嵌入式系统基础

再流焊

通过熔化预先分配到PCB焊盘上的膏状软钎焊料，实现表面组装元器件焊端或引脚与PCB焊盘之间机械和电气连接的一种软钎焊工艺。 SMD Surface Mounted Devices

表面组装元器件或表面贴片元器件。指焊接端子或引线制作在同一平面内，并适合于表面组装的电子元器件。

THC Through Hole Components

通孔插装元器件。指适合于插装的电子元器件。 SOT Small Outline Transistor

小外形晶体管。指采用小外形封装结构的表面组装晶体管。 SOP Small Outline Package

小外形封装。指两侧具有翼形或J形引线的一种表面组装元器件的封装形式。

注：在96版的IPC标准中细分为SOIC、SSOIC、SOPIC、TSOP和SOJ。引线中心距有0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.63mm、0.8mm、1.27mm。 PLCC Plastic Leaded Chip Carriers

塑封有引线芯片载体。指四边具有J形引线，采用塑料封装的表面组装集成电路。外形有正方形和矩形两种形式，典型引线中心距为1.27 mm。 QFP Quad Flat Package

四边扁平封装器件。指四边具有翼形短引线，采用塑料封装的薄形表面组装集成电路。

在96版的IPC标准中细分为PQFP、SQFP、CQFP。引线中心距有0.3 mm，0.4 mm，0.5 mm，0.63 mm，0.8 mm，1.27 mm。 BGA Ball Grid Array

球栅阵列封装器件。指在元件底部以矩阵方式布置的焊锡球为引出端的面阵式封装集成电路。目前有塑封BGA（P-BGA）和陶瓷封装BGA（C-BGA）两种。焊锡球中心距有1.5 mm，1.27 mm，1 mm，0.8 mm，0.65mm，0.5mm，0.4mm。 Chip

片式元件。本标准特指片式电阻器、片式电容器（不包括立式贴片电解电容）、片式电感器等两引脚的表面组装元件。

光学定位基准符号 Fiducial

PCB上用于定位的图形识别符号。丝印机、贴片机要靠它进行定位，没有它，无法进行生产。 金属化孔 Plated Through Hole

孔壁沉积有金属层的孔。主要用于层间导电图形的电气连接。 连接盘 Land

是导电图形的一部分，可用来连接和焊接元器件。用来焊接元器件时又叫焊盘。 导通孔 Via Hole

用于导线转接的金属化孔。也叫中继孔、过孔。 元件孔 Component Hole

用于把元件引线（包括导线、插针等）电气连接到PCB上的孔，连接方式有焊接和压接。

1.3.5 PCB工艺设计考虑的基本问题

PCB的工艺设计非常重要，关系到所设计的PCB能否高效率、低成本地制造出来。新一代的SMT装

联工艺，由于其复杂性，要求设计者从开始就必须考虑制造的问题。因为一旦设计完成后再进行修改势必延长转产时间、增加开发成本。即使改SMT元件一个焊盘的位置也要进行重新布线、重新制作PCB加工菲林和焊膏印刷钢板，硬件成本至少要上万元以上。对模拟电路就更加困难，甚至要重新进行设计、调试。但是，如果不进行修改，批量生产造成的损失就会更大，所付出的代价将是前一阶段修改成本的数十倍以上。因此，设计者必须从设计工作开始起就重视工艺问题。 工艺性设计要考虑：

a）自动化生产所需的传送边、定位孔、光学定位符号； b）与生产效率有关的拼板；

c）与焊接合格率有关的元件封装选型、基板材质选择、组装方式、元件布局、焊盘设计、阻焊层设

计；

d）与检查、维修、测试有关的元件间距、测试焊盘设计；

e）与PCB制造有关的导通孔和元件孔径设计、焊盘环宽设计、隔离环宽设计、线宽和线距设计； f）与装配、调试、接线有关的丝印或腐蚀字符；

g）与压接、焊接、螺装、铆接工艺有关的孔径、安装空间。

1.3.6印制板常用基板设计要求

常用基板性能

根据产品的特点，一般推荐采用FR-4基板。表1列出了几种常用基板材料，供需要时参考。

表1-4 常用基板性能

类 型 美国军标 国标 最高连续 温度（℃） 130 170 130 说 明 环氧玻璃布层压板，不含阻燃剂，可以钻孔但不允许用冲床冲孔。性能与FR-4层板相似，适用于多层板，在美国得到广泛应用。 同G-10，但可耐更高的工作温度。 环氧玻璃布层压板，含阻燃剂，具有良好的电性能和加工性能，适用于多层板，广泛应用于电子工业，具有可取的性能价格比。推荐使用。 G-10 CPFCP-31/33 G-11 FR-4 CEPGC-32F CEPEG-34F FR-5 GPY GT GX Al2O3 170 260 220 220 同FR-4，但可在更高的温度下保持良好强度和电性能。温度高于170℃后，电性能下降。对双面再流焊的板可以考虑选用。 聚酰亚胺玻璃纤维层压板，在高温下它的强度和稳定性都优于FR-4层板，用于高可靠的军品中。 聚四氟乙烯玻璃纤维层压板，介电性能可控，用于高频电路。 同GT，但介电性能更好。 材料为96%高纯Al2O3，具有良好的电绝缘性能和优异的导热性，可用于高功率密度电路的基板。主要用于厚、薄膜混合集成电路。 注：表中基板类型代号为（美）NEMA中的代号。 PCB厚度

PCB厚度，指的是其标称厚度（即绝缘层加铜箔的厚度）。

推荐采用的PCB厚度：0.5 mm，0.7mm，0.8 mm，1 mm，1.5 mm，1.6 mm，（1.8 mm），2 mm，2.4 mm，(3.0mm)，3.2 mm，4.0mm，6.4 mm。

0.7mm和1.5mm板厚的PCB用于带金手指双面板的设计。

PCB厚度的选取应该根据板尺寸大小和所安装元件的重量选取。 注：其中1.8 mm、3.0mm为非标准尺寸，尽可能少用。 铜箔厚度

PCB铜箔厚度指成品厚度，图纸上应该明确标注为成品厚度（Finished Conductor Thickness）。

工艺上要注意的是铜箔厚度要与设计的线宽/线距相匹配，表2列出了基铜厚度（底铜厚度）可蚀刻的最小线宽和线间距，供选择时参考。

表1-5 PCB铜箔的选择

基铜厚度 (oz/Ft) 2 1 0.5 2公制（μm） 70 35 18 设计的最小线宽/线间距（mil） 8/8 6/6 4/4 注：外层成品厚度一般为：基铜厚度+0.5 OZ/Ft2；内层厚度基本与基铜厚度相等。

1.3.7PCB制造一般技术要求

PCB制造技术要求一般标注在钻孔图上，主要有以下项目（根据需要取舍）： a）基板材质、厚度及公差

b）铜箔厚度

注：铜箔厚度的选择主要取决于导体的载流量和允许的工作温度，可参考IPC-D-275第3.5条中的经验曲线确定。

c）焊盘表面处理

注：一般有以下几种：

1）一般采用喷锡铅合金工艺，锡层表面应该平整无露铜。只要确保6个月内可焊性良好即可。

2）如果PCB上有细间距器件（如0.5mm间距的BGA）,或板厚≤0.8mm，可以考虑化学（无电）镍金（Ep.Ni2.Au0.05）。

还有一种有机涂覆工艺(Organic Solderability Preservative 简称OSP)，由于还存在可焊期短、发粘和不耐焊等问题，暂时不宜选用。

3）对板上有裸芯片（需要热压焊或超声焊，俗称Bonding）或有按键（如手机板）的板，就一定要采用化学镀镍/金工

艺（Et.Ni5.Au0.1）。有的厂家也采用整板镀金工艺（Ep.Ni5.Au0.05）处理。前者表面更平整，镀层厚度更均匀、更耐焊，而后者便宜、亮度好。

从成本上讲，化学镀镍/金工艺（Et.Ni5.Au0.1）比喷锡贵，而整板镀金工艺则比喷锡便宜。

4）对印制插头，一般镀硬金，即纯度为99.5%-99.7%含镍、钴的金合金。一般厚度为0.5~0.7μm,标注为：Ep.Ni5.Au0.5。 镀层厚度根据插拔次数确定，一般 0.5μm厚度可经受500次插拔，1μm厚度可经受1000次插拔。

d）阻焊剂

e）丝印字符

注：要求对一般涂敷绿色阻焊剂的板，采用白色永久性绝缘油墨；对全板喷锡板，建议采用黄色永久性绝缘油墨，以便看清字符。

f）成品板翘曲度 g）成品板厚度公差

注：一般来讲 板厚<0.8mm，±0.08mm；板厚≥0.8mm，±10%。

h）成品板离子污染度

注：按照IPC-TM-650的2.3.25和2.3.26方法进行离子污染物试验，试验时用于清洗试样的溶剂的电阻率不小于2x106

欧姆/厘米，或相等于≤1.56μg/cm2的NaCI含量。

1.3.8PCB设计基本工艺要求

PCB制造基本工艺及目前的制造水平

PCB设计最好不要超越目前厂家批量生产时所能达到的技术水平，否则无法加工或成本过高。 层压多层板工艺

层压多层板工艺是目前广泛使用的多层板制造技术，是用减成法制作电路层，通过层压—机械钻孔—化学沉铜—镀铜等工艺使各层电路实现互连，最后涂敷阻焊剂、喷锡、丝印字符完成多层PCB的制造。目前国内主要厂家的工艺水平如表1-6所列。

表1-6 层压多层板国内制造水平

技术指标 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 一般指标 加工能力 精度 指标 尺寸 指标 基板类型 批量生产工艺水平 FR-4（Tg=140℃） FR-5（Tg=170℃） 最大层数 最大铜厚 外层 内层 最小铜厚 外层 内层 最大PCB尺寸 最小线宽/线距 外层 内层 最小钻孔孔径 最小金属化孔径 最小焊盘环宽 导通孔 元件孔 阻焊桥最小宽度 最小槽宽 字符最小线宽 负片效果的电源、地层隔离盘环宽 层与层图形的重合度 图形对孔位精度 图形对板边精度 孔位对孔位精度（可理解为孔基准孔） 孔位对板边精度 铣外形公差 24 3 OZ/Ft2 3 OZ/Ft2 1/3 OZ/Ft2 1/2 OZ/Ft2 500mm(20'') x 860mm(34'') 0.1mm(4mil)/0.1mm(4mil) 0.075mm(3mil)/0.075mm(3mil) 0.25mm(10mil) 0.2mm(8mil) 0.127mm(5mil) 0.2mm(8mil) 0.1mm(4mil) ≥1mm(40mil) 0.127mm(5mil) ≥0.3mm(12mil) ±0.127mm(5mil) ±0.127mm(5mil) ±0.254mm(10mil) ±0.127mm(5mil) ±0.254mm(10mil) ±0.1mm(4mil) 翘曲度 双面板/多层板 <1.0%/<0.5%。 成品板厚度公差 板厚>0.8mm 板厚≤0.8mm ±10% ±0.08mm(3mil) BUM（积层法多层板）工艺

BUM板（Build-up multilayer PCB）,是以传统工艺制造刚性核心内层，并在一面或双面再积层上更高