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正文內(nèi)容

高速pcb設(shè)計指南之二(編輯修改稿)

2024-08-26 10:20 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 /O元件的電路布線。一些BGA元件類型的焊盤幾何形狀可能不允許寬度足夠容納不止一條或兩條電路的間隔。例如,0.50mm間距的BGA將不允許甚至一條大于0.002 ″或0.003 ″的電路。那些采用密間距BGA封裝變量的可能發(fā)現(xiàn)焊盤中的旁路孔 (微型旁路孔 )更加實際,特別如果元件密度高,必須減少電路布線。 裝配工藝效率所要求的特征 為了采納對密間距表面貼裝元件 (S MD )的模板的精確定位,要求一些視覺或攝像機幫助的對中方法。全局定位基準(zhǔn)點是用于準(zhǔn)確的錫膏印刷的模板定位和在精確的SMD貼裝中作為參考點。模板印刷機的攝相機系統(tǒng)自動將板對準(zhǔn)模板,達到準(zhǔn)確的錫膏轉(zhuǎn)移。 對于那些使用模板到電路板的自動視覺對中的系統(tǒng),電路板的設(shè)計者必須在焊盤層的設(shè)計文件中提供至少兩個全局基準(zhǔn)點(圖四)。在組合板的每一個裝配單元內(nèi)也必須提供局部基準(zhǔn)點目標(biāo),以幫助自動元件貼裝。另外,對于每一個密間距QFP、TSOP和高I/O密間距BGA元件,通常提供一或兩個目標(biāo)。 在所有位置推薦使用一個基準(zhǔn)點 的尺寸。雖然形狀和尺寸可以對不同的應(yīng)用分別對待,但是大多數(shù)設(shè)備制造商都認(rèn)同1.0mm(0.040 ″)直徑的實心點。該點必須沒有阻焊層,以保證攝相機可以快速識別。除了基準(zhǔn)點目標(biāo)外,電路板必須包含一些定位孔,用于二次裝配有關(guān)的操作。組合板應(yīng)該提供兩或三個定位孔,每個電路板報單元提供至少兩個定位孔。通常,裝配專家規(guī)定尺寸(0.65mm是常見的),應(yīng)該指定無電鍍孔。 至于在錫膏印刷模板夾具上提供的基準(zhǔn)點,一些系統(tǒng)檢測模板的定面,而另一些則檢測底面。模板上的全局基準(zhǔn)點只是半腐蝕在模板的表面,用黑樹脂顏料填充。 指定表面最終涂層 為元件的安裝選擇專門類型的表面最終涂鍍方法可以提高裝配工藝的效率,但是也可能影響PCB的制造成本。在銅箔上電鍍錫或錫/鉛合金作為抗腐蝕層是非常常見的制造方法。選擇性地去掉銅箔的減去法 化學(xué)腐蝕 繼續(xù)在PCB工業(yè)廣泛使用。因為錫/鉛導(dǎo)線當(dāng)暴露在195 176。C溫度以上時變成液體,所以大多數(shù)使用回流焊接技術(shù)的表面貼裝板都指定裸銅上的阻焊層 (SMOBC ,soldermask over bare copper )來保持阻焊材料下一個平坦均勻的表面。當(dāng)處理SMOBC板時,錫或錫/鉛是化學(xué)剝離 的, 只留下銅導(dǎo)體和沒有電鍍的元件安裝座。銅導(dǎo)體用環(huán)氧樹脂或聚合物阻焊層涂蓋,以防止對焊接有關(guān)工藝的暴露。雖然電路導(dǎo)線有阻焊層覆蓋,設(shè)計者還必須為那些不被阻焊層覆蓋的部分 元件安裝座 指定表面涂層。下面的例子是廣泛使用在制造工業(yè)的合金電鍍典型方法。 通常要求預(yù)處理安裝座的應(yīng)用是超密間距QFP元件。例如,TAB (table automated bond )元件可能具有小于0.25mm的引腳間距。通過在這些座上提供700-800 μ″的錫/鉛合金,裝配專家可以上少量的助焊劑、貼裝零件和使用加熱棒、熱風(fēng)、激光或軟束 線光源來回流焊接該元件。在特殊的安裝座上選擇性地電鍍或保留錫/鉛合金將適用于超密間距TAB封裝的回流焊接。 使用熱風(fēng)均勻法,錫/鉛在上阻焊層之后涂鍍在電路板上。該工藝是,電鍍的板經(jīng)過清洗、上助焊劑和浸入熔化的焊錫中,當(dāng)合金還是液體狀態(tài)的時候,多余的材料被吹離表面,留下合金覆蓋的表面。熱風(fēng)焊錫均勻 HASL (hot air solder leveling )電鍍工藝廣泛使用,一般適合于回流焊接裝配工藝;可是,焊錫量與平整度的不一致可能不適合于使用密間距元件的電路板。 密間距的SQFP、TSOP和BGA元件要求非常均勻和平整的表面涂層。作為控制在密間距元件的安裝座上均勻錫膏量的方法,表面必須盡可能地平整。為了保證平整度,許多公司在銅箔上使用鎳合金,接著一層很薄的金合金涂層,來去掉氧化物。 在阻焊涂層工藝之后,在暴露的裸銅上使用無電鍍鎳/金。用這個工藝,制造商通常將使用錫/鉛電鍍圖案作為抗腐蝕層,在腐蝕之后剝離錫/鉛合金,但是不是對暴露的安裝座和孔施用焊錫合金,而是電路板浸鍍鎳/金合金。 按照IPC-2221標(biāo)準(zhǔn)《印制板設(shè)計的通用標(biāo)準(zhǔn)》,推薦的無電鍍鎳厚度是2. 5-5.0 μm (至少1.3 μm ),而推薦的浸金厚度為0.08-0.23 μm。 有關(guān)金的合金與焊接工藝的一句話忠告:如果金涂層厚度超過0.8 μm(3 μ″),那么金對錫/鉛比率可能引起最終焊接點的脆弱。脆弱將造成溫度循環(huán)中的過分開裂或裝配后的板可能暴露到的其它物理應(yīng)力。 合金電鍍替代方案 在上阻焊層之后給板增加焊錫合金是有成本代價的,并且給基板遭受極大的應(yīng)力條件。例如用錫/鉛涂層,板插入熔化的焊錫中,然后抽出和用強風(fēng)將多余的錫/鉛材料去掉。溫度沖擊可能導(dǎo)致基板結(jié)構(gòu)的脫層、損壞電鍍孔和可能影 響長期可靠性的缺陷。 Ni/Au涂鍍,雖然應(yīng)力較小,但不是所有電路板制造商都有的一種技術(shù)。作為對電鍍的另一種選擇,許多公司已經(jīng)找到成功的、有經(jīng)濟優(yōu)勢的和平整的安裝表面的方法,這就是有機保護層或在裸銅上與上助焊劑涂層。 作為阻止裸銅安裝座和旁通孔/測試焊盤上氧化增長的一個方法,將一種特殊的保護劑或阻化劑涂層應(yīng)用到板上。諸如苯并三唑(Benzotriazole)和咪唑(Imidazole)這些有機/氮涂層材料被用來取代上面所描述的合金表面涂層,可從幾個渠道購買到,不同的商標(biāo)名稱。在北美洲,廣泛使用的一種產(chǎn) 品是ENTEK PLUS CU-106A。這種涂層適合于大多數(shù)有機助焊焊接材料,在對裝配工藝中經(jīng)常遇到的三、四次高溫暴露之后仍有保護特征。多次暴露的能力是重要的。當(dāng)SMD要焊接到裝配的主面和第二面的時候,會發(fā)生兩次對回流焊接溫度的暴露?;旌霞夹g(shù)典型的多次裝配步驟也可能包括對波峰焊接或其它焊接工藝的暴露。 一般成本考慮 與PCB電鍍或涂鍍有關(guān)的成本不總是詳細界定的。一些供應(yīng)商感覺方法之間的成本差 別占總的單位成本中的很小部分,所以界不界定是不重要的。其他的可能對不是其能力之內(nèi)的成本有一個額外的 費用,因為板必須送出去最后加工。例如,在加州的一家公司將板發(fā)送給在德州的一家公司進行Ni/Au電鍍。這個額外處理的費用可能沒有清晰地界定為對客戶的一個額外開支;可是,總的板成本受到影響。 每一個電鍍和涂鍍工藝都有其優(yōu)點與缺點。設(shè)計者與制造工程師必須通過試驗或工藝效率評估仔細地權(quán)衡每一個因素。在指定PCB制造是必須考慮的問題都有經(jīng)濟以及工藝上的平衡。對于細導(dǎo)線、高元件密度或密間距技術(shù)與 μBGA,平整的外形是必須的。焊盤表面涂層可以是電鍍的或涂敷的,但必須考慮裝配工藝與經(jīng)濟性。 在所有涂敷和電鍍的選擇中 ,Ni/Au是最萬能的 (只要金的厚度低于5 μ″)。電鍍工藝比保護性涂層好的優(yōu)勢是貨架壽命、永久性地覆蓋在那些不暴露到焊接工藝的旁路孔或其它電路特征的銅上面、和抗污染。雖然表面涂層特性之間的平衡將影響最終選擇,但是可行性與總的PCB成本最可能決定最后的選擇。在北美,HASL工藝傳統(tǒng)上主宰PCB工業(yè),但是表面的均勻性難于控制。對于密間距元件的焊接,一個受控的裝配工藝取決于一個平整均勻的安裝座。密間距元件包括TSOP、SQFP和 μBGA元件族。如果密間距元件在裝配中不使用,使用HASL工藝是可行的選擇。 阻焊層( sldermask)要求 阻焊層在控制回流焊接工藝期間的焊接缺陷中的角色是重要的,PCB設(shè)計者應(yīng)該盡量減小焊盤特征周圍的間隔
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