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PCB板制作流程(pcb production process)

PCB板制作流程 圖


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PCB板制作流程方法可分為減去法(減成法)和添加法(加成法)兩個大類。目前,大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)還是以減去法中的腐蝕銅箔法為主。


 目錄 

  1. PCB板制作流程--基材使用

  2. PCB板制作流程--金屬涂層

  3. PCB板制作流程--線路設(shè)計

  4. PCB板制作流程--基本制作

  5. PCB板制作流程--功能測試

  6. PCB板制作流程--技術(shù)水平

  7. PCB板制作流程--自動探查

  8. PCB板制作流程--邊界掃描

  9. PCB版面設(shè)計應注意的事項

  10. PCB板制作流程--制作問題



 1  PCB板制作流程--基材處理


基材普遍是以基板的絕緣部分作分類,常見的原料為電木板、玻璃纖維板,以及各式的塑膠板。而PCB的制造商普遍會以一種以玻璃纖維、不織物料、以及樹脂組成的絕緣部分,再以環(huán)氧樹脂和銅箔壓制成“黏合片”(prepreg)使用。


Xgs游戲機電路設(shè)計而常見的基材及主要成份有:

FR-1 ──酚醛棉紙,這基材通稱電木板(比FR-2較高經(jīng)濟性)

FR-2 ──酚醛棉紙,

FR-3 ──棉紙(Cotton paper)、環(huán)氧樹脂

FR-4 ──玻璃布(Woven glass)、環(huán)氧樹脂

FR-5 ──玻璃布、環(huán)氧樹脂

FR-6 ──毛面玻璃、聚酯

G-10 ──玻璃布、環(huán)氧樹脂

CEM-1 ──棉紙、環(huán)氧樹脂(阻燃)

CEM-2 ──棉紙、環(huán)氧樹脂(非阻燃)

CEM-3 ──玻璃布、環(huán)氧樹脂

CEM-4 ──玻璃布、環(huán)氧樹脂

CEM-5 ──玻璃布、多元酯

AIN ──氮化鋁

SIC ──碳化硅



 2  PCB板制作流程--金屬涂層


金屬涂層除了是基板上的配線外,也就是基板線路跟電子元件焊接的地方。此外,由于不同的金屬價錢不同,因此直接影響生產(chǎn)的成本。另外,每種金屬的可焊性、接觸性,電阻阻值等等不同,這也會直接影響元件的效能。


常用的金屬涂層有:銅、錫(厚度通常在5至15μm)、鉛錫合金(或錫銅合金,即焊料,厚度通常在5至25μm,錫含量約在63%)、金(一般只會鍍在接口)、銀(一般只會鍍在接口,或以整體也是銀的合金)。



 3  PCB板制作流程--線路設(shè)計


印制電路板的設(shè)計是以電路原理圖為藍本,實現(xiàn)電路使用者所需要的功能。印刷電路板的設(shè)計主要指版圖設(shè)計,需要內(nèi)部電子元件、金屬連線、通孔和外部連接的布局、電磁保護、熱耗散、串音等各種因素。優(yōu)秀的線路設(shè)計可以節(jié)約生產(chǎn)成本,達到良好的電路性能和散熱性能。簡單的版圖設(shè)計可以用手工實現(xiàn),但復雜的線路設(shè)計一般也需要借助計算機輔助設(shè)計(CAD)實現(xiàn),而著名的設(shè)計軟件有OrCAD、Pads (也即PowerPCB)、Altium designer (也即Protel)、FreePCB、CAM350等



 4  PCB板制作流程--基本制作


根據(jù)不同的技術(shù)可分為消除和增加兩大類過程。


減去法


減去法(Subtractive),是利用化學品或機械將空白的電路板(即鋪有完整一塊的金屬箔的電路板)上不需要的地方除去,余下的地方便是所需要的電路。

絲網(wǎng)印刷:把預先設(shè)計好的電路圖制成絲網(wǎng)遮罩,絲網(wǎng)上不需要的電路部分會被蠟或者不透水的物料覆蓋,然后把絲網(wǎng)遮罩放到空白線路板上面,再在絲網(wǎng)上油上不會被腐蝕的保護劑,把線路板放到腐蝕液中,沒有被保護劑遮住的部份便會被蝕走,最后把保護劑清理。

感光板:把預先設(shè)計好的電路圖制在透光的膠片遮罩上(最簡單的做法就是用打印機印出來的投影片),同理應把需要的部份印成不透明的顏色,再在空白線路板上涂上感光顏料,將預備好的膠片遮罩放在電路板上照射強光數(shù)分鐘,除去遮罩后用顯影劑把電路板上的圖案顯示出來,最后如同用絲網(wǎng)印刷的方法一樣把電路腐蝕。

刻印:利用銑床或雷射雕刻機直接把空白線路上不需要的部份除去。


加成法


加成法(Additive),現(xiàn)在普遍是在一塊預先鍍上薄銅的基板上,覆蓋光阻劑(D/F),經(jīng)紫外光曝光再顯影,把需要的地方露出,然后利用電鍍把線路板上正式線路銅厚增厚到所需要的規(guī)格,再鍍上一層抗蝕刻阻劑-金屬薄錫,最后除去光阻劑(這制程稱為去膜),再把光阻劑下的銅箔層蝕刻掉。


積層法


積層法是制作多層印刷電路板的方法之一。是在制作內(nèi)層后才包上外層,再把外層以減去法或加成法所處理。不斷重復積層法的動作,可以得到再多層的多層印刷電路板則為順序積層法。

1.內(nèi)層制作

2.積層編成(即黏合不同的層數(shù)的動作)

3.積層完成(減去法的外層含金屬箔膜;加成法)

4.鉆孔


Panel電鍍法


1.全塊PCB電鍍

2.在表面要保留的地方加上阻絕層(resist,防以被蝕刻)

3.蝕刻

4.去除阻絕層


Pattern電鍍法


1.在表面不要保留的地方加上阻絕層

2.電鍍所需表面至一定厚度

3.去除阻絕層

4.蝕刻至不需要的金屬箔膜消失


完全加成法


1.在不要導體的地方加上阻絕層

2.以無電解銅組成線路


部分加成法


1.以無電解銅覆蓋整塊PCB

2.在不要導體的地方加上阻絕層

3.電解鍍銅

4.去除阻絕層

5.蝕刻至原在阻絕層下無電解銅消失


ALIVH


ALIVH(Any Layer Interstitial Via Hole,Any Layer IVA)是日本松下電器開發(fā)的增層技術(shù)。這是使用芳香族聚酰胺(Aramid)纖維布料為基材。

1.把纖維布料浸在環(huán)氧樹脂成為“黏合片”(prepreg)

2.雷射鉆孔

3.鉆孔中填滿導電膏

4.在外層黏上銅箔

5.銅箔上以蝕刻的方法制作線路圖案

6.把完成第二步驟的半成品黏上在銅箔上

7.積層編成

8.再不停重復第五至七的步驟,直至完成


B2it


B2it(Buried Bump Interconnection Technology)是東芝開發(fā)的增層技術(shù)。

1.先制作一塊雙面板或多層板

2.在銅箔上印刷圓錐銀膏

3.放黏合片在銀膏上,并使銀膏貫穿黏合片

4.把上一步的黏合片黏在第一步的板上

5.以蝕刻的方法把黏合片的銅箔制成線路圖案

6.再不停重復第二至四的步驟,直至完成



 5  PCB板制作流程--功能測試


更密集的PCB、更高的總線速度以及模擬RF電路等等對測試都提出了前所未有的挑戰(zhàn),這種環(huán)境下的功能測試需要認真的設(shè)計、深思熟慮的測試方法和適當?shù)墓ぞ卟拍芴峁┛尚诺臏y試結(jié)果。


在同夾具供應商打交道時,要記住這些問題,同時還要想到產(chǎn)品將在何處制造,這是一個很多測試工程師會忽略的地方。例如我們假定測試工程師身在美國的加利福尼亞,而產(chǎn)品制造地卻在泰國。測試工程師會認為產(chǎn)品需要昂貴的自動化夾具,因為在加州廠房價格高,要求測試儀盡量少,而且還要用自動化夾具以減少雇用高技術(shù)高工資的操作工。但在泰國,這兩個問題都不存在,讓人工來解決這些問題更加便宜,因為這里的勞動力成本很低,地價也很便宜,大廠房不是一個問題。因此有時候一流設(shè)備在有的國家可能不一定受歡迎。



 6  PCB板制作流程--技術(shù)水平


在高密度UUT中,如果需要校準或診斷則很可能需要由人工進行探查,這是由于針床接觸受到限制以及測試更快(用探針測試UUT可以迅速采集到數(shù)據(jù)而不是將信息反饋到邊緣連接器上)等原因,所以要求由操作員探查UUT上的測試點。不管在哪里,都應確保測試點已清楚地標出。


探針類型和普通操作工也應該注意,需要考慮的問題包括:

探針大過測試點嗎?探針有使幾個測試點短路并損壞UUT的危險嗎?對操作工有觸電危害嗎?

每個操作工能很快找出測試點并進行檢查嗎?測試點是否很大易于辨認呢?

操作工將探針按在測試點上要多長時間才能得出準確的讀數(shù)?如果時間太長,在小的測試區(qū)會出現(xiàn)一些麻煩,如操作工的手會因測試時間太長而滑動,所以建議擴大測試區(qū)以避免這個問題。

考慮上述問題后測試工程師應重新評估測試探針的類型,修改測試文件以更好地識別出測試點位置,或者甚至改變對操作工的要求。



 7  PCB板制作流程--自動探查


在某些情況下會要求使用自動探查,例如在PCB難以用人工探查,或者操作工技術(shù)水平所限而使得測試速度大大降低的時候,這時就應考慮用自動化方法。


自動探查可以消除人為誤差,降低幾個測試點短路的可能性,并使測試操作加快。但是要知道自動探查也可能存在一些局限,根據(jù)供應商的設(shè)計而各有不同,包括:

UUT的大小

同步探針的數(shù)量

兩個測試點相距有多近?

測試探針的定位精度

系統(tǒng)能對UUT進行兩面探測嗎?

探針移至下一個測試點有多快?

探針系統(tǒng)要求的實際間隔是多少?(一般來講它比離線式功能測試系統(tǒng)要大)


自動探查通常不用針床夾具接觸其它測試點,而且一般它比生產(chǎn)線速度慢,因此可能需要采取兩種步驟:如果探測儀僅用于診斷,可以考慮在生產(chǎn)線上采用傳統(tǒng)的功能測試系統(tǒng),而把探測儀作為診斷系統(tǒng)放在生產(chǎn)線邊上;如果探測儀的目的是UUT校準,那么唯一的真正解決辦法是采用多個系統(tǒng),要知道這還是比人工操作要快得多。


如何整合到生產(chǎn)線上也是必須要研究的一個關(guān)鍵問題,生產(chǎn)線上還有空間嗎?系統(tǒng)能與傳送帶連接嗎?幸好許多新型探測系統(tǒng)都與SMEMA標準兼容,因此它們可以在在線環(huán)境下工作。



 8  PCB板制作流程--邊界掃描


這項技術(shù)早在產(chǎn)品設(shè)計階段就應該進行討論,因為它需要專門的元器件來執(zhí)行這項任務。在以數(shù)字電路為主的UUT中,可以購買帶有IEEE1194(邊界掃描)支持的器件,這樣只做很少或不用探測就能解決大部分診斷問題。邊界掃描會降低UUT的整體功能性,因為它會增大每個兼容器件的面積(每個芯片增加4~5個引腳以及一些線路),所以選擇這項技術(shù)的原則,就是所花費的成本應該能使診斷結(jié)果得到改善。應記住邊界掃描可用于對UUT上的閃速存儲器和PLD器件進行編程,這也更進一步增加了選用該測試方法的理由。


如何處理一個有局限的設(shè)計?

如果UUT設(shè)計已經(jīng)完成并確定下來,此時選擇就很有限。當然也可以要求在下次改版或新產(chǎn)品中進行修改,但是工藝改善總是需要一定的時間,而你仍然要對目前的狀況進行處理。



 9  PCB板制作流程--版面設(shè)計應注意的事項


單面板:

在成本要求較低的情況下通常使用這種類型的面板。在版面設(shè)計時,有時需要元器件或使用跨接線來跳過電路板的走線。如果數(shù)量太多,就應考慮使用雙面板。


雙面板:

雙面板可以使用也可以不使用PTH。因為PTH板的價格昂貴,當電路的復雜度和密度需要時才會使用。在版面設(shè)計中,元器件面的導線數(shù)量必須保持最少,以確保容易獲得所需用材。

在PTH板中,鍍通孔僅用于電氣連接而不用于元器件的安裝。出于經(jīng)濟和可靠性方面的考慮,孔的數(shù)量應保持在最低限度。


要選擇單面板還是雙面板,很重要的一點,要考慮到元器件的表面面積(C) ,它與印制電路板的總面積(S) 之比為一個適當?shù)暮愣ū壤?,這對于元器件的安裝是有用的。值得注意的是US"通常指的是面板一面的面積。 



 10  PCB板制作流程--制作問題


設(shè)計檢查,下述檢查表包括有關(guān)設(shè)計周期的各個方面,對于特殊的:應用還應增加另外一些項目。

1)電路分析了沒有?為了平滑信號電路劃分成基本單元沒有?

2)電路允許采用短的或隔離開的關(guān)鍵引線嗎?

3)必須屏蔽的地方,有效地屏蔽了嗎?

4)充分利用了基本網(wǎng)格圖形沒有?

5)印制板的尺寸是否為最佳尺寸?

6)是否盡可能使用選擇的導線寬度和間距?

7)是否采用了優(yōu)選的焊盤尺寸和孔的尺寸?

8)照相底版和簡圖是否合適?

9)使用的跨接線是否最少?跨接線要穿過元件和附件嗎?

l0)裝配后字母看得見嗎?其尺寸和型號正確嗎?

11)為了防止起泡,大面積的銅箔開窗口了沒有?

12)有工具定位孔嗎?


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