印制電路板設(shè)計(jì)與制作

印制電路板設(shè)計(jì)與制作第一頁(yè)，共十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二一、印制電路板基本知識(shí)1.什么是印制電路板及其發(fā)展過(guò)程印制電路板(PrintedCircuitBoard)又稱(chēng)印刷電路板，簡(jiǎn)稱(chēng)印制板。在敷銅板上印刷防腐蝕膜圖，然后再腐蝕刻線(xiàn)，這種技術(shù)就像在紙上印刷那么簡(jiǎn)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(xiàn)柱做接點(diǎn)，用導(dǎo)線(xiàn)把接點(diǎn)依電路要求，在板的一面布線(xiàn)，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(shí)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二頁(yè)，共十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.印制電路板的功能及術(shù)語(yǔ)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(xiàn)和電氣連接或電絕緣；⑶為元件插裝、檢查、維修提供識(shí)別字符和圖形。有關(guān)印制板的一些基本術(shù)語(yǔ)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(chēng)為印制線(xiàn)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(xiàn)路、印制元件或由兩者結(jié)合而成的導(dǎo)電圖形，稱(chēng)為印刷電路。⑶印制電路或者印制線(xiàn)路的成品板稱(chēng)為印制電路板或者印制線(xiàn)路板，亦稱(chēng)印制板。

第三頁(yè)，共十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二3.印刷電路板的發(fā)展趨勢(shì)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(duì)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(gè)焊盤(pán)之間，能布設(shè)導(dǎo)線(xiàn)的根數(shù)作為標(biāo)志。（在兩個(gè)焊盤(pán)之間布設(shè)一根導(dǎo)線(xiàn)，為低密度印制板，其導(dǎo)線(xiàn)寬度大于0.3mm。在兩個(gè)焊盤(pán)之間布設(shè)兩根導(dǎo)線(xiàn)，為中密度印制板，其導(dǎo)線(xiàn)寬度約0.2mm。在兩個(gè)焊盤(pán)之間布設(shè)三根導(dǎo)線(xiàn)，為高密度印制板，其導(dǎo)線(xiàn)寬度為0.1～0.15mm。在兩個(gè)焊盤(pán)之間布設(shè)四根導(dǎo)線(xiàn)，可算超高密度印制板。線(xiàn)寬為0.05～0.08mm。）對(duì)于多層板來(lái)說(shuō)，還應(yīng)以孔徑大小，層數(shù)多少作為綜合衡量標(biāo)志。第四頁(yè)，共十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.印制電路板的類(lèi)型印制電路板分為剛性和撓性?xún)煞N。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(shù)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加成法第五頁(yè)，共十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二二、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(guò)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(xiàn)的寬度、間距和焊盤(pán)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(wú)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(wú)誤的連接，工作中無(wú)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(guān)。第六頁(yè)，共十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二1、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、主要元器件及部分、印制電路板外形及分析、印制板對(duì)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(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。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(xiàn)、地線(xiàn)、板外元器件的引線(xiàn)，板與板之間連接線(xiàn)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。第七頁(yè)，共十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二3.Protel電路設(shè)計(jì)流程繪制原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表啟動(dòng)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(dòng)布線(xiàn)手工調(diào)整布局及布線(xiàn)檢查輸出第八頁(yè)，共十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二三、PCB圖設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮的問(wèn)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(gè)元器件的形狀、尺寸、極性和引腳數(shù)目，以縮短連線(xiàn)為目的，調(diào)整它們位置及方向。②信號(hào)流原則：在多數(shù)情況下，信號(hào)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(gè)功能電路為核心元器件為中心，圍繞它來(lái)進(jìn)行布局。第九頁(yè)，共十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.設(shè)計(jì)布線(xiàn)⑴連接要正確（不允許交叉）⑵走線(xiàn)要簡(jiǎn)捷⑶粗細(xì)要適當(dāng)3.印制導(dǎo)線(xiàn)走向與形狀⑴印制導(dǎo)線(xiàn)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(shí)難于腐蝕，而在過(guò)尖的外角處，銅箔容易剝離或翹起。⑵導(dǎo)線(xiàn)與焊盤(pán)的連接處的過(guò)渡也要圓滑，避免出現(xiàn)小尖角。第十頁(yè)，共十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二

4.印制導(dǎo)線(xiàn)寬度印制導(dǎo)線(xiàn)的寬度由該導(dǎo)線(xiàn)工作電流決定，通常導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)厚度的均勻性等。⑴電源線(xiàn)及地線(xiàn)一般不要小于0.5mm(20mil即可)，手工制作不小于1mm（39.4mil）⑵對(duì)于長(zhǎng)度超過(guò)100mm的導(dǎo)線(xiàn)，應(yīng)適當(dāng)減小線(xiàn)壓降對(duì)電路的影響⑶一般信號(hào)獲取和處理電路可不考慮導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)間距相信導(dǎo)線(xiàn)之間的間距必須足夠?qū)?，以滿(mǎn)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(gè)電壓包括正常工作電壓和在正常操作或發(fā)生故障時(shí)偶爾產(chǎn)生的過(guò)電電壓或峰值電壓。印制導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)之的距離在1.5mm時(shí)，其絕緣電阻超過(guò)10M，工作電壓可達(dá)到300V以上；間距為1mm時(shí)，允許電路200V。低壓電路印制導(dǎo)線(xiàn)的間距通常采用10mil。第十一頁(yè)，共十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二5.焊盤(pán)⑴焊盤(pán)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(pán)大于31.5mil則可，最小的導(dǎo)通孔焊盤(pán)可以為25mil，打孔孔徑為12mil。⑵焊盤(pán)形狀臥式安裝元器件一般采用圓形焊盤(pán)；立式安裝元器件一般采用島形焊盤(pán)；表面貼元器件或用于區(qū)分引腳時(shí)常采用矩形焊盤(pán)；6.孔板厚和孔徑比最好應(yīng)不大于3：1，大的比值會(huì)使生產(chǎn)困難，成本增加，當(dāng)過(guò)孔只用做貫穿連接或內(nèi)層連接時(shí)，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(guò)孔作為元件孔時(shí)，過(guò)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(chēng)孔徑和最小孔徑作為過(guò)孔的推薦值。過(guò)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)際需要尺寸確定第十二頁(yè)，共十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二7.電磁干擾及抑制

電路的布線(xiàn)不是把元件按電路原理簡(jiǎn)單連接起來(lái)就可⑴電磁干擾的產(chǎn)生平行線(xiàn)效應(yīng)、天線(xiàn)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(xiàn)布設(shè)要點(diǎn)②設(shè)置屏蔽地線(xiàn)③設(shè)置濾波去耦電容

注：由于電路的復(fù)雜性，有時(shí)也用到“飛線(xiàn)”,飛線(xiàn)的方法只能解決少量的信號(hào)交錯(cuò)問(wèn)題，數(shù)量太多是不可取的。而且，硬要把所有線(xiàn)路都排在有限的兩個(gè)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(xiàn)設(shè)計(jì)的任務(wù)十分艱巨。線(xiàn)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(xiàn)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(wèn)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。第十三頁(yè)，共十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二六、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(xiàn)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。

第十四頁(yè)，共十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二七、印制電路板手工制作過(guò)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)?、雀g⑸鉆孔⑹表面涂覆第十五頁(yè)，共十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二Protel制圖環(huán)節(jié)的要求1．要求設(shè)計(jì)一長(zhǎng)為90mm,高40mm的印制電