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浅析pcb线路板的热可靠性问题
一般情况下,pcb线路板板上的铜箔分布是非常复杂的,难以准确建模。因此,建模时需要简化布线的形状,尽量做出与实际线路板接近的ANSYS模型线路板板上的电子元件也可以应用简化建模来模拟,如MOS管、集成电路块等。
热分析
贴片加工中热分析可协助设计人员确定pcb线路板上部件的电气性能,帮助设计人员确定元件或线路板是否会因为高温而烧坏。简单的热分析只是计算线路板的平均温度,复杂的则要对含多个线路板的电子设备建立瞬态模型。热分析的准确程度终取决于线路板设计人员所提供的元件功耗的准确性。
在许多应用中重量和物理尺寸非常重要,如果元件的实际功耗很小,可能会导致设计的安全系数过高,从而使线路板的设计采用与实际不符或过于保守的元件功耗值作为根据进行热分析。与之相反(同时也更为严重)的是热安全系数设计过低,也即元件实际运行时的温度比分析人员预测的要高,此类问题一般要通过加装散热装置或风扇对线路板进行冷却来解决。这些外接附件增加了成本,而且延长了**时间,在设计中加入风扇还会给可靠性带来不稳定因素,因此线路板板主要采用主动式而不是被动式冷却方式(如自然对流、传导及辐射散热)。
线路板简化建模
建模前分析线路板中主要的发热器件有哪些,如MOS管和集成电路块等,这些元件在工作时将大部分损耗功率转化为热量。因此,建模时主要需要考虑这些器件。
此外,还要考虑线路板基板上,作为导线涂敷的铜箔。它们在设计中不但起到导电的作用,还起到传导热量的作用,其热导率和传热面积都比较大线路板板是电子电路不可缺少的组成部分,它的结构由环氧树脂基板和作为导线涂敷的铜箔组成。环氧树脂基板的厚度为4mm,铜箔的厚度为0.1mm。铜的导热率为400W/(m℃),而环氧树脂的导热率仅为0.276W/(m℃)。尽管所加的铜箔很薄很细,却对热量有强烈的引导作用,因而在建模中是不能忽略的。
PCB线路板调试技术之六类模块
在PCB抄板及设计工作中,我们常常要对电路板进行调试与测试,六类模块电路板的调试就是其中一种,为了能让大家更好的理解六类模块电路板的调试技术,我先给大家简单的介绍一下六类模块。六类模块的核心部件是线路板,其设计结构、制作工艺基本上就决定了产品的性能指标,六类模块执行的标准是 EIA/TIA 568B.2-1,当中为重要的参数是插入损耗、回波损耗、近端串扰等。
插入损耗 (Insert Loss):由于传输通道阻抗的存在,它会随着信号频率的增加而使信号的高频分量衰减加大,衰减不仅与信号频率有关,也与传输距离有关,随着长度的增加,信号衰减也会随着增加。回波损耗(Return Loss):由于产品中阻抗发生变化,就会产生局部震荡,致使信号反射,被反射到发送端的一部分能量会形成噪音,导致信号失真,降低传输性能。如全双工的千兆网,会将反射信号误认为是收到的信号而引起有用信号的波动,造成混乱,反射的能量越少,就意味着通道采用线路的阻抗一致性越好,传输信号越完整,在通道上的噪音就越小。回波损耗RL的计算公式:回波损耗=发射信号÷反射信号。
在设计中,阻抗的全线路一致性以及与100欧姆阻抗的六类线缆配合是解决回波损耗参数失效的有效手段。例如PCB线路的层间距离不均匀、传输线路铜导体截面变化、模块内的导体与六类线缆导体不匹配等,都会引起回波损耗参数变化。近端串扰(NEXT): NEXT是指在一对传输线路中,一对线对另一对线的信号耦合,即为当一条线对发送信号时,在另一条相邻的线对收到的信号。这种串扰信号主要是由于临近绕对通过电容或电感耦合过来的,通过补偿的办法,抵消、减弱其干扰信号,使其不能产生驻波是解决该参数失效的主要办法。
在模块试制阶段,用理论做指导,以计算机辅助设计为依据,就能很快的达到预期效果。在国内进行的六类模块PCB设计中,主要以线路对角补偿理论做依据,进行大量的试制工作,同样也可达到预期效果。模块与插头引起的信号外漏现象会发生相互间的信号干涉,为防止信号干涉现象,在平衡链路中导体进行扭绕,达到平衡传输的目的,扭绕结构会造成信号间的相位变化,也会增大线路上的信号衰减,这个结构称之为非屏蔽结构(UTP)。4对平衡双绞线中,每对线的绞距不同,线缆尾端使用模块化的连接件,形成连接件和接插件之间的相连,相互连接区内形成导体之间进行的平衡结构,即为六类系统的链路。在链路内产生了在平衡线路中所发生的信号干扰现象,即为串扰,解决串扰问题是进行高速通信用连接件制造的核心技术。
在接触端子之间产生接触损失会导致衰减、反射损失等现象,这种损失在高速信号传输时,会产生障碍和故障,解决这类问题是进行高速通信用连接件制造的核心技术。在模块与插头的连接线路中,插头内的每对连接端子是平衡线路,平衡线路中导体会产生信号外漏及阻抗损耗,阻碍通信的大因素就是信号外漏。可通过研究E场和H场解决此类问题或从研究反向衰减的方法中寻找解决方案,这是高速通信用连接件制造的核心技术。E场和H场平衡线路上所发生的信号干扰,即电磁场干扰,可通过E场和H场的分布进行描述。
电子通信线路测试的主要参数是扫频下进行的相关测量,在这个频率信号上附加语音或数据包进行传输,传输速度越高频率越快。用信号外漏的解决方法来解释产生问题的插座信号外漏现象,基本的方法是根据电感和电容所发生的信号外漏仿真图,在信号集中区域收集信号并进行返送。在设计中,耦合电容的设计是关键参数,与耦合线路的长度、线间距离、宽度、补偿线路布置等有关。考虑到六类系统采用4对线同时传输信号,必然会对其产生综合远端串绕,可通过分析,进行计算机仿真,设计出补偿线路。国内同行一般进行的六类模块试制过程主要是在确定主干回路后,在设计出补偿回路,进行大量的方案设计和样品制作,在补偿线路、PCB层间结构基本确定后,后续工作主要是通过工艺改进,从而提。
FPC柔性电路有哪些主要材料?
在柔性电路中使用的主要材料是绝缘簿膜、胶黏剂和导线。绝缘簿膜形成了电路的基础。胶黏剂将铜箔黏接到绝缘簿膜上,在多层结构设计中,内部有许多层被黏合在了一起。使用外保护层将电与砂尘和潮气相隔绝,与此同时还可以降低在挠曲时所受的应力。导电层是由铜箔提供的。
在一些柔性电路中,采用铝或者不锈钢作为加强肋,以确保几何尺寸的稳定性。同时还可以提供在元器件和连接器插入时的机械支撑力,以及消除掉应力。加强肋采用胶黏剂黏接在柔性电路上面。
有时在柔性电路中采用的另外一种材料是黏接片(bond ply),它是由两面涂覆有胶黏剂的绝缘簿膜构成。黏接片能够提供环境保护和电气绝缘,它能够起到取消簿膜层和在层数较少的多层电路中起到黏接的作用。
许多绝缘簿膜可以从市场上采购到,常用的是聚酰亚胺和涤纶材料(如表1所示)。在美国的所有柔性电路制造厂商中,接近80%的厂商是采用聚酰亚胺簿膜作为柔性电路的材料,大约20%的制造厂商结合采用涤纶簿膜。
聚酰亚胺材料具有不易燃、几何尺寸稳定的特点,拥有较高的抗撕裂强度,并且能够忍受焊接时的高温。涤纶也称为聚对苯二甲酸乙二醇脂(polyethylene terephthalate 简称PET),物理性能与聚酰亚胺相类似,具有较低的介电常数和能够吸附少量的潮气,但是耐高温的能力较差。
涤纶的熔化点在250℃,它的玻璃化转变温度(Tg)为80℃,这些参数限制了它们在需要进行大量焊接的场合的使用。在低温状态下,它们较硬,但是它们仍适用于在电话以及其他不暴露在恶劣环境下工作的电子产品中使用。
聚酰亚胺绝缘簿膜通常与聚酰亚胺或者丙烯酸胶黏剂一起使用,绦纶绝缘簿膜一般与绦纶胶黏剂一起使用。在焊接或者在整个多层层压周期操作以后,黏接好的材料具有令人满意的特性优点,即稳定的几何尺寸。在胶黏剂中的其他重要特性是较低的介电常数、较高的绝缘阻抗、较高的玻璃化转变温度和较低的吸湿性。
在柔性电路中除了采用绝缘簿膜与导电材料相互黏接以外,胶黏剂也被用作防护涂覆来使用,它可以形成覆盖层(也称为coverlays)和表面涂层。这两者之间的主要差异在于所采用的应用方式不同。覆盖层是将胶黏剂覆盖在层压有电路的绝缘簿膜上面,而表面涂层是通过表面印刷的方式涂布胶黏剂。
不是所有的层压结构都要与胶黏剂相接合,不采用胶黏剂的层压结构与采用胶黏剂的层压结构相比较,能够提供更簿的电路、更佳的柔软性和更好的导热率。簿型结构的导热率和不采用耐热胶黏剂的结构,允许不采用胶黏剂的电路在不宜采用胶黏剂为基础的层压簿片的工作场合中使用。
在柔性电路中所使用的铜箔可以采用电沉积或者采用锻制的方式获得。采用电沉积制造的箔片一面是有光泽的,而另外一面是没有光泽的,它形成了可以弯曲的材料,可以形成不同的厚度尺寸和宽度尺寸。
由电沉积制成的箔片的无光泽一面常常需要采用特殊处理,以求改善其黏接性能。采用锻制方式形成的铜箔除了可以弯曲以外,具有一定的硬度和表面光滑度,可以适应要求动态柔性活动的场合使用。
如何为柔性线路板(FPC板)选用保护膜?
柔性线路板FPC板上用什么保护膜来保护呢?既要防尘防污防静电,又要有效贴合板面,防静电PET保护膜合适。
柔性电路板保护膜
柔性电路板又称“软板”,即FPC板。是用柔性的绝缘基材制成的印刷电路。柔性电路提供优良的电性能,能满足更小型和更高密度安装的设计需要,也有助于减少组装工序和增强可靠性。柔性电路板是满足电子产品小型化和移动要求的惟一解决方法。可以自由弯曲、卷绕、折叠,可以承受数百万次的动态弯曲而不损坏导线,可依照空间布局要求任意安排,并在三维空间任意移动和伸缩,从而达到元器件装配和导线连接的一体化;柔性电路板可大大缩小电子产品的体积和重量,适用电子产品向高密度、小型化、高可靠方向发展的需要。
因此,FPC板在航天、军事、移动通讯、手提电脑、计算机外设、PDA、数字相机等领域或产品上得到了广泛的应用。
但是FPC板在生产过程中很容易出现静电击穿现象。目前解决这一问题主要依靠市面上防静电台垫,而该产品靠静电剂内添并迁移到台垫表面,然后吸收空气水分子形成导电通路,从而对FPC板有防静电效果,同时该产品易受空气、湿度等环境因素影响,静电排放效果差。尤其在北方气候干燥地区,表面电阻值升高,随着时间推移,防静电指标衰减越来越快,造成静电排放不稳定,这样容易击穿FPC板上线路芯片,造成设备运行损坏。同时,该产品又不能随同FPC板搬运,不能起到随时防护作用。在应用环节上缺陷已十分明显,已不能满足目前FPC板发展技术的要求。
现FPC板正处于规模小但迅猛发展之中。聚合物厚膜法是一种、低成本的生产工艺。该工艺在廉价的柔性基材上,选择性地网印导电聚合物油墨。其代表性的柔性基材为PET。聚合物厚膜法导体包括丝印金属填料或碳粉填料。聚合物厚膜法本身很清洁,使用无铅的SMT胶黏剂,不必蚀刻。因其使用加成工艺且基材成本低,聚合物厚膜法电路是铜聚酰亚胺薄膜电路价格的1/10;是刚性电路板价格的1/2~1/3。聚合物厚膜法尤其适用于设备的控制面板。在移动电话和其他的便携产品上,聚合物厚膜法适合将印制电路主板上的元件、开关和照明器件转变成聚合物厚膜法电路。既节省成本,又减少能源消耗。
防静电PET保护膜应用在“柔性线路板”上市场前景十分广阔,性能:透明防静电PET保护膜比较柔软,与FPC板硬度差不多,并且透明到可以观察到FPC表面工艺要求,而且又不与外界空气接触,当然也不会产生静电及粉尘。由于防静电保护膜两边都有防静电涂层,因此在与FPC板分离时又不会产生静电,当然也不会击穿FPC板上线路的芯片。这既解决了FPC板运输途中静电产生,同时又能进行粘合并且透明又不受空气、湿度等环境因素的影响。产品可广泛应用于半导体工业、LCD工业、电子装备及微电子设备业、电子电气、通讯制造、精密仪器、光学制造、医药工业及生物工程等行业工业领域以及高铁车厢、医院、家庭、办公领域,用于工业生产车间、试验室、机房,以及医院手术室、CT、X射线室、CCU、ICU病房等的地板、工作台面、墙面板等。
影响FPC柔性电路板的价格,有哪些因素?
一、柔性电路板所用材料不同造成价格的多样性
以普通双面板为例,板料一般有PET,PI等,板厚从0.0125mm到0.10mm不等,铜厚从1/2Oz到3Oz不同,所有这些在板料一项上就造成了的价格差异;材料的品牌不同也存在着一定的价格差,因而材料的不同造成了价格的多样性。材料一般包括PI FCCl 铜箔补强材料辅材(NC垫板黑化镀铜包装材料等)等组成。
二、柔性电路板所采用生产工艺的不同造成价格的多样性
不同的生产工艺会造成不同的成本。如镀金板与喷锡板,制作外形的精度,采用丝印线路与干膜线路等都会形成不同的成本,导致价格的多样性。
三、柔性电路板本身难度不同造成的价格多样性
即使材料相同,工艺相同,但柔性电路板本身难度不同也会造成不同的成本。如两种线路板上都有1000个孔,一块板孔径都大于0.6mm与另一块板孔径均小于0.6mm就会形成不同的钻孔成本;如两种线路板其他相同,但线宽线距不同,一种均大于0.15mm,一种均小于0.15mm,也会造成不同的生产成本,因为难度大的板报废率较高,必然成本加大,进而造成价格的多样性。
四、客户要求不同也会造成价格的不同
客户要求的高低会直接影响板厂的成品率,如一种板按IPC-A-6013,class1要求有98%合格率,但按class3要求可能只有90%的合格率,因而造成板厂不同的成本,后导致产品价格的多变。
五、柔性电路板厂家不同造成的价格多样性
即使同一种产品,但因为不同厂家工艺装备、技术水平不同,也会形成不同的成本,时下很多厂家喜欢生产镀金板,因为工艺简单,成本低廉,但也有一部分厂家生产镀金板,报废即上升,造成成本提高,所以他们宁愿生产喷锡板或镀锡板,因而他们的喷锡板报价反而比镀金板低。
六、付款方式不同造成的价格差异
目前柔性电路板板厂一般都会按付款方式的不同调整柔性电路板价格,幅度为5%-10%不等,因而也造成了价格的差异性。
七、区域不同造成价格的多样性
目前国内从地理位置上来讲,从南到北,价格呈递增之势,不同区域价格有一定差异,因而区域不同也造成了价格的多样性。
八、电镀方式不同造成的价格不一样
局部电镀高全面电镀15%左右。
九、金手指部分的表面处理方式
镀金与镀锡相差5%左右
十:FPC生产过程中的不良率的高低也决定了FPC的单价
十一:代客户SMT的费用以及不良率的高低也决定了FPC的单价
通过以上论述不难看出,柔性电路板价格的多样性是有其内在的必然因素的,本人仅可提供一个大致的价格范围,以供参考,具体价格以实际价格为准。
FPC柔性线路板常见的一些工艺知识
1、FPC是柔性的线路板可以折叠弯曲,一般用做翻盖手机的上下部分连接、电池的保护电路等。
为了FPC的平整度生产厂家出货之般会对FPC进行压平处理,并且由于FPC是柔性的所以很难采用抽真空包装。所以在传递和使用过程种注意FPC的平整度尽量不要折弯。
2、FPC一般为1~2层,多层的FPC比较少见。FPC的基材和Cover Layer一般采用聚酰亚胺,基材和铜箔之间压和成一体。有些FPC的厚度以铜箔的厚度标识如1.5OZ,2.0OZ。
与PCB不同的是Cover Layer在铜箔上的开口一般小于铜箔面积而PCB上Solder Mask面积一般大于铜箔的面积。需要注意的一点就是FPC基材和铜箔之间靠树脂粘和,有些情况下树脂会溢出造成焊盘污染导致漏焊。
3、FPC的废边(Waste Area,没有电路的边缘部分)部分一般采用2种工艺。一种叫Solid Copper,既采用整体的铜箔覆盖。
另一种叫Cross Hatching。Solder Copper工艺的FPC柔性相对较小,如果不折弯比较平整但是折弯后不容易恢复。Cross Hatching工艺的FPC与其相反。
4、FPC在整个SMT过程种均需要使用支撑,通常所选用的支撑未耐热防静电的合成材料制成,也有公司使用薄铝板进行支撑。常用的定位的方式为采用高温胶带将FPC粘在支撑板上。
不过需要注意的是胶带的位置尽量在FPC的四个角和比较长的边中间位置,这可以防止FPC翘起。还有胶带厚度会对锡膏印刷产生一定的影响,所以胶带的位置不要贴在元件密集的位置边缘及有细管脚的元件周围,更注意不要贴在焊盘上。
5、因为FPC的平整度和PCB相比比较差并且还存在支撑、胶带等多种因素的影响所以FPC在印刷的过程种很难和网板完全贴,这就会造成锡膏量的控制上存在问题。
对网板开口有两点建议:一是网板对于密管脚的IC元件尽量的将网孔变窄拉长并且网板尽可能的薄,实践证明颠倒梯形的网孔对印刷比较有利。另一条是对于跨度比较大的片式元件或连接件尽量加大网孔避免因为FPC不平造成漏焊。
6、因为FPC需要支撑所以在回流焊接时回流炉的Profile设定一定要考虑支撑板对热量的吸收,一般燠热区建议回流炉下面的温度设定比上面高一部分以支撑板的温度和FPC相近避免冷焊,再有就是出口的冷却风要强支撑板温度降到安全温度,还可以在路子出口增加冷却风扇。
7、为了方便分割,FPC与边缘之间一般沿轮廓预先切开,未切开的部分一般保留一层基材(Micro Joint)并需要在上面打邮票孔,邮票孔不但可以方便分割还可以防止在分割点处产生大的毛刺。
连接部分还能FPC在SMT的过程种不翘起,所以Micro Joint因该在FPC内每个切口处保留。FPC的切割可以选择手工分割或使用类似于冲床的模具分割。
主营行业:PCB电路板 |
公司主营:pcb电路板,pcb多层板,hdi线路板,pcb快板 |
采购产品:电路板 |
主营地区:深圳 |
企业类型:私营有限责任公司 |
注册资金:人民币1000万 |
公司成立时间:2011-07-26 |
员工人数:301 - 500 人 |
研发部门人数:11 - 50 人 |
经营模式:生产型 |
经营期限:2011-01-01 至 2052-01-01 |
最近年检时间:2022年 |
登记机关:深圳市市场监督管理局 |
经营范围:电子元器件,电子产品及PCB电路板的销售;国内贸易、货物及技术进出口。(法律、行政法规、国务院决定规定在登记前须经批准的项目除外;涉及行政许可的,须取得行政许可文件后方可经营)^电子产品及电路板的研发,电路板的生产。 |
厂房面积:12000平方米 |
月产量:20000平方米 |
是否提供OEM:是 |
质量控制:内部 |
公司邮编:518000 |
公司电话:0755-27055569 |