《光伏電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與實(shí)踐》課件-第12章 印制電路板的設(shè)計(jì)與制作

第12章印制電路板的設(shè)計(jì)與制作理論知識點(diǎn)（1）電子線路的基本元器件知識；（2）電子線路的基本理論知識；（3）印制電路板的設(shè)計(jì)原則與一般方法；（4）印制電路板的制作工藝知識。

技能點(diǎn)（1）Protel的使用操作技巧；（2）印制電路板的布局、布線、元器件庫的制作技能；（3）讀圖與打印設(shè)置的技巧。12.1印制電路板的設(shè)計(jì)原則

1.元件的安裝數(shù)據(jù)及其獲得的途徑 要將一定數(shù)量的元件按原理圖中的電氣連接關(guān)系安裝在印制電路板上，必須事先知道各元件的安裝數(shù)據(jù)，以便元件布局。一般采用下述方法確定元件的安裝數(shù)據(jù)。1）設(shè)計(jì)者提供元件正確的安裝資料。2）若沒有提供元件安裝數(shù)據(jù)，應(yīng)通過元件型號查手冊找出元件的安裝數(shù)據(jù)。3）.想辦法找到元件樣品，實(shí)測元件，確定元件安裝數(shù)據(jù)。如果是利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)印制板圖，這此數(shù)據(jù)將用于制作印制板元件庫。印制電路板的設(shè)計(jì)原則2.元件排列的原則1）按信號流向排列，一般從輸入級開始，到輸出級終止。2）發(fā)熱量較大的元件，應(yīng)加裝散熱器，或盡可能放置在有利于散熱的位置以及靠近機(jī)殼處。3）對于比較大、重的元件，要另加支架或緊固件，不能直接焊在印制電路板上。4）熱敏元件要遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。5）某些元件或?qū)Ь€間有較大電位差，應(yīng)加大它們之間的距離.6）盡可能縮短高頻元件的連接線，設(shè)法減小它們的分布參數(shù)和相互間的干擾。易受干擾的元件應(yīng)加屏蔽。7）可調(diào)元件布置時(shí)，要考慮到調(diào)節(jié)方便。8）對稱式的電路，如推挽功放、差動放大器、橋式電路等，應(yīng)注意元件的對稱性。盡可能使其分布參數(shù)一致。印制電路板的設(shè)計(jì)原則9）每個(gè)單元電路，應(yīng)以其核心器件為中心，圍繞它進(jìn)行布局。10)元件排列應(yīng)均勻、整齊、緊湊。單元電路之間的引線應(yīng)盡可能短，引出線數(shù)目盡可能少。11)位于邊緣的元件，離印制電路板邊緣的距離至少應(yīng)大于2mm。12）元件外殼之間的距離，應(yīng)根據(jù)它們之間的電壓來確定，不應(yīng)小于

0.5mm。個(gè)別密集的地方應(yīng)加套管。13)線路板需要固定的，應(yīng)留有緊固的位置或打上螺絲孔。14）若有引出線，最好使用接線插頭。15）有鐵心的電感線圈，應(yīng)盡量相互垂直放置且遠(yuǎn)離以減小相互間的耦合。16）如果有元件與機(jī)殼、面板有聯(lián)系，如各種顯示器件、調(diào)節(jié)器件，它們均要與機(jī)殼相連，因此它們應(yīng)當(dāng)在印制板上有固定的安裝位置，這個(gè)位置不能被其它元件占了。印制電路板的設(shè)計(jì)原則3.布線的原則1）布線要短。尤其是晶體管的基極、高頻引線、電位差比較大而又相鄰近的引線，要盡可能的短，間距要盡量大。2）一般將公共地線布置在邊緣部位，以便于將印制電路板安排在機(jī)殼上。3）高頻元件和高頻導(dǎo)線一般布置在中間，以減小它們對地和機(jī)殼的分布電容。4）導(dǎo)線拐彎要圓。5）在條件允許的情況下，線條可適當(dāng)加粗，間距可適當(dāng)加大。6）大面積要開“天窗”。大面積銅箔下，受熱后產(chǎn)生的氣體不便排出，易使銅箔膨脹、脫落。7）單面印制電路板上的印導(dǎo)線不能交叉。遇此情況，可繞著走線或平行走線。交叉導(dǎo)線較多時(shí)，可采用雙面板或多面板。8）一般情況下，雙面板兩面的導(dǎo)線應(yīng)相互垂直布線。9）走線正確、布線均勻。§12.2用PROTEL設(shè)計(jì)印制電路板

1.原理圖的設(shè)計(jì)

原理圖的設(shè)計(jì)主要是利用PROTEL99的原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)（AdvancedSchematic）繪制一張（多張）電路原理圖。電路原理圖設(shè)計(jì)的一般步驟，（1）PROTEL99SE電路原理圖編輯器的啟動。（2）電路圖版面的設(shè)置。（3）在圖上放置元器件的方法。（4）元器件的布局布線和調(diào)整方法。（5）文檔的打印和輸出方法。

2.產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表

（1）網(wǎng)絡(luò)表是電路的所有元件的信息及元件與元件之間的引腳連接關(guān)系的描述，通常由PROTEL通過掃描所繪制的電路原理圖或者印制板圖來產(chǎn)生的。（2）網(wǎng)絡(luò)表是電路原理圖設(shè)計(jì)（Sch）與印制電路板設(shè)計(jì)（PCB）之間的橋梁和紐帶，也是印制板設(shè)計(jì)中自動布局和布線的基礎(chǔ)和靈魂。用PROTEL設(shè)計(jì)印制電路板用PROTEL設(shè)計(jì)印制電路板3.印制電路板的設(shè)計(jì)

印制電路板的設(shè)計(jì)主要是利用PROTEL提供的設(shè)計(jì)印制板系統(tǒng)完成印制板的設(shè)計(jì)。由它來產(chǎn)生符合要求的電路板文檔，再交印制板廠生產(chǎn)出印制板。它的作用是由用戶根據(jù)網(wǎng)絡(luò)表采用其自動布局和自動布線功能繪制出印制電路板圖來，當(dāng)然它也可以由手工直接完成印制板設(shè)計(jì)（當(dāng)印制板上元件較少時(shí)）。4.制作過程需要注意：元器件布局的規(guī)則連線、交叉、跳線的方法焊盤和焊點(diǎn)的繪制方法安裝孔的繪制方法12.2.2PROTEL設(shè)計(jì)印制電路板示例設(shè)計(jì)一塊利用555電路構(gòu)成的多諧振蕩器的PCB板。1．原理圖的設(shè)計(jì)利用PROTEL99SE畫出其原理圖如圖12-1所示。

圖12-1555電路多諧振蕩器2．輸出網(wǎng)絡(luò)表（1）元件聲明格式[ 元件聲明開始C1 元件名稱RAD0.2 元件封裝圖名2μF 元件注釋文字] 元件聲明結(jié)束（2）網(wǎng)絡(luò)定義格式：( 網(wǎng)絡(luò)定義開始NetQ1_1 網(wǎng)絡(luò)名稱（沒有設(shè)置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號的格式）Q1-1 網(wǎng)絡(luò)的連接點(diǎn)（元件Q1的第1引腳）R3-1 網(wǎng)絡(luò)的連接點(diǎn)（元件R3的第1引腳）) 網(wǎng)絡(luò)定義結(jié)束( 網(wǎng)絡(luò)定義開始VO 網(wǎng)絡(luò)名稱（設(shè)置了網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號的格式）J2-1 網(wǎng)絡(luò)的連接點(diǎn)（元件J2的第1引腳）Q1-2 網(wǎng)絡(luò)的連接點(diǎn)（元件Q1的第2引腳）R4-1 網(wǎng)絡(luò)的連接點(diǎn)（元件R4的第1引腳）) 網(wǎng)絡(luò)定義結(jié)束3．印制板的設(shè)計(jì)（1）利用PROTEL99SE建立一PCB文檔，并且在KeepOutLayer層上規(guī)劃好電路板的邊框及外形。（2）調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表

將前面原理圖中得出的網(wǎng)絡(luò)表文件裝入到PCB圖中。（3）自動布局

圖12-2自動布局圖（4）自動布線

自動布線完成后，需要檢查網(wǎng)絡(luò)是否全部布通，有無錯(cuò)誤。如果沒有全部布通，需要人工將其布通。

圖12-3印制電路板圖12-4焊接面印制導(dǎo)線圖（5）單面板的設(shè)計(jì)

在自動布線之前，必須要對布線層進(jìn)行設(shè)置，方法如下：執(zhí)行菜單【Design】/【Rules】，選擇Routing選項(xiàng)卡，單擊RoutingLayers，并在下面的Enabled框內(nèi)打“√”，按下Properties…按鈕，將TopLay層設(shè)置為NotUsed，再按OK，再按Close按鈕即設(shè)置完畢。（6）三維圖形

圖12-5三維圖12.3印制電路板的制作

1.印刷電路板的專業(yè)制作適用于：設(shè)計(jì)出來的印制電路板圖如果是要進(jìn)行大批量生產(chǎn)，應(yīng)該由印制板專業(yè)廠家來生產(chǎn)(簡稱為專業(yè)制作)。2.印刷電路板的手工制作適用于：在實(shí)驗(yàn)階段和樣品生產(chǎn)，或者不要求較高的制作精度時(shí)，可以考慮手工制作印制電路板,或者借助相對較簡單的設(shè)備來制作印制板,以降低成本。本節(jié)先分別對印制板的手工與專業(yè)制作的基本步驟作一介紹,然后以VP-108K電路板制作系統(tǒng)為例介紹一種介于純手工與專業(yè)制作之間的，比較適合于學(xué)生實(shí)習(xí)用的印制電路板的制作步驟和方法。12.3.1印制電路板制作的基本步驟與方法首先在敷銅板上畫好電路圖形，再將要保留的部分涂上抗腐材料，然后放到腐蝕液中腐蝕掉多余的銅，最后除去抗腐蝕材料、鉆孔、涂助焊劑即可作為焊接電路元件使用了。

1.印制電路板的手工制作過程與方法 1)選擇敷銅板，清潔板面 2)復(fù)制印制電路圖案 3)描板 4)腐蝕電路板 5)修板 6)鉆孔 7)涂助焊劑3.印制電路板的專業(yè)制作過程一般過程是：PCB文件處理→裁板→鉆孔→拋光→孔金屬化→壓膜→曝光→顯影→蝕刻→脫膜→阻焊、字符印刷→焊盤防氧化處理。①PCB文件處理。②裁板。通過PCB裁板機(jī)按板圖的形狀和尺寸進(jìn)行下料。③鉆孔。④拋光。⑤孔金屬化。⑥壓膜。覆膜是在覆銅板表面通過覆膜機(jī)壓上一層干膜，作為圖形轉(zhuǎn)移的載體。⑦曝光。把底片上的線路轉(zhuǎn)移到壓好干膜的覆銅板上。⑧顯影。將未聚合的干膜洗掉，使未發(fā)生聚合反應(yīng)的干膜露出銅面。印制電路板的專業(yè)制作過程⑨蝕刻。用堿性\酸性蝕刻液以加溫+高壓噴淋方式進(jìn)行銅面蝕刻。

⑩脫膜。用強(qiáng)堿以高溫高壓進(jìn)行沖洗，將聚合干膜去除干凈。

⑾阻焊、字符印刷。在高密度的印制電路板上，為使板面得到保護(hù)，確保焊接的準(zhǔn)確性，在板面上加阻焊劑，使焊盤裸露，其他部分均在阻焊劑下，防止焊接時(shí)的橋焊現(xiàn)象，同時(shí)將印制板上需要的字符說明信息印刷出來。

⑿焊盤防氧化處理等后處理

采用噴錫（有鉛）或者化學(xué)沉錫（無鉛），OSP（OrganicSolderabilityPreservatives的簡稱，中譯為有機(jī)保焊膜，又稱護(hù)銅劑）工藝來對裸露的焊盤以及銅箔進(jìn)行防氧化處理。12.3.2VP-108K電路板制作系統(tǒng)1.概述

VP-108K系統(tǒng)特點(diǎn)：可在1小時(shí)內(nèi)制作出一塊高精度的單/雙面電路板節(jié)省90%的樣板開發(fā)費(fèi)用線徑寬度最小可達(dá)4mil（0.1mm）系統(tǒng)含所有專業(yè)應(yīng)用設(shè)備，可馬上動手制作制作簡單，保證100%制作成功系統(tǒng)主要部件均為進(jìn)口材料完整的光碟制作說明完全適合電子開發(fā)、軍工及大中專院校印制電路板的制作2.制作過程

（1）打印菲林紙

①修改PCB圖。

②設(shè)置及打印。

（2）曝光

（3）顯影

①調(diào)制顯影液。

②試板。

③顯影。

（4）腐蝕

（5）打孔

（6）穿孔及沉銅

技能訓(xùn)練12－1

印制電路板的設(shè)計(jì)與制作

一.訓(xùn)練目的1.通過繪制具體電路的印制電路板圖，初步掌握利用計(jì)算機(jī)繪制印制電路板圖的基本方法及設(shè)計(jì)原則;2.通過制作具體電路的印制電路板,掌握利用VP-108K電路板制作系統(tǒng)制作印刷電路板的工藝。二.工具器材安裝有PROTEL99SE的計(jì)算機(jī)一