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1、印制电路板(PCB)的设计与制作 一 概述 1. 印制电路板(PCB)的概念 印制板的由来: 元器件相互连接需要一个载体 印制板的作用： 依照电路原理图上的元器件、 集成电路、开关、连接器和其它 相关元器件之间的相互关系和连 接，将他们用导线的连接形式相 互连接到一起。 PCB是英文(Printed Circuit Board) 印制线路板的简称。 PCB是英文(Printed Circuit Board) 印制线路板的简称。 航天 汽车 通信 计算机 家用电器 PCBPCB的应用的应用 苹果手机 iPhone4S 苹果手机 iPhone4S 拆解图 电路板 后盖 电池 前盖 其它零配件 苹果
2、手机 iPhone4S 拆解图 液晶屏 主板A面 16G内存 主板B面 光传感器和 LED指示灯 苹果笔记本MacBook Air 苹果笔记本MacBook Air 苹果笔记本MacBook Air 整机拆解图 底盖 电路板等 零部件 电池 键盘 液晶屏 苹果笔记本MacBook Air 拆解图 电池 PCB板 苹果笔记本MacBook Air 内存 硬盘 散热片 输入输出接口 扬声器 主板 原理图 C1 元器件图形 e b c Rb1 V Re1 Rc C3 C2 Rb2 如何将原理图设计成PCB图？ 印制板图 C2 2. 印制电路板发展过程 印制电路板随着电子元器件的发展而发展 ，由此可以
3、分为下面几个发展阶段： 电子管分立器件 导线连接 半导体分立器件 单面印刷板 集 成 电 路 双面印刷板 超大规模集成电路 多层印刷板 电子管体积大、重量重、耗电高,使用 导线连接。 电解电容接线端子 电阻 2. 印制电路板发展过程 相对于电子管，半导体器件体积小、重量 轻、耗电小、排列密集适用于单面印制板 三极管电子管 电阻 电解电容 2. 印制电路板发展过程 2. 印制电路板发展过程 单面板 元件面（顶层） 焊接面（底层） 集成电路的出现使布线更加复杂，此时单面 板已经不能满足布线的要求，由此出现了双面板 双面布线。 2. 印制电路板发展过程 元件面（顶层 ） 焊接面（底层） 集成电路 过
4、孔 焊盘 A面走线 B 面 布 线 2. 印制电路板发展过程 图例 双面布线示意图 随着超大规模集成电路、BGA等元器件的出现，双面板也不能 适应布线的要求，出现了多层板。目前技术上可以作出50层以上的 电路板，当前产品多数用到的是48层板 超大规摸集 成电路 2. 印制电路板发展过程 设计电路板时，要根据实际情况，选择不同 形式的电路板。 1.电路简单，元件少，空间大选单面板 2.电路复杂，元件多，空间有限双面板 3.电路复杂，元件多，集成电路管脚多， 空间有限选多层板 4.电路复杂，元件少，集成电路管脚多， 空间很小选多层板 目前中国PCB的使用情况 单面板、双面板：电话传真、PC机、遥控
5、器、一般 电子用品 汽车电子、低端板、 主板； 46层板：计算机、游戏机、汽车电子、光电板； 68层板：适配器、存储器、笔记本、汽车电子、 光电板、中端板、通讯； 8层 以上：服务器、基地台、手机、航天军工。 目前国内企业产品主要集中在单、双面板和46 层板等中低端板，单、双面板发展趋缓，6层以上的多 层板、软板等快速发展 二 PCB设计 （一）准备工作 （二）布线设计 （三）常见错误 （四）设计工艺要求 （一）准备工作 1.PCB的分类 2.确定与板外元器件连接方式 3.确认元器件安装方式 4.阅读分析原理图 1. PCBPCB的分类的分类 z 按结构分类 单面板 双面板 多面板 印制电路板
6、的层数是以 铜箔的层数为依据。例 如六层板则表示有6层铜 箔。 1. PCBPCB的分类的分类 埋孔 Buried Via 盲孔 Blind Via 盲孔 Blind Via z 按孔导通状态分：埋孔板，盲孔板，通孔板 通孔 Drilled Through Via 1. PCBPCB的分类的分类 z 按成品软硬区分 ： 硬板 Rigid PCB (刚性板） 软板 Flexible PCB （挠性板） 见左下图 软硬板 Rigid-Flex PCB （刚挠结合板）见右下图 硬板 软硬板 挠性板 1. PCBPCB的分类的分类 z按板材类型分： 44 FR-4FR-4板板 ：基材为：基材为“ “环
7、氧树脂环氧树脂+ +玻璃纤维布玻璃纤维布” ”（最常用）（最常用） 常用：生益系列常用：生益系列 型号举例：型号举例：S1141 1.6 2/2S1141 1.6 2/2 44 高频板高频板 ：PTFEPTFE、陶瓷（低介电损耗等）、陶瓷（低介电损耗等） 常用：常用：RogersRogers系列、系列、ArlonArlon系列、系列、CotanicCotanic系列系列 国产国产F4B/F4BKF4B/F4BK 44 金属基板：铝基、铜基（散热性好、尺寸稳定）金属基板：铝基、铜基（散热性好、尺寸稳定） 铝基板常用：贝格斯、国产铝基板常用：贝格斯、国产 1. PCBPCB的分类的分类 R-4R-
8、4板板 ： 高频板高频板 ： 金属基板：金属基板： 2. 确定对外连接方式 印制板对外连接方式有两种： 直接焊接 简单、廉价、可靠，不易维修 接插式 维修、调试、组装方便；产品成本提高 ，对印制板制造精度及工艺要求高。 2. 确定对外连接方式 2. 确定对外连接方式 软驱端口 PCI插座 电源端口 电源开关、指示灯等端口 硬盘端口 内存插槽 打印机 端口 显示器 端口 网络端口 3. 确认元器件安装方式 表面贴装 通孔插装 4. 阅读分析原理图 线路中是否有高压、大电流、高频电路， 对于元器件之间、线与线之间通常耐压200V/mm； 印制板上的铜箔线载流量，一般可按1A/mm估算； 高频电路需
9、注意电磁兼容性设计以避免产生干扰。 了解电路中所有元器件的形状、尺寸、 引线 不同型号、规格元器件尺寸差异很大 ，需要了解其体积大小，设计电路板时 要注意留有足够的安装空间；对于IC要 注意引脚的排列顺序及各引脚的功能。 4. 阅读分析原理图 了解所有附加材料 原理图中没有体现而设计时必备的器材 ，如：散热器、连接器、紧固装置 4. 阅读分析原理图 4. 阅读分析原理图 显示主芯片 的散热器 CPU散热器 CPU散热器风扇 三端直流稳压器 散热器 （二）布线设计（插装） 1. 分层布线 2. 元件面布设要求 3. 印制导线设计要求 4. 焊盘设计要求 顶层 顶层丝印层 底层 底层丝印层 阻焊层
10、（非布线层） 1.分层布线 1.分层布线 顶层 顶层丝印 单面板双面板 1.分层布线 底层 底层丝印层 单面板 双面板 1.分层布线 阻焊 没有阻焊有阻焊 1.分层布线 阻焊的作用： 防止印制板在装配焊接时引起线路 桥接，提高焊接质量和节约焊料等作用 。它也是印制板的永久性保护层 能起到 防潮、防腐蚀、防霉和机械擦伤等作用 。 2.元件面布设要求 整齐、均匀、疏密一致 整个印制板要留有边框，通常510mm 元器件不得交叉重叠 单脚单焊盘。每个引脚有一个焊盘对应， 不允许共用焊盘 不推荐 3.印制导线设计要求 导线应尽可能少、短、不交叉 可接受不可接受 3.印制导线设计要求 导线宽度 导线宽度通
11、常由载流量和可制造性决定，一般 要求PCB设计的导线宽度 0.2mm(8mil) ，由于制 作工艺的限制，设计时导线不易过细。 （0.1英寸100mil2.54mm，0.1mm4mil，头发丝的直径23mil） 布线时，遇到折线最好不要走直角 。 例如： 3.印制导线设计要求 不建议使用建议使用 不建议使用建议使用 建议走45角 3.印制导线设计要求 导线间距，一般 0.2mm(8mil) 电源线和地线尽量粗。与其它布线要有明显 区别。 对于双面板，正反面的走线不要平行，应垂 直布设。 3.印制导线设计要求 设计图例1 3.印制导线设计要求 设计图例2 3.印制导线设计要求 设计图例3 3.印
12、制导线设计要求 设计图例4 3.印制导线设计要求 4.焊盘设计要求 孔和焊盘的设计 引线孔 如：元器件引线直径为d1，焊盘孔经为d 则： d（d1+0.3）mm。 焊盘 如：焊盘孔为d，焊盘直径为D 则： D（d+1.5）mm 过孔 通常过孔的直径取0.6mm0.8mm， 密度高时可减少到0.4mm d1 元器件引线 Dd 焊盘引线孔 4.焊盘设计要求 灵活掌握焊盘形状 对于IC器件，可以将圆形焊盘改为长圆形 ，以增大焊盘间的距离便于走线。 4.焊盘设计要求 可靠性 焊盘间距要足够大，通常0.2mm，如间距过 小，可以改变焊盘的形状以得到足够的焊盘 间距 4.焊盘设计要求 1. 板面允许的情况
13、下，导线尽量粗一些 。 2. 导线与导线之间的间距不要过近。 3. 导线与焊盘的间距不得过近。 4. 板面允许的情况下，焊盘尽量大一些 。 初学者设计时需掌握的基本原则是： （三）常见错误 可挽回性错误 多余连接切断 丢失连线导线连接 不可挽回性错误 IC引脚顺序错误（相差1800） 元件安装方向、外形尺寸、引脚方向错误。 本章节总结： 重点掌握 1. 元器件的封装 2. 电路原理图的分析 3. 连接方式的选择 4. 电路板的分层设计 5. 元器件的布局 6. 布线原则 7. 焊盘的设置 （一）工厂批量生产 三 PCB的制作 PCB的生产流程 电面板生产 双面板生产（重点讲解） 多层板生产 菲
14、林文件处理开料刷板打孔 全板电镀擦板图形转移 曝光 字符 化学沉铜 喷锡 去膜蚀刻退锡 AOI检查擦板阻焊 外型（冲、V-cut）电测试包装 图形电镀 去毛刺 终检涂覆 （一）工厂批量生产 双面板工艺流程图 内层电路制作开料刷板 打靶位孔 黑化 图形转移 层压 内层蚀刻 （一）工厂批量生产 多层板工艺流程图 AOI检查 打靶位孔 1.菲林文件处理(光绘) （一）工厂批量生产 文件处理: 供应商收到传给的菲林资料时，需要进行资料审核、修 改，以利于提高PCB加工的良品率。 输出相关的菲林图片、制定开料拼板方式、拟制单价。 光绘的成本问题。 成本的计算是以每“平方厘米”的单价为准， 即： 实际电路
15、板的面积单价单张菲林的成本 （一）工厂批量生产 光绘 光绘机 菲林（底层）菲林（阻焊层） 目的: 将大块的覆铜板剪裁成生产板 加工尺寸，方便生产加工 流程: 选料 量取尺寸 剪裁 流程原理: 利用机械剪床,将板裁剪成加工尺寸大小 注意事项: 确定板厚、铜厚、板材的经、纬方向 避免划伤板面 1.开料 （一）工厂批量生产（双面 ） 目的: 去除板面的氧化层、手印、板边的粉尘， 使板面、清洁、干净。 流程： 放板 调整压力、传速 出板 流程原理： 利用机械压力与高压水的冲力,刷洗, 板面与板四周异物达到清洗、平整洁作用。 注意事项: 板面撞伤、压力大小调整、防止卡板。 2. 刷板 （一）工厂批量生产（双面 ） 目的： 使线路板层间产生通孔，达到连通层间的作用。 流程： 配刀 钻定位孔 上销钉 钻孔 打磨披锋。 流程原理: 据工程钻孔程序文件,利用数控钻机,钻出所用的孔 。 注意事项： 避免钻破孔、漏钻孔、钻偏孔、检查孔内的毛刺。 3. 打孔 （一）工厂批量生产（双面 ） 数控钻 示意图 高速钻头 （一）工厂批量生产（双面 ） （一）工厂批量生产（双面 ） 主要技术指标：孔壁粗糙度25um 主要参数：叠板数、转速、最大钻孔数、钻咀翻磨次数、 供应商、落速、回刀速。 主要辅助材料作用： 盖板： 定位、散热、减少毛头、 钻头的清扫、防止压力脚直接 压伤铜面，常用材料
