印刷電路板設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

印刷電路板設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第1頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

PCB是英文(PrintedCircuieBoard)印制線路板的簡(jiǎn)稱。通常把在絕緣材料上，按預(yù)定設(shè)計(jì)，制成印制線路、印制元件或兩者組合而成的導(dǎo)電圖形稱為印制電路。而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。這樣就把印制電路或印制線路的成品板稱為印制線路板，亦稱為印制板或印制電路板。

PCB幾乎我們所能見到的電子設(shè)備都離不開它，小到電子手表、計(jì)算器、通用電腦，大到計(jì)算機(jī)、通迅電子設(shè)備、航空、航天、軍用武器系統(tǒng)，只要有集成電路等電子元器件，它們之間電氣互連都要用到PCB。PCB它提供集成電路等各種電子元器件固定裝配的機(jī)械支撐、實(shí)現(xiàn)集成電路等各種電子元器件之間的布線和電氣連接或電絕緣、提供所要求的電氣特性，如特性阻抗等。同時(shí)為自動(dòng)錫焊提供阻焊圖形；為元器件插裝、粘裝、檢查、維修提供識(shí)別字符標(biāo)記圖形。

PCB是如何制造出來(lái)的呢？我們打開通用電腦的健盤就能看到一張軟性薄膜（撓性的絕緣基材），印上有銀白色（銀漿）的導(dǎo)電圖形與健位圖形。因?yàn)橥ㄓ媒z網(wǎng)漏印方法得到這種圖形，所以我們稱這種印制PCB為單面撓性銀漿印制PCB。而我們?nèi)ル娔X城看到的各種電腦主機(jī)板、顯卡、網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器、聲卡及家用電器上的印制電路板就不同了。它所用的基材是由紙基（常用于單面）或玻璃布基（常用于雙面及多層），預(yù)浸酚醛或環(huán)氧樹脂，表層一面或兩面粘上覆銅箔再層壓固化而成。這種PCB覆銅箔板材，我們就稱它為剛性板。再制成PCB，我們就稱它為剛性PCB。單面有印制線路圖形我們稱單面PCB（現(xiàn)在的單面板有一定比例按健位是使用碳油或銀油絲印得到，還有碳油或銀油來(lái)干孔的雙面板及多層板，這些板常稱它為碳油板或銀油板），雙面有印制線路圖形，再通過孔的金屬化進(jìn)行雙面互連形成的PCB，我們就稱其為雙面板。如果用一塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層或二塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層的PCB，通過定位系統(tǒng)及絕緣粘結(jié)材料交替在一起且導(dǎo)電圖形按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行互連的PCB就成為四層、六層PCB了，也稱為多層PCB?，F(xiàn)在已有超過100層的實(shí)用PCB了呢。

PCB入門知識(shí)第2頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期五PCB通常分為單面、雙面、多層，但隨著撓性PCB產(chǎn)量比的不斷增加及剛撓性PCB的應(yīng)用與推廣，現(xiàn)在比較常見在說(shuō)PCB時(shí)加上撓性、剛性或剛撓性再說(shuō)它是幾層。為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)PCB，我們有必要了解一下單面、雙面及多層PCB的制作工藝流程，來(lái)加深PCB制作工藝的了解。從PCB工藝流程圖可以看出多層板工藝是從雙面孔金屬化工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。它除了繼承了雙面工藝外，還有幾個(gè)獨(dú)特內(nèi)容：金屬化孔內(nèi)層互連、鉆孔與去環(huán)氧鉆污、定位系統(tǒng)、層壓、專用材料。傳動(dòng)多層板常按互連結(jié)構(gòu)工藝的不同來(lái)分類：貫通金屬化孔、分層金屬化孔、多重導(dǎo)線金屬化孔。而現(xiàn)在的多層板企業(yè)又以能否生產(chǎn)高密度互連積層多層板為技術(shù)標(biāo)致，積層多層板制造工藝類似半加成法，制造方法多種多樣，在通常情況下，積層板是以傳動(dòng)工藝生產(chǎn)的PCB為芯板（雙面或多層）并在其一面或二面的表面上形成更高密度互連一層至四層（隨技術(shù)的進(jìn)步今后肯定會(huì)增加）的多層板。高密度互連積層多層板工藝，是電子產(chǎn)品的"輕、薄、短、小"及多功能化發(fā)層的產(chǎn)物。有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)，在技術(shù)指標(biāo)上有些較為明確的介定：1）微導(dǎo)通孔（包括盲孔、埋孔）的孔徑≤Φ0.1毫米；孔環(huán)≤0.25毫米；2）微導(dǎo)通孔的孔密度≥600孔/平方英寸；導(dǎo)線寬間距≤0.10毫米；4）布線密度（設(shè)通道網(wǎng)格為0.05英寸）超過117英寸/平方英寸。從技術(shù)指標(biāo)說(shuō)明實(shí)現(xiàn)PCB高密度化，采用微導(dǎo)通孔技術(shù)是一條切實(shí)可行的技術(shù)途徑。所以其分類也常按照微導(dǎo)通孔形成工藝來(lái)分：1）光致法成孔積層多層板工藝。2)等離子體蝕孔制造積層多層板工藝3）射流噴砂法成孔積層多層板工藝4）激光成孔積層多層板工藝PCB入門知識(shí)第3頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期五高密度互連積層多層板還有另外三種常用分類叫法，一是按積電層多層板的介質(zhì)材料種類分：1）用感光性材料制造積層多層板、2）用非感光性材料制造積層多層板。二是按電氣互連方法分類：1）電鍍法的微導(dǎo)通孔互連的積層多層板、2）導(dǎo)電膠法的微導(dǎo)通孔互連的積層多層板。三是按"芯板"分類：1）有"芯板"結(jié)構(gòu)、2）無(wú)"芯板"結(jié)構(gòu)（無(wú)芯板結(jié)構(gòu)是在半固化片上用特種工藝技術(shù)制造高密度互連積層多層板）。高密度互連積層多層板，是1991年日本IBM公司首次發(fā)表經(jīng)幾年研制的"表面薄層電路多層板"制造技術(shù)研究成果，并首先開始應(yīng)用于筆記本電腦中?，F(xiàn)在的移動(dòng)電話及筆記本電腦上的應(yīng)用已經(jīng)很普及了。我們從PCB的分類名稱叫法上進(jìn)行組合，是比較容易了解到PCB的基本技術(shù)及其基本工藝過程。就目前來(lái)說(shuō)電腦城是比較直觀且全開放能見到PCB及其應(yīng)用的地方，我們常見的電腦板卡基本上是環(huán)氧樹脂玻璃布基印制線路板（因?yàn)楣P記本電腦是整機(jī)，所以較難見到高密度互連積層多層板），其中有一面是插裝元件另一面為元件腳焊接面，能看出焊點(diǎn)很有規(guī)則，這些焊點(diǎn)的元件腳分立焊接面我們就叫它為焊盤。為什么其它銅導(dǎo)線圖形不上錫呢。因?yàn)槌诵枰a焊的焊盤等部分外，其余部分的表面有一層耐波峰焊的阻焊膜。其表面阻焊膜多數(shù)為綠色，有少數(shù)采用黃色、黑色、藍(lán)色等，所以在PCB行業(yè)常把阻焊油叫成綠油。其作用是，防止波焊時(shí)產(chǎn)生橋接現(xiàn)象，提高焊接質(zhì)量和節(jié)約焊料等作用。它也是印制板的永久性保護(hù)層，能起到防潮、防腐蝕、防霉和機(jī)械擦傷等作用。從外觀看，表面光滑明亮的綠色阻焊膜，為菲林對(duì)板感光熱固化綠油。其不但外觀比較好看，便重要的是其焊盤精確度較高，從而提高了焊點(diǎn)的其質(zhì)量可靠性。相反網(wǎng)印阻焊油就比較差。我們從電腦板卡可以看出，元件的安裝有三種方式。一種為傳動(dòng)的插入式安裝工藝，將電子元件插入印制線路板的導(dǎo)通孔里。這樣就容易看出雙面印制線路板的導(dǎo)通孔有如下幾種：一是單純的元件插裝孔；二是元件插裝與雙面互連導(dǎo)通孔；三是單純的雙面導(dǎo)通孔；四是基板安裝與定位孔。另二種安裝方式就是表面安裝與芯片直接安裝。其實(shí)芯片直接安裝技術(shù)可以認(rèn)為是表面安裝技術(shù)的分支，它是將芯片直接粘在PCB上，再用線焊法或載帶法、倒裝法、梁式引線法等封裝技術(shù)互聯(lián)到PCB上。其焊接面就在元件面上。

PCB入門知識(shí)第4頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期五表面安裝技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）由于印制板大量消除了大導(dǎo)通孔或埋孔互聯(lián)技術(shù)，提高了印制板上的布線密度，減少了印制板面積（一般為插入式安裝的三分階之一），同時(shí)還可降低印制板的設(shè)計(jì)層數(shù)與成本。

2）減輕了重量，提高了抗震性能，采用了膠狀焊料及新的焊接技術(shù)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。

3）由于布線密度提高和引線長(zhǎng)度縮短，減少了寄生電容和寄生電感，更有利于提高PCB的電參數(shù)。

4）比插裝式安裝更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高安裝速度與勞動(dòng)生產(chǎn)率，相應(yīng)降低了組裝成本。從以上的表面裝聯(lián)技術(shù)就可以看出，PCB技術(shù)的提高是隋芯片的封裝技術(shù)與表面安裝技術(shù)的提高而提高。現(xiàn)在我們看到的電腦板卡其表面安裝率都不斷地在上升。實(shí)際上這樣的PCB再用傳動(dòng)的網(wǎng)印線路圖形是無(wú)法滿足技術(shù)要求的了。所以普通高精確度PCB，其線路圖形及阻焊圖形基本上采用感光線路與感光綠油制作工藝。也許過不多久人們?cè)摪延≈凭€路板叫作感光線路板了。

現(xiàn)在我們?cè)賮?lái)看成組芯片直接安裝技術(shù)，多芯片模塊（MCM）技術(shù)，它是"將多塊未封裝的集成電路芯片高密度安裝在同一基板上構(gòu)成一個(gè)完整的部件"的新思路，即現(xiàn)在人們普遍稱之的多芯片模塊，簡(jiǎn)稱MCM是(MultiChipModule的縮寫)。隨著MCM的興起，使封裝的概念發(fā)生了本質(zhì)的變化，在８０年代以前，所有的封裝都是面向器件的，而MCM可以說(shuō)是面向部件的或者說(shuō)是面向系統(tǒng)或整機(jī)的。MCM技術(shù)集先進(jìn)印刷線路板技術(shù)、先進(jìn)混合集成電路技術(shù)、先進(jìn)表面安裝技術(shù)、半導(dǎo)體集成電路技術(shù)于一體，是典型的垂直集成技術(shù)，對(duì)半導(dǎo)體器件來(lái)說(shuō)，它是典型的柔性封裝技術(shù)，是一種電路的集成。MCM的出現(xiàn)使電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)小型化、模塊化、低功耗、高可靠性提供了更有效的技術(shù)保障。其中MCM-D型（MulitChipModule－DepositedThinFilm）是采用薄膜技術(shù)將金屬材料淀積到陶瓷或硅、鋁基板上，光刻出信號(hào)線、電源線地線、并依次做成多層基板多達(dá)幾十層。主要用在500Mhz以上的高性能產(chǎn)品中，線寬和間距可做到10-25μｍ，孔徑在1050μｍ，因而，具有組裝密度高，信號(hào)通道短，寄生效應(yīng)小，噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，可明顯地改善系統(tǒng)的高頻性能。

PCB入門知識(shí)第5頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期五封裝名稱國(guó)家現(xiàn)有集成電路封裝名稱及其代表字母1、陶瓷扁平封裝

F型；

2、陶瓷熔封扁平封裝

H型；

3、陶瓷雙列封裝

D型；

4、陶瓷熔封雙列封裝

J型；

5、塑料雙列封裝

P型；

6、金屬圓形封裝

T型；

7、金屬菱形封裝

K型；

8、塑料小外形封裝

O型；

9、塑料片式載體封裝

E型；

10、塑料四面引線扁平封裝

N型；

11、陶瓷片式載體封裝

C型；

12、陶瓷針柵陣形封裝

G型；

13、陶瓷四面引線扁平封裝

Q型；

14、陶瓷玻璃扁平封裝

W型；

15、金屬雙列封裝

M型；

16、金屬四列封裝

Ms型；

17、金屬扁平封裝

Mb型；

18、金屬四邊引線圓形封裝

Ts型；

19、單列敷形涂覆封裝

Ft型；

20、雙列灌注封裝

Gf型；注：(1)第14項(xiàng)陶瓷玻璃扁平封裝未列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；

(2)第15~20項(xiàng)封裝僅用于混合集成電路和膜集成電路。PCB入門知識(shí)第6頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期五三、封裝代號(hào)

封裝代號(hào)由四個(gè)或五個(gè)部分組成。

第一部分為字母，表示封裝材料及結(jié)構(gòu)形式，即上述封裝名稱；

第二部分為阿拉伯?dāng)?shù)字，表示引出端數(shù)（引線數(shù)小于10，應(yīng)在個(gè)位前加0）；

第三部分用字母或數(shù)字組成，表示同類產(chǎn)品封裝主要尺寸或形狀的差異；

第四部分用數(shù)字組成，表示次要尺寸差異；

第五部分用字母組成，表示結(jié)構(gòu)上的差異。PCB入門知識(shí)第7頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期五PCB印刷電路板分為三大類：1.單面板：電路板一面敷銅，另一面沒有敷銅，敷銅的一面用來(lái)布線及焊接，另一面放置元件。單面板成本低，但只適用于比較簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)。PCB基礎(chǔ)知識(shí)第8頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.雙面板：電路板的兩面都敷銅，所以兩面都可以布線和放置元件，頂面和底面之間的電氣連接是靠過孔實(shí)現(xiàn)的。由于兩面都可以布線，所以雙面板適合設(shè)計(jì)比較復(fù)雜的電路，應(yīng)用也最為廣泛。3.多層板：除了頂、底兩個(gè)信號(hào)層外，增加了內(nèi)部電源層、接地層及多個(gè)中間信號(hào)層。用多層板可以設(shè)計(jì)更加復(fù)雜的電路。PCB基礎(chǔ)知識(shí)第9頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

元件的封裝技術(shù)分為兩大類：1.插入式封裝技術(shù)2.表面粘貼式封裝技術(shù)元件的封裝類型第10頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

在電路板各層中，主要可劃分為信號(hào)層、電源層接地層和絲印層。信號(hào)層主要用于放置信號(hào)線和電源線；電源層和接地層主要用于對(duì)信號(hào)線進(jìn)行修正，并提供足夠的電力供應(yīng)。

絲印層是為了方便電路的安裝和維修。在印刷電路板的表面上印上所需的標(biāo)志圖案和文字代號(hào)等。信號(hào)層、電源層與絲印層第11頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1.焊盤：用于焊接元件的引腳。2.過孔：各層需要連通導(dǎo)線的交匯處鉆的公共孔。過孔有3種：通孔：從頂層貫通到底層。盲孔：從頂層到內(nèi)層或從內(nèi)層到底層。埋孔：內(nèi)層間的連接。3.金手指：兩塊PCB板相互連接的邊接頭。如聲卡、網(wǎng)卡插入主板相應(yīng)的插入相應(yīng)的插槽部分。4.導(dǎo)線：銅膜導(dǎo)線。5.飛線：在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，裝入網(wǎng)格表但未布線的預(yù)拉線。PCB設(shè)計(jì)中幾個(gè)概念第12頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一個(gè)印刷電路板的設(shè)計(jì)主要分成兩部分：設(shè)計(jì)好原理圖和網(wǎng)格表；進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)。進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)步驟：1.繪制原理圖和生成網(wǎng)格表；2.規(guī)劃電路板；3.設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)；4.載入網(wǎng)格表和元器件封裝；PCB設(shè)計(jì)流程第13頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期五5.元器件布局；6.自動(dòng)布線和手工布線；7.DRC校驗(yàn)；8.打印輸出和加工制作PCB設(shè)計(jì)流程第14頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期五進(jìn)入PCB環(huán)境的兩種方法：1.新建一個(gè)PCB文件。執(zhí)行菜單命令：File|New|PCB命令2.打開一個(gè)已存在的PCB文件。模板的使用：模板是預(yù)先定義好圖紙?jiān)O(shè)置的文件。使用PCB模板的方法如下：1.打開文件Files面板，單擊Newfromtemplate欄中的PCBtemplate選項(xiàng)；2.單擊PCBtemplate選項(xiàng)，從對(duì)話框中選擇要打開的模板。PCB編輯環(huán)境第15頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.在“文件類型”下拉列表中選擇PCBfiles(*.PCBDOC|*PCB)可顯示所有的PCB

模板。選擇目標(biāo)模板，單擊“打開”。

Protel提供豐富的PCB模板。1.各種圖紙模板2.各種標(biāo)準(zhǔn)模板PCB編輯環(huán)境第16頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期五使用向?qū)?chuàng)建PCB文件新建一個(gè)PCB文件，可以使用ProtelDXP的向?qū)Чδ埽瑒?chuàng)建符合要求的PCB文件。PCB編輯環(huán)境介紹1.菜單欄。4.工作區(qū)2.標(biāo)準(zhǔn)工具欄。5.層標(biāo)欄。3.圖件放置工具欄。6.坐標(biāo)欄。PCB編輯環(huán)境第17頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

設(shè)置環(huán)境參數(shù)，執(zhí)行菜單命令：

Design|Option出現(xiàn)設(shè)置參數(shù)對(duì)話框，在對(duì)話框中設(shè)置環(huán)境參數(shù)。PCB編輯環(huán)境第18頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1.信號(hào)層(Signallayers)

信號(hào)層主要是用來(lái)放置元件(頂層和底層)和導(dǎo)線。

2.內(nèi)部電源/接地層(Internalplanelayers)

內(nèi)部電源/接地層主要用來(lái)放置電源線和地線。3.機(jī)械層(Mechanicallayers)

機(jī)械層一般用于放置有關(guān)制板和裝配方法的信息。

4.阻焊層(Soldermasklayers)

阻焊層有2個(gè)TopSolderMask(頂層阻焊層)和BottomSolder(底層阻焊層)，用于在設(shè)計(jì)過程中匹配焊盤，并且是自動(dòng)產(chǎn)生的。層面的種類第19頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期五5.錫膏防護(hù)層(Pastemasklayers)

錫膏防護(hù)層的作用與阻焊層相似，但在使用“hotre-flow”(熱對(duì)流)技術(shù)安裝SMD元件時(shí)，錫膏防護(hù)層用來(lái)建立阻焊層的絲印。6.絲印層(Silkscreenlayers)

絲印層主要用于繪制元件的輪廓、放置元件的編號(hào)或其他文本信息。

7.鉆孔層(Drilllayer)

鉆孔層主要是為制造電路板提供鉆孔信息，該層是自動(dòng)計(jì)算的。ProtelDXP提供Drillguide和Drilldrawing兩個(gè)鉆孔層層面的種類第20頁(yè)，共2