第七章印制線路板的結構設計及制造工藝

1、第七章 印制線路板的結構設計及制造工藝在組裝工藝技術方面，印制電路板PCB（printed circuit boards）產品已經走過三個階段，即通孔插裝用 PCB、表面安裝用 PCB和芯片封裝用 PCB。7.1印制電路板結構設計的一般原則元器件布局與布線原則，對印制板上的元器件布局也基本適用。但印制板又有其自身特點，如印制導線都是平面布置，單面印制板上導線不能相互交叉；銅箔的抗剝離強度較低，接點不易多次焊接；不宜采用一點接地等。因此印制板上元器件布局與布線又有其自身特點。7.1.1印制電路板的結構布局設計 1印制電路板的熱設計由于印制電路板基材耐溫能力和導熱系數(shù)都比較低，銅箔的抗剝離強度隨工

2、作溫度的升高而下降。印制電路板的工作溫度一般不能超過85。2 印制電路板的減振緩沖設計印制電路板是電子產品中電路元件和器件的支撐件，它提供電路元件和器件之間的電氣連接。為提高印制板的抗振、抗沖擊性能，板上的負荷應合理分布以免產生過大的應力。3 印制電路板的抗電磁干擾設計 7. 印制電路板的板面設計元器件應按電原理圖順序成直線排列，力求緊湊以縮短印制導線長度，并得到均勻的組裝密度。在保證電性能要求的前提下，元器件應平行或垂直于板面，并和主要板邊平行或垂直。在板面上分布均勻整齊。一般不得將元件重疊安放，如果確實需要重疊，應采用結構件加以固定。通常元器件布置在印制板的一面。此種布置便于加工、安裝和維

3、修。對于電位器、可調電感線圈、可變電容器、微動開關等可調元件的布局應考慮整機的結構要求。機內調節(jié)，應放在印制板上便于調節(jié)的地方；機外調節(jié)，其位置與調節(jié)旋鈕要在機箱上。元件的標記或型號應朝向便于觀察的一面。7.1.2印制電路板上的元器件布線的一般原則 1.電源線設計根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。 2. 地線設計 公共地線應布置在板的最邊緣，便于印制板安裝在機架上，也便于與機架(地)相連。導線與印制板的邊緣應留有一定的距離(不小于板厚)，這不僅便于安裝導軌和進行機械加工，而且還提高了絕緣性能。 數(shù)

4、字地與模擬地應盡量分開。低頻電路的地應盡量采用單點并聯(lián)接地，實際布線有困難時可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點串聯(lián)就近接地，地線應短而粗，電路的工作頻率越高，地線應越寬。 印制板上每級電路的地線一般應自成封閉回路，以保證每級電路的地電流主要在本級地回路中流通，減小級間地電流耦合。如僅由數(shù)字電路組成的印制板，其接地電路布成封閉環(huán)路大多能提高抗噪聲能力。但印制板附近有強磁場時，地線不能做成封閉回路，以免成為一個閉合線圈而引起感生電流。 3.信號線設計 低頻導線靠近印制板邊布置。將電源、濾波、控制等低頻和直流導線放在印制板的邊緣。高頻線路放在板面的中間，可以減小高頻導線對地線和機殼的分布電容

5、，也便于板上的地線和機架相連。 高電位導線和低電位導線應盡量遠離，最好的布線是使相鄰的導線間的電位差最小。 避免長距離平行走線，印制電路板上的布線應短而直。必要時可以采用跨接線。雙面印制板兩面的導線應垂直交叉。高頻電路的印制導線的長度和寬度宜小，導線間距要大。 印制電路板上同時安裝模擬電路和數(shù)字電路時，宜將這兩種電路的地線系統(tǒng)完全分開，它們的供電系統(tǒng)也要完全分開。采用恰當?shù)慕硬逍问?，如用接插件、插接端和導線引出等幾種形式。輸入電路的導線要遠離輸出電路的導線，以免發(fā)生反饋耦合。引出線要相對集中設置。布線時使輸入輸出電路分列于電路板的兩邊，并用地線隔開。7.1.3印制導線的尺寸和圖形 當元器件結構

6、布局和布線方案確定后，就要具體地設計繪制印制導線的圖形。 1.印制導線的寬度覆銅箔板銅箔的厚度一般為0.02mm0.05mm。印制導線的最小寬度取決于導線的載流量和允許溫升。表7.1 0.05mm厚的導線寬度與允許的載流量、電阻的關系導線的寬度(mm)0.51.01.52.0允許載流量(A)0.81.01.31.9電阻(/m)0.70.410.310.29 2.印制導線的間距導線的最小間距主要由最惡劣情況下的導線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。一般導線間距等于導線寬度，但不小于1mm。對于微型設備，不小于0.4mm。表面貼裝板的間距0.120.2mm，甚至0.08mm。具體設計時應考慮下述三個因素：

7、 （1）低頻低壓電路的導線間距取決于焊接工藝。采用自動化焊接時間距要小些，手工操作時宜大些。 （2）高壓電路的導線間距取決于工作電壓和基板的抗電強度。 （3）高頻電路主要考慮分布電容對信號的影響。表7.2 安全工作電壓、擊穿電壓與導線間距值導線間距(mm)0.51.01.52.03.0工作電壓(V)100200300500700擊穿電壓(V)10001500180021002400 3.印制導線的圖形元器件在印制板上有兩種排列方式：不規(guī)則排列、規(guī)則排列。不規(guī)則排列適用于高頻電路，它可以減少印制導線的長度和分布參數(shù)，但不利于自動插裝。規(guī)則（坐標格）排列，排列整齊，自動插裝效率高，但引線可能較長。

8、同一印制板上的導線的寬度宜一致，地線可適當加寬。導線不應有急彎和尖角，轉彎和過渡部分宜用半徑不小于2mm的圓弧連接或用45度角連線，且應避免分支線。當導線寬度超過3mm時，最好在導線中間開槽成兩根并聯(lián)線。大面積銅箔時，應做成柵格狀。 7.焊盤焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。一般焊盤外徑D >(d+1.3)mm，其中d為引線插孔直徑。對高密度的數(shù)字電路，焊盤最小直徑可取Dmin=(d+1.0)mm。焊盤太小容易在焊接時粘斷或剝落。焊盤的形狀有島形焊盤、圓形焊盤、方形焊盤、橢圓焊盤和靈活設計的焊盤。414印制板設計步驟和方法1. 設計印制板應具備的條件 已知印制電路板

9、板面需要容納的電路，以及該電路內各種元器件的型號、規(guī)格和主要尺寸。 明確各元器件和導線在布局、布線時的特殊要求。如哪些元器件和導線需要屏蔽；哪些元器件經常更換和調整；哪些是發(fā)熱元器件和熱敏元器件；各元器件的工作頻率和電壓大??；電路工作時環(huán)境條件(溫度、濕度和沖振要求)等。 確定印制板在整機(或分機)中的位置及其連接形式。2. 印制板的設計步驟和方法 選定印制板的材料、板厚和板面尺寸。選擇印制板材料必須考慮到基材的電氣和機械性能，還要考慮價格和成本。印制板的最佳形狀為矩形，長寬比為3：2或4：3。將幾塊小的印制板(矩形的或異形的)拼成一個大矩形，待裝配、焊接后再沿工藝孔裁開，可降低生產成本。印制

10、板的外形尺寸已由GB9315-88做了規(guī)定，常用系列見表7.3、表7.4。 表7.3 印制板尺寸系列1 單位：mmB55.55100147.45188.9233.55277.80L100160220280340 注：本表尺寸B、L可任意組合。 表7.4 印制板尺寸系列2 單位：mmB·50·50·707070·80·80100·100L80140140240320100140100160B·100120·120·140·140·160180·200300L2001202001

11、60200260220300300注：本表尺寸B、L為一一對應，不可任意組合；帶有“· ”是優(yōu)選尺寸。 設計印制電路板坐標尺寸圖。 根據(jù)電原理圖繪制排版連線圖。 排版連接圖是用簡單線條表示印制導線的走向和元件器件的連接。在排版連接圖中應盡量避免導線的交叉，但可在元件處交叉，因元件跨距處可以通過印制線。 根據(jù)排版連線圖，按元器件大小比例，畫出印制導線照相底圖和裝配圖。7.2印制電路板的制造工藝及檢測 制造印制電路板的工藝方法很多，其工藝過程一般有照相、圖形轉移、蝕刻、鉆孔、孔金屬化、表面金屬涂覆及有機材料涂覆等工序。但制造工藝基本上分兩大類，即減成法(銅箔蝕刻法)和加成法(添加法)。4

12、21印制電路板的制造工藝流程照相底圖照相制版圖形轉移蝕刻孔的金屬化印制插頭的電鍍印阻焊劑、印字符涂覆(鍍)印制板的機械加工修邊表面涂覆(鍍) 1 照相制版用照相的方法對照相底圖拍照以得到照相底片，照相底片要接比例縮小(用繪制照相底圖相反的比例)，以得到設計所規(guī)定的印制圖形尺寸。2 制電路板的機械加工 印制板的外形和各種用途的孔(引線孔、中繼孔、機械安裝孔、定位孔、檢測孔等)都是通過機械加工完成的，隨著電子技術的發(fā)展其加工尺寸和精度要求越來越高。3 孔的金屬化 對于多層印制電路板，為了把內層印制導線引出和互連，需要將印制導線的孔金屬化。孔金屬化就是在孔內電鍍一層金屬，形成一個金屬筒，與印制導線連

13、接起來。孔金屬化工藝，就是孔內壁表面化學沉銅后再通過全板電鍍銅或圖形電鍍來實現(xiàn)層間可靠的互連。4 圖形轉移圖形轉移就是將電路圖形由照相底片轉移到印制板上去。5 蝕刻 廣義上講，凡是在覆銅箔印制板生產中，用化學或電化學的方法去銅的過程都是蝕刻。狹義上講，蝕刻是將涂有抗蝕劑并經感光顯影后的印制電路板上未感光部分的銅箔腐蝕掉，在印制電路板上留下所需的電路圖形的過程。6 印制插頭的電鍍 如果印制電路板是以邊緣印制接觸片作為插頭插入插座，那么所有導線的輸入輸出都必須接到印制板邊緣的印制插頭片上。為了獲得盡可能低的接觸電阻，要在這些印制插頭片上鍍金。7 涂(印)阻焊劑、印字符 阻焊劑或稱阻焊油墨，是印制板

14、最外面的“衣服”。它的作用是防止電路腐蝕，防止由于潮濕引起的電路絕緣性能下降，防止焊錫粘附在不需要的部分，防止銅對焊錫槽的污染，保證印制板功能等。油墨的涂覆的方式有簾幕涂布、絲網印刷、靜電涂布、氣式噴涂等。 印文字、符號是為了印制板裝配和維修方便。它們一般印在阻焊油墨上面，也有的單面板直接印在基材上。10表面涂(鍍)覆如果印制板制造后立即裝配，則可不進行表面處理。對只儲存一個短時期的印制板，可涂一層助焊性清漆。但最好的方法是在印制導線制成后再進行表面涂覆。 11修邊印制電路板的最后工序就是修整邊緣，以達到所要求的尺寸和公差。修邊在高速切割鋸，或輪廓加工機(銑切機)上進行，有的用沖模進行修邊。4

15、22印制電路板的質量檢驗 印制板最常見的故障是導體間的短路和導體內的斷路、焊盤上阻焊膜配備不良，樹脂涂抹移位和電鍍通孔開裂等。所以印制板制成后要經過以下幾項質量檢驗，才能組裝焊接。1 目視檢驗 目視檢驗是用肉眼檢驗所見到的一些性能。通常目檢能發(fā)現(xiàn)的一些缺陷可分為表面缺陷和其它缺陷。 表面缺陷 表面缺陷包括凹痕、麻坑、劃痕、表面粗糙、空洞、針孔等。 其它缺陷 焊盤的重合性 檢驗孔是否在焊盤中心。 導線圖形的完整性 測量導線圖形的完整性。用照相底圖制造的底片覆蓋在已加工好的印制板上，測量導線寬度、外形是否處于所要求的范圍內。外形尺寸 檢驗印制板的邊緣尺寸是否在所要求的范圍內。2 電性能測試 對多層

16、印制電路板要進行連通性試驗，檢驗印制電路圖形是否是連通的。3 絕緣電阻 測量印制板絕緣部件對外加直流電壓所呈現(xiàn)出的一種電阻。4 可焊性 可焊性是用來測量元器件連接到印制板上時，焊接對印制圖形的潤濕能力，一般用：潤濕、半潤濕、不潤濕來表示。 5 鍍層的附著力常用膠帶試驗法檢查鍍層附著力。 此外還有PCB的翹曲和扭曲、抗剝強度、合金成分、孔端抗拉脫強度、金屬化孔的電流擊穿，載流量，用焊料浮起測試和金屬切片分別檢測電鍍通孔結構的質量等試驗。7.3印制電路板的組裝工藝印制電路板是現(xiàn)代電子設備中不可缺少的關鍵部件。它不僅為電子元器件提供了固定和裝配的機械支撐，而且實現(xiàn)了電子元器件之間的布線和電氣連接。4

17、31印制電路板的分類：印制電路板的分類方式一般有兩種：按基材分類、按結構分類?；挠≈齐娐钒蹇煞譃椋杭埢≈瓢濉⒉ＡР蓟≈齐娐钒?、合成纖維印制板、陶瓷基印制板、金屬芯基印制板。按結構印制電路板分為：剛性印制板、撓性印制電路板、剛撓結合印制板。其它類型的印制板還有：導電膠印制板、載芯片印制板、抗電磁波干擾印制板、單面多層印制板、多重布線印制板、平面電阻印制板、積層式多層印制電路板。432印制板電路板組裝工藝的基本要求印制基板的兩側分別叫元件面(CS面)和焊接面(SS)。元件面安裝元件，元件引出線通過基板的插孔，在焊接面的焊盤處通過焊接把線路連接起來。電子元器件很多，一般有軸向元件VCD（也稱為

18、可變中心距元件，Variable Center Distance Component）、雙列直排封裝元件DIP (Dual In-line Package)、單列直排封裝元件SIP(Single In-line Package)、輻射狀引線元件和表面安裝元器件SMD(Surface Mounted Devices)等。印制板的組裝方法必須根據(jù)產品的結構、裝配的密度、使用的方法和要求來決定。元器件插裝前，一般需要進行加工處理，然后插裝。良好的成形及插裝工藝，可使可使元器件穩(wěn)定、抗振、整齊、美觀。1 元器件引線的成形 預加工處理 由于生產工藝的限制和包裝、貯存、運輸?shù)戎虚g環(huán)節(jié)時間較長，元器件表面易

19、產生氧化膜，使引線可焊性下降。引線的預加工處理包括引線的校直、表面清潔、搪錫三個步驟。引線成形的基本要求為將元器件迅速而準確地插入印制板上的孔內，要根據(jù)焊點之間的距離，將引線做成需要形狀?；疽笕缦拢?元件引線開始彎曲處，離元件端面的最小距離大于1.5mm。 彎曲半經大于等于引線直經的兩倍，兩根引線打彎后要相互平行。 焊接時怕熱元件，應將引線繞成環(huán)狀或用卷發(fā)式成形方法，將引線增長，提高散裝面積熱能力。 元件標稱值及文字標記應處于便于查看的位置，便于檢查和維修。 成形后無機械損傷。成形方法 在自動化生產中，成形工序在流水線上用專用工具和成形模具成形。如采用電動、氣動等專用引線成形機。少量元器件

20、可采用手工，用尖嘴鉗或鑷子鉗等工具成形。2 元器件的安裝的技術要求 元器件的標志方向按圖紙要求，安裝后應能看清元件上標志。若裝配圖上沒指明方向，則應按從左到右、從下到上的順序能讀出標志。 有極性的元器件可加彩色套管以示區(qū)別。如晶體管的管腳和電解電容的正負端。 晶體管管腳引線一般留35mm，管腳過長降低晶體管的穩(wěn)定性，過短時，焊接過熱會損壞晶體管。集成電路安裝時要先將引線腳與孔位對準，防止弄斷或弄偏引出腳。 安裝高度應符合規(guī)定要求，同一規(guī)格的元器件應盡量安裝在同一高度。 安裝順序一般為先低后高，先輕后重、先易后難、先一般元器件后特殊元器件。 在印制板上元器件分布均勻、整齊。不允許斜排、立體交叉和

21、重疊排列。元器件外殼與引線不得相碰，并保證1mm左右間隙，必要時應套絕緣套管。 一些特殊元器件應做特殊處理。如MOS集成電路應在等電位工作臺上安裝，以免靜電損壞器件；發(fā)熱元件（如2W以上的電阻）要懸空安裝或直接裝在散熱器上，并保證可靠接觸，以利于散熱；較大元器件（重量大于28g）應在印制板面上采取固定措施（彈性固定夾、螺釘螺母、支架等），以減振緩沖。 元器件插好后，其引線外形處理有彎頭的，有切斷成形的。一般彎腳的彎折方向都應與銅箔走線方向相同。如無印制導線只有焊盤時，可朝距印制導線遠的地方打彎。433印制電路板裝配工藝印制電路板裝配主要包括把元件插入到印制電路板中并加以焊接兩道工藝。插入元件的工件由手工或高速專用的機械來完成，前者簡單易行,但效率低,誤裝率高。而后者安裝速度快,誤裝率低,但設備成本高，引線成形要求嚴格。 1元器件的安裝方法,一般有以下幾種形式： 貼板安裝 元器件貼緊印制基板面，安裝間隙小于1mm。若元器件外殼是金屬的，安裝面又有印制導線時，應加墊絕緣襯墊或套絕緣套管。這種方法優(yōu)點是：元器件穩(wěn)定性好、受振動時不易脫落。 懸空安裝 元器件插裝后距印制板面38mm高。這種方法有利于元器件散熱。 垂直安裝 元器件垂直于印制基板面插裝，這種方法有利于提高元器件的組裝密度，拆卸方便，但不抗振。電容、三極管多數(shù)采用這種方法。埋頭安裝(嵌入式安裝)