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第1部分 PCB的技术驱动因素3

第1章 电子封装和高密度互连3

1.1 引言3

1.2 互连（HDI）变革的衡量3

1.3 互连的层次结构5

1.4 互连选择的影响因素6

1.5 IC和封装8

1.6 密度评估10

1.7 提高PCB密度的方法11

第2章 PCB的类型16

2.1 引言16

2.2 PCB的分类16

2.3 有机与无机基板17

2.4 图形法和分立布线法印制板18

2.5 刚性和挠性印制板18

2.6 图形法制作的印制板19

2.7 模制互连器件（MID）22

2.8 镀覆孔技术22

2.9 总结24

第2部分 材料27

第3章 基材介绍27

3.1 引言27

3.2 等级与标准27

3.3 基材的性能指标31

3.4 FR-4的种类34

3.5 层压板的鉴别35

3.6 粘结片的鉴别38

3.7 层压板和粘结片的制造工艺39

第4章 基材的成分43

4.1 引言43

4.2 环氧树脂体系44

4.3 其他树脂体系46

4.4 添加剂48

4.5 增强材料51

4.6 导体材料56

第5章 基材的性能62

5.1 引言62

5.2 热性能、物理性能及机械性能62

5.3 电气性能72

第6章 基材的性能问题75

6.1 引言75

6.2 提高线路密度的方法75

6.3 铜箔76

6.4 层压板的配本结构79

6.5 粘结片的选择和厚度81

6.6 尺寸稳定性81

6.7 高密度互连／微孔材料83

6.8 CAF的形成85

6.9 电气性能90

6.10 低Dk／Df无铅兼容材料的电气性能100

第7章 无铅组装对基材的影响102

7.1 引言102

7.2 RoHS基础知识102

7.3 基材的兼容性问题103

7.4 无铅组装对基材成分的影响104

7.5 关键的基材性能105

7.6 无铅组装对PCB可靠性和材料选择的影响116

7.7 总结118

第8章 无铅组装的基材选型120

8.1 引言120

8.2 PCB制造与组装的相互影响120

8.3 为具体的应用选择合适的基材124

8.4 应用举例129

8.5 无铅组装峰值温度范围的讨论130

8.6 无铅应用及IPC-4101规格单130

8.7 为无铅应用附加的基材选择131

8.8 总结132

第9章 层压板的认证和测试133

9.1 引言133

9.2 行业标准134

9.3 层压板的测试方案136

9.4 基础性测试137

9.5 完整的材料测试140

9.6 鉴定测试计划150

9.7 可制造性151

第3部分 工程和设计155

第10章 PCB的物理特性155

10.1 PCB的设计类型155

10.2 PCB类型和电子电路封装类型159

10.3 连接元件的方法163

10.4 元件封装类型163

10.5 材料的选择166

10.6 制造方法169

10.7 选择封装类型和制造商170

第11章 PCB设计流程172

11.1 设计目标172

11.2 设计流程172

11.3 设计工具178

11.4 选择一套设计工具183

11.5 CAE、CAD和CAM工具的彼此接口184

11.6 设计流程的输入184

第12章 电子和机械设计参数186

12.1 PCB设计要求186

12.2 电气信号完整性介绍186

12.3 电磁兼容性概述189

12.4 噪声预算190

12.5 信号完整性设计与电磁兼容191

12.6 电磁干扰（EMI）的设计要求195

12.7 机械设计要求199

第13章 PCB的电流承载能力207

13.1 引言207

13.2 导体（线路）尺寸图表207

13.3 载流量208

13.4 图表210

13.5 基线图表214

13.6 奇形怪状的几何形状与“瑞士奶酪”效应220

13.7 铜厚221

第14章 PCB的热性能设计223

14.1 引言223

14.2 PCB作为焊接元件的散热器223

14.3 优化PCB热性能224

14.4 热传导到机箱231

14.5 大功率PCB散热器连接的要求233

14.6 PCB的热性能建模233

第15章 数据格式化和交换237

15.1 数据交换简介237

15.2 数据交换过程238

15.3 数据交换格式242

15.4 进化的驱动力253

15.5 致谢253

第16章 设计、制造和组装的规划255

16.1 引言255

16.2 一般注意事项256

16.3 新产品设计257

16.4 布局权衡规划261

16.5 PCB制造权衡规划267

16.6 组装规划权衡273

第17章 制造信息、文档和CAM工具转换（含PCB制造与组装）276

17.1 引言276

17.2 制造信息276

17.3 初步设计审查281

17.4 设计导入286

17.5 设计审查和分析291

17.6 CAM工装工艺291

17.7 额外的流程300

17.8 致谢301

第18章 PCB制造的信息化302

18.1 引言302

18.2 PCB企业信息化战略匹配304

18.3 PCB企业信息化总体架构307

18.4 PCB企业信息化总体架构的建立和实施311

18.5 主要信息化系统介绍316

18.6 总结320

第19章 埋入式元件322

19.1 引言322

19.2 定义和范例322

19.3 埋入式电阻323

19.4 埋入式电容331

19.5 埋入式电感332

19.6 将分立的SMT元件埋入多层PCB内部332

19.7 埋入式电阻、电容的相关标准333

第20章 PCB的信号完整性335

20.1 引言335

20.2 传输线与特征阻抗336

20.3 传输线仿真建模339

20.4 反射的产生与抑制341

20.5 串扰的产生与抑制343

20.6 仿真案例347

第21章 PCB的电源完整性353

21.1 引言353

21.2 电源分配网络353

21.3 电源噪声的来源354

21.4 目标阻抗355

21.5 去耦电容356

21.6 IR Drop（直流压降）360

21.7 电源／地平面噪声361

21.8 仿真案例361

第4部分 高密度互连369

第22章 HDI技术介绍369

22.1 引言369

22.2 定义369

22.3 HDI的结构372

22.4 设计375

22.5 介质材料与涂敷方法376

22.6 HDI制造工艺386

第23章 先进的HDI技术395

23.1 引言395

23.2 HDI工艺因素的定义395

23.3 HDI制造工艺397

23.4 下一代HDI工艺420

第5部分 制造427

第24章 钻孔工艺427

24.1 引言427

24.2 孔及其评价方法427

24.3 钻孔方法430

24.4 钻孔流程432

24.5 钻头432

24.6 涂层刀具437

24.7 PCB钻机439

24.8 盖板和垫板441

24.9 钻孔常见问题及原因分析与对策443

24.10 特殊孔的加工方法445

第25章 成像448

25.1 引言448

25.2 感光材料448

25.3 干膜型抗蚀剂450

25.4 液体光致抗蚀剂451

25.5 打印光致抗蚀剂452

25.6 光致抗蚀剂工艺452

25.7 可制造性设计468

第26章 多层板材料和工艺471

26.1 引言471

26.2 PCB材料472

26.3 多层结构的类型483

26.4 ML-PCB工艺流程499

26.5 层压工艺510

26.6 层压过程控制及故障处理517

26.7 层压综述520

第27章 电镀前的准备521

27.1 引言521

27.2 工艺用水521

27.3 孔壁的预处理524

27.4 化学镀铜528

27.5 常见问题533

27.6 孔金属化的新技术536

27.7 致谢537

第28章 电镀539

28.1 引言539

28.2 电镀的基本原理539

28.3 电镀铜544

28.4 镀铜液检测技术549

28.5 电镀锡554

28.6 电镀镍557

28.7 电镀金559

28.8 致谢561

第29章 直接电镀562

29.1 引言562

29.2 直接金属化技术概述562

29.3 钯基体系563

29.4 碳／石墨体系565

29.5 导电聚合物体系566

29.6 其他方法566

29.7 不同体系的工艺步骤比较567

29.8 水平工艺设备568

29.9 工艺问题568

29.10 总结568

第30章 PCB的表面处理570

30.1 引言570

30.2 可供选择的表面处理572

30.3 热风焊料整平573

30.4 化学镀镍／浸金（ENIG）575

30.5 有机可焊性保护膜578

30.6 化学沉银581

30.7 化学沉锡584

30.8 电镀镍／金586

30.9 其他表面处理589

30.10 组装兼容性590

30.11 可靠性测试592

30.12 特定主题593

第31章 阻焊工艺与技术595

31.1 引言595

31.2 常用阻焊油墨类型595

31.3 工艺流程596

31.4 阻焊与表面处理和表面组装的兼容性607

31.5 阻焊涂层的性能要求及测试标准607

31.6 发展趋势611

第32章 蚀刻工艺和技术612

32.1 引言612

32.2 一般注意事项612

32.3 抗蚀层的去除615

32.4 蚀刻剂618

32.5 其他PCB构成材料628

32.6 其他非铜金属629

32.7 蚀刻线路形成的基础630

32.8 设备和技术635

第33章 机械加工和铣外形643

33.1 引言643

33.2 冲孔（穿孔）643

33.3 覆铜箔层压板的冲裁、剪切及切割645

33.4 机械铣外形647

33.5 激光铣外形653

33.6 刻痕655

33.7 板边倒角656

33.8 平底盲槽的加工657

33.9 特殊平底槽的加工657

第34章 高速PCB的制造659

34.1 引言659

34.2 材料的选择659

34.3 关键加工工艺673

34.4 性能检测683

第35章 金属基PCB的制造689

35.1 引言689

35.2 散热原理690

35.3 结构与特性691

35.4 主要类别693

35.5 工艺流程与制作要点694

第6部分 裸板测试699

第36章 裸板测试的目标及定义699

36.1 引言699

36.2 HDI的影响699

36.3 为什么测试？700

36.4 电路板故障702

第37章 裸板测试方法705

37.1 引言705

37.2 非电气测试方法705

37.3 基本电气测试方法706

37.4 专业电气测试方法711

37.5 数据和夹具的准备715

37.6 组合测试方法720

第38章 裸板测试设备722

38.1 引言722

38.2 针床夹具系统722

38.3 专用的（硬连线的）夹具系统722

38.4 飞针测试系统724

38.5 通用网格测试系统724

38.6 飞针／移动探针测试系统734

38.7 验证和修复736

38.8 测试部门的规划和管理737

第39章 HDI裸板的特殊测试方法739

39.1 引言739

39.2 精细节距倾斜针夹具740

39.3 弯梁夹具740

39.4 飞针741

39.5 耦合板741

39.6 短路平板741

39.7 导电橡胶夹具742

39.8 光学检测742

39.9 非接触式测试方法742

39.10 组合测试方法743

第7部分 组装747

第40章 组装工艺747

40.1 引言747

40.2 通孔焊接技术749

40.3 表面贴装技术757

40.4 异型元件组装778

40.5 过程控制782

40.6 工艺设备的选择787

40.7 返修和返工789

40.8 敷形涂层、封装和底部填充材料795

40.9 致谢796

第41章 敷形涂层797

41.1 引言797

41.2 敷形涂层的特性799

41.3 产品准备802

41.4 涂敷方法803

41.5 固化、检查和修整805

41.6 返修方法807

41.7 敷形涂层设计807

第8部分 可焊性技术813

第42章 可焊性：来料检验与润湿天平法813

42.1 引言813

42.2 可焊性814

42.3 可焊性测试——科学方法817

42.4 温度对测试结果的影响820

42.5 润湿天平可焊性测试结果的解释821

42.6 锡球测试法822

42.7 PCB表面处理和可焊性测试823

42.8 元件的可焊性829

第43章 助焊剂和清洗831

43.1 引言831

43.2 组装工艺832

43.3 表面处理833

43.4 助焊剂834

43.5 助焊剂的形式与焊接工艺835

43.6 松香助焊剂835

43.7 水溶性助焊剂837

43.8 低固助焊剂838

43.9 清洗问题838

第9部分 焊接材料和工艺845

第44章 焊接的基本原理845

44.1 引言845

44.2 焊点的组成要素846

44.3 常用的金属接合方法846

44.4 焊料概述846

44.5 焊接基础847

第45章 焊接材料与冶金学851

45.1 引言851

45.2 焊料852

45.3 焊料合金与腐蚀854

45.4 无铅焊料：寻找替代品854

45.5 无铅元素合金的候选者855

45.6 PCB表面处理859

第46章 助焊剂867

46.1 引言867

46.2 助焊剂的活性和属性868

46.3 助焊剂：理想与现实869

46.4 助焊剂类型869

46.5 水洗（水性）助焊剂870

46.6 免洗型助焊剂871

46.7 其他助焊剂警告873

46.8 焊接气氛876

第47章 焊接技术880

47.1 引言880

47.2 群焊880

47.3 回流焊880

47.4 波峰焊901

47.5 气相回流焊911

47.6 激光回流焊912

47.7 工具和对共面性及紧密接触的要求917

47.8 补充信息920

47.9 热棒焊接920

47.10 热气焊接924

47.11 超声波焊接924

第48章 焊接返修和返工927

48.1 引言927

48.2 热气法927

48.3 手工焊料喷流法931

48.4 自动焊料喷流法931

48.5 激光法931

48.6 返修注意事项931

第10部分 非焊接互连935

第49章 压接互连935

49.1 引言935

49.2 压接技术的崛起936

49.3 顺应针结构936

49.4 压接注意事项937

49.5 压接引线材料938

49.6 表面处理及效果939

49.7 压接设备940

49.8 组装工艺941

49.9 常用压接方式941

49.10 PCB设计和采购建议943

49.11 压接工艺建议944

49.12 检验和测试945

49.13 焊接和压接引线946

第50章 触点阵列互连947

50.1 引言947

50.2 LGA和环境947

50.3 LGA的系统要素947

50.4 组装950

50.5 PCBA的返工952

50.6 设计指南952

第11部分 质量955

第51章 PCB的可接受性和质量955

51.1 引言955

51.2 不同类型PCB的特定质量和可接受性标准956

51.3 验证可接受性的方法957

51.4 检验批的形成958

51.5 检验类别959

51.6 模拟回流焊后的可接受性和质量960

51.7 不合格PCB和材料审查委员会的职责961

51.8 PCB组装的成本961

51.9 如何开发可接受性标准和质量标准962

51.10 服务级别963

51.11 检验标准964

51.12 加速环境暴露的可靠性检验977

第52章 PCBA的可接受性979

52.1 理解客户的需求979

52.2 PCBA的保护处理983

52.3 PCBA硬件可接受性的注意事项985

52.4 元件安装或贴装要求989

52.5 元件和PCB可焊性要求995

52.6 焊接的相关缺陷995

52.7 PCBA层压板状况、清洁度和标记要求999

52.8 PCBA涂层1001

52.9 无焊绕接（导线绕接）1002

52.10 PCBA的改动1003

第53章 组装检验1005

53.1 引言1005

53.2 缺陷、故障、过程指标及潜在缺陷的定义1006

53.3 检验的原因1007

53.4 检验时无铅的影响1009

53.5 小型化及更高复杂性1010

53.6 目检1011

53.7 自动检测1014

53.8 3D自动焊膏检测1016

53.9 回流焊前自动光学检测1017

53.10 回流焊后自动检测1018

53.11 检测系统的实施1023

53.12 检测系统的设计意义1024

第54章 可测性设计1026

54.1 引言1026

54.2 定义1026

54.3 专项可测性设计1027

54.4 可测性结构化设计1028

54.5 基于标准的测试1029

54.6 可测性设计的发展1035

第55章 PCBA的测试1037

55.1 引言1037

55.2 测试过程1038

55.3 定义1039

55.4 测试方法1042

55.5 在线测试技术1047

55.6 传统电气测试的替代方案1051

55.7 测试仪比较1053

第12部分 可靠性1057

第56章 导电阳极丝的形成1057

56.1 引言1057

56.2 了解CAF的形成1057

56.3 电化学迁移和CAF的形成1061

56.4 影响CAF形成的因素1062

56.5 耐CAF材料的测试方法1065

56.6 制造公差的注意事项1065

第57章 PCBA的可靠性1069

57.1 可靠性的基本原理1069

57.2 PCB及其互连的失效机理1071

57.3 设计对可靠性的影响1081

57.4 制造和组装对PCB可靠性的影响1082

57.5 材料选择对可靠性的影响1088

57.6 老化、验收测试和加速可靠性测试1096

57.7 总结1103

第58章 元件到PCB的可靠性：设计变量和无铅的影响1106

58.1 引言1106

58.2 封装的挑战1107

58.3 影响可靠性的变量1109

第59章 元件到PCB的可靠性：焊点可靠性的评估和无铅焊料的影响1131

59.1 引言1131

59.2 热机械可靠性1132

59.3 机械可靠性1145

59.4 有限元分析1151

第60章 PCB的失效分析1161

60.1 引言1161

60.2 常用的失效分析手段1161

60.3 分层失效分析1171

60.4 可焊性失效分析1182

60.5 金线键合失效分析1192

60.6 导通失效分析1195

60.7 绝缘失效分析1201

第13部分 环境问题1211

第61章 过程废物最少化和处理1211

61.1 引言1211

61.2 合规性1211

61.3 PCB制造中废物的主要来源和数量1213

61.4 废物最少化1214

61.5 污染预防技术1215

61.6 回收和再利用技术1222

61.7 可以替代的方法1225

61.8 化学处理系统1227

61.9 各种处理方法的优缺点1231

第14部分 挠性板1235

第62章 挠性板的应用和材料1235

62.1 引言1235

62.2 挠性板的应用1236

62.3 高密度互连挠性板1237

62.4 挠性板材料1238

62.5 基材的特性1239

62.6 导体材料1243

62.7 挠性覆铜板1244

62.8 覆盖层材料1248

62.9 补强材料1251

62.10 黏合材料1252

62.11 屏蔽材料1252

62.12 限制使用有毒害物质（RoHS）的问题1253

第63章 挠性板设计1254

63.1 引言1254

63.2 设计流程1254

63.3 挠性板的类型1255

63.4 线路弯曲设计1261

63.5 电气设计1264

63.6 高可靠性设计1264

63.7 PCB设计中的环保要求1265

第64章 挠性板的制造1266

64.1 引言1266

64.2 加工HDI挠性板的特殊问题1266

64.3 基本流程要素1267

64.4 加工精细线路的新工艺1276

64.5 覆盖膜加工技术1282

64.6 表面处理1286

64.7 外形冲切1286

64.8 补强工艺1287

64.9 包装1288

64.10 RTR制造1288

64.11 尺寸控制1289

第65章 多层挠性板和刚挠结合板1292

65.1 引言1292

65.2 多层刚挠结合板1292

第66章 挠性板的特殊结构1300

66.1 引言1300

66.2 飞线结构1300

66.3 微凸点阵列1305

66.4 厚膜导体挠性板1306

66.5 挠性电缆屏蔽层1308

66.6 功能性挠性板1308

第67章 挠性板的质量保证1310

67.1 引言1310

67.2 挠性板质量保证的基本理念1310

67.3 自动光学检测设备1311

67.4 尺寸测量1311

67.5 电气性能测试1311

67.6 检验顺序1313

67.7 原材料1313

67.8 挠性板的功能检测1313

67.9 挠性板的质量标准和规范1315