手机锂电池保护板相关知识1.doc

保护板初步知识 
1、 保护板的由来
  锂电池（可充型）之所以需要保护，是由它本身特性决定的。由于锂电池本身的材料决定了它不能被过充、过放、过流短路及超高温充放电，因此锂电池锂电组件总会跟着一块精致的保护板和一片电流保险器出现
.
2、主要保护能能
过充电保护功能 过放电保护功能 
过电流保护电流  包括过流1   过流2 短路保护  
3、保护板的组成和元件：
  保护板通常包括控制IC、开关MOS、储存电容、识别电阻及辅助器件NTC/PTC等组成。其中控制IC在一切正常的情况下控制MOS开关导通，使电芯与外电路导通，而当电芯电压或回路电流超过规定值时，它立刻控制MOS开关断开，保护电芯的安全。
PTC是正温度系数热敏电阻,NTC是负温度系数热敏电阻.PTC与NTC在应用上有不同的地方是:PTC在电路中可以做过电流保护,NTC主要是开关浪涌电流的抑制.他们也有共同的作用就是 温度感测和侦测试
4、原理图及元件介绍
IC 它由精确的比较器来获得保护可靠的保护参数，主要参数： -过充电压 -过充恢复电压 -过放电压 -过放恢复电压 -过流检测电压 -短路保护电压 -耗电 
MOSFET  串在主充放电回路中，担当高速开关，执行保护动作。我司所用的都是串在B-  P-间。MOSFET包含三个电极：漏极 （D）  源极（S）  栅极（G）；当G极为高电平时，D极与S极导通，当G极为低电平时，D极与S极断开。 主要参数: -内阻 -耐电流 
-耐电压 -内部是否连通 -封装 
FUSE  PTC ：二次保护器件。 
原理图：

正极:B+         FUSE          P+  
负极:B-          MOS(2、3)脚          MOS（1）脚  接    MOS（8）脚           MOS（5、6）脚夫          P-  

5、功能介绍：
通常状态： 当电芯电压在2。5V---4。2V之间，IC的充电控制脚（第1脚）和放电管控制脚(第3脚)同时处于高电平,充电MOS、 放电MOS同时打开，B-与P-连通,保护板有输出电压,能正常允放电. 
-过放状态:当电池接上手机等负载后，电芯电压渐渐降低，同时IC同部通过R1电阻实时监测电芯电压，当电芯电压降到IC的过放保护电压时，IC放电控制脚（第1脚）输出电压为0V，即低电平,放电MOS关闭,无输出电压。 

- 过充状态：当电池通过充电器充电时，随着充电时间的增加，电芯电压越来越高，当电芯电压升高到过充保护电压时，IC将认为电芯处于过充电电压状态，IC的充电控制脚（第3脚）输出为低电平，即0V；此时充电MOS管关闭，B-与P-处于断开状态，充电回路切断，充电停止。保护板处于过充状态并一直保持。等到P+ P-之间接上负载后，因此时虽然充电管处于关闭状态，但其内部的二极管的正方向与放电回路的方向相同，故放电回路可以放电，当电芯电压被放低至过充电恢复电压以下时，充电管又导通，电芯的B-与保护板的P-又重新接上，电芯又能正常的充放电。   
-过流及短路保护：当电池的负载电流超过IC的过流保护值时,IC的放电控制脚（第1脚）输出低电平，MOS管关闭。  3、 
常见的问题点： 
-内阻大：决定电池内阻的器件有  PCB的线阻，MOS管的导通内阻，    FUSE的内阻，电芯内阻及镍片的电阻。 
解决方法：首先判断电芯内阻（一般要求小于60mΩ）是否超过标准，其次是测试保护板内阻（一般要求小于60mΩ）、FUSE内阻（一般要求小于15mΩ），最后检查镍片及接触电阻（一般要求小于15mΩ） -无电压无内阻（不能充放电等）：无电压无内阻通常是充电MOSFET关闭或放电MOSFET关闭或充放电MOS同时关闭，导致MOS管关闭的原因有 IC不能正常工作或MOS管自身损坏或MOS连锡，虚焊。 解决方法：先检查IC第5脚电压电否正常（电压与电芯电压相同），第6脚与B-是否连好，电芯电压是否正常，R1电阻是阻值是否正确，R1是否虚焊。其次检查IC的充电控制脚（3脚）和放电控制脚（5脚）电压是否正确（在通常的状态，IC的1、3脚都是高电平，等于电芯电压）。再次检查MOS是否短路，虚焊。 
无ID（热敏）：ID电阻一端连接保护板的P-端子，一端连接保接保护板的ID端子，若有此类问题时，可首先确认线路是否导通，其次可确认电阻本身是否不良或是否连锡。 
短路保护、过流保护不良：可先检查R2是否虚焊，IC的过流检测端子（IC的第2脚）是否虚焊，若无以上两种不良，那么应是IC本身损坏。

锂电保护板分类
1.从充放电保护性能分：单保分为二种：充电保护和放电保护，双保护只有一种；
2.从电芯数和电池组不同分：　A.一串N并：如二个电芯并联，三个并，到N个，现实中很少多于五个并联的；B.多个串联：如工作电压7V。2V的二串--用于带显示DVD，如多串多并--用于手提电脑（三串二并六个电芯）。
3.从工作要加不同原器件：不同控制IC芯片，不同的电流，不同温度，不同的工作电压（最高，和最低）；
4.从保护板的板分：硬板（常用），软板，单层板，多层板，双面板，要是组合起来就更多；
5.板上正负极五金片位置和多少。
所以总的来说，对于手机电池来说，锂电池保护板有很多种，但是没有的工作原理是基本相同的，只是在个别参数上存在差异。

杨勇 2013-5-31 整理制作

SMD贴片元件的封装尺寸
2010-05-17 13:00:19 阅读20 评论0 字号：大中小

贴片电阻常见封装有9种，用两种尺寸代码来表示。一种尺寸代码是由4位数字表示的EIA(美国电子工业协会)代码，前两位与后两位分别表示电阻的长与宽，以英寸为单位。我们常说的0603封装就是指英制代码。另一种是米制代码，也由4位数字表示，其单位为毫米。下表列出贴片电阻封装英制和公制的关系及详细的尺寸：

【SMD贴片元件的封装尺寸】
公制：3216——2012——1608——1005——0603——0402
英制：1206——0805——0603——0402——0201——01005
注意：
0603有公制，英制的区分
公制0603的英制是英制0201，
英制0603的公制是公制1608
还要注意1005与01005的区分，
1005也有公制，英制的区分
英制1005的公制是公制2512
公制1005的英制是英制0402
像在ProtelDXP(Protel2004)及以后版本中已经有SMD贴片元件的封装库了，如
CC1005-0402：用于贴片电容，公制为1005，英制为0402的封装
CC1310-0504：用于贴片电容，公制为1310，英制为0504的封装
CC1608-0603：用于贴片电容，公制为1608，英制为0603的封装
CR1608-0603：用于贴片电阻，公制为1608，英制为0603的封装，与CC16-8-0603尺寸是一样的，只是方便识别。
【贴片电阻规格、封装、尺寸】

英制
(inch)
公制
(mm)
长(L)
(mm)
宽(W)
(mm)
高(t)
(mm)
a
(mm)
b
(mm)
0201
0603
0.60±0.05
0.30±0.05
0.23±0.05
0.10±0.05
0.15±0.05
0402
1005
1.00±0.10
0.50±0.10
0.30±0.10
0.20±0.10
0.25±0.10
0603
1608
1.60±0.15
0.80±0.15
0.40±0.10
0.30±0.20
0.30±0.20
0805
2012
2.00±0.20
1.25±0.15
0.50±0.10
0.40±0.20
0.40±0.20
1206
3216
3.20±0.20
1.60±0.15
0.55±0.10
0.50±0.20
0.50±0.20
1210
3225
3.20±0.20
2.50±0.20
0.55±0.10
0.50±0.20
0.50±0.20
1812
4832
4.50±0.20
3.20±0.20
0.55±0.10
0.50±0.20
0.50±0.20
2010
5025
5.00±0.20
2.50±0.20
0.55±0.10
0.60±0.20
0.60±0.20
2512
6432
6.40±0.20
3.20±0.20
0.55±0.10
0.60±0.20
0.60±0.20
【0201元器件的焊盘图形和间距】
0201元器件的焊盘图形和间距
有14种独特的0201元器件的焊盘图形和间距的组合形式，每一种用一系列数字来表示。
装配
● 模板设计
例如用一个0.127mm (5 mil) 厚梯型激光切割的电抛光模板来满足电路板上的焊膏筛网印刷。因为焊膏的释放特性还不知道，一些焊盘的设计中包含有盘中孔，对其进行确定完全取决于常规的模板设计试验。结果所有的0201器件的孔隙被设计成：孔隙与焊盘的比例为1：1。因为在这块电路板上还包含有其它的元器件包括CCGA器件，一个 0.127mm (5 mil)厚的模板可能是最薄的模板，没有设计成分级模板（step stencil）是为了防止损害到在板上的其它元器件的焊点。来自这项设计的长度与直径比（aspect ratios）数值在2.4至3.2之间。面积的纵横比（area aspect ratios）范围在0.72到0.85之间。根据这些数值可以预见优良的焊膏释放效果。
●焊膏与涂布
为了能够非常逼真地模拟生产制造情况，采用一种类型3的免清洗焊膏来满足这项制造要求。对于0201器件来说，可能类型4的焊膏更能使印刷质量理想化，但是也可能对其它元器件位置上的印刷质量产生消极的效果。为了能够达到最大的焊膏释放效果，一种密封的印刷头系统被用来替代传统的橡皮滚子刮刀/模板结构。
●组件模拟
由于组件可能存在问题，所以采用0201电阻封装来进行模拟，以满足贴装试验的需要。这些元器件在形状和引线端接长度上不完全相同，这样就增加了发生拾取出错和回流焊接以后发生墓碑现象的机会。在这项试验中，采用完全随机地通过该试验的方法。然而，当使用0201元器件的时候，随之而来的是要考虑质量水平和元器件的一致性情况。
●整套设备情况
筛网印刷机：DEK 265 GSX （采用 ProFlow 头）
贴装设备：Panasonic MVIIV
回流焊接炉：Conceptronic HV 155 （共10区对流加热烤箱）
供料器和管嘴
在这项研究中采用标准的设备供料器。在开展研究以前，对供料器进行检验并进行测定校准以确保其具有最佳的性能。专门的0201管嘴和过滤装置是从Panasonic Factory Automation（松下工厂自动化公司）购得的。
●回流焊接加热曲线
所有的板在一台采用氮气氛保护的Conceptronic（10区对流加热烤箱）中进行回流焊接。加热炉中的氧含量水平维持在150 ppm 以下。起始的加热速率为1.7 ℃/秒。
对装配结果的总结
●筛网印刷
一般来说，优良的印刷质量可以通过良好的对准中心和平坦的焊膏沉淀来得到。焊膏沉淀的高度通过采用一台激光焊膏高度测试仪进行测量，结果其高度在 0.1143mm (4.5 mil) 和 0.1524mm (6 mil) 之间。由于设备的局限性，3维焊膏检测仪仅被用在测量较大的分离焊盘（0402,0603,0805）上的焊膏体积，以确认焊膏的体积是否能够满足这些位置上的要求。
1:1的模板隙缝设计会导致焊盘上的焊膏过量，这会产生大量的焊料球，从而会增加形成墓碑电阻器现象的机会。通过降低缝隙尺寸消除焊料球产生的机会，是将来模板设计的优化方法。
●外观检测
在开始工作以前，0201电阻器以双面形式进行安置，以确保满足设备贴装的使用要求。0201电阻器有着各种各样尺寸和形状以及不规则的端接方式。
●拾取和贴装的确认
元器件被良好地安置在所有0201器件焊盘的中心位置上。
●拾取和贴装结果
就所提供的各种各样尺寸和形状的元器件来说，拾取和贴装的精度是良好的。
标准供料器的拾取率为99.85%，所实现的贴装率是99.68%。同时也采用新的高速供料器来进行试验。采用这些供料装置能够大幅度地增加拾取速率。
●回流焊接后的检测
在进行了回流焊接以后，使用一台显微镜对所有安置有0201器件的位置进行外观检查。一般情况下，焊料填角显现出光泽，并展示令人满意的润湿。然而，许多焊料填角显露出拥有过多的焊料体积，焊料填角呈现出凸状，在横截面处这种现象非常明显。因为焊料不会延伸到端边金属喷镀处，这种焊接点在IPC-A- 610C4标准下将可以接受。
过多的焊膏量是在焊盘之间形成大量焊料球的关键因素。因此，这些焊料球不能计算在缺陷内，因为它们将可以通过优化模板的隙缝来使其降低到最小的程度或者消除掉。尽管有着较大的焊料体积，不会导致产生桥接的缺陷现象。
所有缺陷的产生是由于墓碑缺陷所引发的，它会导致4.25的单位平均缺欠数（defect per unit 简称DPU)，1012的每百万缺陷机会（million opportunities 简称DPMO），考虑到焊盘几何形状的多种多样，这些数据是惊人的。
对这些数据的进一步分析可以发现影响墓碑缺陷的主要因素是元器件之间的间距、焊盘和盘中孔之间的间距。
当间距从0.254mm (0.010 英寸)增大至0.381mm (0.015英寸)的时候，相伴而生的现象是墓碑缺陷减少了。这样可以预计由于增大了元器件至元器件的间距，这将朝着对焊膏、元器件贴装和定位差错增加容忍度的方向发展。
另外，焊盘之间的间隙（G）会对墓碑缺陷率产生影响。小型化的0.2032mm (0.008 英寸)焊盘间隙与0.254mm (0.010 英寸)的焊盘间隙相比较明显地降低了产生缺陷的数量。这证明了Schake et al 的研究成果，他指出较小的焊盘间隙会导致装配生产量的提高（注：在这项研究中所采用的最小焊盘间隙为0.2032mm/0.008 英寸）
令人感兴趣的是在很少缺陷和盘中孔之间奇特的正相关性。正如在7,8,11 和12排所显示的那样，采用正切导孔焊盘（tangent via pads）形成了最大的墓碑缺陷现象。然而，在正切导孔设计位置产生墓碑现象仅限于0201器件，对于0402和0603器件来说不显现出相同的问题。
在采用正切导孔的焊盘上发生大量的缺陷还没有被完全认识，可能要归咎于一些不同的原因。当采用通孔时，由于导孔上有着较大的热物质，所以在对焊盘上的元器件进行焊接时需要较大的热量，这样就增加了两个焊盘之间的热量不均匀的机会。当采用盘中孔的时候，加热时需要的热量较少，加热可能非常均匀，这是因为所涉及的热物质较少。同样埋置入电容的层面与盘中孔的位置相连接，可以提供相当均匀和一致的加热。由于存在着墓碑现象的潜在可能性，电路板的设计师选择使用 0201元器件与导孔相连接的时候，将试图尽可能的达到均匀一致。另外，在没有盘中孔的位置上采用通孔，其表面上覆盖着焊剂，它与焊盘相毗连。所存在的细微的高度差异可能会导致在焊盘上产生不均匀的填料以及焊膏掩膜，这样就增大了墓碑现象的产生机会。为了进一步确认原因，必须开展进一步的实验工作。
14个焊盘图形排列中的6排(1,2,5,6,9,10) 包含着一个具有盘中孔的焊盘和一个具有正切导孔的焊盘。这些焊盘形状也使用得很好。
●抗剪强度
由于元器件和它们各自的焊点非常的小，所以焊点的耐久性和可靠性成为非常关键的因素。随着可焊面积的减小，抗剪强度将降低。为了能够确定在抗剪强度方面降低的程度，使用一台5 kg的测力计，以0.254mm/秒(0.01 in/秒)的剪切速率对所有各排0201电阻器件进行完全的剪力测试。测试结果表明：对于不同的焊盘几何形状或者说不管焊盘采用还是不采用盘中孔技术，焊点的抗剪强度没有很大的差异。对于0201元器件来说平均的抗剪强度测试值为734 gf。所有元器件测试的失效模式为在焊点发生松散现象。同样，在相同的电路板上对0402和0603元器件也进行了对抗剪强度的测试。图4显示了0201 元器件相对于0402和0603元器件的平均抗剪强度。