电子工艺实习03印制电路板的设计与制作.ppt

第3章 印制电路板的设计与制作,返回总目录,印制电路板的设计资料 印制电路板的设计 印制电路板的制作 本章小结,本章内容,印制电路板(Printed Circuit Board,PCB，简称印制板或线路板)，是由绝缘基板、连接导线和装配焊接电子元器件的焊盘组成的，具有导线和绝缘底板的双重作用。它可以实现电路中各个元器件的电气连接，代替复杂的布线，减少传统方式下的工作量，简化电子产品的装配、焊接、调试工作；缩小整机体积，降低产品成本，提高电子设备的质量和可靠性；印制电路板具有良好的产品一致性，它可以采用标准化设计，有利于在生产过程中实现机械化和自动化；使整块经过装配调试的印制电路板作为一个备件，便于整机产品的互换与维修。由于具有以上优点，印制电路板已经极其广泛地应用在电子产品的生产制造中。印制电路板是实现电子整机产品功能的主要部件之一，其设计是整机工艺设计中的重要一环。印制电路板的设计质量，不仅关系到电路在装配、焊接、调试过程中的操作是否方便，而且直接影响整机的技术指标和使用、维修性能。印制电路板的成功之作，不仅应该保证元器件之间准确无误的连接，工作中无自身干扰，还要尽量做到元器件布局合理、装焊可靠、维修方便、整齐美观。一般说来，印制电路板的设计不像电路原理设计那样需要严谨的理论和精确的计算，布局排版并没有统一的固定模式。对于同一张电路原理图，因为思路不同、习惯不一、技巧各异，不同的设计者会有不同的设计方案。,随着电子产品的发展，尤其是电子计算机的出现，对印制板技术提出了高密度、高可靠、高精度、多层化的要求，到20世纪90年代，国外已能生产出超高密度(在间隔为2.54 mm的两焊盘之间，布线达4条以上，每根导线宽度为0.05 mm0.08 mm)，而印制板的生产水平达到42层。随着电子产品向小型化、轻量化、薄型化、多功能和高可靠性的方向发展，对印制电路板的设计提出了越来越高的要求。从过去的单面板发展到双面板、多层板、挠性板，其精度、布线密度和可靠性不断提高。不断发展的印制电路板制作技术使电子产品设计、装配走向了标准化、规模化、机械化和自动化的时代。掌握印制电路板的基本设计方法和制作工艺，了解其生产过程是学习电子工艺技术的基本要求。,3.1 印制电路板的设计资料,一、印制电路板的类型和特点,印制电路板按其结构可分为以下5种。1.单面印制电路板 单面印制板是在厚度为0.2 mm5.0 mm的绝缘基板上一面覆有铜箔，另一面没有覆铜，通过印制和腐蚀的方法，在铜箔上形成印制电路，无覆铜一面放置元器件，因其只能在单面布线，所以设计难度较双面印制电路板和多层印制电路板的设计难度大。它适用于一般要求的电子设备，如收音机、电视机等。2.双面印制电路板 在绝缘基板(0.2 mm5.0 mm)的两面均覆有铜箔，可在两面制成印制电路，它两面都可以布线，需要用金属化孔连通。它适用于一般要求的电子设备，如电子计算机、电子仪器、仪表等。由于双面印制电路的布线密度较高，所以能减小设备的体积。3.多层印制电路板 在绝缘基板上制成三层以上印制电路的印制板称为多层印制电路板。它是由几层较薄的单面板或双层面板粘合而成，其厚度一般为1.2 mm2.5 mm。目前应用较多的多层印制电路板为46层板。为了把夹在绝缘基板中间的电路,引出，多层印制板上安装元件的孔需要金属化，即在小孔内表面涂敷金属层，使之与夹在绝缘基板中间的印制电路接通。它的特点是；(1)与集成电路块配合使用，可以减小产品的体积与重量；(2)可以增设屏蔽层，以提高电路的电气性能；(3)电路连线方便，布线密度高，提高了板面的利用率。4.软印制板 软印制板也称挠性印制板，基材是软的层状塑料或其他质软膜性材料，如聚脂或聚亚胺的绝缘材料，其厚度为0.25 mm1 mm。此类印制板除了质量轻、体积小、可靠性高以外，最突出的特点是具有挠性，能折叠、弯曲、卷绕。它也有单层、双层及多层之分，被广泛用于计算机、笔记本电脑、照相机、摄像机、通信、仪表等电子设备上。5.平面印制电路板 印制电路板的印制导线嵌入绝缘基板，与基板表面平齐。一般情况下在印制导线上都电镀一层耐磨金属层，通常用于转换开关、电子计算机的键盘等。,3.1 印制电路板的设计资料,3.1 印制电路板的设计资料,二、印制电路板板材,1.覆铜箔板的构成 印制板是在覆铜箔板上腐蚀制作出来的。覆铜箔板就是把一定厚度的铜箔通过粘接剂经过热压，贴附在一定厚度的绝缘基板上。基板不同，厚度不同，粘接剂不同，生产出的覆铜箔板性能不同。覆铜箔板的基板是由高分子合成树脂和增强材料的绝缘层压板。合成树脂的种类较多，常用的有酚醛树脂、环氧树脂、聚四氟乙烯等。这些树脂材料的性能，决定了基板的物理性质、介电损耗、表面电阻率等。增强材料一般有纸质和布质两种，它决定了基板的机械性能，如浸焊性、抗弯强度等。铜箔是覆铜板的关键材料，必须有较高的导电率和良好的可焊性。铜箔质量直接影响到铜板的质量，要求铜箔不得有划痕、沙眼和皱折。其铜纯度不低于99.8%，厚度均匀误差不大于5。铜箔厚度选用标准系列为18、25、35、50、70、105。目前较普遍采用的是35和50厚的铜箔。2.常用覆铜箔板的种类 根据覆铜箔板材料的不同可分为4种。1)酚醛纸质层压板(又称纸铜箔板)它是由纸浸以酚醛树脂，在一面或两面敷以电解铜箔，经热压而成。这,3.1 印制电路板的设计资料,种板的缺点是机械强度低、易吸水及耐高温较差，但价格便宜。一般用于低频和一般民用产品中，如收音机等。2)环氧玻璃布层压板 它是以环氧树脂浸渍无碱玻璃丝布为材料，经热压制成板并在其单面或双面敷上铜箔做成的。这种板工作频率可达100 MHz，耐热性、耐湿性、耐药性、机械强度都比较好。常用的有两种，一种是胺类作固化剂，环氧树脂浸渍，板质透明度较好，机械加工性能、耐浸焊性都比较好。另一种是用环氧酚醛树脂浸渍，拉弯强度和工作频率较高。3)聚四氟乙烯板 它是用聚四氟乙烯树脂烧结压制成的板材。工作频率可高于100 MHz，有良好的高频特性、耐热性、耐湿性，但价格比较贵。4)三氯氰胺树脂板 该板有良好的抗热性和电性能，基板介质损耗小，耐浸焊性和抗剥强度高，是一种高性能的板材。适合于特殊电子仪器和军工产品的印制电路板。3.覆铜箔板的选用 覆铜箔板的选用，主要是根据产品的技术要求、工作环境和工作频率，同时兼顾经济性来决定的。其基本原则大体如下。,3.1 印制电路板的设计资料,1)根据产品的技术要求 就是产品的工作电压的高低，决定了印制板的绝缘强度。机械强度的要求是由板材的材质和厚度决定的。不同的材质其性能差异较大。设计者选用覆铜板时在对产品技术分析的基础上，合理选用。一味选用挡次较高的材质，不但不经济，也是一种资源的浪费。如产品工作电压高，选用绝缘性能较好的环氧玻璃布层压板就可满足要求。一般军工产品、矿用产品就属这一类。一般民用产品如收音机、录音机、VCD等工作电压低，绝缘要求一般，可选用酚醛纸质层压板。2)根据产品的工作环境要求选用 在特种环境条件下工作的电子产品，如高温、高湿、高寒条件下的产品，整机要求防潮处理等，这类产品的印制板就要选用环氧玻璃布层压板，或更高挡次的板材，如宇航、遥控遥测、舰用设备、武器设备等。3)根据产品的工作频率选用 电子线路的工作频率不同，印制板的介质损耗也不同。工作在30 MHz100 MHz的设备，可选用环氧玻璃布层压板。工作在100 MHz以上的电路，各种电气性能要求相对较高，可选用聚四氟乙烯铜箔板。,3.1 印制电路板的设计资料,4)根据整机给定的结构尺寸选用 产品进入印制板设计阶段，整机的结构尺寸已基本确定，安装及固定形式也应给定。设计人员明确了印制板的结构形状是矩形、还是圆形或不规则几何图形。板面尺寸的大小等一系列问题要综合全面考虑。印制板的标称厚度有0.2 mm、0.3 mm、0.5 mm、0.8 mm、1.5 mm、1.6 mm、2.4 mm、3.2 mm、6.4 mm等多种。如印制板尺寸较大，有大体积的电解电容、较重的变压器、高压包等器件装入，板材要选用厚一些的，以加强机械强度，以免翘曲。如果电路板是立式插入，且尺寸不大，又无太重的器件，板子可选薄些。如印制板对外通过插座连接时，必须注意插座槽的间隙一般为1.5 mm，若板材过厚则插不进去，过薄则容易造成接触不良。电路板厚度的确定还和面积及形状有直接关系，选择不当，产品进行例行实验时，在冲击、振动和运输试验时，印制板容易损坏，整机性能的质量难以保证。5)根据性能价格比选用 设计挡次较高产品的印制板时，一般对覆铜板的价格考虑较少，或可不予考虑。因为产品的技术指标要求很高，产品价格十分昂贵，经济效益是不言而喻的。对一般民用产品在设计时，在确保产品质量的前提下，尽量采用价格较低的材料。如袖珍收音机的线路板尺寸小，整机工作环境好，市场价格低廉，,3.1 印制电路板的设计资料,选用酚醛纸质板就可以了，没有必要选用环氧玻璃布层压板一类的板材。一般这类产品的经济效益极低，利润是靠批量、靠改进工艺材料挤出来的。再如微型电子计算机等产品，产品印制板器件密度大，印制线条窄，印制板成本占整机成本的比例小，印制板的选用应以保证技术指标为主，由于产品效益可观，设计时没有必要一定选用低价位的覆铜板。总之，印制板的选材是一个很重要的工作，选材恰当，既能保证整机质量，又不浪费成本，选材不当，要么白白增加成本，要么牺牲整机性能，因小失大，造成更大的浪费。特别在设计批量很大的印制板时，性能价格比是一个很实际而又很重要的问题。,三、印制板对外连接方式的选择,印制电路板只是整机的一个组成部分，必然在印制电路板之间、印制电路板与板外元器件、印制电路板与设备面板之间，都需要电气连接。当然，这些连接引线的总数要尽量少，并根据整机结构选择连接方式，总的原则应该使连接可靠，安装、调试、维修方便，成本低廉。,3.1 印制电路板的设计资料,1.导线连接 这是一种操作简单，价格低廉且可靠性较高的连接方式，不需要任何接插件，只要用导线将印制板上的对外连接点与板外的元器件或其他部件直接焊牢即可。例如收音机中的喇叭、电池盒等。这种方式的优点是成本低，可靠性高，可以避免因接触不良而造成的故障，缺点是维修不够方便。这种方式一般适用于对外引线较少的场合，如收录机、电视机、小型仪器等。采用导线焊接方式应该注意如下几点。(1)线路板的对外焊点尽可能引到整板的边缘，并按照统一尺寸排列，以利于焊接与维修，如图3.1所示。(2)为提高导线连接的机械强度，避免因导线受到拉扯将焊盘或印制线条拽掉，应该在印制板上焊点的附近钻孔，让导线从线路板的焊接面穿过通孔，在从元件面插入焊盘孔进行焊接，如图3.2所示。(3)将导线排列或捆扎整齐，通过线卡或其他紧固件将线与板固定，避免导线因移动而折断，如图3.3所示。,3.1 印制电路板的设计资料,图3.1 焊接式对外引线,图3.2 线路板对外引线焊接方式,图3.3 引线与线路板固定,3.1 印制电路板的设计资料,2.插接件连接 在比较复杂的电子仪器设备中，为了安装调试方便，经常采用接插件连接方式。如计算机扩展槽与功能板的连接等。在一台大型设备中，常常有十几块甚至几十块印制电路板。当整机发生故障时，维修人员不必检查到元器件级(即检查导致故障的原因，追根溯源直至具体的元器件。这项工作需要一定的检验并花费相当多的时间)，只要判断是哪一块板不正常即可立即对其进行更换，以便在最短的时间内排除故障，缩短停机时间，这对于提高设备的利用率十分有效。典型的有印制板插座和常用插接件，有很多种插接件可以用于印制电路板的对外连接。如插针式接插件、带状电缆接插件已经得到广泛应用，如图3.4所示。这种连接方式的优点是可保证批量产品的质量，调试、维修方便。缺点是因为接触点多，所以可靠性比较差。,图3.4 常见的插接件,3.2 印制电路板的设计,印制电路板的设计是根据设计人员的意图，将电原理图转化成印制板图，确定加工技术要求的过程。印制电路板设计通常有两种方法：一种是人工设计；另一种是计算机辅助设计。无论采取哪种方式，都必须符合电原理图的电气连接和电气、机械性能要求。,一、印制电路板的排版布局,印制电路板设计的主要内容是排版设计。把电子元器件在一定的制板面积上合理地布局排版，是设计印制板的第一步。排版设计，不单纯是按照电路原理把元器件通过印制线条简单地连接起来。为使整机能够稳定可靠地工作，要对元器件及其连接在印制板上进行合理的排版布局。如果排版布局不合理，就有可能出现各种干扰，以致合理的原理方案不能实现，或使整机技术指标下降。这里介绍印制板整体布局的几个一般原则。1.印制板的抗干扰设计原则 干扰现象在整机调试和工作中经常出现，产生的原因是多方面的，除外界因素造成干扰外，印制板布局布线不合理，元器件安装位置不当，屏蔽设计不完备等都可能造成干扰。,3.2 印制电路板的设计,1)地线布置与干扰 原理图中的地线表示零电位。在整个印制板电路中的各接地点相对电位差也应是零。印制板电路上各接地点，并不能保证电位差绝对是零。在较大的印制板上，地线处理不好，不同的地点有百分之几伏的电位差是完全可能的，这极小的电位差信号，经放大电路放大，可能形成影响整机电路正常工作的干扰信号。我们身边的许多电子产品都是由多种多级放大器，振荡器等单元电路构成的。图3.5所示是一般收音机的框图，图中的O点是真正的地点，A、B、C、D各点是各级电路的接地点。假设设计它的印制板地线时，OA、AB、BC、CD各段均采用长10 mm、宽1.5 mm、铜箔厚度0.05 mm的印制导线，则各段导线电阻 R=0.026，这是一个极小的电阻。但地线如按照框图类似设置，后果是干扰严重，甚至不能工作。假定该收音机的高端高频信号为30 MHz，AO间的感抗高达16，如此大的电感将大大减少AO间的电流，造成高频干扰。还有465 kHz的中频干扰依次叠加在CB、BA、AO等段的地线上，致使低放、功放都不能正常工作。这是地线不合理设计的例子。为克服地线干扰，应尽量避免不同回路电流同时流经某一段共用地线，特别是高频和大电流回路中。印制板上的各单元电路的地点应集中一点，,3.2 印制电路板的设计,称之为一点接地。这样可避免交流信号的乱窜。解决的方法是并联分路接地和大面积覆盖式接地。,图3.5 收音机框图,为克服地线干扰，应尽量避免不同回路电流同时流经某一段共用地线，特别是高频和大电流回路中。印制板上的各单元电路的地点应集中一点，称之为一点接地。这样可避免交流信号的乱窜。解决的方法是并联分路接地和大面积覆盖式接地。(1)并联分路式接地。在印制板设计时，各单元电路分别通过各自的地线与总地点相连。总地点是O电位处，形成汇流之势。这样可减少分支电流的交叉乱流，避免了不,3.2 印制电路板的设计,应有的电信号在地线上的叠加形成的地线干扰。(2)大面积覆盖接地。在高频电路印制板的设计中，尽量扩大印制板上地线的面积，可以有效地减少地线产生的感抗，有效地削弱地线产生的高频信号的感应干扰信号。地线面积越大，对电磁场的屏蔽功能越好。2)电磁场干扰与抑制 印制板的采用使元器件的安装变得紧凑有序，连线密集是其优点之一。布局不规范，走线不合理也会造成元器件之间、线条之间的寄生电容和寄生电感。同时也很容易接收和产生电磁波的干扰。如何克服和避免这些问题，在印制板设计时应予以考虑。(1)元器件间的电磁干扰。电子器件中的扬声器、电磁铁、继电器线包、永磁式仪表等含有永磁场和恒定磁场或脉动磁场。变压器、继电器会产生交变磁场。这些器件工作时不仅对周围器件产生电磁干扰，对印制板的导线也会产生影响。在印制板设计时可视不同情况区别对待。有的可加大空间距离，远离强磁场减少干扰；有的可调整器件间的相互位置改变磁力线的方向；有的可对干扰源进行磁屏蔽；增加地线、加装屏蔽罩等措施都是行之有效的。,3.2 印制电路板的设计,(2)印制板导线间的电磁辐射干扰。平行印制导线与空间平行导线一样，它们之间可以等视为相互耦合的电容和电感器件。其中一根导线有电流通过时，其他导线也会产生感应信号，感应信号的大小与原信号的大小及频率有关，与线间距离有关。原信号为干扰源，干扰对弱信号的影响极大，在印制板布线时，弱信号的导线应尽可能的短，避免与其他强信号线的平行走向和靠近。不同回路的信号线避免平行走向。双面板正反两面的线条应垂直。有时信号线密集，很难避免与强信号线平行走向，为抑制干扰，弱信号线采用屏蔽线，屏蔽层要良好接地。3)热干扰及其抑制 电子产品，特别是长期连续工作的产品，热干扰是不可避免的问题。电子设备如示波器、大功率电源、发射机、计算机、交换机等都配有排风降温设备，对其环境温度要求较严格，要求温度和湿度有一定的范围。这是为了保护机器中的温度敏感器件能正常工作。在印制板的设计中，印制板上的温度敏感性器件如锗材料的半导体器件要给以特殊考虑，避免温升造成工作点的漂移影响机器的正常工作。对热源器件如大功率管，大功率电阻，设置在通风好易散热的位置。散热器的选用留有余地，热敏感器件远离发热器件等。印制板设计师应对整机结构中的热传导、热辐射及散热设施的布局及走向都要进行考虑，使印制板设计与整机构思相吻合。,3.2 印制电路板的设计,2.按照信号流走向的布局原则 对整机电路的布局原则是：把整个电路按照功能划分成若干个电路单元，按照电信号的流向，逐个依次安排各个功能电路单元在板上的位置，使布局便于信号流通，并使信号流尽可能保持一致的方向。在多数情况下，信号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。以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。例如：一般是以三极管或集成电路等半导体器件作为核心元件，根据它们各电极的位置，布设其他元器件。3.操作性能对元件位置的要求(1)对于电位器、可变电容器或可调电感线圈等调节元件的布局，要考虑整机结构的安排。如果是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应，如果是机内调节，则应放在印制板上能够方便地调节的地方。(2)为了保证调试、维修的安全，特别要注意带高电压的元器件尽量布置在操作时人手不易触及的地方。,3.2 印制电路板的设计,4.增加机械强度的考虑(1)要注意整个电路板的重心平衡与稳定。对于那些又大又重、发热量较多的元器件(如电源变压器、大电解电容器和带散热片的大功率晶体管等)，一般不要直接安装固定在印制电路板上。应当把它们固定在机箱底板上，使整机的重心靠下，容易稳定。否则，这些大型元器件不仅要大量占据印制板上的有效面积和空间，而且在固定它们时，往往可能使印制板弯曲变形，导致其他元器件受到机械损伤，还会引起对外连接的接插件接触不良。重量在15g以上的大型元器件，如果必须安装在电路板上，不能只靠焊盘焊接固定，应当采用支架或卡子等辅助固定措施。(2)当印制电路板的板面尺寸大于200 mm150 mm时，考虑到电路板所承受重力和振动产生的机械应力，应该采用机械边框对它加固以免变形。在板上留出固定支架、定位螺钉和连接插座所用的位置。,二、一般元器件的安装与布局,1.安装固定方式 一般元器件在印制板上的安装固定方式有卧式和立式两种，如图3.6所示。,3.2 印制电路板的设计,图3.6 一般元器件的安装固定方式,1)立式安装 元器件占用面积小，适用于要求元件排列紧凑的印制板。立式安装的优点是节省印制板的面积；缺点是易倒伏，易造成元器件间的碰撞，抗振能力差，而降低整机的可靠性。2)卧式安装 和立式安装相比，具有机械稳定性好、版面排列整齐、抗振性好、安装维修方便及利于布设印制导线等优点。缺点是占用印制板的面积较立式安装的多。2.元器件的排列格式 元器件的排列格式分为不规则和规则两种，如图3.7所示。这两种方式在印制板上可单独使用，也可同时使用。,3.2 印制电路板的设计,图3.7 元器件的排列格式,1)不规则排列 特别适合于高频电路。元器件的轴线方向彼此不一致，排列顺序也没有规律。这使得印制导线的布设十分方便，可以缩短、减少元器件的连线，大大降低版面印制导线的总长度。对改善电路板的分布参数、抑制干扰很有好处。2)规则排列 元器件的轴线方向排列一致，版面美观整齐，装配、焊接、调试、维修方便，被多数非高频电路所采用。,3.2 印制电路板的设计,3.一般元器件的布局原则 在印制板的排版设计中，元器件布设是至关重要的，它决定了板面的整齐美观程度和印制导线的长短与数量，对整机的可靠性也有一定的影响。布设元器件应该遵循如下几条原则。(1)元器件在整个版面布局排列应均匀、整齐、美观。(2)板面布局要合理，周边应留有空间，以方便安装。位于印制电路板边上的元器件，距离印制板的边缘应该至少大于2 mm。(3)一般元器件应该布设在印制板的一面，并且每个元器件的引出脚要单独占用一个焊盘。(4)元器件的布设不能上下交叉。相邻的两个元器件之间，要保持一定间距。间距不得过小，避免相互碰接。如果相邻元器件的电位差较高，则应当保持安全距离。(5)元器件的安装高度要尽量低，以提高其稳定性和抗振性。(6)根据印制板在整机中的安装位置及状态确定元器件的轴线方向，以提高元件在电路板上的稳定性。(7)元件两端焊盘的跨距应稍大于元件体的轴向尺寸，管脚引线不要从根部弯折，应留有一定距离(至少2 mm)，以免损坏元件。(8)对称电路应注意元件的对称性，尽可能使其分布参数一致。,4.布线设计 印制导线的宽度主要由铜箔与绝缘基板之间的粘附强度和流过导体的电流强度来决定。1)印制导线的宽度 一般情况下，印制导线应尽可能宽一些，这有利于承受电流和方便制造。表3-1为0.05mm厚的导线宽度与允许的载流量、电阻的关系。,3.2 印制电路板的设计,表3-1 印制导线设计参考数据,在决定印制导线宽度时，除需要考虑载流量外，还应注意它在电路板上的剥离强度以及与连接焊盘的协调性，线宽b=(1/32/3)D，D为焊盘的直径。一般的导线宽度可在 0.3 mm2.0 mm之间，建议优先采用0.5 mm、1.0 mm、1.5 mm和2.0 mm，其中0.5 mm主要用于小型设备。,3.2 印制电路板的设计,印制导线具有电阻，通过电流时将产生热量和电压降。印制导线的电阻在一般情况下不予考虑，但当作为公共地线时，为避免地线电位差而引起寄生要适当考虑。印制电路的电源线和接地线的载流量较大，因此，设计时要适当加宽，一般取1.5 mm2.0 mm。当要求印制导线的电阻和电感小时，可采用较宽的信号线；当要求分布电容小时，可采用较窄的信号线。2)印制导线的间距 一般情况下，建议导线间距等于导线宽度，但不小于l mm，否则浸焊就有困难。对小型设备，最小导线间距不小于0.4 mm。导线间距与焊接工艺有关，采用浸焊或波峰焊时，间距要大一些，手工焊间距可小一些。在高压电路中，相邻导线间存在着高电位梯度，必须考虑其影响。印制导线间的击穿将导致基板表面炭化、腐蚀或破裂。在高频电路中，导线间距离将影响分布电容的大小，从而影响着电路的损耗和稳定性。因此导线间距的选择要根据基板材料、工作环境、分布电容大小等因素来确定。最小导线间距还同印制板的加工方法有关，选择时要综合考虑。,3.2 印制电路板的设计,3)布线原则 印制导线的形状除要考虑机械因素、电气因素外，还要考虑美观大方，所以在设计印制导线的图形时，应遵循以下原则。(1)同一印制板的导线宽度(除电源线和地线外)最好一致。(2)印制导线应走向平直，不应有急剧的弯曲和出现尖角，所有弯曲与过渡部分均用圆弧连接。(3)印制导线应尽可能避免有分支，如必须有分支，分支处应圆滑。(4)印制导线应避免长距离平行，对双面布设的印制线不能平行，应交叉布设。(5)如果印制板面需要有大面积的铜箔，例如电路中的接地部分，则整个区域应镂空成栅状，这样在浸焊时能迅速加热，并保证涂锡均匀。此外还能防止板受热变形，防止铜箔翘起和剥落。(6)当导线宽度超过3 mm时，最好在导线中间开槽成两根并联线。(7)印制导线由于自身可能承受附加的机械应力，以及局部高电压引起的放电现象，因此，尽可能避免出现尖角或锐角拐弯，一般优先选用和避免采用印制导线形状，如图3.8所示。,3.2 印制电路板的设计,图3.8 印制导线的形状,5.焊盘与过孔设计 元器件在印制板上的固定，是靠引线焊接在焊盘上实现的。过孔的作用是连接不同层面的电气连线。1)焊盘的尺寸 焊盘的尺寸与引线孔、最小孔环宽度等因素有关。为保证焊盘与基板连接的可靠性，应尽量增大焊盘的尺寸，但同时还要考虑布线密度。引线孔钻在焊盘的中心，孔径应比所焊接元件引线的直径略大一些。元器件引线孔的直径优先采用0.5 mm、0.8 mm和1.2 mm等尺寸。焊盘圆环宽度在,3.2 印制电路板的设计,0.5 mm1.0 mm的范围内选用。一般对于双列直插式集成电路的焊盘直径尺寸为1.5 mm1.6 mm，相邻的焊盘之间可穿过0.3 mm0.4 mm宽的印制导线。一般焊盘的环宽不小于0.3 mm，焊盘直径不小于1.3 mm。实际焊盘的大小选用表3-2推荐的参数。,表3-2 引线孔径与相应焊盘,2)焊盘的形状 根据不同的要求选择不同形状的焊盘。常见的焊盘形状有圆形、方型、椭圆型、岛型和异型等，如图3.9所示。,图3.9 常见焊盘形状,3.2 印制电路板的设计,圆形焊盘：外径一般为23倍孔径，孔径大于引线0.2 mm0.3 mm。岛型焊盘：焊盘与焊盘间的连线合为一体，尤如水上小岛，故称岛型焊盘。常用于元器件的不规则排列中，其有利于元器件密集固定，并可大量减少印制导线的长度和数量。所以，多用在高频电路中。其他形式的焊盘都是为了使印制导线从相邻焊盘间经过而将圆形焊盘变形所制，使用时要根据实际情况灵活运用。3)过孔的选择 孔径尽量小到0.2 mm以下为好，这样可以提高金属化过孔两面焊盘的连接质量。,三、印制板草图设计,印制板草图就是绘制在坐标图纸上的印制板图，一般用铅笔绘制，便于绘制过程中随时调整和涂改。它是黑白图的依据，是产品设计中的正规资料。草图要求将印制板的外型尺寸、安装结构、焊盘焊孔位置、导线走向均按一定比例绘制出来。黑白图是将设计好的草图过渡到铜板纸上绘制而成。,1.草图的具体绘制步骤(1)按设计尺寸取方格纸或坐标纸。(2)画出板面轮廓尺寸，留出板面各工艺孔空间，而且还留出图纸技术要求说明空间。(3)用铅笔画出元器件外形轮廓，小型元件可不画轮廓，但要做到心中有数。(4)标出焊盘位置，勾勒印制导线。(5)复核无误后，擦掉外形轮廓，用绘图笔重描焊点和印制导线。(6)标明焊盘尺寸、线宽，注明印制板技术要求。图3.10是设计草图绘制过程。,3.2 印制电路板的设计,图3.10 草图绘制过程,3.2 印制电路板的设计,2.双面板草图的设计与绘制 双面板图的绘制与单面板图差异不大，绘制时一定要标注清楚元器件面，以便印制图形符号及产品标记。导线焊盘分布在正反两面。在绘制时应注意以下几点。(1)元器件布在一面，主要印制导线布在另一面，两面印制导线尽量避免平行布设，力求相互垂直，以减少干扰。(2)两面印制导线最好分布在两面，如在一面绘制，则用双色区别，并注明对应层的颜色。(3)两面焊盘严格对应，可通过针扎孔来将一面焊盘中心引到另一面。(4)在绘制元件面导线时，注意避让元件外壳、屏蔽罩等。3.印制电路板的计算机辅助设计详见第6章。,3.3 印制电路板的制作,电子技术的进步带动了电子工艺的发展，大规模集成电路、微电子技术的日趋成熟，并得到广泛应用。这些对印制板的制造工艺和精度也不断提出新的要求。印制的品种从单面板、双面板发展到多层板、挠性板。印制板的线条也越来越细，密度越来越高。制造厂家的工艺和设备也不断提高和改进。目前不少厂家都能制造在0.2 mm0.3 mm以下的高密度印制板。但印制板应用最广、批量最大的目前还是单、双面板，这里重点介绍单双面的制造工艺。,一、印制板制造的基本工序,印制板的制造工艺发展很快，新设备、新工艺相继出现，不同的印制板工艺也有所不同，但不管设备如何更新，产品如何换代，生产流程中的基本工艺环节是相同的。黑白图的绘制与校验、照相制板、图形转移、板腐蚀、孔金属化、金属涂敷及喷涂助焊剂、阻焊剂等环节都是必不可少的。1.底图的绘制与校验 底图亦称黑白图，它是照相制板的依据。黑白图的校验按原理图等各种要求进行，必须满足如下要求。(1)尺寸准确，比例在11，21，41中选用。(2)焊盘、线条、插头、元器件安装尺寸，安排合理，符合标准。(3)版面清洁，焊盘、导线应光滑，不应有毛刺，符合绝缘性能及安全标准。,2.照相制板 照相制板就是用照相机从底图上摄取生产使用的掩膜板。目前印制板生产的照相大都采用分色照相。其过程是：用准备好的底图照相，板面尺寸通过调整相机焦距，直到准确达到印制板的尺寸。其过程与我们普通照相过程大体相同，经过软片剪裁曝光显影定影水洗干燥修版，即可做成。照相底片的好坏主要决定于底图黑白反差的程度和尺寸的精确度。制作双面板的像板应保证正反面两次照相的焦距一致，才能达到两面图形的吻合。3.图形转移 图形转移就是把相片上的印制电路图形转移到覆铜板上，从而在铜箔表面形成耐酸性的保护层。具体有如下几种方法。1)丝网漏印法 这里不作介绍。2)直接感光法 包括覆铜板表面处理、上胶、曝光、显影、固膜和修版的顺序过程。这里指出的上胶过程中指的覆铜板表面均匀涂上的一层感光胶。曝光的目的使光线透过的地方感光胶发生化学反应，而显影的结果使未感光胶溶解、脱落，留下感光部分。固膜是为了使感光胶牢固地粘连在印制板上并烘干。,3.3 印制电路板的制作,3)光敏干膜法 它与直接感光法的主要区别是来自感光材料。它的感光材料是一种薄膜类物质，由聚酯薄膜、感光胶膜、聚乙烯薄膜三层材料组成，感光胶膜夹在中间。贴膜前，将聚乙烯保护膜揭掉，使感光胶膜贴于覆铜板上，曝光后，将聚酯薄膜揭掉后再进行显影，其余过程与直接感光法类同。4.腐蚀 腐蚀也称蚀刻是制造印制电路板的必不可少的重要工艺步骤。它利用化学方法去除板上不需要的铜箔，留下焊盘、印制导线及符号等。常用的蚀刻溶液有三氯化铁、酸性氯化铜、碱性氯化铜、硫酸过氧化氢等。5.金属化孔 孔金属化是双面板和多层板的孔与孔间、孔与导线间导通的最可靠方法，是印制板质量好坏的关键，它采用将铜沉积在贯通两面导线或焊盘的孔壁上，使原来非金属的孔壁金属化。孔金属化过程中需经过的环节有钻孔、孔壁处理、化学沉铜和电渡铜加厚。孔壁处理的目的使孔壁上沉淀一层作为化学沉铜的结晶核心的催化剂金属。化学沉铜的目的使印制板表面和孔壁产生一薄层附着力差的导电铜层。最后的电镀铜使孔壁加厚并附着牢固。,3.3 印制电路板的制作,3.3 印制电路板的制作,6.金属涂敷 为提高印制电路的导电性、可焊性、耐磨性、装饰性，延长印制板的使用寿命，提高电气可靠性，可在印制板的铜箔上涂敷一层金属。金属镀层的材料可分为：金、银、锡、铅锡合金等。目前大部分采用浸锡和镀铅锡合金的方法来改善可焊性，它具有可焊性好、抗腐蚀能力强，长时间放置不变色等优点。7.涂助焊剂与阻焊剂 印制板经表面金属涂敷后，根据不同的需要可进行助焊和阻焊处理。,二、印制电路板的简易制作过程,在产品尚未定型的实验阶段，经常需使用简易方法制作印制电路板，其制作过程如下。(1)选取板材。根据电路的电气功能和使用的环境条件选取合适的印制板材质。(2)下料。按实际设计尺寸剪裁覆铜板，并用平板锉刀或砂布将四周打磨平整、光滑，去除毛刺。(3)清洁板面。将准备加工的覆铜板的铜箔面先用水磨砂纸打磨几下，然后加水用布将板面擦亮，最后用干布擦干净。,3.3 印制电路板的制作,(4)图形转移(拓图)。用印制板转印机或复写纸将已设计好的印制板图形转印到覆铜板上。(5)贴图。用带有单面胶的广告纸或透明胶带覆盖住铜箔面，用刻刀去除拓图后留在铜箔面的图形以外的广告纸或透明胶带，注意留下导线的宽度和焊盘的大小。(6)腐蚀。将前面处理好的电路板放入盛有腐蚀液的容器中，并来回晃动。为了加快腐蚀速度可提高腐蚀液的浓度并加温，但温度不应超过50，否则会破坏覆盖膜使其脱落。待板面上没用的铜箔全部腐蚀掉后，立即将电路板从腐蚀液中取出。(7)清水冲洗。(8)除去保护层。(9)修板。将腐蚀好的电路板再一次与原图对照，用刻刀修整导电条的边缘和焊盘，使导电条边缘平滑无毛刺，焊点圆润。(10)钻孔。按图纸所标元器件引线位置钻孔，孔必须钻正。孔一定要钻在焊盘的中心且垂直板面。钻孔时，一定要使钻出的孔光洁、无毛刺。(11)涂助焊剂。将钻好孔的电路板放入5%10%稀硫酸溶液中浸泡35分钟，进行表面处理。取出后用清水冲洗，然后将铜箔表面擦至光洁明亮为止。最后将电路板烘烤至烫手时即可喷涂或刷涂助焊剂。待焊剂干燥后，就可得到所需要的电路板。涂助焊剂的目的是：容易焊接，保证导电性能，保护铜箔，防止产生铜锈。,3.3 印制电路板的制作,三、多层印制电路板制作简介,多层印制电路板是由交替的导电图形层及绝缘材料层压粘合而成的一块印制电路板。导电图形的层数在两层以上，层间电气互连是通过金属化孔实现的。多层印制板一般用环氧玻璃布层压板，是印制板中的高科技产品，其生产技术是印制板工业中最有影响和最具生命力的技术，它广泛使用于军用电子设备中。多层板的制造工艺是在双面板的工艺基础上发展起来的。它的一般工艺流程都是先将内层板的图形蚀刻好，经黑化处理后，按预定的设计加入半固化片进行叠层，上下表面各放一张铜箔(也可用薄覆铜板，但成本较高)，送进压机经加热加压后，得到已制备好内层图形的一块“双面覆铜板”，然后按预先设计的定位系统，进行数控钻孔。数控钻孔可自动控制钻头与板间的恒定距离和钻孔深度，因而可钻盲孔。对多层印制板而言，其关键工艺主要有以下两步。1.内层成像和黑化处理 由于集成电路的互连布线密度空前提高，用单面、双面电路板都难以实现，而用多层电路板则可以把电源线、接地线以及部分互连线放置在内层板上，由电镀通孔完成各层间的相互连接。为了使内层板上的铜和半固化片有,3.3 印制电路板的制作,足够的结合强度，必须对铜进行氧化处理。由于处理后大多生成黑色的氧化铜，所以也称黑化处理。如果氧化后主要生成红棕色的氧化亚铜，则称作棕化处理。2.定位和层压 多层板的布线密度高，而且有内层电路；故层压时必须保证各层钻孔位置均对准。其定位方法有销钉定位和无销钉定位两种。无销钉层压定位是现在较普遍采用的定位方法，特别是四层板的生产几乎都采用它。该方法中的层压模板不必有定位孔，工艺简单、设备投资少、材料利用率较高、成本低。以四层板为例，操作时在制好图形的内层板上先钻出孔，层压前用耐高温胶带将其封住，层压后，在胶带处有明显的凸起迹象，洗去胶带上的铜箔和固化的粘结片，剥去胶带，露出孔作钻孔用。这种方法不但可做四层板，亦可做610层板。,本 章 小 结,(1)印制电路板分为单面板、双面板、多层板、软电路板和平面印制电路板；印制电路板的板材及其选用；印制板对外连接方式有导线连接方式和接插件连接方式。(2)印制电路板的设计讲述根据特殊元器件的布局原则，到一般元器件的排列，到布线原则、印制焊盘、印制导线的设计，以及印制板草图的绘制过程。(3)印制电路板制作的基本工序及简易制作过程。,