3-2-印制電路板的設(shè)計制作方法

3.2印制電路板的設(shè)計制作方法3.2.1印制電路板的設(shè)計及要注意的問題3.2.2印刷電路板的制作方法現(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.1印制電路板的設(shè)計及要注意的問題印制電路板的設(shè)計是根據(jù)設(shè)計人員的意圖，將電路原理圖轉(zhuǎn)化成印制板圖，確定加工技術(shù)要求的過程。印制電路板設(shè)計通常有兩種方法：一種是全人工設(shè)計，另一種是計算機輔助設(shè)計。設(shè)計員采用Protel、Orcad、PowerPCB等專業(yè)PCB設(shè)計軟件進行設(shè)計。無論采取哪種方式，都必須符合電原理圖的電氣連接和電氣、機械性能要求，還要注意電路板的散熱設(shè)計、電磁兼容設(shè)計等問題?，F(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.1印制電路板的設(shè)計及要注意的問題（1）印制板的散熱設(shè)計印制板最好是直立安裝，板與板之間的距離一般不要小于2cm，而且元器件在印制板上的排列方式應(yīng)遵循如下原則：1）對于采用對流空氣冷卻方式的設(shè)備，最好是將集成電路(或其他元器件)按縱長方式排列，對于采用強制空氣冷卻(風扇冷卻)的設(shè)備，則應(yīng)按橫長方式排列。2）在同一塊印制板上安裝半導(dǎo)體器件時，應(yīng)將發(fā)熱量小或不耐熱的元器件(如小信號晶體管、小規(guī)模集成電路、電解電容等)放在氣流的入口處，將發(fā)熱量大或耐熱好的元器件放在氣流的出口處。

現(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.1印制電路板的設(shè)計及要注意的問題3）在水平方向上，大功率器件應(yīng)盡量靠近印制板邊沿布置，以便縮短傳熱途徑；在垂直方向上，大功率器件應(yīng)盡量靠近印制板上方布置，以便減小這些器件工作時對其他元器件的影響。4）溫度敏感器件最好安置在溫度最低的區(qū)域(如設(shè)備底部)，不要將它放在發(fā)熱元器件的正上方，多個器件最好是水平交錯布局。也可采用“熱屏蔽”方法達到保護作用。現(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.1印制電路板的設(shè)計及要注意的問題（2）印制板電磁兼容性設(shè)計電磁兼容性(EMC)是指電子系統(tǒng)及其元器件在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調(diào)、有效地進行工作的能力。EMC設(shè)計的目的是既能抑制各種外來的干擾，使電路和設(shè)備在規(guī)定的電磁環(huán)境中能正常工作，又能減少其本身對其他設(shè)備的電磁干擾。印制電路板電磁兼容設(shè)計具體體現(xiàn)在布線時，要注意以下問題：現(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.1印制電路板的設(shè)計及要注意的問題1）專用地線、電源線的走線寬度大于等于1mm。2）電源線和地線盡可能靠近，整塊印制板上的電源與地要呈“井”字形分布，以便使分布線電流達到均衡。3）要為模擬電路專門提供一根零伏線，以減少線間串擾。必要時可增加印制線條的間距。注意安插一些零伏線作為線間隔離。4）印制電路板的插頭也要多安排一些零伏線作為線間隔離，要特別注意電流流通中的導(dǎo)線環(huán)路尺寸，如有可能，在控制線(于印制板上)的入口處加接RC去耦電路，以便消除傳輸中可能出現(xiàn)的干擾因素。現(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.1印制電路板的設(shè)計及要注意的問題5）印制電路板上印制弧線的寬度不要突變，導(dǎo)線不要突然拐角(≥90°)。傳輸線拐角要采用45°角，以降低回損。6）時鐘引線、行驅(qū)動器或總線驅(qū)動器的信號線常常載有大的瞬變電流，其印制導(dǎo)線要盡可能短；而對于電源線和地線這類難以縮短長度的布線，則應(yīng)在印制板面積和線條密度允許的條件下盡可能加大布線的寬度。7）采用平行走線可以減少導(dǎo)線電感，但會使導(dǎo)線之間的互感和分布電容增加。8）為了抑制印制導(dǎo)線之間的串擾，在設(shè)計布線時應(yīng)盡量避免長距離的平行走線，盡可能拉開線與線之間的距離，信號線與地線及電源線盡可能不交叉。

現(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.1印制電路板的設(shè)計及要注意的問題（3）高頻數(shù)字電路PCB設(shè)計中的布局與布線為了避免高頻信號通過印制導(dǎo)線時產(chǎn)生的電磁輻射，在布線時，應(yīng)注意以下幾點：1）按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號方向盡可能保持一致，高頻數(shù)字信號線要用短線。2）以每個功能電路的核心組件為中心，圍繞它來進行布局，時鐘發(fā)生電路應(yīng)在板中心附近，主要信號線最好集中在PCB板中心。3）在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)?，F(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.1印制電路板的設(shè)計及要注意的問題4）電源線盡可能遠離高頻數(shù)字信號線或用地線隔開，電路的布局必須減少電流回路，電源的分布必須是低感應(yīng)的(多路設(shè)計)。5）數(shù)據(jù)總線的布線應(yīng)每兩根信號線之間夾一根信號地線，最好是緊挨著最不重要的地址引線放置地回路，因為后者常載有高頻電流。輸入、輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行。6）盡量減少印制導(dǎo)線的不連續(xù)性，例如導(dǎo)線寬度不要突變，導(dǎo)線的拐角大于90°，禁止環(huán)形走線等。這樣也有利于提高印制導(dǎo)線耐焊接熱的能力?，F(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.1印制電路板的設(shè)計及要注意的問題（4）PCB電磁兼容設(shè)計中的地線設(shè)計任何導(dǎo)線(包括地線)都有一定的阻抗。阻抗指的是交流狀態(tài)下導(dǎo)線對電流的阻抗，這個阻抗主要是由導(dǎo)線的電感引起的。當頻率較高時，導(dǎo)線的阻抗遠大于導(dǎo)線電阻。因此，地線的阻抗引起的地線上各點之間的電位差能夠造成電路的誤動作，導(dǎo)致電路工作異常。當兩個電路共用一段地線時，由于地線的阻抗，一個電路的地電位會受另一個電路工作電流的影響。這樣一個電路中的信號會耦合進另一個電路，這種耦合稱為公共阻抗耦合，如圖3-1所示?，F(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.1印制電路板的設(shè)計及要注意的問題圖3-1公共阻抗耦合現(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.1印制電路板的設(shè)計及要注意的問題減少公共地線阻抗的設(shè)計方法主要有大面積接地、設(shè)計接地母線、并聯(lián)單點接地、串聯(lián)單點接地等方式減少公共地線阻抗。1）大面積接地只要布局許可，印制板最好做成大平面接地方式。在雙層板上布地線時，如有可能，印制板的一面全部用銅箔做成接地平面，另一面作為信號布線。在多層板中專門用一層做地線?，F(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.1印制電路板的設(shè)計及要注意的問題大平面接地可以降低印制電路的對地阻抗，有效地抑制印制板信號線之間的干擾和噪聲。大平面接地起著電磁屏蔽和靜電屏蔽的作用，可減少外界對電路的高頻輻射干擾以及電路對外界的高頻輻射干擾。大平面接地還有良好的散熱效果，其大面積的銅箔猶如金屬散熱片，可迅速向外界散發(fā)印制電路板中的熱量。現(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.1印制電路板的設(shè)計及要注意的問題2）設(shè)計接地母線如果無法采用大平面接地，則應(yīng)在印制電路板的周圍設(shè)計接地母線，接地母線的兩端接到系統(tǒng)的公共接地點上。印制板上所有電路的地線都連接到離它最近的接地母線上，以降低地阻抗，如圖3-2所示。接地母線在數(shù)字系統(tǒng)和高頻電路中比較適用。接地母線應(yīng)盡可能寬，其寬度至少為2.5mm?，F(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.1印制電路板的設(shè)計及要注意的問題圖3-2設(shè)計接地母線示意圖現(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.1印制電路板的設(shè)計及要注意的問題3）并聯(lián)單點接地除設(shè)計接地母線外也可采用并聯(lián)單點接地如圖3-3(a)所示，它是把各電路的地線接在一點上。這種接地方式的優(yōu)點是不存在公共地線，各電路的接地點只與本電路的地電流和地阻抗有關(guān)。這種接地方式的缺點是接地的導(dǎo)線過多。4）串聯(lián)單點接地對于相互干擾較少的電路，可以采用串聯(lián)單點接地。例如，可以將電路按照強信號、弱信號、模擬信號、數(shù)字信號等分類，然后在同類電路內(nèi)部采用串聯(lián)單點接地，在不同類型的電路內(nèi)部采用并聯(lián)單點接地，如圖3-3(b)所示?，F(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.1印制電路板的設(shè)計及要注意的問題圖3-3單點接地方式示意圖現(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.2印刷電路板的制作方法印刷電路板的制作方法主要有：漆圖法、感光板法、熱轉(zhuǎn)印法、貼圖法、雕刻法、絲網(wǎng)印刷法等。由于實驗設(shè)備條件的不同，為滿足教學(xué)需要，本書只介紹前三種在實驗室常用的方法現(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.2印刷電路板的制作方法1.漆圖法制板漆圖法是以前常用的制板方法，由于最初使用調(diào)和漆作為描繪圖形的材料，所以稱為漆圖法。該方法實現(xiàn)條件簡單，但工藝復(fù)雜，制作電路精度有限，現(xiàn)在已使用不多，用漆圖法自制印制電路板的主要步驟如下：（1）下料：按版圖的實際設(shè)計尺寸剪裁覆銅板，去四周毛刺。（2）拓圖：用復(fù)寫紙將已設(shè)計好的印制電路板布線草圖拓在覆銅板的銅箔面上。印制導(dǎo)線用單線，焊盤用小圓點表示。拓制雙面板時，為保證兩面定位準確，板與草圖均應(yīng)有3個以上孔距的定位孔?，F(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.2印刷電路板的制作方法（3）打孔：拓圖后，對照板與草圖檢查焊盤與導(dǎo)線是否有遺漏，然后在板上定位打出焊盤孔。（4）調(diào)漆：在描圖之前應(yīng)先把所用的漆調(diào)配好。通?？梢杂孟×险{(diào)配調(diào)和漆，也可以將蟲膠漆片溶解在酒精中，并配入一些甲基紫（使顏色清晰）。要注意稀稠適宜，以免描不上或流淌，畫焊盤的漆應(yīng)比畫線用的稍稠一些。（5）描漆圖：按照拓好的圖形，用漆描好焊盤及導(dǎo)線。應(yīng)先描焊盤，要用比焊盤外徑稍細的硬導(dǎo)線或木棍蘸漆點畫，注意與鉆好的孔同心，大小盡量均勻。然后用鴨嘴筆與直尺描繪導(dǎo)線，直尺兩端應(yīng)墊起，雙面板應(yīng)把兩面的圖形同時描好?，F(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.2印刷電路板的制作方法（6）腐蝕：腐蝕前應(yīng)檢查圖形，修整線條焊盤。腐蝕液一般用三氯化鐵溶液，濃度在28%～42%，可以從化工商店購買三氯化鐵粉劑自己配制。將板全部浸入溶液后，沒有被漆膜覆蓋的銅箔就被腐蝕掉了。在冬天可以對溶液適當加溫以加快腐蝕，但為防止將漆膜泡掉，溫度不宜過高（不超過40℃左右）；也可以用軟毛排筆輕輕刷掃，但不要用力過猛，以免把漆膜刮掉。待完全腐蝕后，取出板子用水清洗。（7）去漆膜：用熱水浸泡板子，可以把漆膜剝掉，未擦凈處可用天那水等稀料清洗。現(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.2印刷電路板的制作方法（8）鉆孔：用臺鉆或手鉆鉆孔，鉆頭的大小要保證能插入器件的引腳又不能太大。（9）打磨：漆膜去凈后，用砂紙在板面上輕輕擦拭，去掉銅箔的氧化膜，使線條及焊盤露出銅的光亮本色。注意在擦拭時應(yīng)按某一固定方向，這樣可以使銅箔反光方向一致，看起來更加美觀。在漆膜去凈后，一些不整齊的地方、毛刺和粘連等就會清晰地暴露出來，這時還需要用鋒利的刻刀再進行修整。（10）涂助焊劑：把已配好的松香酒精溶液涂在洗凈晾干的印制電路板上作為助焊劑?，F(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.2印刷電路板的制作方法2.感光板法利用專用的感光板材料制作，工藝簡單，制作精度高。通常可以做到2mm的線條，但成本相對較高。需要的材料及設(shè)備主要有感光板、硫酸紙（半透明）或菲林膠片（透明）、顯影劑(要與感光板匹配，因為感光材料有正性、負性之分)、三氯化鐵、曝光機(臺燈也可以)等。（1）打?。菏紫葢?yīng)用Protel、CAD、PowerPCB等PCB設(shè)計軟件設(shè)計出PCB，根據(jù)需要，打印出需要的電路層，在Protel中通常打印BottomLayer、MultiLayer、KeepoutLayer等，打印在硫酸紙（半透明）或菲林膠片（透明）上就可以了?，F(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.2印刷電路板的制作方法圖3-4感光板打印效果圖現(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.2印刷電路板的制作方法（2）感光：將感光板上的保護膜揭開，記得要盡量在黑暗環(huán)境下，然后把板子揭開的一面和打印好的硫酸紙圖形對好。硫酸紙打印最黑的一面貼著板（否則圖形就會被印鏡像了），紙在板下面放在曝光機的玻璃上，壓緊如下圖，打開電源，根據(jù)曝光機的功率、感光板子的要求時間曝光（圖片中的曝光機用硫酸紙曝光新板子為8分鐘）。（臺燈和太陽光都是可以的。用臺燈曝光新生產(chǎn)的一般8分鐘，太陽光有強有弱不易掌握需要實驗）。感光板生產(chǎn)時間每超過半年，曝光時間增加一半?，F(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.2印刷電路板的制作方法圖3-5曝光過程現(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.2印刷電路板的制作方法（3）顯影：在曝光過程中可以配置顯影溶液了。顯影劑上一般都有說明，有1:20或1:40等，按比例加水就可以了，放在器皿中搖勻溶解。將曝光后的電路板，曝光面朝上，放進顯影液里，輕輕搖一下，通常兩三分鐘，有線條的地方都是綠色的線條，無線條的地方露出純銅色，就可以了。拿出來用清水洗一下，通常一份溶液可以顯影多塊板，一天內(nèi)是不會失效的，覺得濃度低了再添加顯影劑就可以了?，F(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.2印刷電路板的制作方法圖3-6顯影效果圖現(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.2印刷電路板的制作方法（4）修補：檢查一下，如果有曝光顯影不好的地方，線條掉了或某一兩條線顏色太淡，用油性筆描一描。（5）腐蝕：腐蝕液一般用三氯化鐵溶液，濃度在28%～42%。將板全部浸入溶液后，沒有被漆膜覆蓋的銅箔就被腐蝕掉了。在冬天可以對溶液適當加溫以加快腐蝕，但為防止將漆膜泡掉，溫度不宜過高（不超過60℃左右），腐蝕后，取出板子用水清洗即可。（6）去綠膜：用酒精清洗板子上的綠膜。現(xiàn)代電子技術(shù)工程設(shè)計與實踐3.2.2印刷電路板的制作方法（7）鉆孔：用臺鉆或手鉆鉆孔，鉆頭的大小要保證能插入器件的引腳又不能太大，對芯片引腳孔一定要保證對齊，否則芯片可能無法插入。（8）打磨：漆膜去凈后，用砂紙在板面上輕輕擦拭，去掉銅箔的氧化膜，使線條