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1、印制电路板的制作工艺 本章重点 印制电路板的种类和特点印制电路板的设计基础印制电路板的制造印制电路板的计算机设计本章难点 印制电路板的具体设计过程及方法印制电路板的制造与检验 4 1印制电路板的种类和特点 一 印制电路板的类型二 印制电路板的材料 一 印制电路板的类型 1 单面印制电路板2 双面印制电路板3 多层印制电路板4 软印制电路板5 平面印制电路板 1 单面印制电路板 单面印制电路板是在厚度为0 2 0 5mm的绝缘基板的一个表面上敷有铜箔 通过印制和腐蚀的方法 在基板上形成印制电路 它适用于电子元件密度不高的电子产品 如收音机 一般的电子产品等 比较适合于手工制作 2 双面印制电路板
2、 双面印制电路板在绝缘基板上 其厚度为0 2 0 5mm 的两面均敷有铜箔 可在基板上的两面制成印制电路 这适用于电子元件密度比较高的电子产品 如电子计算机 电子仪器 手机等 由于双面印制电路的布线密度较高 所以能减小电子产品的体积 但需要在两面铜箔之间安排金属化过孔 这需要特殊的制作工艺 手工制作基本是不可能的 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电路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 2 5mm 为了把夹在绝缘基板中间的电路引出 多层印制电路板上安装元件的孔需要金属化 即在小孔内表面涂覆金属层 使之与夹在绝缘基板中间的印
3、制电路接通 其特点是与集成电路块配合使用 可以减小产品的体积与重量 还可以增设屏蔽层 以提高电路的电气性能 4 软印制电路板 软印制电路板的基材是软的层状塑料或其它质软膜性材料 如聚脂或聚亚胺的绝缘材料 其厚度为0 25 1mm之间 它也有单层 双层及多层之分 它可以端接 排接到任意规定的位置 如在手机的翻盖和机体之间实现电气连接 被广泛用于电子计算机 通信 仪表等电子产品上 5 平面印制电路板 将印制电路板的印制导线嵌入绝缘基板 使导线与基板表面平齐 就构成了平面印制电路板 在平面印制电路板的导线上都电镀一层耐磨的金属 通常用于转换开关 电子计算机的键盘等 二 印制电路板的材料 根据印制电路
4、板材料的不同可分为四种 1 酚醛纸基敷铜箔板 又称纸铜箔板 2 环氧酚醛玻璃布敷铜箔板3 环氧玻璃布敷铜箔板4 聚四氟乙烯玻璃布敷铜箔板 1 酚醛纸基敷铜箔板 又称纸铜箔板 它是由纸浸以酚醛树脂 两面衬以无碱玻璃布 在一面或两面覆以电解铜箔 经热压而成 这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 主要用在低频和中 低档次的民用产品中 如收音机 录音机等 的印制电路板 2 环氧酚醛玻璃布敷铜箔板 环氧酚醛玻璃布敷铜箔板是用无碱玻璃布浸以酚醛树脂 并覆以电解紫铜经热压而成 由于使用了环氧树脂 所以环氧酚醛玻璃布敷铜箔板的粘结力强 电气及机械性能好 既耐化学溶剂又耐高温潮湿 但环氧酚醛
5、玻璃布敷铜箔板的价格较贵 主要用在工作温度较高 工作频率较高的无线电设备中作印制板 3 环氧玻璃布敷铜箔板 环氧玻璃布敷铜箔板是将玻璃丝布浸以用双氰胺作为固化剂的环氧树脂 再覆以电解紫铜箔经热压而成 它的电气及机械性能好 耐高温潮湿 且板基透明 主要在高频和超高频线路中用于制作印制电路板 如在航空航天领域和军工产品中使用 4 聚四氟乙烯玻璃布敷铜箔板 聚四氟乙烯玻璃布敷铜箔板是用无碱玻璃布浸渍聚四氟乙烯分散乳液 再覆以经氧化处理的电解紫铜箔经热压而成 它具有优良的电性能和化学稳定性 是一种能耐高温且有高绝缘性的新型材料 主要用做高频和超高频印制线路板和印制元件 如微波电路中的定向耦合器等 4
6、2印制电路板的设计基础 一 印制电路板的设计内容及要求二 印制电路板的布局三 印制电路板的制造方法 一 印制电路板的设计内容及要求 1 印制电路板的电路设计2 印制电路板的设计步骤 1 印制电路板的电路设计 电路设计人员根据电子产品的电原理图和元件的形状尺寸 将电子元件合理的进行排列并实现电气连接 就是印制电路板的电路设计 印制电路板的电路设计要考虑到电路的复杂程度 元件的外型和重量 工作电流的大小 电路电压的高低 以便选择合适的板基材料并确定印制电路板的类型 2 印制电路板的设计步骤 印制电路板的设计 可分为三个步骤 1 确定印制电路板的尺寸 形状 材料 确定印制电路板与外部的连接 确定元件
7、的安装方法 2 在印制电路板上布设导线和元件 确定印制导线的宽度 间距和焊盘的直径和孔径 3 用计算机将设计好的PCB图保存 提交给印制电路板的生产厂家 二 印制电路板的布局 整体布局2 元器件布局3 印制导线的布设 1 整体布局 在进行印制电路板布局之前必须对电路原理图有深刻的理解 只有在彻底理解电路原理的基础上 才能做到正确 合理的布局 在进行布局时 1 要考虑到避免各级电路之间和元件之间的相互干扰 这些干扰包括电场干扰 电容耦合干扰 磁场干扰 电感耦合干扰 高频和低频间干扰 高压和低压间干扰 还有热干扰等 2 还要满足设计指标 符合生产加工和装配工艺的要求 要考虑到电路调试和维护维修的方
8、便 对电路中的所用器件的电气特性和物理特征要充分了解 如元件的额定功率 电压 电流 工作频率 元件的物理特性 如体积 宽度 高度 外形等 3 制电路板的整体布局还要考虑到整个板的重心平稳 元件疏密恰当 排列美观大方 1 整体布局 印制电路板上的元件一般分为规则排列和不规则排列 规则排列也叫整齐排列 即把元器件按一定规律或一定方向排列 这种排列由于受元件位置和方向的限制 印制电路板导线的布线距离就长而且复杂 电路间的干扰也大 一般只在电路工作在低电压 低频 1MHz以下 的情况下使用 规则排列的优点是整齐美观 且便于进行机械化打孔及装配 不规则排列也叫就近排列 由于不受元件位置和方向的限制 按照
9、电路的电气连接就近布局 布线距离短而简捷 电路间的干扰少 有利于减少分布参数 适合高频 30MHz以上 电路的布局 不规则排列的缺点是外观不整齐 也不便于进行机械化打孔及装配 元器件布局 排列是指 按照电子产品电原理图 将各元器件 连接导线等有机地连接起来 并保证电子产品可靠稳定的工作 返回 2 元器件布局 1 元器件布局的原则 2 元器件排列的方法及要求 3 印制电路板上元器件排列的设计 1 元器件布局的原则 1 应保证电路性能指标的实现 2 应有利于布线 方便于布线 3 应满足结构工艺的要求 4 应有利于设备的装配 调试和维修 5 应根据电子产品的工作环境等因素来合理的布局 返回 2 元器
10、件排列的方法及要求 1 按电路组成顺序成直线排列的方法 这种方法一般按电原理图组成的顺序按级成直线布置 这种直线排列的优点是 电路结构清楚 便于布设 检查 也便于各级电路的屏蔽或隔离 输出级与输入级相距甚远 使级间寄生反馈减小 前后级之间衔接较好 可使连接线最短 减小电路的分布参数 返回 两级放大电路的直线排列方式 返回 2 按电路性能及特点的排列方法从信号频率的高低 电路的对称性要求 电位的高低 干扰源的位置等多方面综合考虑 进行元器件位置的排列 返回 3 按元器件的特点及特殊要求合理排列敏感组件的排列 要注意远离敏感区 磁场较强的组件 变压器及某些电感器件 应采取屏蔽措施放置 高压元器件或
11、导线 在排列时要注意和其他元器件保持适当的距离 防止击穿与打火 需要散热的元器件 要装在散热器上并有利于通风散热 并远离热敏感元器件 返回 4 从结构工艺上考虑元器件的排列方法印制电路板是元器件的支撑主体 元器件的排列应该从结构工艺上考虑 使元器件的排列要尽量对称 重量平衡 重心尽量靠板子的中心或下部 且排列整齐 结实可靠 返回 3 印制电路板上元器件排列的设计元器件在印制电路板上的排列方式主要有三种 不规则排列坐标排列坐标格排列 返回 1 不规则排列 返回 2 坐标排列 返回 3 坐标格排列 返回 典型组件排列印制板板图 返回 a 典型元器件 组件 的尺寸 b 典型组件的排列方式 1 地线的
12、布设 2 输入 输出端导线的布设 3 高频电路导线的布设 4 印制电路板的对外连接 5 印制连接盘 6 印制导线 3 印制导线的布设 1 地线的布设 一般将公共地线布置在印制电路板的边缘 便于将印制电路板安装在机架上 也便于与机架 地 相连接 导线与印制电路板的边缘应留有一定的距离 不小于板厚 这不仅便于安装导轨和进行机械加工 而且还提高了电路的绝缘性能 a b 图4 1印制电路板地线的布设 2 输入 输出端导线的布设 为了减小导线间的寄生耦合 在布线时要按照信号的流通顺序进行排列 电路的输入端和输出端应尽可能远离 输入端和输出端之间最好用地线隔开 在图4 3 a 中 由于输入端和输出端靠得过
13、近 且输出导线过长 将会产生寄生耦合 如图4 3 b 的布局就比较合理 a b 图4 3输入端和输出端导线的布设 3 高频电路导线的布设 对于高频电路必须保证高频导线 晶体管各电极的引线 输入和输出线短而直 若线间距离较小要避免导线相互平行 高频电路应避免用外接导线跨接 若需要交叉的导线较多 最好采用双面印制电路板 在双面板两面的印制线应避免互相平行 以减小导线间的寄生耦合 最好成垂直布置或斜交 如图4 4所示 图4 4双面印制电路板高频导线的布设 4 印制电路板的对外连接 印制电路板对外的连接有多种形式 可根据整机结构要求而确定 一般采用以下两种方法 用导线互连将需要对外进行连接的接点 先用
14、印制导线引到印制电路板的一端 导线应从被焊点的背面穿入焊接孔 如图4 5所示 对于电路有特殊需要如连接高频高压外导线时 应在合适的位置引出 不应与其它导线一起走线 以避免相互干扰 如图4 6所示为高频屏蔽导线的外接方法 图4 5导线互联图图4 6高频导线的外连方法 用印制电路板接插式互连如图4 7所示为印制电路板接插的簧片式互连 将印制电路板的一端制成插头形状 以便插入有接触簧片的插座中去 如图4 8所示是采用针孔式插头与插座的连接 在针孔式插头的两边设有固定孔与印制电路板固定 在插头上有90 弯针 其一端与印制电路板接点焊接 另一端可插入插座内 图4 7簧片式插头与插座 图4 8针孔式插头与
15、插座 5 印制连接盘 定义 连接盘也叫焊盘 是指印制导线在焊接孔周围的金属部分 供外接引线焊接用 分类 正方形 椭圆形 长圆形和岛形焊盘 表4 1焊接孔的规格 连接盘的直径D应大于焊接孔内径d 一般取D 2 3 d 如图4 9所示 为了保证焊接及结合强度 建议采用表4 2中给出的尺寸 表4 2连接盘直径与焊接孔关系 图4 9连接盘尺寸 连接盘的形状有不同选择 圆形连接盘用得最多 因为圆焊盘在焊接时 焊锡将自然堆焊成光滑的圆锥形 结合牢固 美观 但有时 为了增加连接盘的粘附强度 也采用正方形 椭圆形和长圆形连接盘 连接盘的常用形状如图4 10所示 图4 10连接盘的形状 若焊盘与焊盘间的连线合为
16、一体 尤如水上小岛 故称为岛形焊盘 如图4 11所示 岛形焊盘常用于元件的不规则排列中 有利于元器件的密集和固定 岛形焊盘多用在高频电路中 它可以减少接点和印制导线的电感 增大地线的屏蔽面积 减少接点间的寄生耦合 图4 11岛形焊盘 6 印制导线 设计印制电路板时 当元件布局和布线初步确定后 就要具体地设计印制导线与印制电路板图形 这时必然会遇到印制线宽度 导线间距等等设计尺寸的确定以及图形的格式等问题 导线的尺寸和图形格式不能随便选择 它关系到印制电路板的总尺寸和电路性能 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便于制造 表4 3所示为0 05mm厚铜箔的导线宽度与允许电流和自身电阻大小的关系 表4 30 05mm厚铜箔导线宽度与允许电流 电阻的关系 在决定印制导线宽度时 除需要考虑载流量外 还应注意它在板上的剥离强度以及与连接盘的协调 一般的导线宽度可在0 3 2 0mm之间 建议优先采用0 5mm 1 0mm 1 5mm 2 0mm规格 其中0 5mm导线宽度主要用于微小型化电子产品 印制电路的电源线和接地线的载流量较大 因此在设计时要适当加宽 一般
