SMT基礎(chǔ)與工藝課件：PCB的分類與基板

PCB的分類與基板學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解PCB的分類和特點。2.熟悉PCB的基板材料、銅箔種類與厚度。3.掌握PCB基板質(zhì)量的相關(guān)參數(shù)。表面組裝電路板1表面組裝電路板2一、印制電路板的分類和特點1.按照電路層數(shù)分類（1）單面板單面板（singlesidedboard）是指在最基本的PCB上，元器件集中在其中一面，導(dǎo)線則集中在另一面（有貼片元器件時，貼片元器件和導(dǎo)線為同一面，插裝元器件導(dǎo)線在插裝元器件另一面）。單面板的特點是制造簡單，裝配方便，常用于收音機、電視機等。因為單面板在設(shè)計線路上有嚴(yán)格的限制，所以不適用于要求高組裝密度或復(fù)雜電路的場合。表面組裝電路板3一、印制電路板的分類和特點1.按照電路層數(shù)分類（2）雙面板雙面板（doublesidedboard）的兩面都有布線，需要在兩面間有適當(dāng)?shù)碾娐愤B接。這種電路間的“橋梁”稱為導(dǎo)孔。導(dǎo)孔是在PCB上充滿或涂上金屬的小洞，它可以與兩面的導(dǎo)線相連接。因為雙面板的面積比單面板大了一倍，所以雙面板更適合用在組裝密度大或復(fù)雜的電路上。因為雙面板印制電路的布線密度比單面板高，所以能減小設(shè)備的體積。表面組裝電路板4一、印制電路板的分類和特點1.按照電路層數(shù)分類（3）多層板多層板（multi-layerboard）具有多個走線層，每兩層之間是介質(zhì)層，介質(zhì)層可以做得很薄。多層電路板至少有三層導(dǎo)電層，其中兩層在外表面，而剩下的一層被合成在絕緣板內(nèi)。它們之間的電氣連接通常是通過電路板橫截面上的鍍通孔實現(xiàn)的。表面組裝電路板5一、印制電路板的分類和特點1.按照電路層數(shù)分類（3）多層板多層板（multi-layerboard）具有多個走線層，每兩層之間是介質(zhì)層，介質(zhì)層可以做得很薄。多層電路板至少有三層導(dǎo)電層，其中兩層在外表面，而剩下的一層被合成在絕緣板內(nèi)。多層板的使用，可提高布線密度，縮小元器件的間距，縮短信號的傳輸路徑；可減少元器件焊接點，降低故障率；可引入接地散熱層，減少局部過熱現(xiàn)象，提高整機工作的可靠性。表面組裝電路板6一、印制電路板的分類和特點2.按照基板材料性質(zhì)分類印制電路板按基板材料（簡稱基材）性質(zhì)可分為剛性印制電路板、柔性印制電路板和軟硬結(jié)合印制電路板。剛性PCB與柔性PCB最直觀的區(qū)別是柔性PCB是可以彎曲的。軟硬結(jié)合PCB的優(yōu)點是同時具備柔性PCB的特性與剛性PCB的特性，其缺點是生產(chǎn)工序繁多，生產(chǎn)難度大，良品率較低，所投物料、人力較多，因此，其價格比較高，生產(chǎn)周期比較長。表面組裝電路板7一、印制電路板的分類和特點3.按照基板材料分類印制電路板按基板材料可分為無機類基板材料和有機類基板材料兩類。無機類基板主要是陶瓷基板，其主要成分是氧化鋁。有機類基板材料用玻璃纖維布、纖維紙、玻璃氈等增強材料，浸以樹脂黏結(jié)劑，通過烘干成為坯料，然后覆上銅箔，經(jīng)過高溫、高壓制成。表面組裝電路板8一、印制電路板的分類和特點4.按照適用范圍分類印制電路板按適用范圍可分為低頻和高頻印制電路板。電子設(shè)備高頻化是發(fā)展趨勢，尤其在無線網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信日益發(fā)展的現(xiàn)在，信息產(chǎn)品走向高速與高頻化，新一代產(chǎn)品都需要高頻印制電路板，其基板可由聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯玻璃布等介質(zhì)損耗和介電常數(shù)小的材料構(gòu)成。表面組裝電路板9二、PCB的基板材料、銅箔種類與厚度1.PCB的基板材料覆銅板是PCB的主要基板材料，它是用增強材料浸以樹脂黏結(jié)劑，通過烘干、裁剪、疊合成坯料，然后覆上銅箔，用鋼板作為模具，在熱壓機中經(jīng)高溫、高壓加工而制成的。一般用來制作多層板的半固化板，是覆銅板在制作過程中的半成品，多為玻璃纖維布浸以樹脂，經(jīng)干燥加工而成。表面組裝電路板10二、PCB的基板材料、銅箔種類與厚度1.PCB的基板材料PCB基板材料按照增強材料不同，可分為紙基板、環(huán)氧玻璃纖維布基板、復(fù)合材料（CEM）基板、高密度互連（HDI）基板、特殊材料基板（陶瓷基板、金屬基板等）五類。下圖所示為四層PCB結(jié)構(gòu)圖表面組裝電路板11二、PCB的基板材料、銅箔種類與厚度2.銅箔種類與厚度PCB銅箔厚度、線寬與電流的關(guān)系見下表表面組裝電路板12二、PCB的基板材料、銅箔種類與厚度2.銅箔種類與厚度壓延銅箔是將銅板經(jīng)過多次重復(fù)輥軋而制成原箔（也稱為毛箔），然后根據(jù)要求進行粗化處理。電解銅箔是在專用的電解設(shè)備中使硫酸銅電解液在直流電作用下電沉積而制成原箔，然后根據(jù)要求對原箔進行表面處理、耐熱層處理、防氧化處理等操作。表面組裝電路板13三、PCB基板質(zhì)量的相關(guān)參數(shù)1.玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）非晶聚合物有三種力學(xué)狀態(tài)，即玻璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)。在溫度較低時，材料為剛性固體狀，在外力作用下只會發(fā)生非常小的形變，此狀態(tài)為玻璃態(tài)；當(dāng)溫度繼續(xù)升高到一定范圍后，材料的形變明顯地增加，并在隨后的一定溫度區(qū)間內(nèi)形變相對穩(wěn)定，此狀態(tài)為高彈態(tài)；溫度繼續(xù)升高，形變量又逐漸增大，材料逐漸變成黏性的流體，此時形變不可能恢復(fù)，此狀態(tài)為黏流態(tài)。

表面組裝電路板14三、PCB基板質(zhì)量的相關(guān)參數(shù)1.玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）通常把玻璃態(tài)與高彈態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，稱為玻璃化轉(zhuǎn)變，它所對應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度即玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，或稱玻璃化溫度，用Tg表示。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的值關(guān)系到PCB的尺寸耐久性，對于PCB而言，它的值越高越好。在選擇電路基板材料時，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度要盡量接近工藝中出現(xiàn)的最高溫度，以減小或避免損壞元器件。表面組裝電路板15三、PCB基板質(zhì)量的相關(guān)參數(shù)2.熱膨脹系數(shù)（αCTE）熱膨脹系數(shù)是指每單位溫度變化所引起的材料尺寸的線性變化量。它描述了PCB受熱或冷卻時膨脹的百分率。材料的熱膨脹系數(shù)是材料的物理特性之一，溫度的變化造成的變形以及帶來的應(yīng)力作用是無法改變的。常用的環(huán)氧玻璃纖維加強基板（FR-4）的熱膨脹系數(shù)在Z軸方向（垂直于板平面）與X軸和Y軸方向不同。其在Z軸方向會隨溫度升高而發(fā)生膨脹。表面組裝電路板16三、PCB基板質(zhì)量的相關(guān)參數(shù)2.熱膨脹系數(shù)（αCTE）常用基板材料的αCTE

值見下表表面組裝電路板17三、PCB基板質(zhì)量的相關(guān)參數(shù)3.基材的熱分解溫度（Td）基材的熱分解溫度是指基材的樹脂受熱失重5%時的溫度，常作為印制電路板的基材受熱引起分層和性能下降的標(biāo)志。常采用熱質(zhì)量分析法（TGA）來測量。表面組裝電路板18三、PCB基板質(zhì)量的相關(guān)參數(shù)4.介電常數(shù)（Dk）介電常數(shù)是指每單位體積的絕緣物質(zhì)在每單位電位梯度下所能儲蓄靜電能量的多少，即電容率。介電常數(shù)與阻抗平方根成反比，與線寬、銅厚成反比關(guān)系。由于無線通信技術(shù)向高頻化方向發(fā)展，頻率的增加會導(dǎo)致基材的介電常數(shù)增大。在保證特性阻抗的條件下，可以考慮采用低介電常數(shù)和薄的介質(zhì)層厚度。表面組裝電路板19三、PCB基板質(zhì)量的相關(guān)參數(shù)5.耐熱性部分SMT工藝需要經(jīng)過兩次再流焊機，經(jīng)過一次高溫后仍然要求保持板間的平整度，以此保證第二次貼片的可靠性。由于表面組裝元器件焊盤越來越小，焊盤的黏結(jié)強度也相對較小，若PCB使用的基材耐熱性高，則焊盤的抗剝強度也高，一般要求用于SMT工藝的PCB具有250℃/50s的耐熱性。表面組裝電路板20三、PCB基板質(zhì)量的相關(guān)參數(shù)6.平整度由于SMT的工藝特點，目前對PCB有很高的平整度要求，以使表面組裝元器件引腳與PCB焊盤密切配合。PCB焊盤表面涂覆層不僅使用SnPb合金熱風(fēng)整平工藝，而且大量采用鍍金工藝或者預(yù)熱助焊劑涂覆工藝，以提高平整度。表面組裝電路