講座一印制電路板概述

印制電路板概述１．１印制電路板基礎(chǔ)一般來說，設(shè)計(jì)人員把按照預(yù)定設(shè)計(jì)在絕緣材料上制成的印制線路、印制元件或是兩者組合而成的導(dǎo)電圖形稱為印制電路。而把在絕緣材料上提供元器件之間電氣連接的導(dǎo)電圖形稱為印制線路。這樣對于上面印制電路或者印制線路的成品板來說，就將它們稱之為印制電路板，也可以稱為印制板。發(fā)展歷史近七十年的歷史１、誕生期（1936年至40年代末期）：制造方法是加成法。即在絕緣板表面添加導(dǎo)電材料來形成導(dǎo)電圖形。２、試產(chǎn)期（50年代）：減成法。采用覆鈾箔紙基酚醛樹脂層壓板，然后采用化學(xué)藥品來溶解除去不需要的銅箔。這樣就形成了電路。３、實(shí)用期（60年代）：新的加成法制造工藝。解決以前的一些存在問題，并提高基材。４、發(fā)展期（70年代）：用過孔來實(shí)現(xiàn)電路板之間的層間互連。開始使用三層板。５、高速發(fā)展期（80年代）：廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，多層板飛速發(fā)展，可生產(chǎn)出62層的玻璃陶瓷基印刷電路板６、革命期（90年代至今）：主要表現(xiàn)在機(jī)械化，工業(yè)化專業(yè)化，標(biāo)準(zhǔn)化，和智能化等方向印刷電路板的分類１、按覆銅板導(dǎo)電層數(shù)來進(jìn)行分類A.單層板：一面有覆銅，另一面沒有的較為簡單的印制電路板Ｂ.雙層板：兩面都有覆銅，兩面都可以進(jìn)行布線操作的電路板。C.多層板：是指包含了多個(gè)工作層面的印制電路板，除了頂層底層外還包含信號層，中間層，內(nèi)部電源和接地層等按照印制電路板的基材性質(zhì)進(jìn)行分類分為：有機(jī)印制電路板和無機(jī)印制電路板按照印制電路板的基材強(qiáng)度來進(jìn)行分類分為：剛性印制電路板，撓性印制電路板和剛撓性印制電路板1.1.3印制電路板的基板選擇具備以下的幾個(gè)特征：１）具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，能夠承受一定的振動(dòng)，撞擊和扭曲等作用。２）具有足夠的平面度，能夠適應(yīng)自動(dòng)化的組裝工藝要求：３）具備承受組裝工藝中熱處理和沖擊的能力。４）具備承受多次返修的能力，能夠進(jìn)行多次的拆除和焊接等操作。５）能夠滿足印制電路板廠商的制造工藝６）具有良好的電氣性能，例如阻抗和介電常數(shù)等。未來基板的發(fā)展方向１、基板具有更細(xì)的引線和間距工藝。２、基板具有較小的溫度膨脹系數(shù)３、基板具有更好的熱傳導(dǎo)性能４、基板具有更好的尺寸、較多的層數(shù)和較好的溫度穩(wěn)定性。５、基板阻抗可以進(jìn)行控制。1.2印制電路板的元素主要元素包括：包括工作層面、元器件封裝、銅膜導(dǎo)線、焊盤和過孔等1.2.1工作層面１）信號層：主要是用來放置信號有關(guān)的對象，分為頂層，底層和中間層。２）內(nèi)部電源／接地層：用來放置電源和接地線，目的是為電路提供電源和接地點(diǎn)。３）機(jī)械層：放置物理邊界和放置尺寸標(biāo)注等信息，目的是起到相應(yīng)的提示作用。４）防護(hù)層：包括錫膏層和阻焊層兩大類。錫膏層用于將表面貼裝元件粘貼在PCB上，阻焊層用于防止焊錫鍍在不應(yīng)該焊接的地方。５）絲印層：在印制電路板的頂層和底層表面繪制元器件封裝的外觀輪廓和放置字符串等。６）其他工作層面：是為了滿足設(shè)計(jì)的需要。1.2.2元器件封裝元件封裝是指：實(shí)際電子元器件或者集成電路的外觀尺寸，例如元器件引腳的分布，直徑以及引腳之間的距離等，它是使元件引腳和印制電路板上的焊盤保持一致的重要保證。分類分為：針腳式元器件封裝和表面貼裝元件封裝編號：原則：“元器件類型＋引腳距離（或是引腳數(shù)）＋元器件外形尺寸”常見的封裝類型：1.2.3銅膜導(dǎo)線1)導(dǎo)線寬度：原則是：在不違反實(shí)際電氣連接特性的前提下，盡量設(shè)計(jì)寬度較大的導(dǎo)線。２）導(dǎo)線間距：相鄰導(dǎo)線之間的間距必須足夠?qū)?，目的是用來滿足電氣連接的具體需要，另一方面，為了便于操作和進(jìn)行生產(chǎn)加工，導(dǎo)線之間的間距也應(yīng)該寬一些，此外還要考慮導(dǎo)線之間的電壓大小。飛線作用：１）通過飛線來觀察該布局情況下的網(wǎng)絡(luò)連接情況。２）通過飛線來查看哪些網(wǎng)絡(luò)沒有布通，然后通過手工布線來對未布通的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行布線操作。1.2.4焊盤一種是非過孔焊盤：主要用于表面帖裝元件的焊接另一種是元器件孔焊盤：主要用于雙層板和多層板中針腳式元器件的焊接。１）圓形焊盤２）矩形焊盤３）八角形焊盤1.2.5過孔三種：穿透式過孔、盲過孔、埋過孔１）過孔孔徑：它一般與印制電路板的板厚和密度相關(guān)。２）過孔外徑：它是指導(dǎo)最小鍍層寬度過孔的使用遵循的幾個(gè)原則：１）盡可能地少使用過孔，一旦使用要處理好它與周圍電路之間的關(guān)系。２）過孔孔徑要比實(shí)際元器件孔的孔徑要小。３）過孔尺寸不宜太大，否則將會(huì)增加成本，同時(shí)也會(huì)給生產(chǎn)加工帶來困難。４）過孔需要的載流量越大，過孔的尺寸也會(huì)越大，例如電源層／接地層與其他層進(jìn)行連接的過孔尺寸一般要大一些。1.3印制電路板的阻燃性和電氣性能一、印制電路板的阻燃性如果做的不好，就有可能因?yàn)橥姸鸹穑瑥亩鴮?huì)損壞整個(gè)電子系統(tǒng)或者設(shè)備。如果設(shè)計(jì)做的好，這樣將會(huì)保證整個(gè)電子系統(tǒng)或者設(shè)備的安全性，從而延長使用壽命。一般通過二方面來設(shè)計(jì)：一種是選擇的材料和元器件應(yīng)該盡可能地降低在某些情況下起火的可能性。另一種方法是能夠以對一定的燃燒情況進(jìn)行一定程度的控制，使燃燒不致蔓延出印制電路板或者負(fù)責(zé)制電路板組裝件，避免損壞整個(gè)電子系統(tǒng)或者設(shè)備。印制電路板的固有安全性主要體現(xiàn)在以下兩種情況。１）電路板上的電能量不足以引起元器件過熱或者銅膜導(dǎo)線間產(chǎn)生飛弧。２）對于電路板或是組裝件來說，由于外部火源而發(fā)生燃燒現(xiàn)象幾乎是不可能的，這主要是因?yàn)樵O(shè)計(jì)上經(jīng)常會(huì)采用屏蔽等保護(hù)措施，而且印制電路板或者印制電路板組裝件一般不會(huì)存在外部火源。實(shí)際設(shè)計(jì)過程中一些具體的阻燃性設(shè)計(jì)措施１）盡量增大相信銅膜導(dǎo)線間或者銅膜導(dǎo)線與印制電路板上其他元器件中間的距離，這樣能夠避免短路或者飛弧現(xiàn)象的發(fā)生。２）采用添加熔絲的方法來保護(hù)保護(hù)印制電路板上的重要電路，這樣在發(fā)生故障時(shí)能夠在燃燒前切斷電路，從而避免燃燒現(xiàn)象的發(fā)生。３）可以采用熱屏蔽的方法，可以防止印制電路板因?yàn)榛鹧婊蛘咴骷紵鸬倪^熱現(xiàn)象。４）應(yīng)該選擇在過載情況下能夠使電路斷開的元器件。５）可以通過安裝起熱屏蔽作用的元器件實(shí)現(xiàn)。６）銅膜導(dǎo)線的寬度應(yīng)該大于滿足載流量要求的銅膜導(dǎo)線寬度。７）嚴(yán)格設(shè)置印制電路板和危險(xiǎn)元件之間的距離，使之大到足以防止負(fù)責(zé)制電路板發(fā)生燃燒現(xiàn)象。８）采用散熱器防止負(fù)責(zé)制電路板發(fā)生燃燒現(xiàn)象。1.3.2印制電路板的電氣性能主要包括電阻、電容和阻抗、耐壓及載流量等。１、電阻：分為：導(dǎo)線電阻、過孔電阻、互連電阻和絕緣電阻。導(dǎo)線電阻：尤其是高頻電路的影響，重要依據(jù)是歐姆定律，大小不僅與導(dǎo)線的長度，寬度和厚度有關(guān)還與構(gòu)成導(dǎo)線的材料電阻率密切有關(guān)。過孔電阻：特別是鍍銅埋孔的印制板，加熱后，過孔電阻將會(huì)增加，反之會(huì)減小，過程是可逆的?；ミB電阻：指的是多層印制電路板上兩個(gè)過孔之間的電阻，它顯示了廠家的加工質(zhì)量。絕緣電阻：指印制電路板上沒有導(dǎo)電圖形位置的具體電阻，包括外層絕緣電阻、內(nèi)層絕緣電阻和層間絕緣電阻。２、電容和阻抗電容直到諧振頻率之前依然能夠保持它的電容特性，如果頻率超過它的諧振頻率，那么這時(shí)電容將會(huì)出現(xiàn)電感特性，電容主要應(yīng)用于以下三個(gè)方面：１）去耦：去除器件切換時(shí)從高頻器件進(jìn)入到配電網(wǎng)絡(luò)中的RF能量。２）旁路：用來從器件或者電費(fèi)中轉(zhuǎn)移出不想要的共模RF能量，主要是通過產(chǎn)生交流旁路來消除無用的能量進(jìn)入到電路中敏感的部分來實(shí)現(xiàn)。３）體電容：引腳信號在最大電容負(fù)載狀態(tài)下同步切換時(shí)，用來保持器件的直流電壓和電流恒定。３、耐壓：是指印制電路板中導(dǎo)線之間或者工作層而之間所允許的電壓范圍。包括兩大類：外層耐壓和層間耐壓。１）外層耐壓：導(dǎo)線之間允許的電壓主要取決于導(dǎo)線間距、基材類型、涂覆層以及環(huán)境條件等因素，同時(shí)還取決于特定的安全規(guī)則。２）層間耐壓：是指導(dǎo)相鄰工作層面之間所允許的電壓。它取決于兩個(gè)重要因素，分別是絕緣層的厚度和介電常數(shù)，因此層間耐壓可以通過有關(guān)絕緣規(guī)定的數(shù)值直接計(jì)算出來。４、載流量：是印制電路板和板上的印制銅膜導(dǎo)線本身所能隨最大電流的能力。由于印制電路板上的印制銅膜導(dǎo)線的電流增大對應(yīng)著相應(yīng)功耗的增大，進(jìn)而會(huì)引起整個(gè)印制電路板的溫度上升，因此印制電路板的載流量主要體現(xiàn)在印制電路板最高工作溫度的確限制。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮電路板上瞬間電流的限制，另外如導(dǎo)線熔化