电子电路设计与制作9章讲义教材

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1、第9章 电子产品制作工艺,一台性能优良的电子产品，除选择高质量的元器件和合理的电路外，印制电路板的组件布局和电气连线方式及正确的结构设计，是决定产品能否正常工作的关键环节。 下面三个方面结合起来考虑： 正确设计印制电路板 正确布线方向 整体的工艺结构,9.1 印制电路板的排版设计与布线 9.2 印制电路板的制作工艺 9.3 焊接工艺 9.4 表面安装技术 9.5 整机生产工艺介绍,9.1.1 印制电路板设计的一般原则,根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局时，要符合下面3条原则： （1）在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。 （2）按照电路的信号流程来安排各个功能电路单元的位

2、置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持方向一致。 （3）以每个功能电路的核心器件（如集成芯片）为中心，围绕它来进行布局。,9.1.1 印制电路板设计的一般原则,（2）在印制板上应留出定位孔及固定支架所占用的位置。 （3）高频元器件之间的连线应尽可能缩短，以减少它们间的分布参数和相互间的电磁干扰。 （4）对某些电位差较高的元器件或导线，应加大它们之间的距离，以避免放电引起意外短路，带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及到的地方。 （5）对可调元器件的布局应考虑到整机的结构要求，其位置布局应方便调整操作。,9.1.1 印制电路板设计的一般原则,2.布线的原则 应遵守的6条原则： （1）对

3、于高频电路应采用岛型焊盘，并采用大面积接地布线。 （2）印制导线的宽度要满足电流的要求，且布设尽可能短，在高频电路中更应如此。 （3）印制导线的拐角应弯成圆角，若弯成直线或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能。,9.1.1 印制电路板设计的一般原则,（4）电路中的输入及输出印制导线应尽量避免相邻平行，以免发生干扰，在这些导线之间的空间最好安装一根隔离线接地。 （5）双面板布线时，两面的导线宜相互垂直，斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减少寄生耦合。 （6）充分考虑可能产生的干扰，并同时采取相应的抑制措施，良好的布线方案是电子产品可靠工作的重要保证。,9.1.2 印制电路板干扰的产生及

4、其抑制,干扰现象在电子产品调试、使用时经常出现，其原因涉及许多方面，除外界因素干扰外，印制板布线不合理、元器件安装位置不当等都可能产生干扰。,有以下几个方面： 1.电源干扰及其抑制 电源电路的工艺布线和印制板设计不合理都会产生干扰，主要包括交流电源的干扰和直流电源电路产生的电场对其他电路的干扰。,9.1.2 印制电路板干扰的产生及其抑制,抑制电源干扰的基本方法： 印制电路板布线时，交、直流回路不能彼此相连； 电源线不要大环形走线； 电源线与信号线不要靠得太近，并且避免平行； 必要时，要在供电电源的输出端和用电器之间增加滤波器。,9.1.2 印制电路板干扰的产生及其抑制,2.地线干扰及其抑制 任

5、何电路都存在一个自身的接地点（不一定是真正的大地）。电路中接地点在电位的概念中表示零电位，其他点的电位均以此点电位为参考。但在印制板电路中，即印制板上的地线并不能保证是绝对的零电位，往往存在一定的电位数值，虽然电位值很小，但是由于电路的放大作用，这个小小的电位值就可能产生严重影响电路性能的干扰。为了克服地线干扰，在设计中，应尽量避免不用回路电流同时流经某一段共用地线，同级电路的几个接地点要尽量集中（即一点接地）。,9.1.2 印制电路板干扰的产生及其抑制,抑制地线干扰的基本方法： 大面积覆盖接地。这样可以减小地线中的感抗，屏蔽电场干扰； 尽量加粗接地线。通常使它能通过3倍于电路板允许电流的粗细

6、； 正确选择接地方式。在很多高增益、高灵敏度的电路中，通常采用一点接地法，各级电路就近并联接地。 将数字电路地与模拟电路地分开。一块电路板上，同时有模拟电路和数字电路，应把两种电路的地线、供电电源都完全分开，抑制它们之间的干扰。,9.1.2 印制电路板干扰的产生及其抑制,3.电磁场干扰及其抑制 印制板的特点是使元器件安装紧凑，连接密集，但如果设计不当，这一特点也会给整机带来麻烦，如分布参数造成干扰、元器件间的磁场干扰等。 磁性元器件安装位置不当产生相互间的干扰。如扬声器、电磁铁、永久性仪表等产生的恒定磁场；高频变压器、继电器等产生的交变磁场。 抑制对策： 减小磁力线对印制导线的切割。,9.1.

7、2 印制电路板干扰的产生及其抑制,两个磁元件的相互位置应使两个元件磁场方向相互垂直，以减少彼此间的耦合。 对干扰源进行磁屏蔽，磁屏蔽罩应良好接地。 印制导线间的寄生耦合干扰。 两条相距很近的平行导线，它们之间的分布参数可以等效为相互耦合的电感和电容，当其中一条导线中流过信号时，另一条导线内也会产生感应信号，这就是干扰源。,9.1.2 印制电路板干扰的产生及其抑制,抑制对策： 排版时要分析原理图，区别强弱信号线，使弱信号线尽量短，并避免与其他信号线平行靠近； 不同回路的信号线尽量避免相互平行，布设双面板上的两面印制线要相互垂直，尽量做到不平行布设； 对某些信号线密集平行，无法摆脱强信号干扰的情况

8、下，可采用屏蔽线将弱信号屏蔽以抑制干扰。 使用高频电缆直接传送信号时，电缆的屏蔽层应一端接地。,9.1.2 印制电路板干扰的产生及其抑制,4.热干扰及其抑制 电子产品中因为有大功率器件的存在，在工作时表面温度较高，另外电路中还有其他发热器件，这些都是热源，因而不可避免地存在热干扰。 抑制对策： 使温度敏感器件在PCB板上远离发热器件。 将热源器件安装在板边缘的通风处，必要时，配备足够大的散热片或者降温风扇。,9.1.3 印制电路板上元器件的安装,1.随机排列 元器件的随机排列也称不规则排列，即元器件的轴线方向彼此不一致，排列顺序无一定规则。 这种排列方式对抑制高频干扰非常有利，常在安装立式元器

9、件时采用。,2.规则排列 元器件轴线的排列方向一致，并与板的四边平行或垂直。这种排列方式可使印制板元器件排列规范、整齐、美观、方便安装、焊接与调试，易于生产和维修。,9.1.3 印制电路板上元器件的安装,由于元器件的排列要受一定位置和方向的限制，因而印制板上导线的布设要复杂一些，印制导线也会相应增加。 这种排列方式常用于版面较大，元器件种类相对较少而同类型元器件数量较多的低频电路中。 元器件的卧式安装方式一般均以规则排列为主。,9.1.3 印制电路板上元器件的安装,3.元器件的安装方式 元器件在印制板上的安装方式有：卧式安装，悬空安装，立式安装，支架固定安装和有高度限制安装。 元器件的安装原则

10、： 元器件应布设在印制板的一面，且每个元器件的引出脚应单独占用一个焊盘。 元器件不要布满整个版面，板的四周要留有5-10mm的裕量，裕量的大小应根据印制板面积的大小及固定的方式来决定。 元器件在整个版面上应布设均匀、疏密一致。,9.1.3 印制电路板上元器件的安装,元器件的安装高度应尽量低，过高则易倒伏或与相邻元器件碰接，系统的安全可靠性差。 根据印制电路板在系统中的安装状态确定较大元器件的轴向位置，规则排列的元器件的轴线方向应在系统内的垂直方向，从而提高元器件在印制板上的稳定性。 元器件的两端的跨距应稍大于元器件的轴向长度，折弯引脚时，不要齐根弯折，以免损坏元器件。 元器件的布设不能上下交叉

11、，相邻元器件间要保持一定的距离，间距不得过小。,插接元器件工艺规范介绍 (1)插件前准备 核对元器件型号、规格 核对元器件预成型 (2)装插要求 卧式安装元器件 图a：贴紧板面 图b：插到台阶处,立式安装元器件 要求插正，不允许明显歪斜 图a: m=5-7mm 图c: m=2-5mm 图b：插到台阶处 图d：直径10mm 贴紧板面 中周、线圈、集成电路、各种插座紧贴板面。 塑料导线 ：外塑料层紧贴板面。 有极性元器件(晶体管、电解、集成电路)极性方向不能插反。,不良插件及其纠正 插错和漏插 这是指插入印制板的元器件规格、型号、标称值、极性等与工艺文件不符， 产生原因：它是由人为的误插及来料中有

12、混料造成的。 纠正方法：加强上岗前的培训，加强材料发放前的核对工作，并建立严格的质量责任制。, 歪斜不正 歪斜不正一般是指元器件歪斜度超过了规定值。 危害性：歪斜不正的元器件会造成引线互碰而短路，还会因两脚受力不均，在震动后产生焊点脱落、铜箔断裂的现象。, 过深或浮起 插入过深，使元器件根部漆膜穿过印制板，造成虚焊； 插入过浅，使引线未穿过安装孔，而造成元器件脱落。,手工插件,元器件的通孔插入方法有手工插件和机械自动插件两种，随着，装联水平的提高，在大批量稳定生产的企业，普遍采用了机械自动插件的方式，但即使采用机械自动插件后，仍有一部份异形元器件（如集成电路、电位器、插座等）需要手工插件，尤其

13、在小批量多品种的产品装联中，采用机械自动插件会占用大量的转换和调机时间，因此，手工插件还是一种很主要的元器件插装方法。,机械自动插件,机械自动插件（简称：AI）是当代电子产品装联 中较先进的自动化生产技术， 优越性： 提高了生产效率； 提高插件正确性； 提高可靠性，机械自动插件设备具有将元器件引线剪断和弯曲固定的机构，这样使引线焊接后与焊点的接触面积明显增大（是直脚焊3倍）。,9.1.4 焊盘及焊孔的设计,1.焊盘的形状 圆形：广泛用于元件规则排列的单、双面印制板中。若板的密度允许，焊盘可大些，时不至于脱落。 方形：印制板上元器件大而少、且印制导线简单时多采用。在手工自制PCB时，采用这种焊盘

14、易于实现。 椭圆形：这种焊盘有足够的面积增强抗剥能力，常用于双列直插式器件。 岛形：焊盘与焊盘间的连线合为一体。常用于立式不规则排列安装中。比如收录机中常采用这种焊盘。,9.1.4 焊盘及焊孔的设计,1.焊盘的形状 泪滴式焊盘：当焊盘连接的走线较细时常采用，以防焊盘起皮、走线与焊盘断开。这种焊盘常用在高频电路中。 多边形焊盘：用于区别外径接近而孔径不同的焊盘，便于加工和装配。 开口形焊盘：为了保证在波峰焊后，使手工补焊的焊盘孔不被焊锡封死时常用。,9.1.4 焊盘及焊孔的设计,2.焊盘的尺寸 焊盘的尺寸与孔径尺寸，最小孔环宽度和钻孔设备等有关。为了保持焊盘与基板之间有一定的黏附强度并方便加工，

15、尽可能增大焊盘的尺寸。但是对于布线密度高的印制电路板，若其焊盘的尺寸过大，就得减少导线宽度与间距。,3.钻孔的设计 引线孔（即焊盘孔），过孔（连接孔），安装孔，定位孔。,9.1.5 印制导线的设计,1.印制导线的宽度 在印制电路板中，印制导线的主要作用是连接焊盘和承载电流，它的宽度主要由铜箔与绝缘基板之间的黏附强度和流过导线的电流来决定。 导线的宽度应以满足电气性能要求而又便于制版为宜，它的最小宽度以承受电流的大小而定，但最小不宜小于0.2mm。 为了保证导线在印制板上的抗剥削强度和工作可靠性，印制线不宜太细，只要条件允许，应尽可能采取较宽的导线，特别是电源线、地线及大电流信号线。,9.1.5

16、 印制导线的设计,2.印制导线的走向与形状 走通：是起码的要求。 走好：是经验和技巧的表现。,9.1.5 印制导线的设计,3.印制导线的间距 印制导线之间的距离将直接影响电路的电气性能，导线之间间距的确定必须满足电气安全要求，考虑导线之间的绝缘强度、相邻导线之间的峰值电压、电容耦合参数等。从便于安装元器件的角度考虑，导线之间的距离应尽可能宽些。,4.跨接线的使用 在单面的印制板电路设计中，有些线路无法连接时，会用到跨接。,9.1.6 制版工艺图的绘制,1.机械加工图样：是提供制造工具、模具及加工孔及外形（包括钳工装配）用的图纸。图上应注明印制板的尺寸、孔位和孔径及形位公差、使用材料、工艺要求等。打印时选择机械层（Mech层）。 2.线路图：将导线图形和印制板上安装的元器件组成的图称为线路图，它是用来区别其他印制板的制作工艺图。打印时选择顶层（Top层）。 3.阻焊层：采用机器自动焊接（如波峰焊接）印制电路板时，为防止焊接在非焊盘区桥接，需要在印制板焊点以外的区域印制一层阻止锡焊的涂层（绝缘耐锡涂料）或干膜，这种印制底图称为阻焊图。,9.2 印制电路板的制作工艺,