电路板加工 百度文库

SMT贴片指的是在PCB基础上进行加工的系列工艺流程的简称。PCB（Printed Circuit Board)意为印刷电路板。
SMT是表面组装技术（表面贴装技术）（Surface Mounted Technology的缩写），是目前电子组装行业里流行的一种技术和工艺。电子电路表面组装技术（Surface Mount Technology，SMT），称为表面贴装或表面安装技术。它是一种将无引脚或短引线表面组装元器件（简称SMC/SMD，中文称片状元器件）安装在印制电路板（Printed Circuit Board，PCB)的表面或其它基板的表面上，通过再流焊或浸焊等方法加以焊接组装的电路装连技术。
在通常情况下我们用的电子产品都是由pcb加上各种电容,电阻等电子元器件按设计的电路图设计而成的,所以形形的电器需要各种不同的smt贴片加工工艺来加工。
SMT基本工艺构成要素:　锡膏印刷--> 零件贴装-->回流焊接-->AOI光学检测--> 维修--> 分板。
有的人可能会问接个电子元器件为什么要做到这么复杂呢?这其实是和我们的电子行业的发展是有密切的关系的,　如今,电子产品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件已无法缩小。 电子产品功能更完整，所采用的集成电路(IC)已无穿孔元件，特别是大规模、高集成IC，不得不采用表面贴片元件。 产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力 电子元件的发展，集成电路(IC)的开发，半导体材料的多元应用。 电子科技革命势在必行，追逐国际潮流。可以想象,在intel,amd等国际cpu,图象处理器件的生产商的生产工艺精进到20几个纳米的情况下,smt这种表面组装技术和工艺的发展也是不得以而为之的情况。
smt贴片加工的优点:组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%~60%，重量减轻60%~80%。 可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。高频特性好。减少了电磁和射频干扰。易于实现自动化，提高生产效率。降低成本达30%~50%。节省材料、能源、设备、人力、时间等。
正是由于smt贴片加工的工艺流程的复杂,所以出现了很多的smt贴片加工的工厂,做smt贴片的加工,在深圳,得益于电子行业的蓬勃发展,smt贴片加工成就了一个行业的繁荣。

作为一个微电子的IC learner，这个学期也有一门课：《微电子器件》，今天我就来聊聊基本的器件：CMOS器件及其电路。在后面会聊聊锁存器和触发器。
今天的主要内容如下所示：
·MOS晶体管结构与工作原理简述
·CMOS单元电路与版图
·CMOS门电路
·CMOS的功耗表示
老实说，CMOS比较偏微电子器件，微电子器件还真难...这里我就说一些做数字设计或许要了解的东西吧（以后要是有必要，会补充）。
1、MOS晶体管结构与工作原理简述
我们或多或少知道，晶体管在数字电路中的主要作用就是一个电子开关，通过电压或者电流，控制这个“开关”开还是关。晶体管大概有两种分类：一种是双极性晶体管（BJT，bipolar  junction  transistor），另外一种是金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET或者MOS，metal-oxide-semiconductor  field effect transistor）。我们这里主要来聊聊MOS了，那个BJT在现在数字IC设计中已经不是主流工艺了。
①MOS晶体管分为PMOS和NMOS，是哪一类MOS取决于衬底和掺杂浓度。至于是怎么形成的，这太复杂了，简单的三言两语说不清楚，这里干脆就不说了，我们直接来看他们的截面图和简单地讲解它们的工作原理好了（以下均以NMOS为例）。
NMOS晶体管的横截面结构如下所示：
IC设计：CMOS器件及其电路
底层是硅晶元圆衬底（substrate）(Body Si那里),**上是导电的栅较（gate），中间是二氧化硅构成的绝缘层。在过去栅较是由金属构成的，因此叫做金属-氧化物-半导体，现在的栅较使用的是多晶硅（poly）。MOS结构中，金属(多晶硅)与半导体衬底之间的二氧化硅会形成一个电容。
好吧，上面那一段看不懂也没关系，也不重要，需要你记住的是，上述的NMOS晶体管中，衬底是P型的，衬底上有两个n型的掺杂区域分别称为源较（Source）和漏较（Drain）（其实你把左边定义为漏而右边定义为源也没有问题，因为这个时候这个器件是对称的，在连接电源和地之后，S和D才真正确定）,中间上面的称为栅较（Gate），这就是NMOS的三个电极了（实际上的MOS是一个4端器件，它的衬底也是一个端）。下面来说一下他们怎么工作。
前面我们说了，晶体管的作用就是大致就是一个开关，在电流或者电压的控制下进行开和关，对于NMOS晶体管，我们现在给它加上电压，让它开始工作：
IC设计：CMOS器件及其电路
如上左图所示，加上电压后，所谓的源较，就相当于电子的源头；所谓的漏较，就相当于漏出电子的开口；而中间的栅较，就像控制开关一样：一方面通过控制在栅较施加的高电平电压，使源漏之间出现沟道，电子通过沟道从源较流向漏较，电流的方向也就是从漏到源了，从而进行导电，也就是“开关”打开的的时候（由于是形成的N沟道，也就是电子导电，因此成为N型CMOS）。另一方面再通过控制在栅较施加低电平电压，让沟道关断，因此就源漏之间就关断了，也就是“开关”关断的时候。上面就是NMOS的结构和工作流程了。（PMOS的工作流程恰好相反：通过控制在栅较施加的低电平电压，进行打开，而通过控制在栅较施加高电平电压，让沟道关断。）
注意：栅较的电压达到一定数值时，沟道才会形成，沟道形成时的电压称为阈值电压（Vth）。
②下面我们来看一下I-V特性曲线（注意这两个称呼，一个是转移特性曲线，一个是输出特性曲线）：
IC设计：CMOS器件及其电路
在前面我们知道，对于NMOS，源较(S)是接地的，漏较（D）是接数字电源的，在工作的时候，一般Vds是不变的，然后根据栅较（G）上的电压决定沟道是否导通。工作的时候，Vg的值（也就是输入信号的电压值）是一个定值，要么高电平（可能有波动），要么是低电平，从这里我们也知道NMOS工作的时候，是有电流从电源（VDD）流到地（GND）的（也就是从D流到S的），在电源电压不变的时候，这个电流随着栅较上的电压而。
③接着我们看看MOS的内部自个形成的电容（寄生电容），如下图所示：
IC设计：CMOS器件及其电路
主要分为：
（1）栅和沟道之间的氧化层电容C1；
（2）衬底和沟道之间的耗尽层电容C2；
（3）多晶硅栅与源和漏的交叠而产生的电容C3 和C4；
（4）源/漏区与衬底之间的结电容C5与C6。
好吧，其实这些个MOS这个电容我们看看就好了，毕竟我们不是做器件的。
2、CMOS单元电路与版图
在现在工艺中，我们主要使用的是成为CMOS（互补型半导体，Complementary MOS）的工艺，这种工艺主要就是把PMOS和NMOS这两类晶体管构成一个单元，称为CMOS单元或者反相器单元，其结构把PMOS和NMOS同时集成在一个晶元上然后栅较相连，漏较相连，下面是它的结构图（关于电路符号和功能将在后面讲）：
IC设计：CMOS器件及其电路
在上图中，左边是NMOS，右边是PMOS。A是共连栅较输入，Y是共连漏较输出，VDD连接PMOS的源较，GND连接GND。
下面电路符号图了，上面的那个CMOS反相器对于的电路符号图如下所示：
IC设计：CMOS器件及其电路
现在我们就来分析一下这个CMOS反相器的工作原理来说明这个为什么CMOS工艺是主流吧：
A当输入信号A=1时，PMOS关断，NMOS打开，输出信号Y的电压相当于GND的电压，也就是Y=0；在这个过程中，从VDD到GND这一个供电回路都没有导通，因此理论不存在电流从VDD流到GND，因此功耗为0.
B当输入信号A=0时，PMOS打开，而NMOS关闭，输出信号Y=VDD=1，但是从VDD到GND这一个供电回路也没有导通，因此理论上也不存在电流从VDD流到GND，因此功耗也为0。
C因此可以得出，理论上反相器进行传输信号时，没有功耗（好吧，我们应该这样说：功耗较其地低），这就是为什么使用CMOS的工艺的原因。
下面我们来看一下CMOS单元的版图：
IC设计：CMOS器件及其电路
左边是CMOS的电路符号，右边是版图（这个版图先凑合着看），下面来说一下这个版图吧：
首先是从下往上看，金属（蓝色）连接到数字地（Vss）上面；白色背景红色虚线边框的P阱区域是为说明，下面的绿色掺杂区域形成的是NMOS，上面绿色掺杂区域形成的是PMOS；
然后   绿色的掺杂区域  分布在  红色的多晶硅附近，然后多晶硅连在一起（也就是把PMOS和NMOS的栅较连在一起），然后通过金属引出（那个X表示通孔）为输入Vi。
然后下面的NMOS的源较通过通孔跟金属连在一起（绿色跟蓝色通过X连在一起）；NMOS和PMOS的漏较通过通孔连接到同一块金属上面然后当做输出。
PMOS的源较通过通孔连接到金属然后连接到了数字电源上。
更加抽象（好看一点）的图如下所示：
IC设计：CMOS器件及其电路
版图的基本知识就到这好了，更详细的知识还是查看更的书籍吧。
3、CMOS门电路
①CMOS非门：上面的一个CMOS单元的功能就是非门的功能了，因此CMOS非门也就是这个CMOS的单元，也称为反相器。其电路结构就是反相器的电路结构。
②（二输入）CMOS与非门（NAND）：
直接上图吧，CMOS与非门的电路符号结构如下所示：
IC设计：CMOS器件及其电路
（PMOS的电路符号栅较处本来应该有个小圈圈，表示低电平有效的）
③（二输入）CMOS或非门(NOR)的电路符号和工作原理如下所示：
IC设计：CMOS器件及其电路
（PMOS的电路符号栅较处本来应该有个小圈圈，表示低电平有效的）
数字逻辑电路都可以由上面的三种电路化简构成，也就是说一个电路可以由NAND或者NOR电路构成，我们来看看他们的特点来推导数字CMOS电路的特点。
容易知道（反正我们就当做结论好了）：
反相逻辑门的通用结构如下所示：
IC设计：CMOS器件及其电路
此外我们也注意到，使用到与功能的时候，NMOS网络是串联的；使用或功能时，NMOS网络是并联的。因此可以这么记忆：要NOMS都一起，才能一起（与），只要NMOS其中一个就可以（或），与还是或，可以根据NMOS的串并结构判断。
然后设计多少个输入的NXXX门，就把多少个NMOS串/并联起来，然后PMOS就是并/串就可以了。
4、CMOS的功耗表示
功耗是单位时间内消耗的能量，在数字系统中的功耗主要包括静态功耗和动态功耗，我们将从CMOS电路角度聊聊静态功耗和动态功耗。
CMOS的静态功耗：当CMOS不翻转/不工作时的功耗。在CMOS都不工作时，也就是晶体管都处于截止状态的时候，从VDD到GND并不是完全没有电流流过的，还是有些微电流从电源流到地，这个静态电流Idd称为电源和地之间的漏电流，跟器件有关（至于漏电流是怎么引起的，这里就不再阐述了）。初中的时候，我们就学过P=UI，因此静态功耗就可以这样表示 :
IC设计：CMOS器件及其电路
CMOS的动态功耗是信号在0和1变化之间，电容充放电所消耗的功耗。我们知道，不仅仅CMOS器件有寄生电容，导线间也有电容。将电容C充电到电压Vdd所需要的能量CVdd^2。如果电容每秒变换f次（也就是电容的切换频率为f，在一秒内，电容充电f/2次，放电f/2次），由于放电不需要从电源那里获取功耗，因此动态功耗就可以这样表示：
IC设计：CMOS器件及其电路
PS：上面主要是列举了一些主要的功耗，比如动态功耗中除了翻转时电容消耗功耗外，还有在栅较信号翻转的时候PMOS和NMOS同时导通引起的短路功耗。
这里不一一陈述，主要是考虑上面的那两种功耗。也许后面记载低功耗设计的时候会详细说明一下。

(1)手工制造印制电路板的工艺 手工制造PCB的一道基本工序是将设计好的PCB图转印到覆铜板上。简单的有效的方法——蚀刻法，利用防护性的抗蚀材料在覆铜板上形成图形，不需要的铜箔随化学腐蚀而被去掉。腐蚀结束后，将抗蚀层清洗掉，从而就能看到应有图形。
(2)工厂制作印制电路板的生产工艺 工厂生产印制电路板需要经过繁杂的工序。在生产过程中，每项技术都有明确的操作方法，除制作底片外，孔金属化及图形电镀蚀刻是生产的关键。印制电路原版底图的制作方法：对印制电路板来说，用什么方法都必须满足质量要求的1：1原版底片，同时还要将原版底片翻新为生产底片，原版底片的来源有两种，一种是制作照相底图，拍照后得到原版底片，一种是利用计算机系统和光绘机直接绘出原版底片，PCB的印制及蚀刻及工艺：制抗蚀或电镀的掩模图形有两种通用方法：丝网漏印法和感光干膜法。丝网漏印法一般用于批量较大、单精度低的单面或双面PCB生产，便于自动化。而感光干膜法主要是提高生产效率、简化工艺、提高制板质量等方面。

MSP430单片机的时钟系统
    MSP430根据型号的不同多可以选择使用3个振荡器。我们可以根据需要选择合适的振荡频率，并可以在不需要时随时关闭振荡器，以节省功耗。这3个振荡器分别为：
    (1)DCO 数控RC振荡器。它在芯片内部，不用时可以关闭。DCO的振荡频率会受周围环境温度和MSP430工作电压的影响，且同一型号的芯片所产生的频率也不相同。但DCO的调节功能可以改善它的性能，他的调节分为以下3步：a：选择BCSCTL1.RSELx确定时钟的标称频率;b：选择DCOCTL.DCOx在标称频率基础段粗调;c：选择DCOCTL.MODx的值进行细调。
    (2)LFXT1 接低频振荡器。典型为接32768HZ的时钟振荡器，此时振荡器不需要接负载电容。也可以接450KHZ~8MHZ的标准晶体振荡器，此时需要接负载电容。
    (3)XT2 接450KHZ~8MHZ的标准晶体振荡器。此时需要接负载电容，不用时可以关闭。
低频振荡器主要用来降低能量消耗，如使用电池供电的系统，高频振荡器用来对事件做出快速反应或者供CPU进行大量运算。


MSP430
    MSP430的3种时钟信号：MCLK系统主时钟;SMCLK系统子时钟;ACLK时钟。
    (1)MCLK系统主时钟。除了CPU运算使用此时钟以外，模块也可以使用。MCLK可以选择任何一个振荡器所产生的时钟信号并进行1、2、4、8分频作为其信号源。
    (2)SMCLK系统子时钟。供模块使用。并在使用前可以通过各模块的寄存器实现分频。SMCLK可以选择任何一个振荡器所产生的时钟信号并进行1、2、4、8分频作为其信号源。
    (3)ACLK时钟。供模块使用。并在使用前可以通过各模块的寄存器实现分频。但ACLK只能由LFXT1进行1、2、4、8分频作为信号源。
    PUC复位后，MCLK和SMCLK的信号源为DCO，DCO的振荡频率为800KHZ。ACLK的信号源为LFXT1。
    MSP430内部含有晶体振荡器失效监测电路，监测LFXT1(工作在高频模式)和XT2输出的时钟信号。当时钟信号丢失50us时，监测电路捕捉到振荡器失效。如果MCLK信号来自LFXT1或者XT2，那么MSP430自动把MCLK的信号切换为DCO，这样可以保证程序继续运行。但MSP430不对工作在低频模式的LFXT1进行监测。
http://fyjs168.b2b168.com
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