毕业设计(论文)-PCB印制线路板流程及品质管理分析.doc
《毕业设计(论文)-PCB印制线路板流程及品质管理分析.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业设计(论文)-PCB印制线路板流程及品质管理分析.doc(24页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、i 目目 录录 摘摘 要要 .3 第一章第一章 绪论绪论 .4 1.1 研究背景 .4 1.2 研究意义 .4 第二章第二章 相关理论与技术相关理论与技术 .6 2.1PCB 的基本资料6 2.2 做 PCB 制作的准备 .6 2.2.1 基板的概念 6 2.2.2PCB 基板材质的选择.7 2.3PCB 设计基本概念7 2.3.1 层(Layer) 的概念 7 2.3.2 过孔(Via) .8 2.3.3 丝印层(Overlay)8 2.3.4SMD 的特殊性8 2.3.5 网格状填充区(External Plane )和填充区(Fill).9 2.3.6 焊盘( Pad)9 2.3.7 各
2、类膜(Mask)9 2.3.8 飞线 9 第三章第三章 PCB 的制作流程的制作流程 11 3.1 下料 .11 3.2 DRILLING 钻孔.11 3.3PTH/PANEL PLATING 沉铜/板面电镀.12 3.4DRY FILM 干膜.13 3.5PATTERN PLATING 图形电镀.14 3.6TIN PLATING 镀锡15 3.7ETCHING 蚀铜15 3.8 WET FILM,COMPONENT MARK 湿绿油, 白字16 3.9 HAL 喷锡16 3.10 外型加工 .17 3.11 E-TEST 电测试17 3.12 出货前的检验 .17 第四章第四章 PCB 质
3、量管理分析质量管理分析 18 4.1PCB 设计原则18 4.2PCB 注意事项20 4.3PCB 常见错误分析21 4.4PCB 设计几点体会23 结结 束束 语语 .24 致致 谢谢 .25 参参 考考 文文 献献 .26 第 2 页 摘 要 通讯、计算机、消费电子等产业的繁荣,促进了印刷电路板(Printed Circuit Board, 简称 PCB)行业的快速发展。作为电子工业中最基础最活跃的产业之一,印刷电路板的设 计与制造越来越趋向于高密度、多层数、高性能,这就使 PCB 制造的品质保证问题面临 巨大的挑战。印刷电路板品质的好坏,取决于板上每根线条、每个孔品质的好坏。电路 板在生
4、产过程中山于各种不确定因素的影响(如原材料、设备稳定性、环境、温度和人为 操作等),造成缺陷很难避免,必须实施严格的中间检验。根据有关资料,在 PCB 的制造 过程中,越早发现错误,就可以越早采取相应措施对其进行处理,从而降低生产成本。 中国 PCB 行业面临结构性过剩。PCB 行业的特点是厂商根据下游需求生产 PCB 板。 PCB 行业相对的上下游产业特点,决定了其产业集中度不高,在激烈的市场竞争中,只 有市场定位好、运营效率高的企业才具有长期竞争力。由于产业巨大,分工很细,低档 产品供过于求,而高端 PCB 属于资金、技术密集型行业,对管理和技术的要求比较高, 往往成为产能扩充的瓶颈。本次
5、金融风暴后,最终消费模式逐渐从之前欧美的粗放式走 向精打细算、缩衣节食模式,而之前大多数厂商都根据下游客户的需求生产 PCB 板,与 下游厂商原有具有配套性,随着下游客户根据市场需求而发生转变,对 PCB 板的需求也 发生变化。只有与下游厂商产品搭配合理的 PCB 板生产企业才有可能在未来拿到更多的 订单,而不能随着下游厂商的需求变化而变化的 PCB 板生产企业将有可能在激烈的市场 竞争中逐渐退出 PCB 行业。因此,印刷电路板的生产在线检测已成为 PCB 生产企业的共 识,但真正实现中间检验和在线检验难度较大。因此,高效、高速、高精度且易于实现 的印刷电路板缺陷自动检测方法成为 PCB 行业
6、的迫切需要。 关键词:关键词:PCB;PCB; 高效;高效; 管理和技术;电路板缺陷管理和技术;电路板缺陷 第 3 页 第一章 绪论 1.11.1 研究背景研究背景 2008年上半年中国 PCB 产值及产量保持增长,在8月份之前增产现象还比较常见。 从第三季度末开始,受到国际金融风暴的影响,首先是手机和电脑市场增长放缓,国外 知名品牌纷纷减产,接着汽车制造业减产也直接导致 PCB 企业订单锐减。在传统旺季10 月份,上述现象也未有改观。诸多中小型 PCB 企业关停并转,不少企业扩产计划搁浅, 许多企业,包括 PCB 和主要原材料(如 CCL)出现增产减效局面。 国内 PCB 企业从第三季度第四
7、季度企业效益下滑约25%到30%,出口产品和相关出 口产品的订单锐减,高端产品如 HDI、FPC 订单锐减,整机厂资金回收困难等,PCB 企 业经营进入困难期。珠三角地区是我国 PCB 产业重镇,多少企业依赖外单,尤其是国外 手机和电脑订单,在本次金融风暴中,受金融风暴的影响较为严重。 1.21.2 研究意义研究意义 一般而言,电子信息产业的发展周期滞后于外部经济发展周期3到6个月,同样,电 子信息产业的复苏也要在景气复苏后一段时间才会出现。 北美1997年7月份至2010年1月 BB 数值,从图中我们很容易看到行业的几大衰退年份, 1997年、2000年、2002年及2007年。我们也可以发
8、现全球 IT 及 PCB 行业虽然从2009年第 二季度开始 BB 值大于1,但是 BB 值呈现逐月变小之趋势,至2010年1月份的1.03,已经 是接近于1。说明本次 PCB 复苏的趋势尚需要进一步强化,而且最近12年的 BB 值走势也 可以看出,BB 值连续大于1的月份不多。因而我们预计 BB 值有重新迈入小于1的局面, PCB 行业可能又一次陷入衰退周期。 PCB 行业20多年的发展历史表明,PCB 行业是大者恒大,在每一次的行业洗牌中,都 会诞生区域性或全球性的领导企业。在产品多元化的今天,PCB 周期性变的平稳,不会因 为一两种电子产销不旺,造成整个市场下滑。因而,总体上而言,印刷电
9、路板行业周期 性不明显,主要随着宏观经济波动。上世纪90年代,我国印刷电路板行业连续多年保持 30%作用高速增长。2001年到2002年,受世界经济增长放缓等因素的影响,我国印刷电路 板行业的增长速度出现较大幅度的下降。2003年以后,随着全球经济的复苏以及新兴电 子产品的出现和广泛应用,印刷电路板的需求再度出现快速增长,我国印刷电路板行业 的产值恢复到30%左右年增长速度,2005年,同比增长约31.4%,2007年景气成长脚步趋 缓。 第 4 页 面对2009年的金融风暴,有一大批抗风险能力较弱,无核心竞争力的 PCB 企业退出 市场。同时,由于全球 PCB 技术的迅猛发展和产能的过剩,我
10、国 PCB 行业重新洗牌将是 大势所趋,进入重新调整布局的新时代,面临新的转型,PCB 产品的技术含量也不断提高, 企业将具有更多的自主研发、自主知识产权项目,管理水平也将全面提升,环保标准也 将逐步达到国际先进水平。随着中国 PCB 行业的进一步洗牌,中国的 PCB 产业集中度还 将逐渐向先进地区如台湾、日本和韩国等看齐,不再是小而散,而会是更加有序规范。 行业洗牌说明目前的游戏规则不再适合,而新的游戏规则将随着发展而发展。明显 的市场信号表明,节能、减排、降耗和提高效率将是未来发展的主流。在经历经济危机 寒冬洗礼之后,存活下来的企业只有可能是在以上四点中做的较好的企业,就是核心竞 争力比较
11、强的企业。而在行业混战时期没有解决好问题的中小企业,可能会在竞争中受 到压制。因而作为基础 PCB 行业需要更加小心地面对变换的市场形势,清晰部署产能, 切忌盲目扩充产能,更多的精力应当集中在新产品、新技术的开发方面。 第 5 页 第二章 相关理论与技术 2.12.1PCBPCB 的基本资料的基本资料 PCB 是英文(Printed Circuie Board)印制线路板的简称。通常把在绝缘材料上,按 预定设计,制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路。而在绝 缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形,称为印制线路。这样就把印制电路或印 制线路的成品板称为印制线路板,亦称为印
12、制板或印制电路板。 PCB 几乎我们所能见到的电子设备都离不开它,小到电子手表、计算器、通用电脑, 大到计算机、通迅电子设备、航空、航天、军用武器系统,只要有集成电路等电子元器 件,它们之间电气互连都要用到 PCB。PCB 它提供集成电路等各种电子元器件固定装配的 机械支撑、实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘、提供所要 求的电气特性,如特性阻抗等。同时为自动锡焊提供阻焊图形;为元器件插装、粘装、 检查、维修提供识别字符标记图形。 于 1960 年以后才有专业制造厂以甲醛树脂铜箔为 基材,制作单面 PCB 进军电唱机、录音机、录像机等市场,之后因双面贯孔镀铜制造技 术兴起,
13、于是耐热、尺寸安定之玻璃环氧基板大量被应用至今。现在用得比较多的有 FR4,FR2,CEM3,陶瓷电路板的分类:1.根据硬度分:软板、硬板、软硬板 2.根据层数 分:单面板、双面板、多层板单面板就是只有一层导电图形层双面板是有两层导电图形 层多层印刷线路板是指由三层及以上的导电图形层与绝缘材料交替层压粘结在一起制成 的印刷电路板。板,铁氟龙板等,我司现在使用的一般为 FR4 板. 2.22.2 做做 PCBPCB 制作的准备制作的准备 2.2.12.2.1 基板的概念基板的概念 PCB 板的原始物料是覆铜基板,简称基板。基板是两面有铜的树脂板。现在最常用的 板材代号是 FR-4。FR-4 主要
14、用于计算机、通讯设备等档次的电子产品。对板材的要求: 一是耐燃性,二是 Tg 点,三是介电常数。电路板必须耐燃,在一定温度下不能燃烧,只 能软化。这时的温度点就叫做玻璃态转化温度(Tg 点),这个值关系到 PCB 板的尺寸安定 性。在高阶应用中,客户有时会对板材的 Tg 点进行规定。介电常数是一个描述物质电特 性的量,在高频线路中,信号的介质损失(PL)与基板材料有关,具体而言与介质的介电 常数的平方根成正比。介质损失大,则吸收高频信号、转变为热的作用就越大,导致不 能有效地传送信号。除 FR-4 树脂基板外,在诸如电视、收音机等较为简单的应用中酚醛 纸质基板用得也很多。 PCB 基板组成:基
15、板由基材和铜箔组成,FR-4 基材是树脂加玻纤布,玻纤布就是玻璃 第 6 页 纤维的织物,将玻纤布在液态的树脂中浸沾,再压合硬化得到 基材。在高分子化学中, 将树脂的状态分为 a-stage、b-stage、c-stage 三种状态,处于 a-stage 的树脂分子间 没有紧密的化学键,呈 流动态;b-stage 时分子与分子之间化学键不多,在高温高压下 还会软化,进而变成 c-stage;c-stage 是树脂化学结构最为稳定的状态,呈固态,分子 间的化学键增多,物理化学性质就非常稳定。我们使用的电路板基材就是由处于 b-stage 的树脂构成。而基板是将处于 b-stage 的基材与铜箔热
16、压在一起。这时的树脂就处于稳 定的 c-stage 了。 2.2.22.2.2PCBPCB 基板材质的选择基板材质的选择 (1)镀金板(ElectrolyticNi/Au) 镀金板制程成本是所有板材中最高的,但是目前现有的所有板材中最稳定,也最适合 使用于无铅制程的板材,尤其在一些高单价或者需要高可靠度的电子产品都建议使用此 板材作为基材。 (2)OSP 板(OrganicSolderabilityPreservatives) OSP 制程成本最低,操作简便,但此制程因须装配厂修改设备及制程条件且重工性较 差因此普及度仍不佳,使用此一类板材,在经过高温的加热之后,预覆于 PAD 上的保护 膜势
17、必受到破坏,而导致焊锡性降低,尤其当基板经过二次回焊后的情况更加严重,因 此若制程上还需要再经过一次 DIP 制程,此时 DIP 端将会面临焊接上的挑战。 (3)化银板(ImmersionAg) 虽然”银”本身具有很强的迁移性,因而导致漏电的情形发生,但是现今的“浸镀银” 并非以往单纯的金属银,而是跟有机物共镀的”有机银”因此已经能够符合未来无铅制 程上的需求,其可焊性的的寿命也比 OSP 板更久。 (4)化金板(ElectrolessNi/Au,ENIG) 此类基板最大的问题点便是”黑垫”(BlackPad)的问题,因此在无铅制程上有许多的 大厂是不同意使用的,但国内厂商大多使用此制程。 (
18、5)化锡板(ImmersionTin) 此类基板易污染、刮伤,加上制程(FLUX)会氧化变色情况发生,国内厂商大多都不使 用此制程,成本相对较高。 (6)喷锡板(ImmersionTin) 因为 cost 低,焊锡性好,可靠度佳,兼容性最强,但这种焊接特性良好的喷锡板因 含有铅,所以无铅制程不能使用。 2.32.3PCBPCB 设计基本概念设计基本概念 2.3.12.3.1 层层(Layer)(Layer) 的概念的概念 与字处理或其它许多软件中为实现图、文、色彩等的嵌套与合成而引入的“层”的 概念有所同,Protel 的“层”不是虚拟的,而是印刷板材料本身实实在在的各铜箔层。 第 7 页 现
19、今,由于电子线路的元件密集安装。防干扰和布线等特殊要求,一些较新的电子产品 中所用的印刷板不仅有上下两面供走线,在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔, 例如,现在的计算机主板所用的印板材料多在 4 层以上。这些层因加工相对较难而大多 用于设置走线较为简单的电源布线层(如软件中的 Ground Dever 和 Power Dever), 并常用大面积填充的办法来布线(如软件中的 ExternaI P1a11e 和 Fill)。上下位置 的表面层与中间各层需要连通的地方用软件中提到的所谓“过孔(Via)”来沟通。有 了以上解释,就不难理解“多层焊盘”和“布线层设置”的有关概念了。举个简单的例 子
20、,不少人布线完成,到打印出来时方才发现很多连线的终端都没有焊盘,其实这是自 己添加器件库时忽略了“层”的概念,没把自己绘制封装的焊盘特性定义为”多层 (Mulii 一 Layer)的缘故。要提醒的是,一旦选定了所用印板的层数,务必关闭那些未 被使用的层,免得惹事生非走弯路。 2.3.22.3.2 过孔过孔(Via(Via) 为连通各层之间的线路,在各层需要连通的导线的文汇处钻上一个公共孔,这就是 过孔。工艺上在过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法镀上一层金属,用以连通中间各 层需要连通的铜箔,而过孔的上下两面做成普通的焊盘形状,可直接与上下两面的线路 相通,也可不连。一般而言,设计线路时对过孔的
21、处理有以下原则:(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” ( Via Minimiz8tion)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. 2.3.32.3.3 丝印层(丝印层(OverlayOverlay) 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
22、,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。他们设计的印板上,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”。 2.3.42.3.4SMDSMD 的特殊性的特殊性 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(Missing Plns)”。另外,这类元件的有关文字标注只能随元件所在面放置。 第 8 页 2.3.52
23、.3.5 网格状填充区(网格状填充区(ExternalExternal PlanePlane )和填充区)和填充区(Fill)(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,所以使用时更不注意 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。 2.3.
24、62.3.6 焊盘焊盘( ( PadPad) 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:
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业设计 论文 PCB 印制 线路板 流程 品质 管理 分析
链接地址:https://www.31doc.com/p-3945603.html