《制作元件封裝》課件

制作元件封裝元件封裝是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)中的重要步驟。封裝定義了元件的物理屬性，例如引腳位置、尺寸和形狀。封裝使設(shè)計(jì)者能夠輕松地將元件放置在電路板上，并連接其引腳。課程目標(biāo)了解元件封裝的概念認(rèn)識(shí)元件封裝在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中的重要性。掌握不同類型的元件封裝熟悉通孔、表面貼裝、BGA、LGA和超細(xì)間距封裝等常見(jiàn)封裝類型。學(xué)習(xí)元件封裝的設(shè)計(jì)流程了解元件封裝設(shè)計(jì)中涉及的步驟，包括外形尺寸測(cè)量、引腳設(shè)計(jì)、焊盤(pán)設(shè)計(jì)和絲印設(shè)計(jì)。掌握元件封裝工藝熟悉元件封裝的制作工藝，包括回流焊、波峰焊和人工點(diǎn)焊等。元件封裝的定義元件封裝是指將電子元件固定在電路板上的外殼結(jié)構(gòu)，通常由塑料、陶瓷或金屬材料制成。它為元件提供保護(hù)，并確保元件能夠與電路板上的其他元件連接，同時(shí)確保元件在正常工作條件下保持穩(wěn)定可靠。元件封裝的作用保護(hù)元件元件封裝可以保護(hù)內(nèi)部元件免受環(huán)境影響，例如灰塵、水分和機(jī)械損傷。連接元件元件封裝可以將元件連接到電路板，方便元件的安裝和連接。散熱元件封裝可以幫助散熱，防止元件過(guò)熱損壞。信號(hào)傳輸元件封裝可以確保信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，防止信號(hào)干擾。元件封裝的分類按封裝類型分類元件封裝按封裝類型可分為通孔封裝、表面貼裝封裝、BGA和LGA封裝、超細(xì)間距封裝等。按功能分類元件封裝按功能可分為單片機(jī)封裝、存儲(chǔ)器封裝、電源管理芯片封裝、接口芯片封裝等。通孔元件封裝引腳插入式封裝通孔封裝元件的引腳通過(guò)印刷電路板上的通孔插入到板子上，并通過(guò)波峰焊或手焊工藝焊接。DIP封裝雙列直插式封裝（DIP）是最常見(jiàn)的通孔封裝類型之一，其引腳通常沿元件兩側(cè)排列成兩排。SIP封裝單列直插式封裝（SIP）的引腳排列在元件的一側(cè)，常用于小型、低功率元件。插座式封裝插座式封裝，引腳通過(guò)插座連接到PCB，方便更換元件。表面貼裝元件封裝表面貼裝元件封裝，又稱SMD封裝，是指元件引腳直接焊接在PCB電路板的表面。SMD封裝技術(shù)具有更高的集成度、更高的可靠性，以及更小的尺寸和更輕的重量。SMD封裝技術(shù)廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電腦、汽車(chē)電子等領(lǐng)域。BGA和LGA封裝球柵陣列封裝(BGA)和柵格陣列封裝(LGA)是兩種常見(jiàn)的表面貼裝元件封裝。BGA封裝中，引腳通過(guò)球形焊點(diǎn)連接到PCB上，LGA封裝中，引腳通過(guò)矩形焊盤(pán)連接到PCB上。BGA封裝通常用于高引腳數(shù)、高性能電子元件，例如CPU和GPU。LGA封裝通常用于內(nèi)存和存儲(chǔ)芯片。超細(xì)間距封裝超小尺寸超細(xì)間距封裝具有更小的尺寸，適用于高密度電路板。更高集成度集成度更高，能容納更多元件，提高電路板的性能。更高性能提高電路板的信號(hào)傳輸速度，降低功耗。更復(fù)雜工藝超細(xì)間距封裝對(duì)生產(chǎn)工藝要求更高，成本也更高。元件封裝材料11.陶瓷材料陶瓷封裝耐高溫，適合高功率元件，如電源芯片。22.塑料材料塑料封裝輕便、成本低，適合低功率元件，如集成電路。33.金屬材料金屬封裝具有良好的導(dǎo)熱性，適合高功率元件，如電源模塊。44.復(fù)合材料復(fù)合材料結(jié)合了多種材料的優(yōu)點(diǎn)，滿足不同的應(yīng)用需求。元件封裝工藝流程1元件設(shè)計(jì)根據(jù)元件功能，設(shè)計(jì)元件外形和引腳布局，并確定材料和工藝。2封裝制作利用模具和原材料，通過(guò)注塑、沖壓、蝕刻等工藝制作封裝體。3引腳成型對(duì)封裝體進(jìn)行引腳成型，確保引腳與電路板接觸良好。4元件測(cè)試進(jìn)行功能測(cè)試和可靠性測(cè)試，確保封裝體質(zhì)量。5包裝出貨對(duì)合格的元件進(jìn)行包裝，并根據(jù)客戶需求進(jìn)行出貨。元件外形尺寸測(cè)量元件外形尺寸測(cè)量是元件封裝設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，準(zhǔn)確測(cè)量元件的長(zhǎng)度、寬度和高度，確保元件能夠與PCB板上的焊盤(pán)尺寸匹配，并避免元件與其他元件發(fā)生干涉。元件外形尺寸測(cè)量通常使用卡尺、游標(biāo)卡尺、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等測(cè)量工具，并根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果繪制元件外形尺寸圖。1測(cè)量精度測(cè)量精度決定了元件封裝的精度，通常要求測(cè)量精度在0.1mm以內(nèi)。2測(cè)量方法不同的元件形狀需要不同的測(cè)量方法，例如圓形元件使用卡尺測(cè)量，而方形元件使用游標(biāo)卡尺測(cè)量。3測(cè)量工具不同的測(cè)量工具適用于不同的元件尺寸和精度要求，選擇合適的測(cè)量工具能夠提高測(cè)量效率和精度。元件引腳數(shù)量確定元件引腳數(shù)量是元件封裝設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一，它直接影響著元件的性能、可靠性和成本。確定元件引腳數(shù)量需要考慮以下因素：元件的功能、元件的尺寸、元件的應(yīng)用場(chǎng)景以及元件的成本等。例如，一個(gè)復(fù)雜功能的元件可能需要更多的引腳，而一個(gè)簡(jiǎn)單的元件則只需要很少的引腳。元件引腳數(shù)量確定后，還需要進(jìn)行引腳排列布局設(shè)計(jì)，確保引腳之間有足夠的間距，避免引腳短路或焊點(diǎn)不良。元件引腳排列布局設(shè)計(jì)1引腳間距決定元件封裝的密度和尺寸2引腳形狀圓形、方形、矩形等3引腳排列方式直列式、交錯(cuò)式、環(huán)形等4引腳分配電源、地線、信號(hào)等元件引腳排列布局設(shè)計(jì)影響元件封裝的可靠性和生產(chǎn)效率焊盤(pán)尺寸和形狀設(shè)計(jì)確定焊盤(pán)尺寸焊盤(pán)尺寸應(yīng)與元件引腳尺寸相匹配，確保焊點(diǎn)可靠性。選擇焊盤(pán)形狀焊盤(pán)形狀取決于元件引腳形狀，常見(jiàn)形狀包括圓形、方形、矩形等?？紤]焊盤(pán)間距焊盤(pán)間距要滿足元件間距的要求，防止短路發(fā)生。注意焊盤(pán)過(guò)孔設(shè)計(jì)過(guò)孔設(shè)計(jì)應(yīng)與焊盤(pán)形狀和尺寸相協(xié)調(diào)，確保電流順利流通。過(guò)孔設(shè)計(jì)1過(guò)孔尺寸過(guò)孔尺寸取決于元件引腳尺寸和PCB板厚度。2過(guò)孔數(shù)量過(guò)孔數(shù)量根據(jù)電流大小和熱量散熱需求來(lái)確定。3過(guò)孔形狀過(guò)孔形狀通常為圓形或矩形，需要根據(jù)元件引腳尺寸選擇合適的形狀。4過(guò)孔位置過(guò)孔位置需要與元件引腳位置對(duì)齊，避免過(guò)孔位置過(guò)近造成短路。過(guò)孔設(shè)計(jì)是元件封裝設(shè)計(jì)中非常重要的環(huán)節(jié)，它直接影響到元件的電氣性能和機(jī)械強(qiáng)度。阻焊層設(shè)計(jì)1定義防止焊錫蔓延到不需要焊接的地方2材料綠油、紅油、黑油等3工藝絲印、曝光、顯影、固化4作用提高電路板可靠性，防止短路阻焊層設(shè)計(jì)是元件封裝工藝的重要環(huán)節(jié)。阻焊層材料的選擇與工藝流程影響著元件封裝的最終質(zhì)量。阻焊層需要確保焊盤(pán)之間的間距足夠，并防止焊錫蔓延到不需要焊接的地方，以提高電路板的可靠性，防止短路。絲印層設(shè)計(jì)絲印層是PCB板上用于標(biāo)識(shí)元件位置、元件型號(hào)、元件極性等信息的圖層。絲印層設(shè)計(jì)需要確保絲印標(biāo)識(shí)清晰易懂，不會(huì)遮擋元件或焊盤(pán)，并滿足生產(chǎn)工藝要求。1元件位置準(zhǔn)確標(biāo)示元件安裝位置2元件型號(hào)標(biāo)識(shí)元件型號(hào)，方便識(shí)別3元件極性標(biāo)記元件極性，防止錯(cuò)誤安裝4絲印尺寸滿足生產(chǎn)工藝要求5絲印材料選擇耐高溫、耐腐蝕材料絲印層設(shè)計(jì)需要考慮元件的尺寸、形狀、安裝方式、焊接方式等因素。合理的絲印層設(shè)計(jì)可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量。PCB堆棧層數(shù)設(shè)計(jì)1信號(hào)層決定信號(hào)傳輸路徑，層數(shù)越多，信號(hào)完整性越好。2電源層和接地層提供穩(wěn)定電源和低阻抗路徑，層數(shù)越多，抗干擾能力越強(qiáng)。3屏蔽層阻擋外部電磁干擾，層數(shù)越多，抗干擾能力越強(qiáng)。熱量分散設(shè)計(jì)散熱器設(shè)計(jì)元件封裝的熱量分散，主要通過(guò)散熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)。散熱器可以是獨(dú)立的元件，也可以集成在元件封裝內(nèi)部。散熱材料常用的散熱材料包括鋁、銅、陶瓷等。這些材料具有良好的導(dǎo)熱性和散熱性能。散熱結(jié)構(gòu)散熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)散熱效果有很大影響。常見(jiàn)的散熱結(jié)構(gòu)包括鰭片式、管狀式和板狀式。散熱風(fēng)扇對(duì)于高功率元件，可以添加散熱風(fēng)扇來(lái)增強(qiáng)散熱效果。元件安裝注意事項(xiàng)11.靜電防護(hù)元件易受靜電損害，應(yīng)使用防靜電工具和工作臺(tái)。22.正確方向安裝元件時(shí)注意方向，避免反向安裝。33.焊接溫度根據(jù)元件類型選擇合適的焊接溫度和時(shí)間。44.焊接質(zhì)量確保焊點(diǎn)完整牢固，無(wú)虛焊、冷焊等缺陷。回流焊工藝參數(shù)設(shè)置參數(shù)描述設(shè)置值預(yù)熱溫度元件逐漸升溫到設(shè)定溫度100℃升溫速率溫度升高的速度2-5℃/秒保溫時(shí)間保持最高溫度的時(shí)間60-120秒降溫速率溫度下降的速度1-3℃/秒回流峰值溫度熔化焊料的最高溫度215-235℃回流時(shí)間保持最高溫度的時(shí)間30-60秒波峰焊工藝參數(shù)設(shè)置波峰焊工藝參數(shù)設(shè)置對(duì)于保證元件封裝焊接質(zhì)量至關(guān)重要，需要根據(jù)不同元件封裝類型和焊接材料選擇合適的參數(shù)。240-260溫度焊接溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致焊料無(wú)法熔化，過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致元件封裝損壞。2-3速度焊接速度過(guò)快會(huì)導(dǎo)致焊料無(wú)法完全熔化，過(guò)慢會(huì)導(dǎo)致焊料氧化。1.5-2時(shí)間焊接時(shí)間過(guò)短會(huì)導(dǎo)致焊料無(wú)法完全熔化，過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致焊料氧化。1-2角度焊接角度過(guò)大或過(guò)小都會(huì)導(dǎo)致焊料無(wú)法完全熔化。波峰焊工藝參數(shù)設(shè)置需要反復(fù)實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，以確保元件封裝焊接質(zhì)量。人工點(diǎn)焊工藝人工點(diǎn)焊工具手動(dòng)點(diǎn)焊工具包括烙鐵、吸錫器、焊錫絲等，需熟練操作。電路板預(yù)熱預(yù)熱可以使焊盤(pán)溫度均勻，提高焊錫質(zhì)量。焊接過(guò)程使用烙鐵將焊錫絲熔化并涂抹于焊盤(pán)上。將元件引腳放置在焊盤(pán)上，并用烙鐵進(jìn)行加熱。確保焊錫完全熔化，并均勻分布在焊盤(pán)和引腳之間。焊接質(zhì)量檢查目視檢查檢查焊接點(diǎn)是否有空洞、虛焊、冷焊等缺陷。檢查焊點(diǎn)是否光滑、飽滿，焊錫是否均勻分布。檢查焊點(diǎn)顏色是否正常，是否存在氧化或變色現(xiàn)象。X射線檢查X射線檢查可以檢測(cè)焊接點(diǎn)內(nèi)部的缺陷，例如空洞、裂紋等。超聲波檢查超聲波檢查可以檢測(cè)焊接點(diǎn)內(nèi)部的空洞、裂紋、焊點(diǎn)強(qiáng)度等缺陷。常見(jiàn)元件封裝工藝缺陷空焊焊點(diǎn)沒(méi)有完全熔化，元件與PCB之間沒(méi)有形成牢固的連接。虛焊焊點(diǎn)表面看起來(lái)完好，但實(shí)際內(nèi)部沒(méi)有完全熔化，連接不牢固。橋接兩個(gè)相鄰焊點(diǎn)之間發(fā)生短路，導(dǎo)致電路功能失效。冷焊焊點(diǎn)溫度過(guò)低，沒(méi)有完全熔化，導(dǎo)致連接不牢固。元件封裝工藝優(yōu)化優(yōu)化封裝尺寸根據(jù)元件的實(shí)際需求，調(diào)整封裝尺寸和形狀，例如減少引腳數(shù)量，調(diào)整焊盤(pán)大小等。提高封裝材料性能采用更耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)熱性更好的材料，以提高元件的可靠性和使用壽命。改進(jìn)焊接工藝優(yōu)化焊接參數(shù)，例如調(diào)整溫度曲線、焊接時(shí)間等，以確保元件焊接牢固，避免虛焊、短路等問(wèn)題。改進(jìn)封裝測(cè)試開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的測(cè)試方法，例如高頻測(cè)試、熱沖擊測(cè)試，以確保封裝質(zhì)量符合要求。元件封裝行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)小型化元件封裝尺寸不斷縮小，提高電路板集成度。高密度引腳間距更小，實(shí)現(xiàn)更高密度元件封裝。高性能提高元件性能，例如散熱，信號(hào)完整性。自動(dòng)化自動(dòng)化封裝生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和良