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1、毕业设计报告 论文 报告 论文 题目 PCB 电路设计与制作工艺 作者所在系部 电子工程系 作者所在专业 应用电子技术 作者所在班级 10211 作 者 姓 名 张晨曦 作 者 学 号 20103021121 指导教师姓名 许振忠 完 成 时 间 2013 年 6 月 10 日 北华航天工业学院教务处制 北华航天工业学院电子工程系 毕业设计 论文 任务书 姓 名 张晨曦 专 业 应用电子技术 班 级 10211 学号 20103021121 指导教师 许振忠 职 称 讲师 完成时间 2013 年 6 月 10 日 毕业设计 论文 题目 PCB 电路设计与制作工艺 设计目标 1 能够完成常见电路
2、设计 2 能够掌握 PCB 设计知识在实践当中的具体应用 3 了解 PCB 制作的工艺流程 技术要求 1 熟练掌握 Allegro 软件的基本知识及操作方法 2 掌握 PCBlayout 的基本原则 3 掌握 PCB 制作工艺的基本流程 所需仪器设备 计算机一台 Allegro 软件 成果验收形式 毕业论文 参考文献 Cadence 系统级封装设计 Allegro Sip APD 设计指南 电子系统设计 Cadence 印刷电路板设计 Allegro PCB Editor 设计指南 1 5 周 6 周立题论证 3 9 周 13 周实际操作时间 安排 2 7 周 8 周方案设计 4 14 周 1
3、6 周成果验收 指导教师 教研室主任 系主任 摘 要 本论文以 PCB 基本知识为基础 以 allegro 软件平台作为载体 讨论研究 了 PCB 实际设计过程中常见电路的设计 并以 DDR3 为实例 讨论了 PCB 设 计知识在实践当中的应用 PCB Printed Circuit Board 中文名称为印制线路板 简称印制板 是 电子工业的重要部件之一 印制电路板的创造者是奥地利人保罗 爱斯勒 Paul Eisler 1936 年 他首先在收音机里采用了印刷电路板 1943 年 美国人多 将该技术运用于军用收音机 1948 年 美国正式认可此发明可用于商业用途 自 20 世纪 50 年代中
4、期起 印刷线路板才开始被广泛运用 综述国内外对未来印制板生产制造技术发展动向的论述基本是一致的 即 向高密度 高精度 细孔径 细导线 细间距 高可靠 多层化 高速传输 轻量 薄型方向发展 在生产上同时向提高生产率 降低成本 减少污染 适 应多品种 小批量生产方向发展 印制电路的技术发展水平 一般以印制板上 的线宽 孔径 板厚 孔径比值为代表 关键词 Allegro PCB 设计 PCB 制作工艺 目 录 第一章 PCB 概述 6 1 1 PCB 简介及历史 6 1 2 PCB 设计 8 1 3 PCB 的分类 8 1 4 PCB 产业链 8 1 4 1 玻纤布 9 1 4 2 铜箔 9 1 4
5、 3 覆铜板 9 1 5 国际 PCB 行业发展状况 10 1 6 国内 PCB 行业发展状况 10 1 7 行业总评 10 第二章 ALLEGRO SPB 及相关 PCB 设计平台简介 11 2 1 ALLEGRO简介 11 2 2 其他 PCB 设计软件简介 12 第三章 PCB 封装及基本概念 12 3 1 PCB 常见封装 12 3 1 1 DIP 直插 13 3 1 2 BGA 球栅阵列封装 13 3 1 3 SOP 小外形封装 14 3 1 4 QFP 四侧引脚扁平封装 14 3 1 5 QFN 方形扁平无引脚封装 15 3 1 6 SOT 小外形晶体管封装 15 3 1 7 SI
6、P 系统级封装 16 3 2 设计基本概念 16 3 2 1 Differengtial Signal 差分信号 16 3 2 2 microstrip 微带线 17 3 2 3 stripline double stripline 带状线 17 3 2 4 3W 规则 17 3 2 5 20H 规则 17 3 2 6 impedance 阻抗 18 3 2 7 Si 信号完整性 18 3 2 8 EMI 电磁干扰 18 3 2 9 Analog Data 模拟数据 18 3 2 10 Digital Data 数字数据 19 3 2 11 DRC 设计规则检测 19 3 2 12 DFA 装
7、配设计 20 3 2 13 TP 测试点 20 3 2 14 Gerber 文件 20 第四章 层叠设计与阻抗控制 21 4 1 PCB 层的构成 21 4 2 合理的 PCB 层数选择 21 4 3 层叠设计的基本原则 21 第五章 PCB 布线基本原则 22 5 1 布线概述 22 5 2 布线中电器特性要求 22 5 2 1 阻抗控制和阻抗连续性 22 5 2 2 串扰或者 EMC 等其他干扰的控制要求 22 5 3 拓扑结构和时序要求 23 5 4 电源以及功率信号的布线要求 23 5 5 布线中散热考虑 23 5 6 布线其他总结 24 第六章 常见 PCB 电路设计 24 6 1
8、无源晶体 24 6 2 有源晶振 24 6 3 时钟驱动 25 6 4 网口电路 26 6 5 光口电路 26 6 6 DC DC 电路 LDO 27 6 7 音频接口电路 27 6 8 VGA 接口电路 27 6 9 JTAG 电路 28 6 10 USB 接口电路 28 第七章 DDR3 的 PCB 设计实例 29 7 1 DDR3 概述 29 7 1 1 FLY BY 设计 29 7 2 2 DDR3 电源设计 29 7 2 3 突发长度 Burst Length BL 29 7 2 4 DDR3 新增的重置 Reset 功能 30 7 2 5 DDR3 新增 ZQ 校准功能 30 7
9、2 DDR3 走线注意事项 30 7 2 1 走线分组 30 7 2 2 等长规则 31 7 3 电源 32 7 4 其他总结 32 第八章 PCB 制作工艺 33 8 1 PCB 的分类 33 8 2 PCB 制作的准备 36 8 2 1 基板 36 8 2 2 铜箔 37 8 2 3 PP 37 8 2 4 干膜 37 8 2 5 防焊漆 38 8 2 6 底片 38 8 3 PCB 流程制作 38 8 3 1 PCB 的层别 38 8 3 2 内层板生产步骤 39 第九章 多层板成型段 42 9 1 内层线路板压合 42 9 1 1 棕化 黑化 42 9 1 2 铆合 预迭 43 9 1
10、 3 迭板 43 9 1 4 压合 43 9 1 5 后处理 44 9 2 内层线路板钻孔 44 9 3 内层线路板镀铜 45 9 3 1 化学沉铜 PTH 45 9 3 2 电镀 46 9 4 外层线路板成型 46 9 4 1 前处理 46 9 4 2 压膜 46 9 4 3 曝光 Exposure 47 9 4 4 显影 Developing 47 第十章 多层板后续流程 48 10 1 防焊 48 10 2 印文字 48 10 3 加工 49 10 4 成型 50 致 谢 51 参考文献 53 PCB 电路设计与制作工艺 第一章 PCB 概述 1 1PCB 简介及历史 PCB 就是印刷电
11、路板 Printed circuit board PCB 板 简单的说就是置 有集成电路和其他电子组件的薄板 它几乎会出现在每一种电子设备当中 印制电路板的发明者是奥地利人保罗 爱斯勒 PaulEisler 他于 1936 年 在一个收音机装置内采用了印刷电路板 1943 年 美国人将该技术大量使用于 军用收音机内 1948 年 美国正式认可这个发明用于商业用途 自 20 世纪 50 年代中期起 印刷电路版技术才开始被广泛采用 在印制电路板出现之前 电子元器件之间的互连都是依靠电线直接连接实 现的 而现在 电路面板只是作为有效的实验工具而存在 印刷电路板在电子 工业中已经占据了绝对统治的地位
12、据 Time magazine 最近报道 中国和印 度属于全球污染最严重的国家 为保护环境 中国政府已经在严格制定和执行 有关污染整治条理 并波及到 PCB 产业 许多城镇正不再允许扩张及建造 PCB 新厂 例如 深圳 而东莞已经专门指定四个城镇作为 污染产业 生产基地 禁止在划定的区域之外再建造新厂 如果在某样设备中有电子零件 它们都是镶在大小各异的 PCB 上的 除了 固定各种小零件外 PCB 的主要功能是提供上头各项零件的相互电气连接 随着电子设备越来越复杂 需要的零件自然越来越多 PCB 上头的线路与 零件也越来越密集了 裸板 上头没有零件 也常被称为 印刷线路板 Printed Wi
13、ring Board PWB 板子本身的基板是由绝缘隔热 并不易弯曲的材质 所制作成 在表面可以看到的细小线路材料是铜箔 原本铜箔是覆盖在整个板 子上的 而在制造过程中部份被蚀刻处理掉 留下来的部份就变成网状的细小 线路了 这些线路被称作导线 conductor pattern 或称布线 并用来提供 PCB 上零件的电路连接 通常 PCB 的颜色都是绿色或是棕色 这是阻焊漆 solder mask 的颜色 是绝缘的防护层 可以保护铜线 也可以防止零件被焊到不正确的地方 在阻 焊层上还会印刷上一层丝网印刷面 silk screen 通常在这上面会印上文字与 符号 大多是白色的 以标示出各零件在板
14、子上的位置 为了将零件固定在 PCB 上面 我们将它们的接脚直接焊在布线上 在最基 本的 PCB 单面板 上 零件都集中在其中一面 导线则都集中在另一面 这 么一来我们就需要在板子上打洞 这样接脚才能穿过板子到另一面 所以零件 的接脚是焊在另一面上的 因为如此 PCB 的正反面分别被称为零件面 Component Side 与焊接面 Solder Side 如果 PCB 上头有某些零件 需要在制作完成后也可以拿掉或装回去 那么 该零件安装时会用到插座 Socket 由于插座是直接焊在板子上的 零件可 以任意的拆装 如果要将两块 PCB 相互连结 一般我们都会用到俗称 金手指 的边接头 edge
15、 connector 金手指上包含了许多裸露的铜垫 这些铜垫事实上也是 PCB 布线的一部份 通常连接时 我们将其中一片 PCB 上的金手指插进另一片 PCB 上合适的插槽上 一般叫做扩充槽 Slot 在计算机中 像是显示卡 声 卡或是其它类似的界面卡 都是借着金手指来与主机板连接的 印刷电路板将零件与零件之间复杂的电路铜线 经过细致整齐的规划后 蚀刻在一块板子上 提供电子零组件在安装与互连时的主要支撑体 是所有电 子产品不可或缺的基础零件 印刷电路板以不导电材料所制成的平板 在此平板上通常都有设计预钻孔 以安装芯片和其它电子组件 组件的孔有助于让预先定义在板面上印制之金属 路径以电子方式连接
16、起来 将电子组件的接脚穿过 PCB 后 再以导电性的金属 焊条黏附在 PCB 上而形成电路 依其应用领域 PCB 可分为单面板 双面板 四层板以上多层板及软板 一般而言 电子产品功能越复杂 回路距离越长 接点脚数越多 PCB 所需层 数亦越多 如高阶消费性电子 信息及通讯产品等 而软板主要应用于需要弯 绕的产品中 如笔记型计算机 照相机 汽车仪表等 1 2PCB 设计 印制电路板的设计是以电路原理图为根据 实现电路设计者所需要的 功能 印刷电路板的设计主要指版图设计 需要考虑外部连接的布局 内部电 子元件的优化布局 金属连线和通孔的优化布局 电磁保护 热耗散等各种因 素 优秀的版图设计可以节约生产成本 达到良好的电路性能和散热性能 简 单的版图设计可以用手工实现 复杂的版图设计需要借助计算机辅助设计 CAD 实现 1 3PCB 的分类 1 根据电路层数分类 分为单面板 双面板和多层板 常见的多层板一般为 4 层板或 6 层板 复 杂的多层板可达十几层 2 根据软硬进行分类 分为普通电路板和柔性电路板 3 根据 PCB 的原材料 覆铜箔层压板是制作印制电路板的基板材料 它用 作支撑各种元
