【正文】 ................... 43 ...................................................... 44 (PTH) ................................................... 44 ............................................................ 45 ．外層線路板成型 ..................................................... 45 處理 .......................................................... 45 ............................................................ 45 (Exposure) .................................................. 46 (Developing) ............................................... 46 第十章 多層板后續(xù)流程 .................................................... 47 ............................................................... 47 ............................................................. 47 ............................................................... 48 ............................................................... 49 致 謝 .................................................................. 50 參考文獻 .................................................................. 51 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 5 PCB 電路設計與制作工藝 第一章 PCB 概述 簡介及歷史 PCB 就是印刷電路板（ Printed circuit board， PCB 板） ,簡單的說就是置有集成電路和其他電子組件的薄板。 印制電路板的發(fā)明者是奧地利人保羅 1943 年，美國人將該技術大量使用于軍用收音機內。自 20 世紀 50 年代中期起，印刷電路版技術才開始被廣泛采用。而現(xiàn)在，電路面板只是作為有效的實驗工具而存在；印刷電路板在電子工業(yè)中已經占據(jù)了絕對統(tǒng)治的地位。為保護環(huán)境，中國政府已經在嚴格制定和執(zhí)行有關污染整治條理，并波及到 PCB 產業(yè)。而東莞已經專門指定四個城鎮(zhèn)作為 “ 污染產業(yè) ” 生產基地 ，禁止在劃定的區(qū)域之外再建造新廠。除了固定各種小零件外， PCB 的主要功能是提供上頭各項零件的相互電氣連接。裸板（上頭沒有零件）也常被稱為 印刷線路板 Printed Wiring Board（ PWB）。在表面可以看到的細小線路材料是銅箔，原本銅箔是覆蓋在整個板子上的，而在制造過程中部份被蝕刻處理掉，留下 來的部份就變成網狀的細小線路了。 通常 PCB 的顏色都是綠色或是棕色，這是阻焊漆（ solder mask）的顏色。在阻焊層上還會印刷上一層絲網印刷面（ silk screen）。 為了將零件固定在 PCB 上面，我們將它 們的接腳直接焊在布線上， 在最基本的 PCB（單面板）上，零件 都集中在其中一面，導線則都集中在另一面．這么一來我們就需要在板子上打洞 ，這樣接腳才能穿過板子到另一面，所以零件的接腳是焊在另一面上的， 因為如此，北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 6 PCB 的正反面分別被稱為零件面（ Component Side）與焊接面（ Solder Side）。 如果要將兩塊 PCB 相互連結，一般我們都會用到俗稱「金手指」的邊接頭（ edge connector）．金手指上 包含了許多裸露的銅墊，這些銅墊事實上也是 PCB 布線的一部份．通常連接時，我們將其中一片 PCB上的金手指插進另一片 PCB 上合適的插槽上（一般叫做擴充槽 Slot）．在計算機中，像是顯 示卡，聲卡或是其它類似的界面卡，都是借著金手指來與主機板連接的。 印刷電路板以不導電材料所制成的平板，在此平板上通常都有設計預鉆孔以安裝芯片和其它電子組件。 依其應用領域 PCB 可分為單面板、雙面板、四層板以上多層板及軟板。 設計 印制電路板的設計是以電路原理圖為根據(jù)，實現(xiàn)電路設計者所需要的功能。優(yōu)秀的版圖設計可以節(jié)約生產成本，達到良好的電路性能和散熱性能。 的分類 ： 分為單面板、雙面板和多層板。 ：分為普通電路板和柔性電路板。它用作支撐各種元器件 ，并能實現(xiàn)它們之間的電氣連接或電絕緣。 玻纖布： 玻纖布是覆銅板的原材料之一，由玻纖紗紡織而成，約占覆銅板成本的 40%(厚板 )和25%(薄板 )。窯的建設投資巨大，一般需上億資金，且一旦點火必須 24 小時不間斷生產，進入退出成本巨大。和 CCL 不同，玻纖布的價格受供需關系影響最大，最近幾年的價格在 美元/米之間波動。 銅箔： 銅箔是占覆銅板成本比重最大的原材料，約占覆銅板成本的 30%(厚板 )和 50%(薄板 )，因此銅箔的漲價是覆銅板漲價的主要驅動力。由于價格缺口的出現(xiàn)， 2020 年一季度極有可能出現(xiàn)又一波漲價行情，從而可能帶動 CCL 價格上漲。覆銅板行業(yè)資金需求量不高，大約為 30004000 萬元左右，且可隨時停產或轉產。今年三季度，覆銅板開始提價 ，提價幅度在 58%左右，主要驅動力是反映銅箔漲價，且下游需求旺盛可以消化 CCL 廠商轉嫁的漲價壓力。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 8 國際 PCB 行業(yè)發(fā)展狀況 目前，全球 PCB 產業(yè)產值占電子元件產業(yè)總產值的四分之一以上，是各個電子元件細分產業(yè)中比重最大的產業(yè)，產業(yè)規(guī)模達 400 億美元。 國內 PCB 行業(yè)發(fā)展狀況 我國的 PCB 研制工作始于 1956 年， 19631978 年，逐步擴大形成 PCB 產業(yè)。 2020 年，中國 PCB 產值超過臺灣，成為第三大 PCB產出國。我國 PCB 產業(yè)近年來保持著 20%左右的高速增長，并預計在 2020 年左右超過日本，成為全球 PCB 產值最大和技術發(fā)展最活躍的國家。隨著多層板、 HDI 板、柔性板的快速增長，我國的 PCB產業(yè)結構正在逐步得到優(yōu)化和改善。首先，我國進入 PCB 行業(yè)較晚，沒有專門的 PCB 研發(fā)機構，在一些新型技術研發(fā)能力上與國外廠商有較大差距。再次，我國 PCB 生產設備大部分依賴進口，部分核心原材料也只能依靠進口，產業(yè)鏈的不完整也阻礙了國內 PCB 系列企業(yè)的發(fā)展腳步。無論從供需關系上看還是從歷史周期上判斷， 2020 年初是行業(yè)進入景氣爬坡的階段，下游需求的持續(xù)強勁已經逐層次拉動了 PCB 產業(yè)鏈上各廠商的出貨情況，形成至少在 2020 年一季度 “ 淡季不淡 ” 的局面。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 9 第二章 Allegro SPB 及相關 PCB 設計 平臺簡介 簡介 Allegro 是 Cadence 推出的先進 PCB 設計布線工具。 Allegro 擁有完善的 Constraint 設定，用戶只須按要求設定好布線規(guī)則，在布線時不違反 DRC 就可以達到布線的設計要求，從而節(jié)約了煩瑣的人工檢查時間，提高了工作效率！更能夠定義最小線寬或線長等參數(shù)以符 合當今高速電路板布線的種種需求。它與 Capture 的結合讓 . 電子工程師在繪制線路圖時就能設定好規(guī)則數(shù)據(jù)，并能一起帶到 Allegro 工作環(huán)境中，自動在擺零件及布線時依照規(guī)則處理及檢查，而這些規(guī)則數(shù)據(jù)的經驗值均可重復使用在相同性質的電路板設計上?；蚴抢眠x購的切圖功能將電路版切分成各個區(qū)塊，讓每個區(qū)塊各有專職的人同時進行設計 ，達到同份圖多人同時設計并能縮短時程的目的。 對于業(yè)界所重視的銅箔的繪制和修改功能， Allegro 提供了簡單方便的內層分割功能，以及能夠對正負片內層的檢閱。動態(tài)銅的參數(shù)可以分成對所有銅、單一銅或單一對象的不同程度設定，以達到銅箔對各接點可設不同接續(xù)效果或間距值等要求，來配合因設計特性而有的特殊設定 。 Place 、 NC Drill 和 BareBoard Test 等等原始數(shù)據(jù)輸出。為了推廣整個先進 EDA 市場 ,Allegro 提供了 Cadence、OrCAD、 Layout 、 PADS 、 PCAD 等接口，讓想轉換 PCB Layout 軟件的使用者，對于舊有的圖檔能順利轉換至 Allegro 中。 PCB 設計軟件簡介： 一、國內用的比較多的是 protel， protel 99se， protel DXP， Altium，這些都是一個公司發(fā)展，不斷升級的軟件；當前版本是 Altium Designer 比較簡單，設計比較隨意，但是做復雜的 PCB 這些軟件就不是很好。 三、 Mentor 公司的 BORDSTATIONG 和 EE,其中 BOARDSTATION 由于只適用于 UNIX 系統(tǒng)，不是為 PC 機設計，所以使用的人較少；當前 MentorEE 版本為 Mentor EE 和 Cadence spb 屬于同級別的 PCB設計軟件，它有些地方比 cadence spb 差，它的強項是拉線、飛線，人稱飛線王。 上述所說 PCB 設計軟件，用的比較多的， Cadence spb 和 MentorEE 是里面當之無愧的王者。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 11 第三章 PCB 封裝 及基本概念 常見封裝 所謂封裝是指安裝半導體集成電路芯片（ IC）等用的外殼，起著安放，固定，密封，保護芯片和增強電熱性能的作用。芯片的封裝技術已經經歷了好幾代的變遷，封裝類型從 DIP ， QFP， PGA， BGA，到 CSP 再到 MCM， SIP，技術指標一代比一代先進，包括芯片面積與封裝面積之比越來越接近為一，適用頻率越來越高，耐溫性能越來越好。 直插 (DIP) DIP 封裝（ Dual Inline Package），也叫雙列直插式封裝技術，指采用雙列直插形式封裝的集成電路芯片，絕大多數(shù)中小規(guī)模集成電路均采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般不超過 100。 圖 31 DIP 器件 球柵陣列封裝 (BGA) BGA (Ball Grid Array)球狀引腳柵格陣列封裝技術，高密度表面裝配封裝技術。目前的主板控制芯片組多采用此類封裝技術，材料多為陶瓷。 圖 32 BGA 器件 (SOP) SOP 是 Small Outline Package 的縮寫，中文含意為小外形封裝，是一種集成電路的封裝技術。它是一種主要的表面封裝類型，在具有較 少引腳數(shù)目的集成電路中廣泛使用，特別是存儲器和模擬集成電路領域， 如圖 33所示。 特點： 該封裝芯片時操作方便，可靠性高； 其封裝外形尺寸較小，寄生參數(shù)減小，適合高頻應用； 該封裝技術主要適合用 SMT 表面安裝技術在 PCB 上安裝布線 ， 如圖 34 所示。現(xiàn)在多稱為LCC。封裝四側配置有電極觸點，由于無引腳，貼裝占有面積比 QFP 小，高度比 QFP低 ， 如圖 35所示 。這種封裝就是貼片型小功率晶體管封裝，比 TO封裝體積小，一般用于小功率 MOSFET， 如圖 36所示 。與 SOC（ System On a Chip系統(tǒng)級芯片）相對應。 設計基本概念 差分信號 (Differengtial Signal) 差分信號是用一個數(shù)值來表示兩個物理量之間的差異。在某些系統(tǒng)里，系統(tǒng)“地”被用作電壓基準點。我們使用該術語是因為信號是用單個導體上的電壓來表示的。差分信號與普通的單端信號相比的優(yōu)勢： a、抗干擾能力強，因為兩個根差分線之間的耦合很好，當外界存在嗓聲干擾時，是同時被 耦合到兩條線上，而接收端關心的只是兩信號的差值； b、能有效抑制 EMI，由于兩根性的極性相反，所以它們對外輻射的電磁場可以相互抵消，泄放到個界的電磁能量少； c、時序定位精確，由于兩根信號的開關變化是位于兩個信號的交點，而不像普通單北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 15 端信號信靠高低兩個閾值電壓確定。與地平面之間用一種電介質隔離開。 圖 37 圖 38 ． 帶狀線 (stripline/double stripline） 帶狀線是一條置于兩層導電平面之間的電介質中間的銅帶線。 ． 3W 規(guī)則 為了減少線間串擾，應保證線間距足夠大，當線中心間距不少于 3 倍線寬時，則可保持 70%的電場不互相 干擾，稱為 3W 規(guī)則，如果達到 98%的電場不互相干擾，可使用 10W的間距。解決的辦