《電子技術(shù)應(yīng)用》
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第二節(jié):PCB與貼片元器件

2017-11-15
關(guān)鍵詞: smt PCB SMD SMC

2.1.印制電路板

印制電路板(Printed Circuit Board,,簡稱PCB)在電子設(shè)備中是電子元器件的載體,,提供機(jī)械支撐和電氣連接,并保證電子產(chǎn)品的電氣,、熱和機(jī)械性能的可靠性,。為自動焊錫提供阻焊圖形,為電子元器件安裝,、檢查,、維修提供識別字符和圖形。

PCB板由焊盤,、導(dǎo)線,、絲印、絕緣漆,、定位孔,、導(dǎo)通孔、貫穿孔等要素構(gòu)成:

(1)焊盤:焊盤是電路板上用來焊接元器件或引線的銅箔,經(jīng)過回焊爐將錫膏熔解或過波峰焊后對零件進(jìn)行固定,;

(2)導(dǎo)線:用于連接電路板上各種元件的引腳,,完成各個元件之間電信號的連接;

(3)絲?。阂布窗子?,文字印刷標(biāo)明零件的名稱、位置,、方向,。PCB上有產(chǎn)品型號、版本,、廠商標(biāo)志和生產(chǎn)批號等,;

(4)絕緣漆:絕緣漆作用是絕緣、阻焊,、防止PCB板面被污染,,黃油和綠油偏多;

(5)導(dǎo)通孔: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,,又稱VIA孔;

(6)貫通孔:用于插裝通孔元器件,;

(7)定位孔:用于將PCB固定在電子設(shè)備中,。

2.2 PCB的分類

PCB按印刷版電路層數(shù)可分為單面板、雙面板、多層板,;按基板材質(zhì)分有剛性PCB,、柔性PCB(撓性板)、剛?cè)峤Y(jié)合PCB(剛撓結(jié)合板)等,。與此同時,,印制板繼續(xù)朝著高精度、高密度和高可靠性方向發(fā)展,,體積不斷縮小,,、成本不斷減輕,,而性能卻不斷提高,,使得印制板在未來電子設(shè)備地生產(chǎn)過程中,仍然保持著強(qiáng)大的生命力,。

2.3 PCB的基板材料

覆銅板(Copper  Clad  Laminates,,簡稱 CCL)是PCB的基材,它是用增強(qiáng)材料,,浸以樹脂膠黏劑,,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(jī)中經(jīng)高溫高壓成形加工而制成的,。一般用來制作多層板的半固化片,是覆銅板在制作過程中的半成品,,多為玻璃布浸以樹脂,,經(jīng)干燥加工而成。如圖2-5所示,,是多層PCB板組成的示意圖,。

PCB基板材料,可分為紙基,、玻璃布基,、復(fù)合材料基(Composite Epoxy Material,簡稱CEM),、特殊材料基(陶瓷,、金屬芯基等)四大類,如表2-1所示,。

按基板所采用的樹脂膠黏劑不同進(jìn)行分類,,常見的紙基CCL有:酚醛樹脂(XPc、XxxPC、FR-1,、FR-2等)、環(huán)氧樹脂(FR-3),、聚酯樹脂等各種類型,。常見的玻璃纖維布基CCL有環(huán)氧樹脂(FR24、FR-5),,它是目前使用最廣泛的玻璃纖維布基類型,。另外, 還有其他特殊性樹脂,,如雙馬來酰亞胺改性三嗪樹脂(BT),、聚酰亞胺樹脂(PI)、二亞苯基醚樹脂(PPO),、馬來酸酐亞胺—苯乙烯樹脂(MS),、聚氰酸酯樹脂、聚烯烴樹脂等,。

表2-1 PCB基材的分類

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2.4貼片元器件(SMC/SMD

2.4.1 SMC/SMD的封裝

封裝(Package)就是指把硅片上的電路管腳,用導(dǎo)線接引到外部接頭處,以便與其它器件連接,。封裝形式是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼,它不僅起著安裝,、固定,、密封、保護(hù)芯片及增強(qiáng)電熱性能等方面的作用,,而且還通過芯片上的接點(diǎn)用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上,,這些引腳又通過印刷電路板上的導(dǎo)線與其它器件相連接,從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)部芯片與外部電路的連接,。

1.標(biāo)準(zhǔn)封裝 

(1)無源片式元件(CHIP) 

長方形無源器件稱為“CHIP”片式元器件,,它的體積小、重量輕,、抗沖擊性和抗震性好,、寄生損耗小,被廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品中,。主要用于電阻,、電容、電感等元件,,主要特點(diǎn)是沒有突出的引腳,。

無源片式元件用兩種尺寸代碼來表示。一種尺寸代碼是由4位數(shù)字表示的EIA(美國電子工業(yè)協(xié)會)代碼,,前兩位與后兩位分別表示電阻的長與寬,,以英寸為單位。我們常說的0603封裝就是指英制代碼。另一種是米制代碼,,也由4位數(shù)字表示,,其單位為毫米。英制的1005,,0201,、0402、0603,、0805,、1206片狀元件,相當(dāng)于公制的0402,、0603,、1005、1608,、2012,、3216(mm)元件,通常使用的都是英制標(biāo)注,,下表列出貼片電阻封裝英制和公制的關(guān)系及詳細(xì)的尺,。                       

(2)柱狀封裝元件(MELF)

主要用于二極管、電阻,、電感,、陶瓷或鉭電容等。焊接端頭為圓柱體金屬成份,,如銀,、金或鈀銀合金等,易滾動,,如圖2-10,。

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圖2-10 柱狀元件

(3)小外形晶體管(SOT,Small Outline Transistor )

主要用于二極管,、三極管,、達(dá)林頓管等。引出端特點(diǎn)是分列于元器件對稱的兩端,,引腳為“一”和“L”形,,基本分為對稱與不對稱兩類,有以下幾個系列SOT23,、SOT89,、SOT223等。

(4)小外形封裝(SOP, Small Outline Package)

SOP封裝主要用于中小規(guī)模集成電路,。引出端特點(diǎn)是對稱分列于元器件的兩邊,,引腳形態(tài)基本分為“L”與“鷗翼”(Gullwing),、“J”、“I”等四類,,如圖2-12,。SOP封裝技術(shù)由1968~1969年菲利浦公司開發(fā)成功,以后逐漸派生出SOJ(J型引腳小外形封裝),、TSOP(薄小外形封裝),、VSOP(甚小外形封裝)、SSOP(縮小型SOP),、TSSOP(薄的縮小型SOP)及SOT(小外形晶體管)、SOIC(小外形集成電路)等,。                      

(5)四周扁平封裝(QFP)

 多用于各類型的集成電路,,引腳形態(tài)基本上分為“鷗翼”形,引腳間距從0.3mm至1.0mm多個系列,,封體形態(tài)為正方形或長方形,,封裝材料為塑料(PQFP)或陶瓷(CQFP),如圖2-13,。

(6)塑封引線芯片載體(PLCC)

PLCC多用于各類型的集成電路,,引腳形態(tài)為 “J”形,引腳間距1.27mm,,封體形態(tài)為正方形或長方形,、不規(guī)則形狀,封裝材料為塑料,,可直接裝入芯片插座或焊接,,如圖2-14。

(7)球柵陣列封裝(BGA)

大規(guī)模集成電路的BGA封裝發(fā)展緣由:集成電路的集成度迅速提高,,封裝尺寸必須縮小,。電極采用球形引腳,球形引腳優(yōu)點(diǎn):尺寸小利于高密度組裝,;再流焊時有自校準(zhǔn)效應(yīng),,降低了貼片精度,提高組裝可靠性,。該類型封裝已很多見,,多用于大規(guī)模、高集成度器件,,封裝材料為塑料或陶瓷,、金屬,焊球間距為1.27mm,、1.00mm,、0.8mm,、0.65mm、0.5mm等,,球徑隨著間距而相應(yīng)縮小,,陣列規(guī)格多樣,各家標(biāo)準(zhǔn)不一,。BGA品種: 陶瓷BGA(CBGA),、塑料BGA(PBGA)、 微型BGA(Micro-BGA,、μBGA,、CSP)

(8)芯片尺寸封裝(CSP)

 該類型從形式上類似于BGA,但其定義為封裝尺寸不大于芯片尺寸的1/3,。有些公司的產(chǎn)品又稱為μBGA,。焊球間距一般均在1.00mm以下。

(9)倒裝芯片(FP)

為目前最為先進(jìn)的IC形式,,應(yīng)用晶圓片半導(dǎo)體工藝,,產(chǎn)生具有規(guī)則或不規(guī)則凸點(diǎn)陣列,凸點(diǎn)間距在0.8mm以下,,凸點(diǎn)直徑在0.5mm以下,,基本屬裸芯片,如圖2-17,。

2.4.2SMC/SMD的包裝

表面貼裝元器件的大量應(yīng)用,,是由表面貼裝設(shè)備高速發(fā)展促成的,同時高速度,、高密度,、自動化的貼裝要求,又促使了表面貼裝元器包裝技術(shù)的開發(fā),,表面貼裝元器件的包裝形式已經(jīng)成為SMT系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié),,表面組裝元器件的包裝類型有編帶、管裝,、托盤等,。 

1.編帶包裝

編帶包裝在SMA生產(chǎn)中占有較大比例,常見的有電阻,、電容以及各種IC等,。帶狀包裝由帶盤與編帶組成,類似電影拷貝

根據(jù)材質(zhì)不同,,有紙編帶,,塑料編帶及黏結(jié)式編帶,其中紙編帶包裝與塑料編帶的元件,,可用同一種帶狀供料器,,而黏結(jié)式塑料編帶所使用的帶狀供料器的形式有所不同,,但不管哪種材料的包裝帶,均有相同的結(jié)構(gòu),。

紙編帶由基帶,、底帶和帶蓋組成,其中基帶是紙,,而底帶和蓋帶則是塑料薄膜,。基帶上布有小圓孔,,又稱同步孔,,是供帶狀送料器上棘輪傳動時的定位孔,兩孔之間的距離稱為步距,。矩形孔是裝載元器件的料糟,,用來裝載不同尺寸的元件。W指帶寬,,帶寬已有標(biāo)準(zhǔn)化尺寸,有8mm,12mm,16mm,24mm和32mm等,。用來裝載0603以上尺寸元件的同步孔距均為4mm,而小于0603尺寸的包裝帶上的同步孔距則為2mm,故定購供料器時應(yīng)加以區(qū)別,。

2.管裝包裝

主要用于SOP、SOJ,、PLCC,、PLCC插座,以及異形元件等,,如圖2-19所示,。

3.托盤包裝

盤裝又稱華夫盤包裝,它主要用于QFP,、SOP等元件,。通常這類元件引腳精細(xì),極易碰傷,,故采用上下托盤將元件的本體夾緊,,并保證左右不能移動,便于運(yùn)輸和貼裝,,如圖2-20所示,。

2.4.3 SMC/SMD的儲存與使用

1.存放環(huán)境條件: 

(1)環(huán)境溫度:30℃下; 

(2)環(huán)境濕度:< 60%RH ,;

(3)環(huán)境氣氛:庫房及環(huán)境中不得有影響焊接性能的疏,、氯、酸等有害氣體,;

(4)防靜電措施:要滿足表面組裝對防靜電的要求,。

2.存放周期:

從生產(chǎn)日期起為二年,。到用戶手中算起一般為一年(南方潮濕環(huán)境下3個月以內(nèi))。

3. 防潮

塑封元器件均對濕度有不同的敏感度,,因而對敏感程度較高的元器件在包裝中,,除正常的產(chǎn)品標(biāo)識、合格證外,,正規(guī)廠家均會在其包裝中放置若干物品,,如:干燥劑、防潮袋,、警示標(biāo)簽,、濕度指標(biāo)卡等,對具有防潮要求的SMD元件,,打開封裝后一周內(nèi)或72小時內(nèi)(根據(jù)不同元件的要求而定)必須使用完畢,,如果72小時內(nèi)不能使用完畢,應(yīng)存放在< 20%RH的干燥箱內(nèi),,對已經(jīng)受潮的SMD器件按照規(guī)定作去潮烘烤處理,,圖2-21為濕度敏感元件的真空包裝。

4.防靜電 

 操作人員在拿取SMD元件時應(yīng)帶好防靜電手環(huán),、防靜電手套等工具,。

2.4.4 BOM的識讀

物料清單(Bill of materail,簡稱 BOM)在電子組裝生產(chǎn)中是一種非常重要的文件,,是電子產(chǎn)品研發(fā)的成果性文件,,也是電子企業(yè)中各個部門溝通的重要媒介,如采購部門根據(jù)BOM可以知道要采購哪些元器件,,生產(chǎn)部門根據(jù)BOM清楚的知道,,線路板的組裝過程中每個元器件數(shù)量以及安裝位置。要清楚生產(chǎn)用料必須學(xué)會看BOM,,如表2-21所示,,閱讀BOM主要注意幾方面:

1. 要清楚產(chǎn)品型號、版本,,如VA-391  V3.2  

2. 區(qū)分BOM中哪些是SMC/SMD,,哪些是THC:

BOM描述中有下列文字或字母之一都是SMT用料 “SMD、0603,、0805,、1206、Chip,、SMT,、QFP、PLCC,、BGA,、SOJ”,;

插裝件一般有“DIP”字樣,但電解電容一般為DIP型,,BOM上通常省去“DIP”字樣,,如:BOM 第31行對電解電容的描述為6.8uF/400V,Φ8*15,105℃,20%,。

3.有些零件要看外形才知屬SMD還是DIP元件,。舉例:

(1)描述為chip  CAP  0.01μF   50V  +80%-20%   SMD  0603

表示:該電容是晶片陶瓷電容,容值為0.01μF ,耐壓50V,,誤差為+80%-20%,,即容值允許范圍: 0.018μF ~0.008μF ,SMD  0603型的,;

(2)描述為chip  Resister  10  OHM  1/10W   5%   0603

  表示:該晶片電阻阻值為10Ω,,功率為0.1瓦,誤差為±5%   0603規(guī)格,;

(3)描述為:Chipset  Sis6326  H0   208-Pin  PQFP

  表示:該芯片為SIS公司名稱為6326版本為H0,,208個腳,PQFP型,;

(4)描述為:PCB  VA-391  V3.2  16×8.3cm,,4-L  SS   Yellow

  表示:該P(yáng)CB為VA-391,版本為3.2,,長×寬×厚為143*112.5*1.6MM,基板材料為,FR-4的雙面板。

4.看清楚描述是否有指定零件的廠牌及顏色等,。

5.位置是指零件用在PCB板上的位置以及數(shù)量,。

表2-21  VA-391 V3.2  主板BOM

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