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PCB线路板阅读:630

    PCB线路板又称印刷电路板,英文全名为Print Circuit Board,简称PCB。PCB线路板是指用来插立电子零组件并已有连接导线的电路基板。它是电子产品不可或缺的基本构成要件,它的使用则大大减少布线和装配的差错,提高了自动化水平和生产劳动率。目前,PCB线路板的使用范围广范,涵盖了家电、产业机器、车辆、航空、船舶、太空、兵器等层面。

制造

    基材
    基材普遍是以基板的绝缘部分作分类,常见的原料为电木板、玻璃纤维板,以及各式的塑胶板。而PCB的制造商普遍会以一种以玻璃纤维、不织物料、以及树脂组成的绝缘部分,再以环氧树脂和铜箔压制成“黏合片”(prepreg)使用。
    Xgs游戏机电路设计而常见的基材及主要成份有:
    FR-1 ──酚醛棉纸,这基材通称电木板(比FR-2较高经济性)
    FR-2 ──酚醛棉纸,
    FR-3 ──棉纸(Cotton paper)、环氧树脂
    FR-4 ──玻璃布(Woven glass)、环氧树脂
    FR-5 ──玻璃布、环氧树脂
    FR-6 ──毛面玻璃、聚酯
    G-10 ──玻璃布、环氧树脂
    CEM-1 ──棉纸、环氧树脂(阻燃)
    CEM-2 ──棉纸、环氧树脂(非阻燃)
    CEM-3 ──玻璃布、环氧树脂
    CEM-4 ──玻璃布、环氧树脂
    CEM-5 ──玻璃布、多元酯
    AIN ──氮化铝
    SIC ──碳化硅
    金属涂层
    金属涂层除了是基板上的配线外,也就是基板线路跟电子元件焊接的地方。此外,由于不同的金属价钱不同,因此直接影响生产的成本。另外,每种金属的可焊性、接触性,电阻阻值等等不同,这也会直接影响元件的效能。
    常用的金属涂层有:铜、锡(厚度通常在5至15μm)、铅锡合金(或锡铜合金,即焊料,厚度通常在5至25μm,锡含量约在63%)、金(一般只会镀在接口)、银(一般只会镀在接口,或以整体也是银的合金)。
    线路设计
    印制电路板的设计是以电路原理图为蓝本,实现电路使用者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计,需要内部电子元件、金属连线、通孔和外部连接的布局、电磁保护、热耗散、串音等各种因素。优秀的线路设计可以节约生产成本,达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计可以用手工实现,但复杂的线路设计一般也需要借助计算机辅助设计(CAD)实现,而着名的设计软件有OrCAD、Pads (也即PowerPCB)、Altium designer (也即Protel)、FreePCB、CAM350等
    基本制作
    根据不同的技术可分为消除和增加两大类过程。
    减去法
    减去法(Subtractive),是利用化学品或机械将空白的电路板(即铺有完整一块的金属箔的电路板)上不需要的地方除去,余下的地方便是所需要的电路。
    丝网印刷:把预先设计好的电路图制成丝网遮罩,丝网上不需要的电路部分会被蜡或者不透水的物料覆盖,然后把丝网遮罩放到空白线路板上面,再在丝网上油上不会被腐蚀的保护剂,把线路板放到腐蚀液中,没有被保护剂遮住的部份便会被蚀走,最后把保护剂清理。
    感光板:把预先设计好的电路图制在透光的胶片遮罩上(最简单的做法就是用打印机印出来的投影片),同理应把需要的部份印成不透明的颜色,再在空白线路板上涂上感光颜料,将预备好的胶片遮罩放在电路板上照射强光数分钟,除去遮罩后用显影剂把电路板上的图案显示出来,最后如同用丝网印刷的方法一样把电路腐蚀。
    刻印:利用铣床或雷射雕刻机直接把空白线路上不需要的部份除去。
    加成法
    加成法(Additive),现在普遍是在一块预先镀上薄铜的基板上,覆盖光阻剂(D/F),经紫外光曝光再显影,把需要的地方露出,然后利用电镀把线路板上正式线路铜厚增厚到所需要的规格,再镀上一层抗蚀刻阻剂-金属薄锡,最后除去光阻剂(这制程称为去膜),再把光阻剂下的铜箔层蚀刻掉。
    积层法
    积层法是制作多层印刷电路板的方法之一。是在制作内层后才包上外层,再把外层以减去法或加成法所处理。不断重复积层法的动作,可以得到再多层的多层印刷电路板则为顺序积层法。
    1.内层制作
    2.积层编成(即黏合不同的层数的动作)
    3.积层完成(减去法的外层含金属箔膜;加成法)
    4.钻孔
    Panel法
    1.全块PCB电镀
    2.在表面要保留的地方加上阻绝层(resist,防以被蚀刻)
    3.蚀刻
    4.去除阻绝层
    Pattern法
    1.在表面不要保留的地方加上阻绝层
    2.电镀所需表面至一定厚度
    3.去除阻绝层
    4.蚀刻至不需要的金属箔膜消失
    完全加成法
    1.在不要导体的地方加上阻绝层
    2.以无电解铜组成线路
    部分加成法
    1.以无电解铜覆盖整块PCB
    2.在不要导体的地方加上阻绝层
    3.电解镀铜
    4.去除阻绝层
    5.蚀刻至原在阻绝层下无电解铜消失
    ALIVH
    ALIVH(Any Layer Interstitial Via Hole,Any Layer IVA)是日本松下电器开发的增层技术。这是使用芳香族聚酰胺(Aramid)纤维布料为基材。
    1.把纤维布料浸在环氧树脂成为“黏合片”(prepreg)
    2.雷射钻孔
    3.钻孔中填满导电膏
    4.在外层黏上铜箔
    5.铜箔上以蚀刻的方法制作线路图案
    6.把完成第二步骤的半成品黏上在铜箔上
    7.积层编成
    8.再不停重复第五至七的步骤,直至完成
    B2it
    B2it(Buried Bump Interconnection Technology)是东芝开发的增层技术。
    1.先制作一块双面板或多层板
    2.在铜箔上印刷圆锥银膏
    3.放黏合片在银膏上,并使银膏贯穿黏合片
    4.把上一步的黏合片黏在第一步的板上
    5.以蚀刻的方法把黏合片的铜箔制成线路图案
    6.再不停重复第二至四的步骤,直至完成
    功能测试
    更密集的PCB、更高的总线速度以及模拟RF电路等等对测试都提出了前所未有的挑战,这种环境下的功能测试需要认真的设计、深思熟虑的测试方法和适当的工具才能提供可信的测试结果。
    在同夹具供应商打交道时,要记住这些问题,同时还要想到产品将在何处制造,这是一个很多测试工程师会忽略的地方。例如我们假定测试工程师身在美国的加利福尼亚,而产品制造地却在泰国。测试工程师会认为产品需要昂贵的自动化夹具,因为在加州厂房价格高,要求测试仪尽量少,而且还要用自动化夹具以减少雇用高技术高工资的操作工。但在泰国,这两个问题都不存在,让人工来解决这些问题更加便宜,因为这里的劳动力成本很低,地价也很便宜,大厂房不是一个问题。因此有时候一流设备在有的国家可能不一定受欢迎。
    技术水平
    在高密度UUT中,如果需要校准或诊断则很可能需要由人工进行探查,这是由于针床接触受到限制以及测试更快(用探针测试UUT可以迅速采集到数据而不是将信息反馈到边缘连接器上)等原因,所以要求由操作员探查UUT上的测试点。不管在哪里,都应确保测试点已清楚地标出。
    探针类型和普通操作工也应该注意,需要考虑的问题包括:
    探针大过测试点吗?探针有使几个测试点短路并损坏UUT的危险吗?对操作工有触电危害吗?
    每个操作工能很快找出测试点并进行检查吗?测试点是否很大易于辨认呢?
    操作工将探针按在测试点上要多长时间才能得出准确的读数?如果时间太长,在小的测试区会出现一些麻烦,如操作工的手会因测试时间太长而滑动,所以建议扩大测试区以避免这个问题。
    考虑上述问题后测试工程师应重新评估测试探针的类型,修改测试文件以更好地识别出测试点位置,或者甚至改变对操作工的要求。
    自动探查
    在某些情况下会要求使用自动探查,例如在PCB难以用人工探查,或者操作工技术水平所限而使得测试速度大大降低的时候,这时就应考虑用自动化方法。
    自动探查可以消除人为误差,降低几个测试点短路的可能性,并使测试操作加快。但是要知道自动探查也可能存在一些局限,根据供应商的设计而各有不同,包括:
    UUT的大小
    同步探针的数量
    两个测试点相距有多近?
    测试探针的定位精度
    系统能对UUT进行两面探测吗?
    探针移至下一个测试点有多快?
    探针系统要求的实际间隔是多少?(一般来讲它比离线式功能测试系统要大)
    自动探查通常不用针床夹具接触其它测试点,而且一般它比生产线速度慢,因此可能需要采取两种步骤:如果探测仪仅用于诊断,可以考虑在生产线上采用传统的功能测试系统,而把探测仪作为诊断系统放在生产线边上;如果探测仪的目的是UUT校准,那么唯一的真正解决办法是采用多个系统,要知道这还是比人工操作要快得多。
    如何整合到生产线上也是必须要研究的一个关键问题,生产线上还有空间吗?系统能与传送带连接吗?幸好许多新型探测系统都与SMEMA标准兼容,因此它们可以在在线环境下工作。
    边界扫描
    这项技术早在产品设计阶段就应该进行讨论,因为它需要专门的元器件来执行这项任务。在以数字电路为主的UUT中,可以购买带有IEEE1194(边界扫描)支持的器件,这样只做很少或不用探测就能解决大部分诊断问题。边界扫描会降低UUT的整体功能性,因为它会增大每个兼容器件的面积(每个芯片增加4~5个引脚以及一些线路),所以选择这项技术的原则,就是所花费的成本应该能使诊断结果得到改善。应记住边界扫描可用于对UUT上的闪速存储器和PLD器件进行编程,这也更进一步增加了选用该测试方法的理由。
    如何处理一个有局限的设计?
    如果UUT设计已经完成并确定下来,此时选择就很有限。当然也可以要求在下次改版或新产品中进行修改,但是工艺改善总是需要一定的时间,而你仍然要对目前的状况进行处理。

分类

    1、单面板  2、双面板  3、多层板

背景

    PCB线路板的沿革,可追溯至电晶体尚未实用化前,主要的零件为真空管,当时的组装方式系用电线将设于底板上的零件予以焊接配线连接,这种连接方式不仅造成误接或接触不良等人为疏失,并需投入大量的人力,大大减低了产品的可靠度,故追求高确性、低成本且适合大量生产的制造方法,成为各方努力研发的焦点。  1936年英国P. Eisler 利用金属箔的蚀刻加工,用第一个问世的PCB线路板组装收音机,开启了PCB线路板的应用先驱。同年,日本宫田喜之助亦发明了「喷镀法/喷附配线法」,应用于收音机的制作上。1953年单面PCB线路板开始生产,1960年通孔电镀法的双面板生产技术亦告完成,1962年以后开始多层板的生产,经过1936-1970年间的演进,PCB线路板的生产架构方形成雏形。1980年后由于积体电路的兴起,及电脑辅助工具日新月异,促进了PCB线路板的制造改善,更加速今日高密度化与高多层板化的实现。

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