印制電路板設(shè)計(jì)與制作 (2)課件

印制電路板設(shè)計(jì)及制作2013-07-13GDYDGJ印制電路板簡(jiǎn)介印制板也稱為印制線路板或印制電路板，通過印制板上的印制導(dǎo)線、焊盤及金屬化過孔實(shí)現(xiàn)元器件引腳之間的電氣連接。由于印制板上的導(dǎo)電圖形（如元件引腳焊盤、印制連線、過孔等）以及說明性文字（如元件輪廓、序號(hào)、型號(hào)）等均通過印制方法實(shí)現(xiàn)，因此稱為印制電路板（PrintedCircuitBoard，簡(jiǎn)稱PCB）。一、什么是印制電路板

在電子設(shè)備中，印制電路板通常起三個(gè)作用：⑴為電路中的各種元器件提供必要的機(jī)械支撐。⑵提供電路的電氣連接。⑶用標(biāo)記符號(hào)將各個(gè)元器件標(biāo)注出來，便于插裝、檢查及調(diào)試。

更為重要的是，使用印制電路板有四大優(yōu)點(diǎn)：

⑴具有重復(fù)性。⑵板的可預(yù)測(cè)性。⑶所有信號(hào)可沿導(dǎo)線任一點(diǎn)直接進(jìn)行測(cè)試，不會(huì)因?qū)Ь€接觸引起短路。⑷印制板的焊點(diǎn)可以在一次焊接過程中將大部分焊完。二、印制板種類及結(jié)構(gòu)

印制板種類很多，根據(jù)導(dǎo)電層數(shù)目的不同，可以將印制板分為單面電路板（簡(jiǎn)稱單面板）、雙面電路板（簡(jiǎn)稱雙面板）和多層電路板；根據(jù)覆銅板基底材料的不同，又可將印制板分為紙質(zhì)覆銅箔層壓板和玻璃布覆銅箔層壓板兩大類。此外，采用撓性塑料作基底的印制板稱為撓性印制板，常用做印制電纜。

在多層板中，可充分利用電路板的多層結(jié)構(gòu)解決電磁干擾問題，提高了電路系統(tǒng)的可靠性；由于可布線層數(shù)多，走線方便，布通率高，連線短，印制板面積也較?。ㄓ≈茖?dǎo)線占用面積?。?，目前計(jì)算機(jī)設(shè)備，如主機(jī)板、內(nèi)存條、顯示卡等均采用4或6層印制電路板。表面看到的細(xì)小線路材料是銅箔，銅箔覆蓋在整個(gè)板子上的，在制造過程中部份被蝕刻處理掉，留下來的部份就變成網(wǎng)狀的細(xì)小線路了。這些線路被稱作導(dǎo)線或稱布線，并用來提供PCB上零件的電路連接。通常PCB上有綠色或是棕色的阻焊層，它是絕緣的防護(hù)層，可以保護(hù)銅線，也可以防止零件被焊到不正確的地方。在阻焊層上還會(huì)印刷上一層絲網(wǎng)印刷面，在這上面會(huì)印上文字與符號(hào)（大多是白色的），以標(biāo)示出各零件在板子上的位置。PCB在制成最終產(chǎn)品時(shí)，其上會(huì)安裝集成電路等各種各樣的電子零件。借著導(dǎo)線連通，可以形成電子訊號(hào)連結(jié)及應(yīng)有機(jī)能。印制電路板制作生產(chǎn)工藝流程

制造印制電路板最簡(jiǎn)單的一種方法是印制—蝕刻法，或稱為銅箔腐蝕法，即用防護(hù)性抗蝕材料在敷銅箔層壓板上形成正性的圖形，那些沒有被抗蝕材料防護(hù)起來的不需要的銅箔隨后經(jīng)化學(xué)蝕刻而被去掉，蝕刻后將抗蝕層除去就留下由銅箔構(gòu)成的所需的圖形。

印制電路的形成⑴減成法(普通采用)：蝕刻法雕刻法⑵加成法印制電路板手工制作過程打印PCB圖到轉(zhuǎn)印紙上敷銅板下料并進(jìn)行前期處理轉(zhuǎn)印腐蝕鉆孔表面涂防護(hù)層一、PCB設(shè)計(jì)的流程

印制板設(shè)計(jì)，是根據(jù)設(shè)計(jì)人員的意圖，將電路原理圖轉(zhuǎn)換成印制板圖、選擇材料和確定加工技術(shù)要求的過程。它包括選擇板材、確定整機(jī)結(jié)構(gòu)；考慮電氣、機(jī)械、元器件的安裝方式、位置和尺寸；決定印制導(dǎo)線的寬度、間距和焊盤的直徑、孔徑；設(shè)計(jì)印制插頭或連接器的結(jié)構(gòu)；準(zhǔn)備印制板生產(chǎn)所必須的全部資料和數(shù)據(jù)。參照國標(biāo)GB4588《印制板技術(shù)條件》、GB4677～GB4825《印制板測(cè)試方法》、GB5489《印制板制圖》等國家標(biāo)準(zhǔn)。印制板不僅應(yīng)該保證元器件之間準(zhǔn)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。1、設(shè)計(jì)準(zhǔn)備進(jìn)入印制板設(shè)計(jì)階段時(shí)我們認(rèn)為整機(jī)結(jié)構(gòu)、電路原理、主要元器件、印制電路板外形、印制板對(duì)外連接等內(nèi)容已基本確定。準(zhǔn)備階段要重點(diǎn)了解以下要求及參數(shù)：⑴電路原理。了解電路工作原理和組成，各功能電路的相互關(guān)系及信號(hào)流向等內(nèi)容，對(duì)電路工作時(shí)可能發(fā)熱、可能產(chǎn)生干擾等情況心中有數(shù)。⑵印刷板工作環(huán)境（是否密封，工作環(huán)境溫度變化，是否有腐蝕性氣體等）及工作機(jī)制（連續(xù)工作還是斷續(xù)工作）。⑶主要電路參數(shù)（最高工作電壓、最大電流及工作頻率等）。⑷主要元器件和部件的型號(hào)、外形尺寸、封裝、必要時(shí)取得樣品或產(chǎn)品樣本。2、外形結(jié)構(gòu)草圖（對(duì)外連接圖和尺寸圖）對(duì)外連接草圖是根據(jù)整機(jī)結(jié)構(gòu)和分板要求確定的。一般包括電源線、地線、板外元器件的引線，板與板之間連接線等，繪制草圖時(shí)應(yīng)大致確定其位置和排列順序。印制板外形尺寸受各種因素制約，一般在設(shè)計(jì)時(shí)已大致確定，從經(jīng)濟(jì)性和工藝性出發(fā)，優(yōu)先考慮矩形。印制板的安裝、固定也是必須考慮的內(nèi)容，印制板與機(jī)殼或其他結(jié)構(gòu)件連接的螺孔位置及孔徑應(yīng)明確標(biāo)出。二、印制電路板布局和布線原則

有時(shí)電路從原理上是能實(shí)現(xiàn)的，但由于元件布局不合理或走線存在問題，致使設(shè)計(jì)出來的電路可靠性下降，甚至無法實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能，因此印制板的布局和布線必須遵循一些原則。為保證印制板的質(zhì)量，在設(shè)計(jì)前的一般要考慮PCB的可靠性、工藝性和經(jīng)濟(jì)性問題。⑴可靠性。印制板可靠性是影響電子設(shè)備的重要因素，在滿足電子設(shè)備要求的前提下，應(yīng)盡量將多層板的層數(shù)設(shè)計(jì)得少一些。⑵工藝性。設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮所設(shè)計(jì)的印制板的制造工藝盡可能簡(jiǎn)單。一般來說寧可設(shè)計(jì)層數(shù)較多、導(dǎo)線和間距較寬的印制板，而不設(shè)計(jì)層數(shù)較少、布線密度很高的印制板，這和可靠性的要求是矛盾的。⑶經(jīng)濟(jì)性。印制板的經(jīng)濟(jì)性與其制造工藝直接相關(guān)，應(yīng)考慮與通用的制造工藝方法相適應(yīng)，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化的尺寸結(jié)構(gòu)，選用合適等級(jí)的基板材料，運(yùn)用巧妙的設(shè)計(jì)技術(shù)來降低成本。三、印制電路板布局原則

元件布局是將元件在一定面積的印制板上合理地排放，它是設(shè)計(jì)PCB的第一步。布局是印制板設(shè)計(jì)中最耗費(fèi)精力的工作，往往要經(jīng)過若干次布局比較，才能得到一個(gè)比較滿意的布局。一個(gè)好的布局，首先要滿足電路的設(shè)計(jì)性能，其次要滿足安裝空間的限制，在沒有尺寸限制時(shí)，要使布局盡量緊湊，減小PCB設(shè)計(jì)的尺寸，減少生產(chǎn)成本。為了設(shè)計(jì)出質(zhì)量好、造價(jià)低、加工周期短的印制板，印制板布局應(yīng)遵循下列的一般原則。

1.元件排列規(guī)則⑴在通常條件下，所有的元件均應(yīng)布置在印制板的同一面上，只有在頂層元件過密時(shí)，才能將一些高度有限并且發(fā)熱量小的器件，如貼片電阻、貼片電容、貼片IC等放在底層。⑵在保證電氣性能的前提下，元件應(yīng)放置在柵格上且相互平行或垂直排列，以求整齊、美觀，一般情況下不允許元件重疊，元件排列要緊湊，輸入和輸出元件盡量遠(yuǎn)離。⑶某些元器件或?qū)Ь€之間可能存在較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免因放電、擊穿引起以外短路。⑷帶高壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時(shí)手不易觸及的地方。⑸位于板邊緣的元件，離板邊緣至少2個(gè)板厚。⑹元器件在整個(gè)板面上分布均勻、疏密一致。

2.按照信號(hào)走向布局原則⑴通常按照信號(hào)的流程逐個(gè)安排各個(gè)功能電路單元的位置，以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它進(jìn)行布局。⑵元件的布局應(yīng)便于信號(hào)流通，使信號(hào)盡可能保持一致的方向。多數(shù)情況下，信號(hào)的流向安排為從左到右或從上到下，與輸入、輸出端直接相連的元件應(yīng)當(dāng)放在靠近輸入、輸出接插件或連接器的地方。⑵一些功耗大的集成塊、大或中功率管、電阻等元件，要布置在容易散熱的地方，，并與其它元件隔開一定距離。⑶熱敏元件應(yīng)緊貼被測(cè)元件并遠(yuǎn)離高溫區(qū)域，以免受到其它發(fā)熱元件影響，引起誤動(dòng)作。⑷雙面放置元件時(shí)，底層一般不放置發(fā)熱元件。

5.提高機(jī)械強(qiáng)度⑴要注意整個(gè)PCB板的重心平衡與穩(wěn)定，重而大的元件盡量安置在印制板上靠近固定端的位置，并降低重心，以提高機(jī)械強(qiáng)度和耐振、耐沖擊能力，以及減少印制板的負(fù)荷和變形。⑵重15克以上的元器件，不能只靠焊盤來固定，應(yīng)當(dāng)使用支架或卡子加以固定。⑶為便于縮小體積或提高機(jī)械強(qiáng)度，可設(shè)置“輔助底板”，將一些笨重的元件，如變壓器、繼電器等安裝在輔助底板上，并利用附件將其固定。⑷板的最佳形狀是矩形（長寬比為3:2或4:3），板面尺寸大于200×150mm時(shí)，要考慮板所受的機(jī)械強(qiáng)度，可以使用機(jī)械邊框加固。⑸要在印制板上留出固定支架、定位螺孔和連接插座所用的位置。

6.可調(diào)節(jié)元件的布局對(duì)于電位器、可變電容器、可調(diào)電感線圈或微動(dòng)開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求，若是機(jī)外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機(jī)箱面板上的位置相適應(yīng)；若是機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié)，則應(yīng)放置在印制板上能夠方便調(diào)節(jié)的地方。四、印制電路板布線原則布線和布局是密切相關(guān)的兩項(xiàng)工作，布局的好壞直接影響著布線的布通率。布線受布局、板層、電路結(jié)構(gòu)、電性能要求等多種因素影響，布線結(jié)果又直接影響電路板性能。進(jìn)行布線時(shí)要綜合考慮各種因素，才能設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的PCB圖。⒈基本布線方法⑴直接布線。傳統(tǒng)的印制板布線方法起源于最早的單面印制線路板。其過程為：先把最關(guān)鍵的一根或幾根導(dǎo)線從始點(diǎn)到終點(diǎn)直接布設(shè)好，然后把其它次要的導(dǎo)線繞過這些導(dǎo)線布下，通用的技巧是利用元件跨越導(dǎo)線來提高布線效率，布不通的線可以通過短路線(飛線)解決。⑵X－Y坐標(biāo)布線。X－Y坐標(biāo)布線指布設(shè)在印制板一面的所有導(dǎo)線與印制線路板邊沿平行，而布設(shè)在另一面的則與前一面的導(dǎo)線正交，兩面導(dǎo)線的連接通過金屬化孔實(shí)現(xiàn)。②印制導(dǎo)線的線寬一般要小于與之相連焊盤的直徑。⑶印制導(dǎo)線的間距原則導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。導(dǎo)線越短、間距越大，絕緣電阻就越大，一般選用間距1～1.5mm完全可以滿足要求。對(duì)集成電路，尤其數(shù)字電路，只要工藝允許可使間距很小。⑷信號(hào)線走線原則①輸入、輸出端的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，平行信號(hào)線間要盡量留有較大的間隔，最好加線間地線，起到屏蔽的作用。②印制板兩面的導(dǎo)線應(yīng)互相垂直、斜交或彎曲走線，避免平行，減少寄生耦合。③信號(hào)線高、低電平懸殊時(shí)，要加大導(dǎo)線的間距；在布線密度比較低時(shí)，可加粗導(dǎo)線，信號(hào)線的間距也可適當(dāng)加大。⑸地線的布設(shè)

①一般將公共地線布置在印制板的邊緣，便于印制板安裝在僅便于安裝導(dǎo)軌和進(jìn)行機(jī)械加工，而且還提高了絕緣性能。②在印制電路板上應(yīng)盡可能多地保留銅箔做地線，這樣傳輸特性和屏蔽作用將得到改善，并且起到減少分布電容的作用。地線（公共線）不能設(shè)計(jì)成閉合回路，在高頻電路中，應(yīng)采用大面積接地方式。③印制板上若裝有大電流器件，如繼電器、揚(yáng)聲器等，它們的地線最好要分開獨(dú)立走，以減少地線上的噪聲。④模擬電路與數(shù)字電路的電源、地線應(yīng)分開排布，這樣可以減小模擬電路與數(shù)字電路之間的相互干擾。⑹模擬電路布線模擬電路的布線要特別注意弱信號(hào)放大電路部分的布線，特別是電子管的柵極、半導(dǎo)體管的基極和高頻回路，這是最易受干擾的地方。布線要盡量縮短線條的長度，所布的線要緊挨元器件，盡量不要與弱信號(hào)輸入線平行布線。⑺數(shù)字電路布線

數(shù)字電路布線中，工作頻率較低的只要將線連好即可，一般不會(huì)出現(xiàn)太大的問題。工作頻率較高，特別是高到幾百兆赫時(shí)，布線時(shí)要考慮分布參數(shù)的影響。

⑻高頻電路布線①高頻電路中，集成塊應(yīng)就近安裝高頻退耦電容，一方面保證電源線不受其它信號(hào)干擾，另一方面可將本地產(chǎn)生的干擾就地濾除，防止了干擾通過各種途徑（空間或電源線）傳播。②高頻電路布線的引線最好采用直線，如果需要轉(zhuǎn)折，采用45度折線或圓弧轉(zhuǎn)折，這樣可以減少高頻信號(hào)對(duì)外的輻射和相互間的耦合。管腳間引線越短越好，引線層間過孔越少越好。⑼信號(hào)屏蔽①印制板上的元件若要加屏蔽時(shí)，可以在元件外面套上一個(gè)屏蔽罩，在底板的另一面對(duì)應(yīng)于元件的位置再罩上一個(gè)扁形屏蔽罩（或屏蔽金屬板），將這兩個(gè)屏蔽罩在電氣上連接起來并接地，這樣就構(gòu)成了一個(gè)近似于完整的屏蔽盒。②印制導(dǎo)線如果需要進(jìn)行屏蔽，在要求不高時(shí)，可采用印制導(dǎo)線屏蔽。對(duì)于多層板，一般通過電源層和地線層的使用，既解決電源線和地線的布線問題，又可以對(duì)信號(hào)線進(jìn)行屏蔽，如圖所示。⑽大面積銅箔的使用印制導(dǎo)線在不影響電氣性能的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量避免采用大面積銅箔。如果必須使用大面積銅箔時(shí)，應(yīng)局部開窗口，以防止長時(shí)間受熱時(shí)，銅箔與基板間的粘合劑產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體無法排除，熱量不易散發(fā)，以致產(chǎn)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象，如圖4-12所示，大面積銅箔上的焊盤連接如圖4-13所示。⑾印制導(dǎo)線走向與形狀①印制導(dǎo)線的拐彎處一般應(yīng)取圓弧形，直角和銳角在高頻電路和布線密度高的情況下會(huì)影響電氣性能。②從兩個(gè)焊盤間穿過的導(dǎo)線盡量均勻分布。圖所示為印制板走線的示例，其中（a）圖中三條走線間距不均勻；（b）圖中走線出現(xiàn)銳角；（c）、（d）圖中走線轉(zhuǎn)彎不合理；（e）圖中印制導(dǎo)線尺寸比焊盤直徑大。避免采用優(yōu)先采用

1.工作層的類型在Protel99SE中進(jìn)行印刷電路板設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)提供了多個(gè)工作層面，主要層面類型如下。⑴信號(hào)層(Signallayers)。信號(hào)層主要用于放置與信號(hào)有關(guān)的電氣元素，共有32個(gè)信號(hào)層。其中頂層（Toplayer）和底層（Bottomlayer）可以放置元件和銅膜導(dǎo)線，其余30個(gè)為中間信號(hào)層（Midlayer1～30），只能布設(shè)銅膜導(dǎo)線，置于信號(hào)層上的元件焊盤和銅膜導(dǎo)線代表了電路板上的敷銅區(qū)。⑵內(nèi)部電源/接地層(Internalplanelayers)。共有16個(gè)電源/接地層（Plane1～16），主要用于布設(shè)電源線及地線，可以給內(nèi)部電源/接地層命名一個(gè)網(wǎng)絡(luò)名，在設(shè)計(jì)過程中PCB編輯器能自動(dòng)將同一網(wǎng)絡(luò)上的焊盤連接到該層上。五、印制電路板的工作層面

⑶機(jī)