印制电路板设计与制作

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,印刷电路板设计及制作,一、印制电路板基本知识,1.,什么是印制电路板及其发展过程,印制电路板,(Printed Circuit Board),又称印刷电路板，简称印制板。在敷铜板上印刷防腐蚀膜图，然后再腐蚀刻线，这种技术就像在纸上印刷那么简便，“印制电路板”因此得名。是电子产品的重要部件之一。,元件的固定在空间中立体进行,最原始的电路板,以一块板子为基础，用铆钉、接线柱做接点，用导线把接点依电路要求，在板的一面布线，另一面装元件。,单面敷铜板的发明，成为电路板设计与制作新时代的标志。,随着电子产品生产技术的发展，人们发明了双面电路板和多层电路板,2.印制电路板的功能及术语,印制电路在电子设备中具有如下功能：,提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑；,实现集成电路等各电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘；,为元件插装、检查、维修提供识别字符和图形。,有关印制板的一些基本术语如下：,在绝缘基材上，提供元器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路（它不包括印制元件）。,在绝缘基材上，按预定设计，制成印刷线路、印制元件或由两者结合而成的导电图形，称为印刷电路。,印制电路或者印制线路的成品板称为印制电路板或者印制线路板，亦称印制板。,3.印刷电路板的发展趋势,印制板从单面板发展到双面板、多层板和挠性板，并不断地向高精度、高密度和高可靠性方向发展。,对于双面板和多层板而言，印制板技术水平的标志是大批量生产的印制板在2.54mm（1英寸）标准网格交点上的两个焊盘之间，能布设导线的根数作为标志。（在两个焊盘之间布设一根导线，为低密度印制板，其导线宽度大于0.3mm。在两个焊盘之间布设两根导线，为中密度印制板，其导线宽度约0.2mm。在两个焊盘之间布设三根导线，为高密度印制板，其导线宽度为0.1 0.15mm。在两个焊盘之间布设四根导线，可算超高密度印制板。线宽为0.050.08mm。）对于多层板来说，还应以孔径大小，层数多少作为综合衡量标志。,4.印制电路板的类型,印制电路板分为刚性和挠性两种。,刚性电路板又分为平面和双面板，或者和柔性板结合组成多层印制电路。,5.,覆铜板的组成,基板：高分子合成树脂和增强材料组成的绝缘层压板。它们具有一定的机械性能，如耐浸焊性、抗弯强度等。,铜箔：必须有较高的导电率及良好的焊接性。金属纯度不低于,99.8%,，目前主要采用的厚度是,35,微米，厚度误差不大于,5,微米。,粘合剂：将铜箔粘合在基板上。,6.,印制电路的形成, 减成法,(,最普通采用方式,),蚀刻法,雕刻法, 加成法,二、PCB设计的流程,印制板设计，是根据设计人员的意图，将电路原理图转换成印制板图、选择材料和确定加工技术要求的过程。它包括：,选择印制板材质、确定整机结构；,考虑电气、机械、元器件的安装方式、位置和尺寸；,决定印制导线的宽度、间距和焊盘的直径、孔径；,设计印制插头或连接器的结构。,印制电路板设计通常有两种方式：一种人工设计，另一种是计算机辅助设计。无论采取哪种方式，都必须符合原理图的电气连接和产品电气性能、机械性能的要求，即应该保证元器件之间准确无误的连接，工作中无自身干扰；并要考虑印制板加工工艺和电子产品装配工艺的基本要求，要尽量做到元器件布局合理、装焊可靠、维修方便、整齐美观。,1、设计准备,进入印制板设计阶段时我们认为整机结构、电路原理、主要元器件及部分、印制电路板外形及分析、印制板对外连接等内容已基本确定。准备阶段要确认以下具体要求及参数：, 电路原理。了解电路工作原理和组成，各功能电路的相互关系及信号流向等内容，对电路工作时可能发热、可能产生干扰等情况心中有数。, 印刷板工作环境（是否密封，工作环境温度变化，是否有腐蚀性气体等）及工作机制（连续工作还是断续工作）。, 主要电路参数（最高工作电压、最大电流及工作频率等）。, 主要元器件和部件的型号、外形尺寸、封装。,2,、外形结构草图（对外连接图和尺寸图）,对外连接草图是根据整机结构和分板要求确定的。一般包括电源线、地线、板外元器件的引线，板与板之间连接线等，绘制草图时应大致确定其位置和排列顺序。,印制板外形尺寸受各种因素制约，一般在设计时已大致确定，从经济性和工艺性出发，优先考虑矩形。印制板的安装、固定也是必须考虑的内容。,3.,Protel,电路设计流程,绘制原理图,生成网络表,启动PCB编辑器,确定板面,导入网络表,手工调整布局,自动布线,手工调整布局及布线,检查,输出,三、,PCB,图设计中应当考虑的问题,1、设计布局原则,印制电路板设计就是把电子元器件在一定的制板面积上合理地布局排版。, 就近原则：,要考虑每个元器件的形状、尺寸、极性和引脚数目，以缩短连线为目的，调整它们位置及方向。, 信号流原则：,在多数情况下，信号的流向安排成从左到右（左输入、右输出）或从上到下（上输入、下输出）。与输入、输出端直接相连的元器件应当放在靠近输入、输出接插件或连接器的地方。避免输入输出，高低电平部分交叉。, 散热原则：,有利于发热元器件散热。, 布放顺序：,先大后小、先集成后分立、先主后次。以每个功能电路为核心元器件为中心，围绕它来进行布局。,2.设计布线,连接要正确（不允许交叉）,走线要简捷,粗细要适当,3.,印制导线走向与形状,印制导线的走向不能有急剧的拐弯和尖角，拐角不得小于,90,度，很小的内角在制板时难于腐蚀，而在过尖的外角处，铜箔容易剥离或翘起。,导线与焊盘的连接处的过渡也要圆滑，避免出现小尖角。,4.印制导线宽度,印制导线的宽度由该导线工作电流决定，通常导线宽度应尽可能宽一些，至少要宽到足以承受所期望的电流负荷。,印制板上或得到的导线宽度的精度取决于生产因素，例如生产底板的精度、生产工艺（印制法、加成或减成工艺的使用、镀覆法、蚀刻质量）和导线厚度的均匀性等。, 电源线及地线一般不要小于,0.5,mm(20mil,即可,),，手工制作不小于,1,mm,（,39.4mil,）,对于长度超过,100,mm,的导线，应适当减小线压降对电路的影响, 一般信号获取和处理电路可不考虑导线宽度，低密度板常为,10,mi,，,手工制作的板子应不小于,0.8,mm,（,31.5mil,）,5,导线间距,相信导线之间的间距必须足够宽，以满足电气安全的要求，而且为了便于操作和安装，间距应尽是尽量宽些。,最小间距应适合所施加的电压。这个电压包括正常工作电压和在正常操作或发生故障时偶尔产生的过电电压或峰值电压。,印制导线越短，间距越大，则绝缘电阻按比例增加。实验证明，导线之的距离在,1.5,mm,时，其绝缘电阻超过,10,M,，,工作电压可达到,300,V,以上；间距为,1,mm,时，允许电路,200,V,。,低压电路印制导线的间距通常采用,10,mil,。,5.,焊盘,焊盘尺寸,应尽可能大，以现有的生产能力，一般情况下孔焊盘大于,31.5,mil,则可，最小的导通孔焊盘可以为,25,mil,，,打孔孔径为,12,mil,。,焊盘形状,卧式安装元器件一般采用圆形焊盘；,立式安装元器件一般采用岛形焊盘；,表面贴元器件或用于区分引脚时常采用矩形焊盘；,6.,孔,板厚和孔径比最好应不大于,3,：,1,，大的比值会使生产困难，成本增加，当过孔只用做贯穿连接或内层连接时，孔径公差，特别是最小孔径公差一般是不重要的，所以不用规定，由于导通孔内不插元件，所以它的孔径可以比元件孔的孔径小。,当过孔作为元件孔时，过孔的最小孔径要适应元件或组装件的引脚尺寸，设计者要采用给出的标称孔径和最小孔径作为过孔的推荐值。过孔的最大孔径取决于镀层厚度和孔径的公差。推荐孔壁镀镀铜层的平均厚度不小于,25,m,（,0.001in,），,其小厚度为,15,m,（,0.0006in,）。,安装孔和定位孔按实际需要尺寸确定,7.电磁干扰及抑制,电路的布线不是把元件按电路原理简单连接起来就可, 电磁干扰的产生,平行线效应、天线效应、电磁感应, 电磁干扰的抑制, 容易受干扰的导线布设要点, 设置屏蔽地线, 设置滤波去耦电容,注：,由于电路的复杂性，有时也用到“飞线”,飞线的方法只能解决少量的信号交错问题，数量太多是不可取的。而且，硬要把所有线路都排在有限的两个面上，又要降低电磁感应、电阻效应、电容效应，使得布线设计的任务十分艰巨。线太细太密，不但加工困难、干扰大，而且烧断和发生断路故障。若保证了和线间距，电路板的面积就可能太大，不利于精密设备的小型化。这些问题的出现促使印刷电路板设计和制作工艺的发展。,六、典型的印制板制造工艺流程,单面印板的工艺流程：,下料丝网漏印腐蚀去除印料孔加工印标记涂助焊剂成品,多层印板的工艺流程：,内层材料处理定位孔加工表面清洁处理制内层走线及图形腐蚀层压前处理外内层材料层压孔加工孔金属化制外层图形镀耐腐蚀可焊金属去除感光胶涂助焊剂成品,双面板的工艺复杂情况介于两者之间。,七、印制电路板手工制作过程,PCB-1快速制板成套设备, 打印PCB图到转印纸上, 下料, 转印, 腐蚀, 钻孔, 表面涂覆,Protel制图环节的要求,1,要求设计一长为,90,mm,高,40,mm,的印制电路板，板上至少布焊盘（直径,80,mil,孔径,34,mil,）,150,个，焊盘用导线任意连接，导线宽度为,40,mil,。,2,绘制收音机原理图。,3,生成正确的网络表。,4,通过网络表生成,PCB,图。,手工制作PCB板设计要求,要求设计长为90mm,宽40mm的印制电路板,焊盘大小为D70mil，d=33mil,焊盘不少于100个,导线宽度为32mil,