印制電路板設(shè)計(jì)與制作

印制電路板設(shè)計(jì)與制作第1頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五一、印制電路板基本知識1.什么是印制電路板及其發(fā)展過程印制電路板(PrintedCircuitBoard)又稱印刷電路板，簡稱印制板。在敷銅板上印刷防腐蝕膜圖，然后再腐蝕刻線，這種技術(shù)就像在紙上印刷那么簡便，“印制電路板”因此得名。是電子產(chǎn)品的重要部件之一。元件的固定在空間中立體進(jìn)行最原始的電路板——以一塊板子為基礎(chǔ)，用鉚釘、接線柱做接點(diǎn)，用導(dǎo)線把接點(diǎn)依電路要求，在板的一面布線，另一面裝元件。單面敷銅板的發(fā)明，成為電路板設(shè)計(jì)與制作新時代的標(biāo)志。隨著電子產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)明了雙面電路板和多層電路板第2頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五2.印制電路板的功能及術(shù)語印制電路在電子設(shè)備中具有如下功能：⑴提供集成電路等各種電子元器件固定、裝配的機(jī)械支撐；⑵實(shí)現(xiàn)集成電路等各電子元器件之間的布線和電氣連接或電絕緣；⑶為元件插裝、檢查、維修提供識別字符和圖形。有關(guān)印制板的一些基本術(shù)語如下：⑴在絕緣基材上，提供元器件之間電氣連接的導(dǎo)電圖形，稱為印制線路（它不包括印制元件）。⑵在絕緣基材上，按預(yù)定設(shè)計(jì)，制成印刷線路、印制元件或由兩者結(jié)合而成的導(dǎo)電圖形，稱為印刷電路。⑶印制電路或者印制線路的成品板稱為印制電路板或者印制線路板，亦稱印制板。

第3頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五3.印刷電路板的發(fā)展趨勢印制板從單面板發(fā)展到雙面板、多層板和撓性板，并不斷地向高精度、高密度和高可靠性方向發(fā)展。對于雙面板和多層板而言，印制板技術(shù)水平的標(biāo)志是大批量生產(chǎn)的印制板在2.54mm（1英寸）標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格交點(diǎn)上的兩個焊盤之間，能布設(shè)導(dǎo)線的根數(shù)作為標(biāo)志。（在兩個焊盤之間布設(shè)一根導(dǎo)線，為低密度印制板，其導(dǎo)線寬度大于0.3mm。在兩個焊盤之間布設(shè)兩根導(dǎo)線，為中密度印制板，其導(dǎo)線寬度約0.2mm。在兩個焊盤之間布設(shè)三根導(dǎo)線，為高密度印制板，其導(dǎo)線寬度為0.1～0.15mm。在兩個焊盤之間布設(shè)四根導(dǎo)線，可算超高密度印制板。線寬為0.05～0.08mm。）對于多層板來說，還應(yīng)以孔徑大小，層數(shù)多少作為綜合衡量標(biāo)志。第4頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五4.印制電路板的類型印制電路板分為剛性和撓性兩種。剛性電路板又分為平面和雙面板，或者和柔性板結(jié)合組成多層印制電路。5.覆銅板的組成基板：高分子合成樹脂和增強(qiáng)材料組成的絕緣層壓板。它們具有一定的機(jī)械性能，如耐浸焊性、抗彎強(qiáng)度等。銅箔：必須有較高的導(dǎo)電率及良好的焊接性。金屬純度不低于99.8%，目前主要采用的厚度是35微米，厚度誤差不大于±5微米。粘合劑：將銅箔粘合在基板上。6.印制電路的形成⑴減成法(最普通采用方式)蝕刻法雕刻法⑵加成法第5頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五二、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：⑴選擇印制板材質(zhì)、確定整機(jī)結(jié)構(gòu)；⑵考慮電氣、機(jī)械、元器件的安裝方式、位置和尺寸；⑶決定印制導(dǎo)線的寬度、間距和焊盤的直徑、孔徑；⑷設(shè)計(jì)印制插頭或連接器的結(jié)構(gòu)。印制電路板設(shè)計(jì)通常有兩種方式：一種人工設(shè)計(jì)，另一種是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。無論采取哪種方式，都必須符合原理圖的電氣連接和產(chǎn)品電氣性能、機(jī)械性能的要求，即應(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；并要考慮印制板加工工藝和電子產(chǎn)品裝配工藝的基本要求，要盡量做到元器件布局合理、裝焊可靠、維修方便、整齊美觀。第6頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五1、設(shè)計(jì)準(zhǔn)備進(jìn)入印制板設(shè)計(jì)階段時我們認(rèn)為整機(jī)結(jié)構(gòu)、電路原理、主要元器件及部分、印制電路板外形及分析、印制板對外連接等內(nèi)容已基本確定。準(zhǔn)備階段要確認(rèn)以下具體要求及參數(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)系及信號流向等內(nèi)容，對電路工作時可能發(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、外形尺寸、封裝。2、外形結(jié)構(gòu)草圖（對外連接圖和尺寸圖）對外連接草圖是根據(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。第7頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五3.Protel電路設(shè)計(jì)流程繪制原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表啟動PCB編輯器確定板面導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表手工調(diào)整布局自動布線手工調(diào)整布局及布線檢查輸出第8頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五三、PCB圖設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮的問題1、設(shè)計(jì)布局原則印制電路板設(shè)計(jì)就是把電子元器件在一定的制板面積上合理地布局排版。①就近原則：要考慮每個元器件的形狀、尺寸、極性和引腳數(shù)目，以縮短連線為目的，調(diào)整它們位置及方向。②信號流原則：在多數(shù)情況下，信號的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(yīng)當(dāng)放在靠近輸入、輸出接插件或連接器的地方。避免輸入輸出，高低電平部分交叉。③散熱原則：有利于發(fā)熱元器件散熱。④布放順序：先大后小、先集成后分立、先主后次。以每個功能電路為核心元器件為中心，圍繞它來進(jìn)行布局。第9頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五2.設(shè)計(jì)布線⑴連接要正確（不允許交叉）⑵走線要簡捷⑶粗細(xì)要適當(dāng)3.印制導(dǎo)線走向與形狀⑴印制導(dǎo)線的走向不能有急劇的拐彎和尖角，拐角不得小于90度，很小的內(nèi)角在制板時難于腐蝕，而在過尖的外角處，銅箔容易剝離或翹起。⑵導(dǎo)線與焊盤的連接處的過渡也要圓滑，避免出現(xiàn)小尖角。第10頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五

4.印制導(dǎo)線寬度印制導(dǎo)線的寬度由該導(dǎo)線工作電流決定，通常導(dǎo)線寬度應(yīng)盡可能寬一些，至少要寬到足以承受所期望的電流負(fù)荷。印制板上或得到的導(dǎo)線寬度的精度取決于生產(chǎn)因素，例如生產(chǎn)底板的精度、生產(chǎn)工藝（印制法、加成或減成工藝的使用、鍍覆法、蝕刻質(zhì)量）和導(dǎo)線厚度的均勻性等。⑴電源線及地線一般不要小于0.5mm(20mil即可)，手工制作不小于1mm（39.4mil）⑵對于長度超過100mm的導(dǎo)線，應(yīng)適當(dāng)減小線壓降對電路的影響⑶一般信號獲取和處理電路可不考慮導(dǎo)線寬度，低密度板常為10mi，手工制作的板子應(yīng)不小于0.8mm（31.5mil）5．導(dǎo)線間距相信導(dǎo)線之間的間距必須足夠?qū)?，以滿足電氣安全的要求，而且為了便于操作和安裝，間距應(yīng)盡是盡量寬些。最小間距應(yīng)適合所施加的電壓。這個電壓包括正常工作電壓和在正常操作或發(fā)生故障時偶爾產(chǎn)生的過電電壓或峰值電壓。印制導(dǎo)線越短，間距越大，則絕緣電阻按比例增加。實(shí)驗(yàn)證明，導(dǎo)線之的距離在1.5mm時，其絕緣電阻超過10M，工作電壓可達(dá)到300V以上；間距為1mm時，允許電路200V。低壓電路印制導(dǎo)線的間距通常采用10mil。第11頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五5.焊盤⑴焊盤尺寸應(yīng)盡可能大，以現(xiàn)有的生產(chǎn)能力，一般情況下孔焊盤大于31.5mil則可，最小的導(dǎo)通孔焊盤可以為25mil，打孔孔徑為12mil。⑵焊盤形狀臥式安裝元器件一般采用圓形焊盤；立式安裝元器件一般采用島形焊盤；表面貼元器件或用于區(qū)分引腳時常采用矩形焊盤；6.孔板厚和孔徑比最好應(yīng)不大于3：1，大的比值會使生產(chǎn)困難，成本增加，當(dāng)過孔只用做貫穿連接或內(nèi)層連接時，孔徑公差，特別是最小孔徑公差一般是不重要的，所以不用規(guī)定，由于導(dǎo)通孔內(nèi)不插元件，所以它的孔徑可以比元件孔的孔徑小。當(dāng)過孔作為元件孔時，過孔的最小孔徑要適應(yīng)元件或組裝件的引腳尺寸，設(shè)計(jì)者要采用給出的標(biāo)稱孔徑和最小孔徑作為過孔的推薦值。過孔的最大孔徑取決于鍍層厚度和孔徑的公差。推薦孔壁鍍鍍銅層的平均厚度不小于25μm（0.001in），其小厚度為15μm（0.0006in）。安裝孔和定位孔按實(shí)際需要尺寸確定第12頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五7.電磁干擾及抑制

電路的布線不是把元件按電路原理簡單連接起來就可⑴電磁干擾的產(chǎn)生平行線效應(yīng)、天線效應(yīng)、電磁感應(yīng)⑵電磁干擾的抑制①容易受干擾的導(dǎo)線布設(shè)要點(diǎn)②設(shè)置屏蔽地線③設(shè)置濾波去耦電容

注：由于電路的復(fù)雜性，有時也用到“飛線”,飛線的方法只能解決少量的信號交錯問題，數(shù)量太多是不可取的。而且，硬要把所有線路都排在有限的兩個面上，又要降低電磁感應(yīng)、電阻效應(yīng)、電容效應(yīng)，使得布線設(shè)計(jì)的任務(wù)十分艱巨。線太細(xì)太密，不但加工困難、干擾大，而且燒斷和發(fā)生斷路故障。若保證了和線間距，電路板的面積就可能太大，不利于精密設(shè)備的小型化。這些問題的出現(xiàn)促使印刷電路板設(shè)計(jì)和制作工藝的發(fā)展。第13頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五六、典型的印制板制造工藝流程單面印板的工藝流程：下料－絲網(wǎng)漏印－腐蝕－去除印料－孔加工－印標(biāo)記－涂助焊劑－成品多層印板的工藝流程：內(nèi)層材料處理－定位孔加工－表面清潔處理－制內(nèi)層走線及圖形－腐蝕－層壓前處理－外內(nèi)層材料層壓－孔加工－孔金屬化－制外層圖形－鍍耐腐蝕可焊金屬－去除感光膠－涂助焊劑－成品雙面板的工藝復(fù)雜情況介于兩者之間。

第14頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五七、印制電路板手工制作過程PCB-1快速制板成套設(shè)備⑴打印PCB圖到轉(zhuǎn)印紙上⑵下料⑶轉(zhuǎn)印⑷腐蝕⑸鉆孔⑹表面涂覆第15頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五Protel制圖環(huán)節(jié)的要求1．要求設(shè)計(jì)一長為90mm,高40mm的印制電路板，