電子工藝實習03印制電路板設計與制作

1、 返回總目錄 印制電路板的設計資料 印制電路板的設計 印制電路板的制作 本章小結(jié)本章內(nèi)容 印制電路板(Printed Circuit Board, PCB，簡稱印制板或線路板)，是由絕緣基板、連接導線和裝配焊接電子元器件的焊盤組成的，具有導線和絕緣底板的雙重作用。它可以實現(xiàn)電路中各個元器件的電氣連接，代替復雜的布線，減少傳統(tǒng)方式下的工作量，簡化電子產(chǎn)品的裝配、焊接、調(diào)試工作；縮小整機體積，降低產(chǎn)品成本，提高電子設備的質(zhì)量和可靠性；印制電路板具有良好的產(chǎn)品一致性，它可以采用標準化設計，有利于在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)機械化和自動化；使整塊經(jīng)過裝配調(diào)試的印制電路板作為一個備件，便于整機產(chǎn)品的互換與維修。由于

2、具有以上優(yōu)點，印制電路板已經(jīng)極其廣泛地應用在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中。 印制電路板是實現(xiàn)電子整機產(chǎn)品功能的主要部件之一，其設計是整機工藝設計中的重要一環(huán)。印制電路板的設計質(zhì)量，不僅關系到電路在裝配、焊接、調(diào)試過程中的操作是否方便，而且直接影響整機的技術指標和使用、維修性能。 印制電路板的成功之作，不僅應該保證元器件之間準確無誤的連接，工作中無自身干擾，還要盡量做到元器件布局合理、裝焊可靠、維修方便、整齊美觀。 一般說來，印制電路板的設計不像電路原理設計那樣需要嚴謹?shù)睦碚摵途_的計算，布局排版并沒有統(tǒng)一的固定模式。對于同一張電路原理圖，因為思路不同、習慣不一、技巧各異，不同的設計者會有不同的設計方案

3、。 隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，尤其是電子計算機的出現(xiàn)，對印制板技術提出了高密度、高可靠、高精度、多層化的要求，到20世紀90年代，國外已能生產(chǎn)出超高密度(在間隔為2.54 mm的兩焊盤之間，布線達4條以上，每根導線寬度為0.05 mm0.08 mm)，而印制板的生產(chǎn)水平達到42層。隨著電子產(chǎn)品向小型化、輕量化、薄型化、多功能和高可靠性的方向發(fā)展，對印制電路板的設計提出了越來越高的要求。從過去的單面板發(fā)展到雙面板、多層板、撓性板，其精度、布線密度和可靠性不斷提高。不斷發(fā)展的印制電路板制作技術使電子產(chǎn)品設計、裝配走向了標準化、規(guī)?；C械化和自動化的時代。掌握印制電路板的基本設計方法和制作工藝，了解其生

4、產(chǎn)過程是學習電子工藝技術的基本要求。3.1 印制電路板的設計資料 一、印制電路板的類型和特點 印制電路板按其結(jié)構可分為以下5種。1. 單面印制電路板 單面印制板是在厚度為0.2 mm5.0 mm的絕緣基板上一面覆有銅箔，另一面沒有覆銅，通過印制和腐蝕的方法，在銅箔上形成印制電路，無覆銅一面放置元器件，因其只能在單面布線，所以設計難度較雙面印制電路板和多層印制電路板的設計難度大。它適用于一般要求的電子設備，如收音機、電視機等。2. 雙面印制電路板 在絕緣基板(0.2 mm5.0 mm)的兩面均覆有銅箔，可在兩面制成印制電路，它兩面都可以布線，需要用金屬化孔連通。它適用于一般要求的電子設備，如電子

5、計算機、電子儀器、儀表等。由于雙面印制電路的布線密度較高，所以能減小設備的體積。3. 多層印制電路板 在絕緣基板上制成三層以上印制電路的印制板稱為多層印制電路板。它是由幾層較薄的單面板或雙層面板粘合而成，其厚度一般為1.2 mm2.5 mm。目前應用較多的多層印制電路板為46層板。為了把夾在絕緣基板中間的電路引出，多層印制板上安裝元件的孔需要金屬化，即在小孔內(nèi)表面涂敷金屬層，使之與夾在絕緣基板中間的印制電路接通。它的特點是；(1)與集成電路塊配合使用，可以減小產(chǎn)品的體積與重量；(2)可以增設屏蔽層，以提高電路的電氣性能；(3)電路連線方便，布線密度高，提高了板面的利用率。4. 軟印制板 軟印制

6、板也稱撓性印制板，基材是軟的層狀塑料或其他質(zhì)軟膜性材料，如聚脂或聚亞胺的絕緣材料，其厚度為0.25 mm1 mm。此類印制板除了質(zhì)量輕、體積小、可靠性高以外，最突出的特點是具有撓性，能折疊、彎曲、卷繞。它也有單層、雙層及多層之分，被廣泛用于計算機、筆記本電腦、照相機、攝像機、通信、儀表等電子設備上。5. 平面印制電路板 印制電路板的印制導線嵌入絕緣基板，與基板表面平齊。一般情況下在印制導線上都電鍍一層耐磨金屬層，通常用于轉(zhuǎn)換開關、電子計算機的鍵盤等。 3.1 印制電路板的設計資料 3.1 印制電路板的設計資料 二、印制電路板板材 1. 覆銅箔板的構成 印制板是在覆銅箔板上腐蝕制作出來的。覆銅箔

7、板就是把一定厚度的銅箔通過粘接劑經(jīng)過熱壓，貼附在一定厚度的絕緣基板上?；宀煌穸炔煌?，粘接劑不同，生產(chǎn)出的覆銅箔板性能不同。覆銅箔板的基板是由高分子合成樹脂和增強材料的絕緣層壓板。合成樹脂的種類較多，常用的有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯等。這些樹脂材料的性能，決定了基板的物理性質(zhì)、介電損耗、表面電阻率等。增強材料一般有紙質(zhì)和布質(zhì)兩種，它決定了基板的機械性能，如浸焊性、抗彎強度等。 銅箔是覆銅板的關鍵材料，必須有較高的導電率和良好的可焊性。銅箔質(zhì)量直接影響到銅板的質(zhì)量，要求銅箔不得有劃痕、沙眼和皺折。其銅純度不低于99.8%，厚度均勻誤差不大于5。銅箔厚度選用標準系列為18、25、35、5

8、0、70、105。目前較普遍采用的是35和50厚的銅箔。2. 常用覆銅箔板的種類 根據(jù)覆銅箔板材料的不同可分為4種。 1) 酚醛紙質(zhì)層壓板(又稱紙銅箔板) 它是由紙浸以酚醛樹脂，在一面或兩面敷以電解銅箔，經(jīng)熱壓而成。這3.1 印制電路板的設計資料 種板的缺點是機械強度低、易吸水及耐高溫較差，但價格便宜。一般用于低頻和一般民用產(chǎn)品中，如收音機等。 2) 環(huán)氧玻璃布層壓板 它是以環(huán)氧樹脂浸漬無堿玻璃絲布為材料，經(jīng)熱壓制成板并在其單面或雙面敷上銅箔做成的。這種板工作頻率可達100 MHz，耐熱性、耐濕性、耐藥性、機械強度都比較好。常用的有兩種，一種是胺類作固化劑，環(huán)氧樹脂浸漬，板質(zhì)透明度較好，機械加

9、工性能、耐浸焊性都比較好。另一種是用環(huán)氧酚醛樹脂浸漬，拉彎強度和工作頻率較高。 3) 聚四氟乙烯板 它是用聚四氟乙烯樹脂燒結(jié)壓制成的板材。工作頻率可高于100 MHz，有良好的高頻特性、耐熱性、耐濕性，但價格比較貴。 4) 三氯氰胺樹脂板 該板有良好的抗熱性和電性能，基板介質(zhì)損耗小，耐浸焊性和抗剝強度高，是一種高性能的板材。適合于特殊電子儀器和軍工產(chǎn)品的印制電路板。3. 覆銅箔板的選用 覆銅箔板的選用，主要是根據(jù)產(chǎn)品的技術要求、工作環(huán)境和工作頻率，同時兼顧經(jīng)濟性來決定的。其基本原則大體如下。 3.1 印制電路板的設計資料 1) 根據(jù)產(chǎn)品的技術要求 就是產(chǎn)品的工作電壓的高低，決定了印制板的絕緣強

10、度。機械強度的要求是由板材的材質(zhì)和厚度決定的。不同的材質(zhì)其性能差異較大。設計者選用覆銅板時在對產(chǎn)品技術分析的基礎上，合理選用。一味選用擋次較高的材質(zhì)，不但不經(jīng)濟，也是一種資源的浪費。如產(chǎn)品工作電壓高，選用絕緣性能較好的環(huán)氧玻璃布層壓板就可滿足要求。一般軍工產(chǎn)品、礦用產(chǎn)品就屬這一類。一般民用產(chǎn)品如收音機、錄音機、VCD等工作電壓低，絕緣要求一般，可選用酚醛紙質(zhì)層壓板。 2) 根據(jù)產(chǎn)品的工作環(huán)境要求選用 在特種環(huán)境條件下工作的電子產(chǎn)品，如高溫、高濕、高寒條件下的產(chǎn)品，整機要求防潮處理等，這類產(chǎn)品的印制板就要選用環(huán)氧玻璃布層壓板，或更高擋次的板材，如宇航、遙控遙測、艦用設備、武器設備等。 3) 根據(jù)

11、產(chǎn)品的工作頻率選用 電子線路的工作頻率不同，印制板的介質(zhì)損耗也不同。工作在30 MHz100 MHz的設備，可選用環(huán)氧玻璃布層壓板。工作在100 MHz以上的電路，各種電氣性能要求相對較高，可選用聚四氟乙烯銅箔板。 3.1 印制電路板的設計資料 4) 根據(jù)整機給定的結(jié)構尺寸選用 產(chǎn)品進入印制板設計階段，整機的結(jié)構尺寸已基本確定，安裝及固定形式也應給定。設計人員明確了印制板的結(jié)構形狀是矩形、還是圓形或不規(guī)則幾何圖形。板面尺寸的大小等一系列問題要綜合全面考慮。印制板的標稱厚度有0.2 mm、0.3 mm、0.5 mm、0.8 mm、1.5 mm、1.6 mm、2.4 mm、3.2 mm、6.4 m

12、m等多種。如印制板尺寸較大，有大體積的電解電容、較重的變壓器、高壓包等器件裝入，板材要選用厚一些的，以加強機械強度，以免翹曲。如果電路板是立式插入，且尺寸不大，又無太重的器件，板子可選薄些。如印制板對外通過插座連接時，必須注意插座槽的間隙一般為1.5 mm，若板材過厚則插不進去，過薄則容易造成接觸不良。電路板厚度的確定還和面積及形狀有直接關系，選擇不當，產(chǎn)品進行例行實驗時，在沖擊、振動和運輸試驗時，印制板容易損壞，整機性能的質(zhì)量難以保證。 5) 根據(jù)性能價格比選用 設計擋次較高產(chǎn)品的印制板時，一般對覆銅板的價格考慮較少，或可不予考慮。因為產(chǎn)品的技術指標要求很高，產(chǎn)品價格十分昂貴，經(jīng)濟效益是不言

13、而喻的。對一般民用產(chǎn)品在設計時，在確保產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡量采用價格較低的材料。如袖珍收音機的線路板尺寸小，整機工作環(huán)境好，市場價格低廉，3.1 印制電路板的設計資料 選用酚醛紙質(zhì)板就可以了，沒有必要選用環(huán)氧玻璃布層壓板一類的板材。一般這類產(chǎn)品的經(jīng)濟效益極低，利潤是靠批量、靠改進工藝材料擠出來的。再如微型電子計算機等產(chǎn)品，產(chǎn)品印制板器件密度大，印制線條窄，印制板成本占整機成本的比例小，印制板的選用應以保證技術指標為主，由于產(chǎn)品效益可觀，設計時沒有必要一定選用低價位的覆銅板。 總之，印制板的選材是一個很重要的工作，選材恰當，既能保證整機質(zhì)量，又不浪費成本，選材不當，要么白白增加成本，要么犧牲整機

14、性能，因小失大，造成更大的浪費。特別在設計批量很大的印制板時，性能價格比是一個很實際而又很重要的問題。 三、印制板對外連接方式的選擇 印制電路板只是整機的一個組成部分，必然在印制電路板之間、印制電路板與板外元器件、印制電路板與設備面板之間，都需要電氣連接。當然，這些連接引線的總數(shù)要盡量少，并根據(jù)整機結(jié)構選擇連接方式，總的原則應該使連接可靠，安裝、調(diào)試、維修方便，成本低廉。 3.1 印制電路板的設計資料 1. 導線連接 這是一種操作簡單，價格低廉且可靠性較高的連接方式，不需要任何接插件，只要用導線將印制板上的對外連接點與板外的元器件或其他部件直接焊牢即可。例如收音機中的喇叭、電池盒等。這種方式的

15、優(yōu)點是成本低，可靠性高，可以避免因接觸不良而造成的故障，缺點是維修不夠方便。這種方式一般適用于對外引線較少的場合，如收錄機、電視機、小型儀器等。采用導線焊接方式應該注意如下幾點。 (1) 線路板的對外焊點盡可能引到整板的邊緣，并按照統(tǒng)一尺寸排列，以利于焊接與維修，如圖3.1所示。 (2) 為提高導線連接的機械強度，避免因?qū)Ь€受到拉扯將焊盤或印制線條拽掉，應該在印制板上焊點的附近鉆孔，讓導線從線路板的焊接面穿過通孔，在從元件面插入焊盤孔進行焊接，如圖3.2所示。 (3) 將導線排列或捆扎整齊，通過線卡或其他緊固件將線與板固定，避免導線因移動而折斷，如圖3.3所示。 3.1 印制電路板的設計資料

16、圖3.1 焊接式對外引線 圖3.2 線路板對外引線焊接方式 圖3.3 引線與線路板固定 3.1 印制電路板的設計資料 2. 插接件連接 在比較復雜的電子儀器設備中，為了安裝調(diào)試方便，經(jīng)常采用接插件連接方式。如計算機擴展槽與功能板的連接等。在一臺大型設備中，常常有十幾塊甚至幾十塊印制電路板。當整機發(fā)生故障時，維修人員不必檢查到元器件級(即檢查導致故障的原因，追根溯源直至具體的元器件。這項工作需要一定的檢驗并花費相當多的時間)，只要判斷是哪一塊板不正常即可立即對其進行更換，以便在最短的時間內(nèi)排除故障，縮短停機時間，這對于提高設備的利用率十分有效。典型的有印制板插座和常用插接件，有很多種插接件可以用

17、于印制電路板的對外連接。如插針式接插件、帶狀電纜接插件已經(jīng)得到廣泛應用，如圖3.4所示。這種連接方式的優(yōu)點是可保證批量產(chǎn)品的質(zhì)量，調(diào)試、維修方便。缺點是因為接觸點多，所以可靠性比較差。 圖3.4 常見的插接件 3.2 印制電路板的設計 印制電路板的設計是根據(jù)設計人員的意圖，將電原理圖轉(zhuǎn)化成印制板圖，確定加工技術要求的過程。印制電路板設計通常有兩種方法：一種是人工設計；另一種是計算機輔助設計。無論采取哪種方式，都必須符合電原理圖的電氣連接和電氣、機械性能要求。 一、印制電路板的排版布局 印制電路板設計的主要內(nèi)容是排版設計。把電子元器件在一定的制板面積上合理地布局排版，是設計印制板的第一步。排版設

18、計，不單純是按照電路原理把元器件通過印制線條簡單地連接起來。為使整機能夠穩(wěn)定可靠地工作，要對元器件及其連接在印制板上進行合理的排版布局。如果排版布局不合理，就有可能出現(xiàn)各種干擾，以致合理的原理方案不能實現(xiàn)，或使整機技術指標下降。這里介紹印制板整體布局的幾個一般原則。1. 印制板的抗干擾設計原則 干擾現(xiàn)象在整機調(diào)試和工作中經(jīng)常出現(xiàn)，產(chǎn)生的原因是多方面的，除外界因素造成干擾外，印制板布局布線不合理，元器件安裝位置不當，屏蔽設計不完備等都可能造成干擾。 3.2 印制電路板的設計 1) 地線布置與干擾 原理圖中的地線表示零電位。在整個印制板電路中的各接地點相對電位差也應是零。印制板電路上各接地點，并不

19、能保證電位差絕對是零。在較大的印制板上，地線處理不好，不同的地點有百分之幾伏的電位差是完全可能的，這極小的電位差信號，經(jīng)放大電路放大，可能形成影響整機電路正常工作的干擾信號。我們身邊的許多電子產(chǎn)品都是由多種多級放大器，振蕩器等單元電路構成的。圖3.5所示是一般收音機的框圖，圖中的O點是真正的地點，A、B、C、D各點是各級電路的接地點。假設設計它的印制板地線時，OA、AB、BC、CD各段均采用長10 mm、寬1.5 mm、銅箔厚度0.05 mm的印制導線，則各段導線電阻 R = 0.026，這是一個極小的電阻。但地線如按照框圖類似設置，后果是干擾嚴重，甚至不能工作。假定該收音機的高端高頻信號為3

20、0 MHz，AO間的感抗高達16，如此大的電感將大大減少AO間的電流，造成高頻干擾。還有465 kHz的中頻干擾依次疊加在CB、BA、AO等段的地線上，致使低放、功放都不能正常工作。這是地線不合理設計的例子。 為克服地線干擾，應盡量避免不同回路電流同時流經(jīng)某一段共用地線，特別是高頻和大電流回路中。印制板上的各單元電路的地點應集中一點，3.2 印制電路板的設計 稱之為一點接地。這樣可避免交流信號的亂竄。解決的方法是并聯(lián)分路接地和大面積覆蓋式接地。圖3.5 收音機框圖 為克服地線干擾，應盡量避免不同回路電流同時流經(jīng)某一段共用地線，特別是高頻和大電流回路中。印制板上的各單元電路的地點應集中一點，稱之

21、為一點接地。這樣可避免交流信號的亂竄。解決的方法是并聯(lián)分路接地和大面積覆蓋式接地。 (1) 并聯(lián)分路式接地。 在印制板設計時，各單元電路分別通過各自的地線與總地點相連。總地點是O電位處，形成匯流之勢。這樣可減少分支電流的交叉亂流，避免了不3.2 印制電路板的設計 應有的電信號在地線上的疊加形成的地線干擾。 (2) 大面積覆蓋接地。 在高頻電路印制板的設計中，盡量擴大印制板上地線的面積，可以有效地減少地線產(chǎn)生的感抗，有效地削弱地線產(chǎn)生的高頻信號的感應干擾信號。地線面積越大，對電磁場的屏蔽功能越好。 2) 電磁場干擾與抑制 印制板的采用使元器件的安裝變得緊湊有序，連線密集是其優(yōu)點之一。布局不規(guī)范，

22、走線不合理也會造成元器件之間、線條之間的寄生電容和寄生電感。同時也很容易接收和產(chǎn)生電磁波的干擾。如何克服和避免這些問題，在印制板設計時應予以考慮。 (1) 元器件間的電磁干擾。 電子器件中的揚聲器、電磁鐵、繼電器線包、永磁式儀表等含有永磁場和恒定磁場或脈動磁場。變壓器、繼電器會產(chǎn)生交變磁場。這些器件工作時不僅對周圍器件產(chǎn)生電磁干擾，對印制板的導線也會產(chǎn)生影響。在印制板設計時可視不同情況區(qū)別對待。有的可加大空間距離，遠離強磁場減少干擾；有的可調(diào)整器件間的相互位置改變磁力線的方向；有的可對干擾源進行磁屏蔽；增加地線、加裝屏蔽罩等措施都是行之有效的。3.2 印制電路板的設計 (2) 印制板導線間的電

23、磁輻射干擾。 平行印制導線與空間平行導線一樣，它們之間可以等視為相互耦合的電容和電感器件。其中一根導線有電流通過時，其他導線也會產(chǎn)生感應信號，感應信號的大小與原信號的大小及頻率有關，與線間距離有關。原信號為干擾源，干擾對弱信號的影響極大，在印制板布線時，弱信號的導線應盡可能的短，避免與其他強信號線的平行走向和靠近。不同回路的信號線避免平行走向。雙面板正反兩面的線條應垂直。有時信號線密集，很難避免與強信號線平行走向，為抑制干擾，弱信號線采用屏蔽線，屏蔽層要良好接地。 3) 熱干擾及其抑制 電子產(chǎn)品，特別是長期連續(xù)工作的產(chǎn)品，熱干擾是不可避免的問題。電子設備如示波器、大功率電源、發(fā)射機、計算機、交

24、換機等都配有排風降溫設備，對其環(huán)境溫度要求較嚴格，要求溫度和濕度有一定的范圍。這是為了保護機器中的溫度敏感器件能正常工作。 在印制板的設計中，印制板上的溫度敏感性器件如鍺材料的半導體器件要給以特殊考慮，避免溫升造成工作點的漂移影響機器的正常工作。對熱源器件如大功率管，大功率電阻，設置在通風好易散熱的位置。散熱器的選用留有余地，熱敏感器件遠離發(fā)熱器件等。印制板設計師應對整機結(jié)構中的熱傳導、熱輻射及散熱設施的布局及走向都要進行考慮，使印制板設計與整機構思相吻合。 3.2 印制電路板的設計 2. 按照信號流走向的布局原則 對整機電路的布局原則是：把整個電路按照功能劃分成若干個電路單元，按照電信號的流

25、向，逐個依次安排各個功能電路單元在板上的位置，使布局便于信號流通，并使信號流盡可能保持一致的方向。在多數(shù)情況下，信號流向安排成從左到右(左輸入、右輸出)或從上到下(上輸入、下輸出)。與輸入、輸出端直接相連的元器件應當放在靠近輸入、輸出接插件或連接器的地方。以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。例如：一般是以三極管或集成電路等半導體器件作為核心元件，根據(jù)它們各電極的位置，布設其他元器件。 3. 操作性能對元件位置的要求 (1) 對于電位器、可變電容器或可調(diào)電感線圈等調(diào)節(jié)元件的布局，要考慮整機結(jié)構的安排。如果是機外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機箱面板上的位置相適應，如果是機內(nèi)調(diào)節(jié)，則應放

26、在印制板上能夠方便地調(diào)節(jié)的地方。 (2) 為了保證調(diào)試、維修的安全，特別要注意帶高電壓的元器件盡量布置在操作時人手不易觸及的地方。 3.2 印制電路板的設計 4. 增加機械強度的考慮 (1) 要注意整個電路板的重心平衡與穩(wěn)定。對于那些又大又重、發(fā)熱量較多的元器件(如電源變壓器、大電解電容器和帶散熱片的大功率晶體管等)，一般不要直接安裝固定在印制電路板上。應當把它們固定在機箱底板上，使整機的重心靠下，容易穩(wěn)定。否則，這些大型元器件不僅要大量占據(jù)印制板上的有效面積和空間，而且在固定它們時，往往可能使印制板彎曲變形，導致其他元器件受到機械損傷，還會引起對外連接的接插件接觸不良。重量在15g以上的大型

27、元器件，如果必須安裝在電路板上，不能只靠焊盤焊接固定，應當采用支架或卡子等輔助固定措施。 (2) 當印制電路板的板面尺寸大于200 mm150 mm時，考慮到電路板所承受重力和振動產(chǎn)生的機械應力，應該采用機械邊框?qū)λ庸桃悦庾冃巍Ｔ诎迳狭舫龉潭ㄖЪ?、定位螺釘和連接插座所用的位置。 二、一般元器件的安裝與布局 1. 安裝固定方式 一般元器件在印制板上的安裝固定方式有臥式和立式兩種，如圖3.6所示。 3.2 印制電路板的設計 圖3.6 一般元器件的安裝固定方式 1) 立式安裝 元器件占用面積小，適用于要求元件排列緊湊的印制板。立式安裝的優(yōu)點是節(jié)省印制板的面積；缺點是易倒伏，易造成元器件間的碰撞，抗

28、振能力差，而降低整機的可靠性。 2) 臥式安裝 和立式安裝相比，具有機械穩(wěn)定性好、版面排列整齊、抗振性好、安裝維修方便及利于布設印制導線等優(yōu)點。缺點是占用印制板的面積較立式安裝的多。2. 元器件的排列格式 元器件的排列格式分為不規(guī)則和規(guī)則兩種，如圖3.7所示。這兩種方式在印制板上可單獨使用，也可同時使用。 3.2 印制電路板的設計 圖3.7 元器件的排列格式 1) 不規(guī)則排列 特別適合于高頻電路。元器件的軸線方向彼此不一致，排列順序也沒有規(guī)律。這使得印制導線的布設十分方便，可以縮短、減少元器件的連線，大大降低版面印制導線的總長度。對改善電路板的分布參數(shù)、抑制干擾很有好處。 2) 規(guī)則排列 元器

29、件的軸線方向排列一致，版面美觀整齊，裝配、焊接、調(diào)試、維修方便，被多數(shù)非高頻電路所采用。 3.2 印制電路板的設計 3. 一般元器件的布局原則 在印制板的排版設計中，元器件布設是至關重要的，它決定了板面的整齊美觀程度和印制導線的長短與數(shù)量，對整機的可靠性也有一定的影響。布設元器件應該遵循如下幾條原則。 (1) 元器件在整個版面布局排列應均勻、整齊、美觀。 (2) 板面布局要合理，周邊應留有空間，以方便安裝。位于印制電路板邊上的元器件，距離印制板的邊緣應該至少大于2 mm。 (3) 一般元器件應該布設在印制板的一面，并且每個元器件的引出腳要單獨占用一個焊盤。 (4) 元器件的布設不能上下交叉。相

30、鄰的兩個元器件之間，要保持一定間距。間距不得過小，避免相互碰接。如果相鄰元器件的電位差較高，則應當保持安全距離。 (5) 元器件的安裝高度要盡量低，以提高其穩(wěn)定性和抗振性。 (6) 根據(jù)印制板在整機中的安裝位置及狀態(tài)確定元器件的軸線方向，以提高元件在電路板上的穩(wěn)定性。 (7) 元件兩端焊盤的跨距應稍大于元件體的軸向尺寸，管腳引線不要從根部彎折，應留有一定距離(至少2 mm)，以免損壞元件。 (8) 對稱電路應注意元件的對稱性，盡可能使其分布參數(shù)一致。 4. 布線設計 印制導線的寬度主要由銅箔與絕緣基板之間的粘附強度和流過導體的電流強度來決定。 1) 印制導線的寬度 一般情況下，印制導線應盡可能

31、寬一些，這有利于承受電流和方便制造。表3-1為0.05mm厚的導線寬度與允許的載流量、電阻的關系。 3.2 印制電路板的設計 線寬/mm0.51.01.52.0允許載流量/A0.81.01.31.9R /(/m)0.70.410.310.25表3-1 印制導線設計參考數(shù)據(jù) 在決定印制導線寬度時，除需要考慮載流量外，還應注意它在電路板上的剝離強度以及與連接焊盤的協(xié)調(diào)性，線寬b =(1/32/3)D，D為焊盤的直徑。一般的導線寬度可在 0.3 mm2.0 mm之間，建議優(yōu)先采用0.5 mm、1.0 mm、1.5 mm和2.0 mm，其中0.5 mm主要用于小型設備。 3.2 印制電路板的設計 印制

32、導線具有電阻，通過電流時將產(chǎn)生熱量和電壓降。印制導線的電阻在一般情況下不予考慮，但當作為公共地線時，為避免地線電位差而引起寄生要適當考慮。 印制電路的電源線和接地線的載流量較大，因此，設計時要適當加寬，一般取1.5 mm2.0 mm。當要求印制導線的電阻和電感小時，可采用較寬的信號線；當要求分布電容小時，可采用較窄的信號線。 2) 印制導線的間距 一般情況下，建議導線間距等于導線寬度，但不小于l mm，否則浸焊就有困難。對小型設備，最小導線間距不小于0.4 mm。導線間距與焊接工藝有關，采用浸焊或波峰焊時，間距要大一些，手工焊間距可小一些。 在高壓電路中，相鄰導線間存在著高電位梯度，必須考慮其

33、影響。印制導線間的擊穿將導致基板表面炭化、腐蝕或破裂。在高頻電路中，導線間距離將影響分布電容的大小，從而影響著電路的損耗和穩(wěn)定性。因此導線間距的選擇要根據(jù)基板材料、工作環(huán)境、分布電容大小等因素來確定。最小導線間距還同印制板的加工方法有關，選擇時要綜合考慮。 3.2 印制電路板的設計 3) 布線原則 印制導線的形狀除要考慮機械因素、電氣因素外，還要考慮美觀大方，所以在設計印制導線的圖形時，應遵循以下原則。(1) 同一印制板的導線寬度(除電源線和地線外)最好一致。(2) 印制導線應走向平直，不應有急劇的彎曲和出現(xiàn)尖角，所有彎曲與過渡部分均用圓弧連接。(3) 印制導線應盡可能避免有分支，如必須有分支

34、，分支處應圓滑。(4) 印制導線應避免長距離平行，對雙面布設的印制線不能平行，應交叉布設。(5) 如果印制板面需要有大面積的銅箔，例如電路中的接地部分，則整個區(qū)域應鏤空成柵狀，這樣在浸焊時能迅速加熱，并保證涂錫均勻。此外還能防止板受熱變形，防止銅箔翹起和剝落。(6) 當導線寬度超過3 mm時，最好在導線中間開槽成兩根并聯(lián)線。(7) 印制導線由于自身可能承受附加的機械應力，以及局部高電壓引起的放電現(xiàn)象，因此，盡可能避免出現(xiàn)尖角或銳角拐彎，一般優(yōu)先選用和避免采用印制導線形狀，如圖3.8所示。 3.2 印制電路板的設計 圖3.8 印制導線的形狀 5. 焊盤與過孔設計 元器件在印制板上的固定，是靠引線

35、焊接在焊盤上實現(xiàn)的。過孔的作用是連接不同層面的電氣連線。 1) 焊盤的尺寸 焊盤的尺寸與引線孔、最小孔環(huán)寬度等因素有關。為保證焊盤與基板連接的可靠性，應盡量增大焊盤的尺寸，但同時還要考慮布線密度。 引線孔鉆在焊盤的中心，孔徑應比所焊接元件引線的直徑略大一些。元器件引線孔的直徑優(yōu)先采用0.5 mm、0.8 mm和1.2 mm等尺寸。焊盤圓環(huán)寬度在3.2 印制電路板的設計 0.5 mm1.0 mm的范圍內(nèi)選用。一般對于雙列直插式集成電路的焊盤直徑尺寸為1.5 mm1.6 mm，相鄰的焊盤之間可穿過0.3 mm0.4 mm寬的印制導線。一般焊盤的環(huán)寬不小于0.3 mm，焊盤直徑不小于1.3 mm。實

36、際焊盤的大小選用表3-2推薦的參數(shù)。焊盤直徑/mm22.53.03.54.0引線孔徑/mm0.50.8/1.01.21.52.0表3-2 引線孔徑與相應焊盤 2) 焊盤的形狀 根據(jù)不同的要求選擇不同形狀的焊盤。常見的焊盤形狀有圓形、方型、橢圓型、島型和異型等，如圖3.9所示。 圖3.9 常見焊盤形狀 3.2 印制電路板的設計 圓形焊盤：外徑一般為23倍孔徑，孔徑大于引線0.2 mm0.3 mm。 島型焊盤：焊盤與焊盤間的連線合為一體，尤如水上小島，故稱島型焊盤。常用于元器件的不規(guī)則排列中，其有利于元器件密集固定，并可大量減少印制導線的長度和數(shù)量。所以，多用在高頻電路中。 其他形式的焊盤都是為了

37、使印制導線從相鄰焊盤間經(jīng)過而將圓形焊盤變形所制，使用時要根據(jù)實際情況靈活運用。 3) 過孔的選擇 孔徑盡量小到0.2 mm以下為好，這樣可以提高金屬化過孔兩面焊盤的連接質(zhì)量。 三、印制板草圖設計 印制板草圖就是繪制在坐標圖紙上的印制板圖，一般用鉛筆繪制，便于繪制過程中隨時調(diào)整和涂改。它是黑白圖的依據(jù)，是產(chǎn)品設計中的正規(guī)資料。草圖要求將印制板的外型尺寸、安裝結(jié)構、焊盤焊孔位置、導線走向均按一定比例繪制出來。黑白圖是將設計好的草圖過渡到銅板紙上繪制而成。 1. 草圖的具體繪制步驟(1) 按設計尺寸取方格紙或坐標紙。(2) 畫出板面輪廓尺寸，留出板面各工藝孔空間，而且還留出圖紙技術要求說明空間。(3

38、) 用鉛筆畫出元器件外形輪廓，小型元件可不畫輪廓，但要做到心中有數(shù)。(4) 標出焊盤位置，勾勒印制導線。(5) 復核無誤后，擦掉外形輪廓，用繪圖筆重描焊點和印制導線。(6) 標明焊盤尺寸、線寬，注明印制板技術要求。圖3.10是設計草圖繪制過程。 3.2 印制電路板的設計 圖3.10 草圖繪制過程 3.2 印制電路板的設計 2. 雙面板草圖的設計與繪制 雙面板圖的繪制與單面板圖差異不大，繪制時一定要標注清楚元器件面，以便印制圖形符號及產(chǎn)品標記。導線焊盤分布在正反兩面。在繪制時應注意以下幾點。 (1) 元器件布在一面，主要印制導線布在另一面，兩面印制導線盡量避免平行布設，力求相互垂直，以減少干擾。

39、 (2) 兩面印制導線最好分布在兩面，如在一面繪制，則用雙色區(qū)別，并注明對應層的顏色。 (3) 兩面焊盤嚴格對應，可通過針扎孔來將一面焊盤中心引到另一面。 (4) 在繪制元件面導線時，注意避讓元件外殼、屏蔽罩等。3. 印制電路板的計算機輔助設計詳見第6章。 3.3 印制電路板的制作 電子技術的進步帶動了電子工藝的發(fā)展，大規(guī)模集成電路、微電子技術的日趨成熟，并得到廣泛應用。這些對印制板的制造工藝和精度也不斷提出新的要求。印制的品種從單面板、雙面板發(fā)展到多層板、撓性板。印制板的線條也越來越細，密度越來越高。制造廠家的工藝和設備也不斷提高和改進。目前不少廠家都能制造在0.2 mm0.3 mm以下的高

40、密度印制板。但印制板應用最廣、批量最大的目前還是單、雙面板，這里重點介紹單雙面的制造工藝。 一、印制板制造的基本工序 印制板的制造工藝發(fā)展很快，新設備、新工藝相繼出現(xiàn)，不同的印制板工藝也有所不同，但不管設備如何更新，產(chǎn)品如何換代，生產(chǎn)流程中的基本工藝環(huán)節(jié)是相同的。黑白圖的繪制與校驗、照相制板、圖形轉(zhuǎn)移、板腐蝕、孔金屬化、金屬涂敷及噴涂助焊劑、阻焊劑等環(huán)節(jié)都是必不可少的。1. 底圖的繪制與校驗 底圖亦稱黑白圖，它是照相制板的依據(jù)。黑白圖的校驗按原理圖等各種要求進行，必須滿足如下要求。 (1) 尺寸準確，比例在11，21，41中選用。 (2) 焊盤、線條、插頭、元器件安裝尺寸，安排合理，符合標準。

41、 (3) 版面清潔，焊盤、導線應光滑，不應有毛刺，符合絕緣性能及安全標準。 2. 照相制板 照相制板就是用照相機從底圖上攝取生產(chǎn)使用的掩膜板。目前印制板生產(chǎn)的照相大都采用分色照相。其過程是：用準備好的底圖照相，板面尺寸通過調(diào)整相機焦距，直到準確達到印制板的尺寸。其過程與我們普通照相過程大體相同，經(jīng)過軟片剪裁曝光顯影定影水洗干燥修版，即可做成。照相底片的好壞主要決定于底圖黑白反差的程度和尺寸的精確度。制作雙面板的像板應保證正反面兩次照相的焦距一致，才能達到兩面圖形的吻合。3. 圖形轉(zhuǎn)移 圖形轉(zhuǎn)移就是把相片上的印制電路圖形轉(zhuǎn)移到覆銅板上，從而在銅箔表面形成耐酸性的保護層。具體有如下幾種方法。 1)

42、 絲網(wǎng)漏印法 這里不作介紹。 2) 直接感光法 包括覆銅板表面處理、上膠、曝光、顯影、固膜和修版的順序過程。這里指出的上膠過程中指的覆銅板表面均勻涂上的一層感光膠。曝光的目的使光線透過的地方感光膠發(fā)生化學反應，而顯影的結(jié)果使未感光膠溶解、脫落，留下感光部分。固膜是為了使感光膠牢固地粘連在印制板上并烘干。 3.3 印制電路板的制作 3) 光敏干膜法 它與直接感光法的主要區(qū)別是來自感光材料。它的感光材料是一種薄膜類物質(zhì)，由聚酯薄膜、感光膠膜、聚乙烯薄膜三層材料組成，感光膠膜夾在中間。貼膜前，將聚乙烯保護膜揭掉，使感光膠膜貼于覆銅板上，曝光后，將聚酯薄膜揭掉后再進行顯影，其余過程與直接感光法類同。4

43、. 腐蝕 腐蝕也稱蝕刻是制造印制電路板的必不可少的重要工藝步驟。它利用化學方法去除板上不需要的銅箔，留下焊盤、印制導線及符號等。常用的蝕刻溶液有三氯化鐵、酸性氯化銅、堿性氯化銅、硫酸過氧化氫等。5. 金屬化孔 孔金屬化是雙面板和多層板的孔與孔間、孔與導線間導通的最可靠方法，是印制板質(zhì)量好壞的關鍵，它采用將銅沉積在貫通兩面導線或焊盤的孔壁上，使原來非金屬的孔壁金屬化。 孔金屬化過程中需經(jīng)過的環(huán)節(jié)有鉆孔、孔壁處理、化學沉銅和電渡銅加厚。孔壁處理的目的使孔壁上沉淀一層作為化學沉銅的結(jié)晶核心的催化劑金屬。化學沉銅的目的使印制板表面和孔壁產(chǎn)生一薄層附著力差的導電銅層。最后的電鍍銅使孔壁加厚并附著牢固。

44、3.3 印制電路板的制作 3.3 印制電路板的制作 6. 金屬涂敷 為提高印制電路的導電性、可焊性、耐磨性、裝飾性，延長印制板的使用壽命，提高電氣可靠性，可在印制板的銅箔上涂敷一層金屬。金屬鍍層的材料可分為：金、銀、錫、鉛錫合金等。目前大部分采用浸錫和鍍鉛錫合金的方法來改善可焊性，它具有可焊性好、抗腐蝕能力強，長時間放置不變色等優(yōu)點。7. 涂助焊劑與阻焊劑 印制板經(jīng)表面金屬涂敷后，根據(jù)不同的需要可進行助焊和阻焊處理。 二、印制電路板的簡易制作過程 在產(chǎn)品尚未定型的實驗階段，經(jīng)常需使用簡易方法制作印制電路板，其制作過程如下。 (1) 選取板材。根據(jù)電路的電氣功能和使用的環(huán)境條件選取合適的印制板材質(zhì)。 (2) 下料。按實際設計尺寸剪裁覆銅板，并用平板銼刀或砂布將四周打磨平整、光滑，去除毛刺。 (3) 清潔板面。將準備加工的覆銅板的銅箔面先用水磨砂紙打磨幾下，然后加水用布將板面擦亮，最后用干布擦干凈。 3.3 印制電路板的制作 (4) 圖形轉(zhuǎn)移(拓圖)。用印制板轉(zhuǎn)印