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1、第11章 印制电路的设计与制作,11.1 覆铜板 一、覆铜板的结构 覆铜板是把一定厚度的铜箔通过粘接剂热压在一定厚度的绝缘基板上而构成。它通常分为单面板和双面板两种（在目前使用的表面安装元器件中，覆铜板可有多种形式，如单层板和多层板等）。,1铜箔,（1）选用铜箔的依据 当金属箔用于印制线路板时，必须具有较高的导电率、良好的焊接性能和延展性能、以及与绝缘基板牢固的附着力等。 铜在所有金属中是比较符合要求的。铝虽然价格便宜，且易贴附到绝缘基板上，但焊接非常困难，故不能采用。纯镍或铜镍合金，虽然焊接性能较好，但电气性能较差（特别是导电性和电阻方面）。镍一铁一铝材料虽焊接性能和附着力均好（镍帮助焊接，
2、铁起热转换作用，铝为结合层），但成本太高，腐蚀困难。因此，也不能采用。,（2）铜箔的类型 印制板所采用的铜箔一般有压延铜箔和电解铜箔两种。 压延铜箔是将铜板碾压而成，其规格为： 外观：连续成卷，表面不得有砂眼、凹隙、轧皱等。 厚度：0.050.005mm 纯度：不小于99.7 电解铜箔是通过电解法制造。即将一光亮不锈钢的鼓形电极置于硫酸铜电解槽中滚动，铜便会在鼓形电极上电解析出。铜箔和鼓形极接触的一面很光亮，其反而较粗糙。其规格为： 外观：连续成卷，表面光洁，不得有明显的氧化斑迹，磨迹及刻印等。 厚度：0.050.005mm 电阻率：不大0.02mm2/m 纯度：不小于99.9% 强度：抗拉强
3、度不小于15kg/cm2 长度：一般不小于100m,（3）铜箔的厚度 铜箔的厚度要适中。铜箔越厚，抗剥能力越强，即越可靠。但给铜箔的腐蚀和打眼造成一定困难。部分国家关于铜箔厚度的规定见表11-1。 表11-1 铜箔厚度的规定,3绝缘基板,（1）绝缘基板的组成 绝缘基板由两部分组成，一部分是高分子合成树脂，它是基板的主要成份，决定电气性能。另一部分是增强材料，主要用于提高机械性能。 （2）增强材料的类型 增强材料主要分为布质（编织物）增强材料和纸质增强材料。纸质增强材料包括牛皮纸、亚硫酸盐纸、纤维素纸和棉花（废布）纸。,（3）合成树脂的类型 合成树脂主要分为热固性合成树脂和热塑性树脂两种。 热固
4、性合成树脂包括酚醛树脂、环氧树脂、三氯氰胺树脂和有机硅树脂。 热塑性树脂包括聚乙烯、线链型聚酯树脂和氟树脂。 酚醛树脂纸质绝缘基板价格低廉，机械性能和电气性能均可，主要用于民用设备。缺点是易吸水，吸水后电气性能降低，工作温度不超过100，在恶劣环境中不适宜采用。 环氧树脂绝缘基板对各种材料有良好的粘合性，硬化收缩小，能耐化学药品、溶济和油类，电气绝缘性能好，是印制电路绝缘基板中的优质材料，一般用于军品或高靠性场合。 三氯氰胺绝缘基板抗热性能、电气性能均较好，但较脆。国外常用来作平面印制电路板的材料。表面很硬，耐磨性很好，介质损耗小，适用于军工或特殊电子仪器。 有机硅树脂绝缘基板抗热性能特别好，
5、介质损耗小，但铜箔和基板的附着力不大。,二、覆铜板的类型,根据国际印制电路用覆铜箔酚醛纸层压板（GB4723-84）规定，覆铜板的型号及特性见表11-2。 表11-2 覆铜板型号及特性,三、覆铜板的性能参数,1抗弯强度 抗弯强度表示材料能承受弯曲、冲击、振动的能力，以单位面积受的力来计算，单位为kg/cm2（英美国家为磅/ 平方英寸）。 2抗剥强度 抗剥强度是指在覆铜板上，剥开1cm宽度的铜箔所需要的力，用kg/cm来表示。它用来衡量铜箔与基板之间的结合力。 3耐热性能 耐热性能是指材料能够长期工作，而不引起性能降低所承受的的最高温度。,4吸水性 吸水性主要用来考虑潮湿环境对敷铜板电气性能的影
6、响。 5翘曲度 翘曲度用来衡量板材的翘曲程度，双面印制电路板的翘曲度比单面的好，厚的比薄的好。 6介电常数 当双面板的两面各印制出一定面积的铜箔时，利用中间的绝缘基板作为介质就组成了一个电容器。介电常数不同，电容量不同。 表11-3 绝缘基板的介电常数（腐蚀铜箔之后）,7损耗因素 损耗因素表示绝缘板材作为印制电容器的介质时，或者在覆铜板上所印制线圈时，在绝缘介质上的功率损耗。一般用介质损耗角正切tg表示. 8表面电阻和体积电阻 表面电阻与体积电阻用于衡量绝缘基板的绝缘性能。随着温湿度的升高，材料的绝缘电阻降低。 国标（GB4723-84）给出了不同型号覆铜板的电气性能。分别见表11-4（a）和
7、表11-4（b） 表11-4（a） 不同型号覆铜板的电性能,四、覆铜板的厚度,根据国标GB4723-84规定，覆铜板的厚度见表11-5所示。,五、覆铜板的大小,根据国际GB4723-84规定，覆铜板的推荐标称面积应符合表11-6的规定。,11.2 印制电路排版设计前的准备,印制电路设计的主要任务为排版设计。但排版前必须考虑如下内容：覆铜板的板材、规格、尺寸、形状、对外连接方式等，这些工作称为排版前的准备工作。,一、设计前的一般考虑,1可靠性 印制电路板的可靠性是影响电子设备可靠性的一个重要因素。影响印制电路板可靠性的因素很多，有基材方面的，也有工艺方面的。单从设计角度考虑，则影响印制电路板可靠
8、性的因素，首先是印制板的层数。长期使用印制电路板的经验证明，单面板和双面板能很好地满足电气性能的要求，可靠性较高。随着层数的增多，可靠性会降低。但在计算机系统中，从抗干扰方面考虑，增加一层地线层还是很有必要的（它既便于布线，又有层间屏蔽作用）。,2工艺性 印制电路板的制造工艺尽可能简单。一般来说，制造层数少而强度高的印制电路板比制造层数较多而密度较低的印制电路板要困难得多。一般在金属孔互连工艺比较成熟的条件下，宁可设计层数较多、导线和间距较宽的印制电路板，而不要设计层数少、布线密度很高的印制电路板。这正和可靠性的要求是相矛盾的。 3经济性 印制电路板的经济性与其制造工艺、方法直接相关。复杂的工
9、艺必然增加制造费用。所以，在设计印制电路板时，应考虑和通用的制造工艺、方法相适应。此外，应尽可能采用标准的尺寸结构，选用合适的基板材料，运用巧妙的设计技术来降低成本。,二、板材、板厚、形状、尺寸的确定,1板材的确定 常用的覆铜板有酚醛纸板、酚醛玻璃布板，环氧玻璃布板等。不同的板材，其机械性能与电气性能有很大差别，故应仔细选择。 选择板材的依据是整机的性能要求、使用尺寸、整机价格等。选择时要统筹考虑，既要了解覆铜板的性能指标，又要熟悉电子产品的特点，以获得良好的性能价格比 2印制电路板形状的选择 印制电路板的形状通常由整机的外形确定，一般采用长宽比例不太悬殊的长方形。它可以大大简化成形加工，节省
10、板材。在一些批量生产中，为了降低线路板的制作成本，提高线路板的自动装焊率，常把两、三块面积小的印制电路板和主印制电路板共同设计成一个整矩形。待装焊后沿工艺孔掰开，分别装在整机的不同部位上。,3印制电路板的尺寸的选择 选择印制电路板的尺寸选择要考虑整机的内部结构及印制电路板上元器件的数量及尺寸。板上元器件排列彼此间要留有一定的间隔。特别是在高压电路中，更要注意留有足够的间距。在考虑元器件所占面积的同时，还要考虑发热元器件所需散热片的尺寸。在确定了板的面积后，四周还应留出510mm（单边），以便于印制电路板在整机中的固定。 4板厚的确定 根据国标GB2473-84规定，覆铜板的标称厚度有0.2，0
11、.5，0.8，1.0，1.2，1.6，2.0，2.4，3.2，6.4，0.7，1.5mm等多种。在确定板厚时，主要考虑以下因素。 （1）当印制板对外通过直接式插座连接时，过厚插不进去，过薄接触不良。一般应选1.5mm左右。 （2）要考虑板的尺寸、板上元器件的体积、重量等。板的尺寸及元器件重量过大，都应适当增加板厚，否则容易产生翘曲。,三、印制电路板对外连接方式的选择,1导线焊接方式 导线焊接方式是指用导线将印制电路板上的对外连接点与板外元器件或其他部件直接焊接，不需要任何接插件。其优点是成本低、可靠性高，避免了因接触不良而造成的故障。缺点是维修不方便。常用于对外连接较少的场合。 采用导线焊接方
12、式时，应注意以下几点： （1）印制电路板的对外焊点应尽可能引至整板的边缘，并按一定尺寸排列，以利于焊接和维修。 （2）引线应通过印制电路板上的穿线孔从电路板的元件面穿过，再进行焊接，避免将导线拽掉。 （3）将导线排列或捆扎整齐，用线卡或其它紧固件将线与板固定，避免导线因移动而折断。,2接插件连接方式,接插件连接是指通过插座将印制电路板上对外连接点与板外元器件进行连接。其优点是调试方便，缺点是因接触点多，可靠性较差。 接插件连接方式中。使用最多的是印制电路板插座形式，即把印制电路板的一端做成插头。插头部分按插座尺寸、接点数、接点距离、定位孔位置等进行设计。设计中应严格控制引线间的距离，保证与插座
13、的引线间距一致。同时，引线部分需进行镀金处理，以提高耐磨性，减小接触电阻。其优点是装配简单，维修方便。缺点是可靠性差，常因插头部分氧化或插座簧片老化等，而接触不良。,11.3 印制板上的干扰及抑制,一、地线布置引起的干扰 任何电路都存在自身的接地点，接地点在电位的概念中表示零电位。但印制电路板上的地线并不能保证是绝对零电位，往往存在一定的值。虽然电位可能很小，但由于电路中的放大作用，这小小的电位就可能成为产生影响电路性能的干扰源。,电路和电路共用地线AB段。从理论上讲，A、B点电位相同，均为零电位。但实际上，A、B两点间因有导线存在，故存在一定的阻抗。如印制导线AB长为10cm，宽为1.5mm
14、，铜箔厚度为0.05cm，根据材料电阻的计算公式： 可求得该段铜箔的电阻为：,电路,电路,I1,I2,I1+I2,图11-1 地线产生干扰,A,B,虽然此电阻较小，但当有大电流通过时，就会产生一定的压降，此电压经放大后便成为影响电路性能的干扰信号。 减小地线干扰的措施是尽量避免不同回路的电流同时流经某一段共用地线。特别是高频电路和大电流回路更要讲究地线的接法。在地线布设中，首先要处理好各级的内部接地，同级电路的几个接地点要尽量集中，称为一点接地。以避免其它回路的交流信号窜入本级，或本级的交流信号窜入其它回路中去。其次，要布好整个印制板上的地线，防止各级之间相互干扰，主要采取以下措施。,1并联分
15、路式,如图11-2所示，将印制板上各部分的地线分别通过各自的在实际设计时，印制电路的公共地线一般布设在印制电路板的四周，并比一般印制导线宽，各级电路采取就近并联接地。如果印制板上或附近有强磁场，则公共地线不能做成封闭回路，以免地线环路接受电磁感应。,电路,电路,图11-2 并联分路式接地,电路,2大面积覆盖接地 大面积覆盖接地是指尽量扩大印制电路板上的地线面积。这样，既可以有效地减小地线中的感抗，削弱在地线上产生的高频信号，又可以对电场干扰起到屏蔽作用。 3模拟和数字电路的地线分开布设 在同一块印制电路板上，如果同时布设模拟电路和数字电路，两种电路的地线要完全分开，供电也要完全分开，以抑制它们
16、间的相互干扰。,二、电源干扰,电子仪器的供电大多数是由交流电通过降压、整流、稳压后供给。供电电源的质量直接影响整机的性能指标。印制电路板设计不合理或工艺布线不合理，就会使交直流回路彼此相连，造成交流信号对直流产生干扰，使电源质量下降。,三、磁场干扰,印制电路板的特点是使元器件安装紧凑，连线密集。但若设计不当，则会给整机带来麻烦，如分布参数造成干扰，元器件间的磁场干扰等。 1印制导线间的寄生耦合 两条相距很近的平行导线，它们间的分布参数可等效为相互耦合的电感和电容。当其中一条线中流过信号时，另一条线中便会产生出感应信号。感应信号的大小与原始信号的功率和频率有关，感应信号便是产生的干扰源。,消除感应信号的措施主要有以下几条：,（1）排版前应仔细分析电路原理图，区别强弱信号线。使弱信号线尽量短，并避免与其它信号线（尤其是强信号线）平行靠近。 （2）不同回路的信号线要尽量避免相互平行。双面板上两面的印制导线要相互垂直，切不可相互平行。 （3）当信号线密集、平行且无法摆脱较强信号的干扰时，可采用屏蔽线，将弱信号屏蔽，使其
