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1、模块4 印制电路板的设计与制作,下一页,返回,知识前述 知识点 1 印制电路板的相关知识 知识点 2 印制电路板的设计 知识点 3 印制电路板的制作 知识点 4 Altium Designer 简介 任务实现 小结,知识前述,知识能力目标 了解什么是印制电路板及其应用。 了解手工制作印制电路板的制作工艺流程。 掌握热转印制板、曝光制板、雕刻制板等手工制板技术。 掌握工业级印制电路板的制作工艺流程和制作方法。 了解计算机辅助设计印制板软件的使用技巧，并能使用Album Designer 09绘制电路原理图和印制板图。,返回,下一页,知识前述,模块描述 在“模拟探月小车”等电子产品的设计和制造过程
2、中，大部分的电子元器件都是安装在印制电路板上，大大减少了布线和装配的差错，提高自动化生产水平通过学习印制电路板的设计与制作相关知识，掌握Album DeSigne:软件绘制电路原理图和设计电路PCB图;熟悉制板系统的制板工艺及操作流程;并能利用雕刻制板、曝光制板、热转印制板和工业制板系统等的操作方法和技巧，实现印制电路板的制作。,上一页,下一页,返回,知识前述,考核标准 能了解印制电路板的相关知识。 能独立写出印制电路板的设计流程 能熟练运用Album DeSigne:软件绘电路原理图，并设计PCB图，掌握印制电路板的设计规则等。 能独立写出印制电路板的制造工艺流程。 能独立操作雕刻制板、曝光
3、制板、热转印制板和工业级制板系统等印制电路板制作、生产设备，熟悉的制造流程，并能利用上述设备独立制作印制电路板,上一页,下一页,返回,知识前述,必备知识 知识点 1 印制电路板的相关知识 知识点 2 印制电路板的设计 知识点 3 印制电路板的制作 知识点 4 Altium Designer 简介,上一页,返回,知识点1 印制电路板的相关知识,4.1.1印制电路板的作用与前景 印制电路板，英文简称PCB ( printed circuit board)或PWB ( printed wiring board )，是电子产品的重要组成部分，也是电子元器件的支撑体。因采用电子印刷术制作而成，故又被称为
4、“印刷”电路板，如图4一1所示。印制电路板的发展已有百余年历史，在其出现之前，电子元器件之间的互联都是依靠导线直接连接实现。 印制电路板由绝缘基板、印制导线和焊盘等组成，其有导电线路和绝缘底板的双重特性。,下一页,返回,知识点1 印制电路板的相关知识,采用印制电路板的主要优点是可以大量减少布线和装配的差错，提高自动化生产水平现大至航天航空设备、工业测量和自动化控制设备，及办公用电脑、打印机、复印机、扫描仪等，小至各种档次的电子手表、电子玩具等，其电子整机均由许多电子5元器件、线路和机体组成，电子元器件绝大多数都安装在印制电路板上。 目前，PCB生产依然是以表面安装印制板为主增长着。但是，随着Q
5、 FP器件迅速向BGA, CSP, MCM的转移，其I/0数将增加到500个以上(目前I/0数有的已超过1 5 00个)时，则要求PCB设计及生产迅速走向更高密度和精度。目前全国有能力批量生产BGA板的企业已有十余家为达到更高密度和精度要求，PCB生产正向多层薄型化、埋(盲)孔技术、刚一挠性板技术、积层式多层板BUM等技术进发。,上一页,下一页,返回,知识点1 印制电路板的相关知识,伴随着印制电路产品发展，新材料、新工艺和新设备也要求更高。印制电路材料在扩大产量的同时也更注重提高性能和质量，印制电路专用设备已开始向生产自动化、精密度、多功能方向发展，其生产技术也开始采用液态感光成像、直接电镀、
6、脉冲电镀、积层式多层板等新工艺发展。在未来的生产过程中还将更加重视可持续发展，减少三废排放。由于新材料、新设备和新工艺的采用，将实现印制电路板生产的低成本、高效率、少污染、高品质的目标。,上一页,下一页,返回,知识点1 印制电路板的相关知识,4.1.2敷铜板材料及其技术指标 印制电路板(PCB)的主要材料是敷铜板(覆铜板)，而敷铜板是由绝缘基板和铜箔茹合而成(如图4 -2所示)。绝缘基板所用材料主要有两大类:有机类基板材料和无机类基板材料，常用的是有机类基板材料。在基板的表面覆盖着一层导电率较高、焊接性良好的纯铜箔，铜箔覆盖在基板一面的敷铜板称单面敷铜板，基板的两面均覆盖铜箔的敷铜板称双面敷铜
7、板，中间的导电层称为多层板，铜箔能否牢固地覆在基板上，则由茹合剂来完成。,上一页,下一页,返回,知识点1 印制电路板的相关知识,敷铜板的种类较多，按绝缘材料不同可分为纸基板、玻璃布基板和合成纤维板;按豁结剂树脂不同又分为酚醛、环氧、聚醋和聚四氟乙烯等;按用途可分为通用型和特殊型。随着电子技术的不断发展，敷铜板已由单层、双层发展到多层，其绝缘强度也越来越高 1.敷铜板常见性能指标 (1)抗剥强度。抗剥强度是使单位宽度的铜箔剥离基板所需要的最小力，单位为kg/cm。用这个指标来衡量铜箔与基板之间的结合强度。此项指标主要取决于豁合剂的性能及制造工艺。 (2)翘曲度。翘曲度指单位长度上的翘曲值，衡量敷
8、铜板相对于平面的不平度指标，取决于基板材料和厚度。,上一页,下一页,返回,知识点1 印制电路板的相关知识,(3)抗弯强度。抗弯强度表明敷铜板所能承受弯曲的能力，单位为kg/cm。这项指标主要取决于敷铜板的基板材料。在确定印制板厚度时应考虑这项指标。 (4)耐浸焊性。耐浸焊性指敷铜板置入一定温度的熔融焊锡中停留一段时间(一般为10s)后，所能承受的铜箔抗剥能力。一般要求铜箔板不起泡、不分层。如果浸焊性差，印制板在经过多次焊接时，将可能使焊盘及导线脱落。此项指标对印制电路板的质量影响很大，主要取决于板材和豁合剂。 除上述几项指标外，衡量敷铜板技术指标的还有表面平滑度、光滑度、坑深、介电性能、表面电
9、阻、耐氰化物等，其电气指标可参阅相关手册。,上一页,下一页,返回,知识点1 印制电路板的相关知识,2.国内常用敷铜板的结构及特点 (1)敷铜箔酚醛纸层压板。它是由绝缘浸渍纸(TFZ-62)或棉纤维浸渍纸(ITZ- 63)。 浸以酚醛树脂经热压而成的层压制品，两表面胶纸可附以单张无碱玻璃浸胶布，其一面敷以铜箔，主要用做无线电设备中的印制电路板。 (2)敷铜箔酚醛玻璃布层压板。它是用无碱玻璃布浸以环氧酚醛树脂经热压而成的层压制品，其一面或双面敷以铜箔，具有质轻、电气和机械性能良好、加工方便等优点。其板面呈淡黄色，若用三氰二胺作固化剂，则板面呈淡绿色，具有良好的透明度。主要在工作温度和工作频率较高的
10、无线电设备中用做印制电路板。,上一页,下一页,返回,知识点1 印制电路板的相关知识,(3)敷铜箔聚四氟乙烯层压板。它是以聚四氟乙烯板为基板，敷以铜箔经热压而成的一种敷铜板。它主要用于高频和超高频线路中作印制板用。 (4)覆铜箔环氧玻璃布层压板。它是金属化孔印制板常用的材料。 (5)软性聚醋敷铜薄膜。它是用聚醋薄膜与铜热压而成的带状材料，在应用中将它卷曲成螺旋形状放在设备内部。为了加固或防潮，常以环氧树脂将它灌注成一个整体。主要用作柔性印制电路和印制电缆，可作为接插件的过渡线。,上一页,下一页,返回,知识点1 印制电路板的相关知识,4.1.3印制电路板的分类 1.按布线层次分类方式 印制电路板按
11、布线层次可分为单面板、双面板和多层板三类。目前单面板和双面板的应用最为广泛。 单面PCB绝缘基板上仅一面具有导电图形的PCB。它通常采用层压纸板和玻璃布板加工制成。单面板的导电图形比较简单，大多采用丝网漏印法制成，如图4 -3所示。 双面PCB绝缘基板的两面都有导电图形的PCB。它通常采用环氧纸板和玻璃布板加工制成。由于两面都有导电图形，所以一般采用金属化孔使两面的导电图形连接起来，如图4一4所示。双面板一般采用丝印法或感光法制成。,上一页,下一页,返回,知识点1 印制电路板的相关知识,多层PCB有三层或三层以上导电图形的PCB。多层板内层导电图形与绝缘茹结片叠合压制而成，外层为敷箔板，经压制
12、成为一个整体为了将夹在绝缘基板中间的印制导线引出，多层板上安装元件的过孔需经金属化孔处理，使之与夹在绝缘基板中的印制导线连接，如图4 -5所示。其导电图形的制作以感光法为主 多层PCB的特点如下 (1)与集成电路配合使用，可使整机小型化，减少整机重量。 (2)提高了布线密度，缩小了元器件的间距，缩短了信号的传输路径。 (3)减少了元器件焊接点，降低了故障率。 (4)由于增设了屏蔽层，电路的信号失真减少。 (5)引入了接地散热层，可减少局部过热现象，提高整机工作的可靠性。,上一页,下一页,返回,知识点1 印制电路板的相关知识,实际电子设备中所使用的印制电路板有很大的差别，最简单的可以只有几个焊点
13、或几根导线，一般的电子产品中印制板PCB焊点数在数十到数百个，焊点数超过600个的印制电路板属于较为复杂的印制板PCB，如计算机主板等。 2.按基材的性质分类 按基材的性质可分为刚性印制板和挠性印制板两大类。 刚性印制板PCB具有一定的机械强度，用它装成的部件具有一定的抗弯能力，在使用时处于平展状态。一般电子设备中使用的都是刚性印制板PCB。,上一页,下一页,返回,知识点1 印制电路板的相关知识,挠性印制板PCB是以软层状塑料或其他软质绝缘材料为基材而制成。它所制成的部件可以弯曲和伸缩，在使用时可根据安装要求将其弯曲。挠性印制板一般用于特殊场合，如某些数字万用表的显示屏是可以旋转的，其内部往往
14、采用挠性印制板。 3.按基板材料分类 (1)基板材料按敷铜板的机械刚性划分。按敷铜板的机械刚性划分，可分为刚性敷铜板(CCI)和挠性敷铜板(FOCI)。通常刚性敷铜板采用层压成形的方式。 (2)基板材料按不同的绝缘材料构成划分。按构成PCB基板材料的不同绝缘材料成分，可分为有机类材料构成的基板材料和无机类材料构成的基板材料两大类，而它们各自有不同的小类别和品种。本文介绍按照不同绝缘材料组成成分划分的各种PCB基板材料品种。,上一页,下一页,返回,知识点1 印制电路板的相关知识,(3)按所采用绝缘树脂的不同划分。敷铜板主体使用某种树脂，一般就习惯地将这种敷铜板称为某树脂型敷铜板。目前最常见的敷铜
15、板用主体树脂有:酚醛树脂、环氧树脂( EP)、聚酞亚胺树脂(PI)、聚酯树脂(PET)、聚苯醚树脂(PP()或PPE)、氰酸酯树脂(CE)、聚四氟乙烯树脂(PTFE)、双马来酞亚胺三嗓树脂(BT)等。 (4)按阻燃特性的等级划分。按照UL标准(UL-94 , UL746E等)规定的板材燃烧性的等级划分，可将基板材料划分为四类，即UL- 94 VO级、UL-94V1级、U L- 94 V2级以及HB级。,上一页,下一页,返回,知识点1 印制电路板的相关知识,(5)按敷铜板的特殊性能划分。敷铜板的特殊性能主要是用在一些比较高档的PCB上。层数不同使用的PCB基材也不同，如3一4层板要用预制复合材料
16、，双面板则大多使用玻璃一环氧树脂材料。无铅化电子组装过程中，由于温度升高，印刷电路板受热时发生弯曲的程度加大，故在SMT中要求尽量采用弯曲程度小的板材，如FPS-4等类型的基板。由于基板受热后的胀缩应力对元件产生的影响，会造成电极剥离，降低可靠性，故选材时还应该注意材料膨胀系数，尤其在元件大于3. 2 mm x 1. 6 mm时要特别注意。表面组装技术中用PCB要求高导热性，优良耐热性(1s0 0Q , 60 min)和可焊性(260 0Q , 10 a)，高铜箔豁合强度(1. s x 104 Pa以上)和抗弯强度(2s x 104 Pa)，高导电率和小介电常数、好冲裁性(精度1 0. 02 mm)及与清洗剂兼容性，另外要求外观光滑平整，不可出现翘曲、裂纹、伤痕及锈斑等。,上一页,返回,知识点2 印制电路板的设计,4. 2. 1印制电路板设计步骤 设计一个完整的PCB图，主要有下面几个设计流程。 1.绘制原理图、生成网络表 (1)利用Album设计软件的原理图绘制工具绘制原理图，并且生成对应的网络表。当然,有些特殊情况下，如电路板比
