密集了。标准的PCB长得就像这样。裸板(上头没有零件)也常被称为「印刷线路板PrintedWiringBoard(PWB)」。板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面能够看到的细小线路材料是铜箔,原本铜箔是覆盖在整个板子上的,而在制造过程中部分被蚀刻处理掉,留下来的部分就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线(conductorpattern)或称布线,并用来提供PCB上零件的电路连接。为了将零件固定在PCB上面,我们将它们的接脚直接焊在布线上。在最基本的PCB(单面板)上,零件都集中在其中一面,导线则都集中在另一面。这么一来我们就需要在板子上打洞,这样接脚才能穿过板子到另一面,因此零件的接脚是焊在另一面上的。因为如此,PCB的正反面分别被称为零件面(ComponentSide)与焊接面(SolderSide)。如果PCB上头有某些零件,需要在制作完成后也能够拿掉或装回去,那么该零件安装时会用到插座(Socket)。由于插座是直接焊在板子上的,零件能够任意的拆装。下面看到的是ZIF(ZeroInsertionForce,零拨插力式)插座,它能够让零件(这里指的是CPU)能够轻松插进插座,也能够拆下来。插座旁的固定杆,能够在您插进零件后将其固定。如果要将两块PCB相互连结,一般我们都会用到俗称「金手指」的边接头(edgeconnector)。金手指上包含了许多裸露的铜垫,这些铜垫事实上也是PCB布线的一部分。一般连接时,我们将其中一片PCB上的金手指插进另一片PCB上合适的插槽上(一般叫做扩充槽Slot)。在计算机中,像是显示卡,声卡或是其它类似的界面卡,都是借着金手指来与主机板连接的。PCB上的绿色或是棕色,是阻焊漆(soldermask)的颜色。这层是绝缘的防护层,能够保护铜线,也能够防止零件被焊到不正确的地方。在阻焊层上另外会印刷上一层丝网印刷面(silkscreen)。一般在这上面会印上文字与符号(大多是白色的),以标示出各零件在板子上的位置。丝网印刷面也被称作图标面(legend)。3.PCB设计的主要流程在PCB的设计中,其实在正式布线前,还要经过很漫长的步骤,以下就是主要设计的流程:PCB的设计流程:系统规格—>系统功能区块图—>将系统分割几个PCB—>决定使用封装方法,和各PCB的大小—>绘出所有PCB的电路概图—>初步设计的仿真运作—>将零件放上PCB—>测试布线可能性,与高速下的正确运作—>导出PCB上线路—>导线后电路测试—>建立制作档案系统规格首先要先规划出该电子设备的各项系统规格。包含了系统功能,成本限制,大小,运作情形等等。系统功能区块图接下来必须要制作出系统的功能方块图。方块间的关系也必须要标示出来。将系统分割几个PCB将系统分割数个PCB的话,不但在尺寸上能够缩小,也能够让系统具有升级与交换零件的能力。系统功能方块图就提供了我们分割的依据。像是计算机就能够分成主机板、显示卡、声卡、软盘驱动器和电源等等。决定使用封装方法,和各PCB的大小当各PCB使用的技术和电路数量都决定好了,接下来就是决定板子的大小了。如果设计的过大,那么封装技术就要改变,或是重新作分割的动作。在选择技术时,也要将线路图的品质与速度都考量进去。绘出所有PCB的电路概图概图中要表示出各零件间的相互连接细节。所有系统中的PCB都必须要描出来,现今大多采用CAD(计算机辅助设计,ComputerAidedDesign)的方式。下面就是使用CircuitMakerTM设计的范例。PCB的电路概图初步设计的仿真运作为了确保设计出来的电路图能够正常运作,这必须先用计算机软件来仿真一次。这类软件能够读取设计图,而且用许多方式显示电路运作的情况。这比起实际做出一块样本PCB,然后用手动测量要来的有效率多了。将零件放上PCB零件放置的方式,是根据它们之间如何相连来决定的。它们必须以最有效率的方式与路径相连接。所谓有效率的布线,就是牵线越短而且经过层数越少(这也同时减少导孔的数目)越好,不过在真正布线时,我们会再提到这个问题。下面是总线在PCB上布线的样子。为了让各零件都能够拥有完美的配线,放置的位置是很重要的。测试布线可能性,与高速下的正确运作现今的部份计算机软件,能够检查各零件摆设的位置是否能够正确连接,或是检查在高速运作下,这样是否能够正确运作。这项步骤称为安排零件,不过我们不会太深入研究这些。如果电路设计有问题,在实地导出线路前,还能够重新安排零件的位置。导出PCB上线路在概图中的连接,现在将会实地作成布线的样子。这项步骤一般都是全自动的,不过一般来说还是需要手动更改某些部份。下面是2层板的导线模板。红色和蓝色的线条,分别代表PCB的零件层与焊接层。白色的文字与四方形代表的是网版印刷面的各项标示。红色的点和圆圈代表钻洞与导孔。最右方我们能够看到PCB上的焊接面有金手指。这个PCB的最终构图一般称为工作底片(Artwork)。每一次的设计,都必须要符合一套规定,像是线路间的最小保留空隙,最小线路宽度,和其它类似的实际限制等。这些规定依照电路的速度,传送信号的强弱,电路对耗电与噪声的敏感度,以及材质品质与制造设备等因素而有不同。如果电流强度上升,那导线的粗细也必须要增加。为了减少PCB的成本,在减少层数的同时,也必须要注意这些规定是否仍旧符合。如果需要超过2层的构造的话,那么一般会使用到电源层以及地线层,来避免信号层上的传送信号受到影响,而且能够当作信号层的防护罩。导线后电路测试为了确定线路在导线后能够正常运作,它必须要经过最后检测。这项检测也能够检查是否有不正确的连接,而且所有联机都照着概图走。建立制作档案因为当前有许多设计PCB的CAD工具,制造厂商必须有符合标准的档案,才能制造板子。标准规格有好几种,不过最常见的是Gerberfiles规格。一组Gerberfiles包括各信号、电源以及地线层的平面图,阻焊层与网板印刷面的平面图,以及钻孔与取放等指定档案。4.PCB设计的基本原则要求

1．印刷电路板的设计,从确定板的尺寸大小开始,印刷电路板的尺寸因受机箱外壳大小限制,以能恰好安放入外壳内为宜,其次,应考虑印刷电路板与外接元器件(主要是电位器、插口或另外印刷电路板)的连接方式。印刷电路板与外接元件一般是经过塑料导线或金属隔离线进行连接。但有时也设计成插座形式。即:在设备内安装一个插入式印刷电路板要留出充当插口的接触位置。

对于安装在印刷电路板上的较大的元件,要加金属附件固定,以提高耐振、耐冲击性能。

2．布线图设计的基本方法

首先需要对所选用元件器及各种插座的规格、尺寸、面积等有完全的了解;对各部件的位置安排作合理的、仔细的考虑,主要是从电磁场兼容性、抗干扰的角度,走线短,交叉少,电源,地的路径及去耦等方面考虑。各部件位置定出后,就是各部件的连线,按照电路图连接有关引脚,完成的方法有多种,印刷线路图的设计有计算机辅助设计与手工设计方法两种。

最原始的是手工排列布图。这比较费事,往往要重复几次,才能最后完成,这在没有其它绘图设备时也能够,这种手工排列布图方法对刚学习印刷板图设计者来说也是很有帮助的。计算机辅助制图,现在有多种绘图软件,功能各异,但总的说来,绘制、修改较方便,而且能够存盘贮存和打印。

接着,确定印刷电路板所需的尺寸,并按原理图,将各个元器件位置初步确定下来,然后经过不断调整使布局更加合理,印刷电路板中各元件之间的接线安排方式如下:

(1)印刷电路中不允许有交叉电路,对于可能交叉的线条,能够用”钻”、”绕”两种办法解决。即,让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处”钻”过去,或从可能交叉的某条引线的一端”绕”过去,在特殊情况下如何电路很复杂,为简化设计也允许用导线跨接,解决交叉电路问题。

(2)电阻、二极管、管状电容器等元件有”立式”,”卧式”两种安装方式。立式指的是元件体垂直于电路板安装、焊接,其优点是节省空间,卧式指的是元件体平行并紧贴于电路板安装,焊接,其优点是元件安装的机械强度较好。这两种不同的安装元件,印刷电路板上的元件孔距是不一样的。

(3)同一级电路的接地点应尽量靠近,而且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上。特别是本级晶体管基极、发射极的接地点不能离得太远,否则因两个接地点间的铜箔太长会引起干扰与自激,采用这样”一点接地法”的电路,工作较稳定,不易自激。

(4)总地线必须严格按高频－中频－低频一级级地按弱电到强电的顺序排列原则,切不可随便翻来覆去乱接,级与级间宁肯可接线长点,也要遵守这一规定。特别是变频头、再生头、调频头的接地线安排要求更为严格,如有不当就会产生自激以致无法工作。调频头等高频电路常采用大面积包围式地线,以保证有良好的屏蔽效果。(5)强电流引线(公共地线,功放电源引线等)应尽可能宽些,以降低布线电阻及其电压降,可减小寄生耦合而产生的自激。

(6)阻抗高的走线尽量短,阻抗低的走线可长一些,因为阻抗高的走线容易发笛和吸收信号,引起电路不稳定。电源线、地线、无反馈元件的基极走线、发射极引线等均属低阻抗走线,射极跟随器的基极走线、收录机两个声道的地线必须分开,各自成一路,一直到功效末端再合起来,如两路地线连来连去,极易产生串音,使分离度下降。

3、印刷板图设计中应注意下列几点

1．布线方向:从焊接面看,元件的排列方位尽可能保持与原理图相一致,布线方向最好与电路图走线方向相一致,因生产过程中一般需要在焊接面进行各种参数的检测,故这样做便于生产中的检查,调试及检修(注:指在满足电路性能及整机安装与面板布局要求的前提下)。

2．各元件排列,分布要合理和均匀,力求整齐,美观,结构严谨的工艺要求。3．电阻,二极管的放置方式:分为平放与竖放两种:

(1)平放:当电路元件数量不多,而且电路板尺寸较大的情况下,一般是采用平放较好;对于1/4W以下的电阻平放时,两个焊盘间的距离一般取4/10英寸,1/2W的电阻平放时,两焊盘的间距一般取5/10英寸;二极管平放时,1N400X系列整流管,一般取3/10英寸

540X系列整流管,一般取4～5/10英寸。

(2)竖放:当电路元件数较多,而且电路板尺寸不大的情况下,一般是采用竖放,竖放时两个焊盘的间距一般取1～2/10英寸。

4．电位器:IC座的放置原则

(1)电位器:在稳压器中用来调节输出电压,故设计电位器应满中顺时针调节时输出电压升高,反时针调节器节时输出电压降低;在可调恒流充电器中电位器用来调节充电电流折大小,设计电位器时应满中顺时针调节时,电流增大。电位器安放位轩应当满中整机结构安装及面板布局的要求,因此应尽可能放轩在板的边缘,旋转柄朝外。

(2)IC座:设计印刷板图时,在使用IC座的场合下,一定要特别注意IC座上定位槽放置的方位是否正确,并注意各个IC脚位是否正确,例如第1脚只能位于IC座的右下角线或者左上角,而且紧靠定位槽(从焊接面看)。

5．进出接线端布置

(1)相关联的两引线端不要距离太大,一般为2～3/10英寸左右较合适进出线端尽可能集中在1至2个侧面,不要太过离散;(2)设计布线图时要注意管脚排列顺序,组件脚间距要合理;(3)在保证电路性能要求的前提下,设计时应力求走线合理,少用外接跨线,并按一定顺序要求走线,力求直观,便于安装,高度和检修;(4)设计布线图时走线要尽量少拐弯,力求线条简单明了;(5)布线条宽窄和线条间距要适中,电容器两焊盘间距尽可能与电容引线脚的间距相符;(6)设计应按照一定顺序方向进行,例如能够由左往右和由上往下的顺序进行。四、焊盘设计

焊盘(land),表面贴装装配的基本构成单元,用来构成电路板的焊盘图案(landpattern),即各种为特殊元件类型设计的焊盘组合。没有比设计差劲的焊盘结构更令人沮丧的事情了。当一个焊盘结构设计不正确时,很难、有时甚至不可能达到预想的焊接点。焊盘的英文有两个词:Land和Pad,经常能够交替使用;可是,在功能上,Land是二维的表面特征,用于可表面贴装的元件,而Pad是三维特征,用于可插件的元件。作为一般规律,Land不包括电镀通孔(PTH,platedthrough-hole)。旁路孔(via)是连接不同电路层的电镀通孔(PTH)。盲旁路孔(blindvia)连接最外层与一个或多个内层,而埋入的旁路孔只连接内层。如前面所注意到的,焊盘Land一般不包括电镀通孔(PTH)。一个焊盘Land内的PTH在焊接过程中将带走相当数量的焊锡,在许多情况中产生焊锡不足的焊点。可是,在某些情况中,元件布线密度迫使改变到这个规则,最值得注意的是对于芯片规模的封装(CSP,chipscalepackage)。在1.0mm(0.0394")间距以下,很难将一根导线布线经过焊盘的”迷宫”。在焊盘内产生盲旁通孔和微型旁通孔(microvia),允许直接布线到另外一层。因为这些旁通孔是小型和盲的,因此它们不会吸走太多的焊锡,结果对焊点的锡量很小或者没有影响。有许多的工业文献出于IPC(AssociationConnectingElectronicsIndustries),EIA(ElectronicIndustryAlliance)和JEDEC(SolidStateTechnologyAssociation),在设计焊盘结构时应该使用。主要的文件是IPC-SM-782《表面贴装设计与焊盘结构标准》,它提供有关用于表面贴装元件的焊盘结构的信息。当J-STD-001《焊接电气与电子装配的要求》和IPC-A-610《电子装配的可接受性》用作焊接点工艺标准时,焊盘结构应该符合IPC-SM-782的意图。如果焊盘大大地偏离IPC-SM-782,那么将很困难达到符合J-STD-001和IPC-A-610的焊接点。元件知识(即元件结构和机械尺寸)是对焊盘结构设计的基本的必要条件。IPC-SM-782广泛地使用两个元件文献:EIA-PDP-100《电子零件的注册与标准机械外形》和JEDEC95出版物《固体与有关产品的注册和标准外形》。无可争辩,这些文件中最重要的是JEDEC95出版物,因为它处理了最复杂的元件。它提供有关固体元件的所有登记和标准外形的机械图。JEDEC出版物JESD30(也可从JEDEC的网站免费下载)基于封装的特征、材料、端子位置、封装类型、引脚形式和端子数量,定义了元件的缩写语。特征、材料、位置、形式和数量标识符是可选的。封装特征:一个单个或多个字母的前缀,确认诸如间距(pitch)和轮廓等特征。封装材料:一个单字母前缀,确认主体封装材料。端子位置:一个单字母前缀,确认相对于封装轮廓的端子位置。封装类型:一个双字母标记,指明封装的外形类型。引脚新式:一个单字母后缀,确认引脚形式。端子数量:一个一位、两位或三位的数字后缀,指明端子数量:表面贴装有关封装特性标识符的一个简单列表包括:E扩大间距(>1.27mm)F密间距(<0.5mm);限于QFP元件S收缩间距(<0.65mm);除QFP以外的所有元件。T薄型(1.0mm身体厚度)表面贴装有关端子位置标识符的一个简单列表包括:Dual引脚在一个正方形或矩形封装相反两侧。Quad引脚在一个正方形或矩形封装的四侧。表面贴装有关封装类型标识符的一个简单列表包括:CC芯片载体(chipcarrier)封装结构FP平封(flatpack)封装结构GA栅格阵列(gridarray)封装结构SO小外形(smalloutline)封装结构表面贴装有关引脚形式标识符的一个简单列表包括:B一种直柄或球形引脚结构;这是一种非顺应的引脚形式F一种平直的引脚结构;这是一种非顺应的引脚形式G一种翅形引脚结构;这是一种顺应的引脚形式J一种”J”形弯曲的引脚结构;这是一种顺应的引脚形式N一种无引脚的结构;这是一种非顺应的引脚形式S一种”S”形引脚结构;这是一种顺应的引脚形式例如,缩写词F-PQFP-G208,描述0.5mm(F)塑料(P)方形(Q)平面封装(FP),翅形引脚(G),端子数量208。对元件和板表面特征(即焊盘结构、基准点等)的详细公差分析是必要的。IPC-SM-782解释了怎样进行这个分析。许多元件(特别是密间距元件)是严格公制单位设计的。不要为公制的元件设计英制的焊盘结构。累积的结构误差产生不配合,完全不能用于密间距元件。记住,0.65mm等于0.0256",0.5mm等于0.0197"。在IPC-SM-782标准内,每个元件与相应的焊盘结构组织在四个页面中。结构如下:第一页包括有关元件的通用信息,包括可应用文件、基本结构、端子或引脚数量、标记、载体封装格式、工艺考虑、和焊接阻力。第二页包括设计焊盘结构所必须的元件尺寸,对于其它元件信息,参考EIA-PDP-100和95出版物。第三页包括相应焊盘结构的细节与尺寸。为了产生最适合的焊接点条件,在这页上描述的焊盘结构是基于最大材料情况(MMC,maximummaterialcondition)。使用最小材料情况(LMC,leastmaterialcondition)时,尺寸可能影响焊接点的形成。第四页包括元件与焊盘结构的公差分析。它也提供对于焊接点的形成应该期望得到什么的详细内容。焊点强度受锡量的影响。在决定不使用基于MMC尺寸的焊盘结构之前,应该进行公差分析和焊接点评估。焊盘设计对SMT产品的可制造性、可靠性等有着很大的影响,是PCB设计中非常重要的部分。良好的焊盘设计能避免出现虚焊、短路、立碑、阴影效应等问题。IPC提供了表面贴装设计与焊盘结构标准——IPC-SM-782A,IPC发布了IPC-SM-782A的替代标准IPC-7351。因为影响焊盘尺寸的因素众多,必须全面的考虑才能做好,应该根据实际情况做出适合自己产品的PCB焊盘设计规范,而不能完全依靠IPC标准。焊盘设计的一般考虑顺序为:保证良好的电气性能;可靠性;可制造性;可维修性。焊盘设计需要确定的要素,包括焊盘本身的尺寸、绿油或阻焊窗尺寸、元件占地范围、元件下的布线或粘胶用的虚设焊盘等。决定焊盘尺寸的主要因素有五方面:元件的外形和尺寸、基板种类和质量、组装设备能力、所采用的工艺种类和能力、要求的品质水平或标准。在考虑焊盘的设计时必须配合以上五个因素整体考虑。计算尺寸公差时,业界中较常见的是统计学中接受的有效值或均方根方法,这种做法能在各方面达到较好的平衡。一个良好的焊盘设计,应该提供在工艺上容易组装、便于检查和测试、以及组装后的焊点使用寿命长等条件。保证良好的焊盘设计的条件:(1)建立元件封装资料档案;(2)对每一个SMD建立器件的封装尺寸库;(3)确定不同供应商的尺寸误差;(4)建立基板规范;(5)制定厂内工艺和设备能力规范;(6)对各制造工艺的问题和知识有足够的了解;(7)制定厂内或对某一产品上的品质标准。矩形片式元件焊盘设计:L型引脚IC焊盘设计:(1)适应范围:在SOT、SOIC、(S/T)SOP、(P/S/-C)QFP等封装的引线。

(2)参数说明:

t:引脚厚度(leadthickness)典型值为0.1～0.15mm

l:引脚长度(leadlength)典型值为0.6～0.8mm

lw:引脚宽度(leadwidth)

W:焊盘宽度(padwidth)

L:焊盘长度(padlength)

lh:引脚跟部长度(leadheel)一般为0.5mm

lt:引脚前端长度(leadtip)一般为0.5mm

(3)焊盘尺寸设计:焊盘长度:L=lh+l+lt一般为1.5~1.8mm

焊盘宽度:W=lw+2millh=lt==(2.6~5.6)t其中θ=15°~30°J型引脚IC焊盘设计:(1)适应范围:SOJ、PLCC等部品的封装引线。

(2)参数说明:l:引脚长度(leadlength)

B:引脚宽度(leadwidth)

W:焊盘宽度(padwidth)

L:焊盘长度(padlength)

lh:引脚跟部长度(leadheel)

(3)焊盘尺寸设计:

引脚跟部长度:lh=T/2

焊盘长度:L=2lh+l焊盘宽度:W=lw+lwBGA焊盘设计:(1)焊盘直径按照焊球直径的75％~85％设计。

(2)焊盘引出线不超过焊盘的50％,相对于焊接质量来说,越细越好。

(3)电源焊盘的引出线不小于0.1mm,方可加粗。

(4)为了防止焊盘变形,阻焊开窗(soldermask)不大于0.05mm。五、模板设计1、模板材料的选择网框材料—网框材料选用空心铝框,网框的边长584mm的正方形,厚度为30±3mm,底部的不平整度<1.5mm。钢片材料选用不锈钢,厚度为0.2mm;丝网材料选用尼龙丝,目数为120目,最小屈服张力为50N。2、模板的外形尺寸与标识模板外形如图1所示,外型尺寸见表1。PCBPCB传送方向正视图acabXYd侧视图cb图1模板外形尺寸(mm)表1钢网类型网框尺寸a钢片尺寸b胶布粘贴宽度c网框厚度d小钢网584+0/-5450±1025±530±3PCB中心、钢片中心、钢网外框中心需要重合,三者中心距最大偏差不应超过3mm。PCB、钢片、钢网外面的轴线在方向上应一致,任意两条轴线的角度偏差不应超过2°。钢网Mark点的制作——为了保证钢网和PCB的准确对位,钢网B面至少需要制作两个Mark点,钢网上的Mark点应与PCB上的一致。两个Mark点应放置在板子的对角线位置。本设计钢网采用激光制作,Mark点用表面烧结方式制作,Mark点的灰度应与实际生产中印刷机的识别能力相匹配。本设计中的Mark图形如图2示:1±0.15mm1±0.15mm图图2Mark图形3、模板厚度的设计(1)模板钢网厚度的设计主要考虑元器件最小引脚间距,其关系如表2示:表2引脚间距0.3mm0.4mm0.5~0.65mm1.27mm网版厚度0.1mm0.12mm0.15mm0.15~0.18mm若PCB上仅有无源元件和分立器件,钢网厚度就优先选择0.15mm,若上面有对机械强度要求较高的焊点或由于器件封装原因易产生虚焊的焊点,且没有比0603更小的器件,此时模板厚度可选0.18mm或0.2mm。(2)模板厚度模板印刷是接触印刷,其厚度决定了焊膏量。模板的厚度应该根据组装密度、元器件大小、引脚间距而定。大的Chip,PLCC要求焊膏量多些,模板厚度厚些;小的Chip及窄间距QFP和CSP要求焊膏量少些,模板厚度也应薄些。(3)刷胶钢网钢片厚度其厚度应优先选择0.2mm,在PCB上没有比0805更小,而大器件较多的前提下,可选钢片厚度为0.25mm。本设计选择刷胶钢网钢片厚度为0.25mm。4、模板开孔设计表5列出了各种SMT元件的开孔设计通用指南。一些影响开孔设计的因素有:元件类型,焊盘形状,阻焊层,PCB表面涂层,长宽比/面积比,锡膏类型和用户的制程要求。(1)开孔大小锡膏印刷量的大小主要取决于开孔大小和模板的厚度。印刷机印刷锡膏刮刀行进过程中,锡膏填满模板的开孔;PCB与模板脱膜过程中,锡膏须完全脱离模板,释放到PCB上,从模板的角度来看,锡膏从开孔孔壁释放到PCB上的能力主要有以下三个因素:设计的面积比和宽厚比;开孔孔壁的几何形状;表5表5备注:假定细间距BGA焊盘不受阻焊层限制。N/A表示仅考虑面积比。(2)面积比/宽厚比开孔面积比和宽厚比,如图3所示。锡膏有效释放的通用设计导则为:宽厚比>1.5,面积比>0.66。宽厚比是面积比的一维简化结果。当开孔长度大大地大于宽度时,面积比(W/2T)就成了宽厚比(W/T)的一个因数。当模板与PCB相互剥离时,锡膏处在被相互争夺的情况:锡膏将被转移到PCB上,或粘在模板的开孔孔壁内。当焊盘面积比开孔孔壁面积的0.66倍大时,锡膏才能完全释放到PCB焊盘上图3图3(3)开孔大小与PCB焊盘大小的比对通用的设计标准认为,开孔大小应该比PCB焊盘要相应减小。模板开孔一般比照PCB原始焊盘进行更改。减小面积和修正开孔形状一般是为了提高锡膏的印刷质量、回流工艺和模板在锡膏印刷过程中更加清洁,这有利于减少锡膏印刷偏离焊盘的几率,而印刷偏离焊盘易导致锡珠和桥连。在所有的开孔上开倒圆角能促进模板的清洁度。带引脚SMD元件针对带引脚SMD元件,如间距为1.3–0.4mm[51.2–15.7mil]的J型引脚或翼型引脚元件,一般缩减量:宽为0.03–0.08mm[1.2–3.1mil],长为0.05–0.13mm[2.0–5.1mil]。塑料BGA元件将圆形开孔直径减小0.05mm[2.0mil]。陶瓷BGA元件如不会干涉到PCB焊盘的阻焊层,可额将圆形开孔的直径增加0.05–0.08mm[2.0–3.1mil],和/或将模板的厚度增加到0.2mm[7.9mil],并要求各对应开孔与PCB上的焊盘一一对应。细间距BGA元件和CSP元件方型开孔的宽度等于或比PCB焊盘直径小0.025mm[0.98mil],方型开孔必须开圆倒角。本标准推荐圆角的规格:针对0.25mm[9.8mil]的方孔,圆倒角0.06mm[2.4mil];针对0.35mm[14mil]的方孔,圆倒角0.09[3.5mil]。片式元件—电阻和电容有几种开孔形状有利于锡珠的产生。所有这些设计都是为了能减少锡膏过多地留在元件下。最好的设计如图4,5,6所示。这些设计一般适用于免清洗工艺。MELF,微MELF元件对MELF,微MELF元件,推荐使用”C”形状开孔(见图7)。这些开孔的尺寸设计必须与元件端相匹配。图4图5图6图75、模板制造技术(1)模板不锈钢是化学蚀刻模板和激光切割模板首选的金属材料,其它金属材料和塑料材料,可根据需要具体指定。对于电铸成型模板,高硬度的镍合金是首选的材料。(2)框架为得到合适的框架尺寸,需要参考OEM(原始设备制造商)的模板印刷机操作手册。框架能够是空心的或铸铝材质的,薄片固定的方法是:用胶水将丝网永久地胶合在框架上。某些模板可直接固定在具有使模板张紧的功能框架里,特点是不需要用丝网或一个永久性的夹具固定薄片和框架。(3)丝网聚酯材料是标准材料,也可选择用不锈钢。(4)模板制造技术模板制作工艺有两种:加成工艺和减成工艺。加成工艺如电铸成型,金属被添加形成模板;减成工艺如激光切割和化学蚀刻,金属从模板中迁移出薄片形成开孔。化学蚀刻化学蚀刻的模板的制作是经过在金属箔上涂抗蚀保护剂、用销钉精确定位感光工具将图形曝光在金属箔两面、然后使用双面工艺同时从两面腐蚀金属箔,得到特定的网格尺寸。根据刻蚀系数计算出来,暴露于抗蚀保护剂开孔图形尺寸较我们要求得到的开孔尺寸小。蚀刻系数描述了化学腐蚀剂蚀刻金属箔的横向蚀刻量。液态化学腐蚀剂从金属箔的两面蚀刻出特定的开孔。除去多余的腐蚀剂,得到模板。激光切割工艺激光切割工艺经过激光设备软件处理数据制造出来模板。与化学蚀刻工艺不同,这种工艺不需要用到感光工具。因为模板只从一面开始切割,锥形孔壁是激光切割模板的一个特性。如没有特别指定,接触面的开孔要略大于刮刀面。电铸成型工艺电铸成型模板的制作是利用感光-显影抗蚀剂技术和电镀镍技术的加成工艺。感光胶涂覆于金属基板(心轴)上。感光胶的厚度要略大于最终得到的模板的厚度。在感光胶上产生开孔的图形,移开模板开孔位置对应的胶柱。将带胶柱的基板放置到电镀槽中,然后逐个原子、逐层地在光刻胶周围电镀出模板。镍膜沉积到需要的厚度时,先清除剩余的感光胶,然后进行镍网脱膜。混合模板如PCB上贴装的是标准间距组件和密间距组件,模板制作工艺可能是激光切割和化学蚀刻的混合工艺。这类型的模板称为激光-化学结合模板或混合模板。梯形截面孔梯形截面孔可用于改进锡膏的释放效果。化学蚀刻工艺,梯形形状,Z型(见图8)能根据指定获得。对于激光切割或电铸成型工艺,能自然产生梯形截面孔。至于尺寸大小,供应商须联系客户。图8其它选择为减小锡膏与孔壁之间的摩擦力,进一步改进锡膏释放效果,可能需要对已制造出来的模板进行特别处理。处理方法有:抛光:属减成工艺,分为化学抛光和电抛光。镀镍:属加成工艺。检验模板上的开孔图形,图形必须与PCB焊盘图形匹配,检验开孔尺寸和/或形状修改质量。检验模板张力。6、模板定位(1)图形定位PCB进入印刷机,可能与薄片对齐或发生偏移,此时,可用PCB上的MARK点或PCB轮廓进行定位。如果这些软件不能识别这些信息时,可用PCB实际图形或整板基准点进行PCB与模板的校准对中。如一块模板不止对一块PCB或面板进行印刷时,模板图形间距推荐的最小值为50mm[2.0in]。(2)薄片居中对大多数绷网张力均匀及锡膏印刷厚度均匀的模板,我们推荐,应将薄片固定于框架的中央。为满足模板印刷机的特定要求,图形可进行一定量的偏移。(3)附加设计导则如果没有其它方面的特殊要求,模板设计还要遵循如下附加导则:建议框架边缘到薄片边缘的最小边界区长度为20mm[0.79in]。胶合边界内侧到薄片图形至少预留50mm[2.0in],供锡膏储存和刮刀行进之用。六、工艺分析与设计1.SMT简介SMT是Surfacemounttechnology的简写,意为表面贴装技术。亦即是无需对PCB钻插装孔而直接将元器件贴焊到PCB表面规定位置上的装联技术SMT组件的类型表面安装组件(SurfaceMountingAssembly)(简称:SMA)类型:1.全表面安装(Ⅰ型)全部采用表面安装元器件,安装的印制电路板是单面或双面板。如下图:2.双面混装(Ⅱ型)表面安装源器件和有引线元器件混合使用,印制电路板是双面板。3.单面混装(Ⅲ型)表面安装元器件和有引线元器件混合使用,与Ⅱ型不同的是印制电路板是单面板。SMT工艺流程:由于SMA有单面安装和双面安装;元器件有全部表面安装及表面安装与通孔插装的混合安装;焊接方式能够是回流焊、波峰焊、或两种方法混合使用;通孔插装方式能够是手工插,或机械自动插……;从而演变为多种工艺流程,当前采用的方式有几十种之多,下面仅介绍一般采用的几种形式:单面全表面安装单面全表面安装的流程如图:2．双面全表面安装双面全表面安装的流程如下:3.单面混合安装单面混合安装的流程图如下:4、双面混合安装双面混合安装的流程图如下:2.SMT的生产工艺流程领PCB、贴片元件贴片程式录入、道轨调节、炉温调节上料上PCB点胶(印刷)贴片检查回流焊检查包装保管。各工序的工艺要求与特点:(1)生产前准备清楚产品的型号、PCB的版本号、生产数量与批号。清楚元器件的数量、规格、代用料。清楚贴片、点胶、印刷程式的名称。有清晰的上料卡。有生产作业指导卡、及清楚指导卡内容。(2)转机时要求确认机器程式正确、确认每一个Feeder位的元器件与上料卡相对应、确认所有轨道宽度和定位针在正确位置、确认所有Feeder正确、牢固地安装与料台上、确认所有Feeder的送料间距是否正确、确认机器上板与下板是非顺畅、检查点胶量及大小、高度、位置是否适合、检查印刷锡膏量、高度、位置是否适合、检查贴片元件及位置是否正确、检查固化或回流后是否产生不良。(3)点胶点胶工艺主要用于引线元件通孔插装(THT)与表面贴装(SMT)共存的贴插混装工艺。在整个生产工艺流程(见图)中,我们能够看到,印刷电路板(PCB)其中一面元件从开始进行点胶固化后,到了最后才能进行波峰焊焊接,这期间间隔时间较长,而且进行其它工艺较多,元件的固化就显得尤为重要。PCBPCB点B面贴片B面再流焊固化丝网印刷A面贴片A面再流焊焊接自动插装人工流水插装波峰焊接B面

点胶过程中的工艺控制。生产中易出现以下工艺缺陷:胶点大小不合格、拉丝、胶水浸染焊盘、固化强度不好易掉片等。因此进行点胶各项技术工艺参数的控制是解决问题的办法。(4)印刷在表面贴装装配的回流焊接中,锡膏用于表面贴装元件的引脚或端子与焊盘之间的连接,有许多变量。如锡膏、丝印机、锡膏应用方法和印刷工艺过程。在印刷锡膏的过程中,基板放在工作台上,机械地或真空夹紧定位,用定位销或视觉来对准,用模板(stencil)进行锡膏印刷。在模板锡膏印刷过程中,印刷机是达到所希望的印刷品质的关键。在印刷过程中,锡膏是自动分配的,印刷刮板向下压在模板上,使模板底面接触到电路板顶面。当刮板走过所腐蚀的整个图形区域长度时,锡膏经过模板/丝网上的开孔印刷到焊盘上。在锡膏已经沉积之后,丝网在刮板之后马上脱开(snapoff),回到原地。这个间隔或脱开距离是设备设计所定的,大约0.020"~0.040"。脱开距离与刮板压力是两个达到良好印刷品质的与设备有关的重要变量。其次,还有锡膏的使用也是非常重要的。关于印刷我们应注意一下几点:1.印刷速度印刷期间,刮板在印刷模板上的行进速度是很重要的,因为锡膏需要时间来滚动和流入模孔内。如果时间不够,那么在刮板的行进方向,锡膏在焊盘上将不平。当速度高于每秒20mm时,刮板可能在少于几十毫秒的时间内刮过小的模孔。2.印刷压力印刷压力须与刮板硬度协调,如果压力太小,刮板将刮不干净模板上的锡膏,如果压力太大,或刮板太软,那么刮板将沉入模板上较大的孔内将锡膏挖出。压力的经验公式在金属模板上使用刮板,为了得到正确的压力,开始时在每50mm的刮板长度上施加1kg压力,例如300mm的刮板施加6kg的压力,逐步减少压力直到锡膏开始留在模板上刮不干净,然后再增加1kg压力。在锡膏刮不干净开始到刮板沉入丝孔内挖出锡膏之间,应该有1~2kg的可接受范围都能够到达好的丝印效果。3.锡膏印刷工艺的控制包括几个方面:为了达到良好的印刷结果,必须有正确的锡膏材料(黏度、金属含量、最大粉末尺寸和尽可能最低的助焊剂活性)、正确的工具(印刷机、模板和刮刀)和正确的工艺过程(良好的定位、清洁拭擦)的结合。根据不同的产品,在印刷程序中设置相应的印刷工艺参数,如工作温度、工作压力、刮刀速度、模板自动清洁周期等,同时要制定严格的工艺管理制定及工艺规程。(1)锡膏的选取锡膏的成份包含﹕金属粉末﹑溶济﹑助焊剂﹑抗垂流剂﹑活性剂﹔按重量分﹐金属粉末占85-92%﹐按体积分金属粉末占50%﹔锡膏中锡粉颗粒与Flux(助焊剂)的体积之比约为1:1,重量之比约为9:1;助焊剂在焊接中的主要作用是去除氧化物﹑破坏融锡表面张力﹑防止再度氧化。锡膏分为有铅锡膏和无铅锡膏两种(2)锡膏的存储锡膏的储存环境必须是在3到10度范围内,储存时间是出厂后6个月。超过这个时间的锡膏就不能再继续使用,要做报废处理。因此,锡膏在购买回来以后一定要做管控标签,上面必须注明出厂时间、购入时间、最后储存期限。同时,对于储存的温度也必须每天定时进行检查,以确保锡膏是在规定的范围内储存。锡膏的使用要做到先进先出,以避免因为过期而造成报废。(3)锡膏的使用和回收锡膏在使用前4个小时必须从储存柜里拿出来,放在常温下进行回温,回温时间为4个小时。回温后的锡膏在使用时要进行搅拌,搅拌分为机器搅拌和手工搅拌。机器搅拌时间为15分钟,手工搅拌时间为30分钟,以搅拌刀勾取的锡膏能够成一条线流下而不断为最佳。目的是让冷藏的锡膏温度回复常温﹐以利印刷。如果不回温则在PCBＡ进Reflow后易产生的不良为锡珠。添加锡膏时以印刷机刮刀移动时锡膏滚动不超过刮刀的三分之二为原则,过少印刷不均匀,会出现少锡现象;过多会因短时间用不完,造成锡膏暴露在空气中时间太长而吸收水分,引起焊接不良。4.钢网开口设计:印刷效果的好坏和焊接质量的好坏,取决于钢网的开口设计。钢网开口设计不好就会造成印刷少锡、短路等不良,回流焊接时会出现锡珠、立碑等现象。钢网常见的制作方法为﹕化学蚀刻﹑激光切割﹑电铸;当前激光切割用的比较广泛。印刷注意事项:印刷有手印和机器印刷两种,如果是手印的话,要注意调整好钢网,确保印刷没有偏移;同时要注意定时清洁钢网,一般是印刷50片左右清洁一次,如果有细间距元件则应调整为30片清洁一次;印刷时注意手不可触摸线路板正面焊盘位置,避免手上的汗渍污染焊盘,最好是戴手套作业。如果是机器印刷的话要注意定时检查印刷效果和随时添加锡膏,确保印刷出来的都是良品。5.线路板的储存和使用:线路板必须放在干燥的环境下保存,避免因为受潮而引起焊盘氧化,造成焊接不良。如果有受潮的现象,在使用时必须放在烤箱里以80到100摄氏度的温度烘烤8个小时才能使用,否则会因为线路板里的水分在过炉时蒸发而引起焊锡迸溅,造成锡珠。制程中因印刷不良造成短路的原因﹕(1)锡膏金属含量不够,造成塌陷(2)钢板开孔过大,造成锡量过多(3)钢板品质不佳,下锡不良(4)Stencil背面残有锡膏,降低刮刀压力(5)贴装在SMT流程中,贴片加工环节是完全靠机器完成的,当然也有采用手工贴片的,不过那是针对量少、元件数不多而且对加工品质要求不严格的产品。对于贴片机器的分类,一般按速度分为高速机和中速机;按贴片功能分,分为CHIP机和泛用机,也叫多功能机。贴片机器的工作原理是采用图形识别和坐标跟踪来决定什么元件该贴装到什么位置。贴片机器的工作程序一般来说有5大块:1.线路板数据线路板的长、宽、厚,用来给机器识别线路板的大小,从而自动调整传输轨道的宽度;线路板的识别标识(统称MARK),用来给机器校正线路板的分割偏差,以保证贴装位置的正确。这些是基本数据2.元件信息数据包括元件的种类,即是电阻、电容,还是IC、三极管等,元件的尺寸大小(用来给机器做图像识别参考),元件在机器上的取料位置等(便于机器识别什么物料该在什么位置去抓取)3.贴片坐标数据这里包括每个元件的贴装坐标(取元件的中心点),便于机器识别贴装位置;还有就是每个坐标该贴什么元件(便于机器抓取,这里要和数据2进行链接);再有就是元件的贴装角度(便于机器识别该如何放置元件,同时也便于调整极性元件的极性4.线路板分割数据线路板的分板数据(即一整块线路板上有几小块拼接的线路板),用来给机器识别同样的贴装数据需要重复贴几次。5.识别标识数据也就是MARK数据,是给机器校正线路板分割偏差使用的,这里需要录入标识的坐标,同时还要对标识进行标准图形录入,以供机器做对比参考。有了这5大基本数据,一个贴片程序基本就完成了,也就是说能够实现贴片加工的要求了。可是,贴装前应进行下列项目的检查:元器件的可焊性、引线共面性、包装形式、PCB尺寸、外观、翘曲、可焊性、阻焊膜(绿油)、料站的元件规格核对、是否有手补件或临时不贴件、加贴件、Feeder与元件包装规格是否一致。贴装时应检查项目:检查所贴装元件是否有偏移等缺陷,对偏移元件进行调校、检查贴装率,并对元件与贴片头进行临控。(6)固化、回流焊回流焊是靠热气流对焊点的作用,胶状的焊剂(锡膏)在一定的高温气流下进行物理反应达到SMD的焊接;因为是气体在焊机内循环流动产生高温达到焊接目的,因此叫"回流焊”1.回流焊设备在电子制造业中,大量的表面组装组件(SMA)经过回流焊进行焊接,回流焊的热传递方式可将其分为三类:远红外、全热风、红外/热风。(1)远红外回流焊八十年代使用的远红外回流焊具有加热快、节能、运行平稳等特点,但由于印制板及各种元器件的材质、色泽不同而对辐射热吸收率有较大差异,造成电路上各种不同元器件以及不同部位温度不均匀,即局部温差。例如,集成电路的黑色塑料封装体上会因辐射吸收率高而过热,而其焊接部位———银白色引线上反而温度低产生虚焊。另外,印制板上热辐射被阻挡的部位,例如在大(高)元器件阴影部位的焊接引脚或小元器件会由于加热不足而造成焊接不良。(2)全热风回流焊全热风回流焊是一种经过对流喷射管嘴或者耐热风机来迫使气流循环,从而实现被焊件加热的焊接方法,该类设备在90年代开始兴起。由于采用此种加热方式,印制板(PCB)和元器件的温度接近给定加热温区的气体温度,完全克服了红外回流焊的局部温差和遮蔽效应,故当前应用较广。在全热风回流焊设备中,循环气体的对流速度至关重要。为确保循环气体作用于印制板的任一区域,气流必须具有足够快的速度,这在一定程度上易造成印制板的抖动和元器件的移位。另外,采用此种加热方式的热交换效率较低,耗电较多(3)红外热风回流焊这类回流焊炉是在红外炉基础上加上热风使炉内温度更均匀,是当前较为理想的加热方式。这类设备充分利用了红外线穿透力强的特点,热效率高、节电;同时有效克服了红外回流焊的局部温差和遮蔽效应,并弥补了热风回流焊对气体流速要求过快而造成的影响,因此这种回流焊当前是使用得最普遍的。2.温度曲线分析与设计温度曲线是指SMA经过回流炉,SMA上某一点的温度随时间变化的曲线;其本质是SMA在某一位置的热容状态。温度曲线提供了一种直观的方法,来分析某个元件在整个回流焊过程中的温度变化情况。这对于获得最佳的可焊性,避免由于超温而对元件造成损坏以及保证焊接质量都非常重要。3.温度曲线热容分析理想的温度曲线由四个部分组成,前面三个区加热和最后一个区冷却。一个典型的温度曲线其包含回流持续时间、锡膏活性温度、合金熔点和所希望的回流最高温度等。回流焊炉的温区越多,越能使实际温度曲线的轮廓达到理想的温度曲线。大多数锡膏都能用有四个基本温区的温度曲线完成回流焊工艺过程。(1)预热区也叫斜坡区,用来将PCB的温度从周围环境温度提升到所须的活性温度。在这个区,电路板和元器件的热容不同,她们的实际温度提升速率不同。电路板和元器件的温度应不超过每秒3℃速度连续上升,如果过快,会产生热冲击,电路板和元器件都可能受损,如陶瓷电容的细微裂纹。而温度上升太慢,锡膏会感温过度,溶剂挥发不充分,影响焊接质量。炉的预热区一般占整个加热区长度的15～(2)活性区也叫做均温区,这个区一般占加热区的30～50%。活性区的主要目的是使SMA内各元件的温度趋于稳定,尽量减少温差。在这个区域里给予足够的时间使热容大的元器件的温度赶上较小元件,并保证焊膏中的助焊剂得到充分挥发。到活性区结束,焊盘、焊料球及元件引脚上的氧化物被除去,整个电路板的温度达到平衡。应注意的是SMA上所有元件在这一区结束时应具有相同的温度,否则进入到回流区将会因为各部分温度不均产生各种不良焊接现象。一般普遍的活性温度范围是120～170℃,如果活性区的温度设定太高,助焊剂没有足够的时间活性化,温度曲线的斜率是一个向上递增的斜率。虽然有的锡膏制造商允许活性化期间一些温度的增加,(3)回流区有时叫做峰值区或最后升温区,这个区的作用是将PCB的温度从活性温度提高到所推荐的峰值温度。活性温度总是比合金的熔点温度低一点,而峰值温度总是在熔点上。典型的峰值温度范围是焊膏合金的熔点温度加40℃左右,回流区工作时间范围是30-60s。这个区的温度设定太高会使其温升斜率超过每秒3℃,或使回流峰值温度比推荐的高,或工作时间太长可能引起PCB的过分卷曲、脱层或烧损,并损害元件的完整性。回流峰值温度比推荐的低,工作时间太短可能出现冷焊等缺陷(4)冷却区这个区中焊膏的锡合金粉末已经熔化并充分润湿被连接表面,应该用尽可能快的速度来进行冷却,这样将有助于合金晶体的形成,得到明亮的焊点,并有较好的外形和低的接触角度。缓慢冷却会导致电路板的杂质更多分解而进入锡中,从而产生灰暗粗糙的焊点。在极端的情形下,其可能引起沾锡不良和减弱焊点结合力。冷却段降温速率一般为3～10℃/S按工作热容设计温度曲线温度曲线的本质是描述SMA在某一位置的热容状态,温度曲线受多个参数影响,其中最关键的是传输带速度和每个区温度的设定。而传输带速度和每个区温度的设定取决与SMA的尺寸大小、元器件密度和SMA的炉内密度。当最后的曲线图尽可能的与所希望的图形相吻合,应该把炉的参数记录或储存以备后用。虽然这个过程开始很慢和费力,但最终能够取得熟练和速度,结果得到高品质的PCB的高效率的生产4.回流焊主要缺陷分析:A.锡珠(SolderBalls):原因:(1)丝印孔与焊盘不对位,印刷不精确,使锡膏弄脏PCB。(2)锡膏在氧化环境中暴露过多、吸空气中水份太多。(3)加热不精确,太慢并不均匀。(4)加热速率太快并预热区间太长。(5)锡膏干得太快。(6)助焊剂活性不够。(7