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1、第五章 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 印制电路板的制造与检验 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,目 录,5.1 印制电路板的种类和特点 5.2 印制电路板的设计基础 5.3 印制电路板的制造与检验 5.4 印制电路板的计算机设计 本章小结,返回主目录,5.1 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
2、0.20.5mm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,双面印制电路板在绝缘基板上（其厚度为0.20.5mm）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。,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
3、双层面板粘合而成，其厚度一般为1.22.5 mm。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0.251 mm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
4、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。,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
5、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，但环氧酚醛玻璃布敷铜箔板的价格较贵。,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。,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。,5.2 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
6、 三、印制电路板的具体设计过程及方法,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，在设计印制导线的走向时，还要考虑到电路的工作频率，以尽量减少导线间的分布电容和分布电感等。,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。 确定印制电路板的尺寸、形状、材料，确定印
7、制电路板与外部的连接，确定元件的安装方法。 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。 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。 在着手设计印制电路板时，设计人员应依据有关规则和标准，参考有关的技术文件。在有关的技术文件中，规定了一系列电路板的尺寸、层数、元件尺寸、坐标网格的间距、焊接元件的排列间隔、制作印制电路板图形的工艺等。,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，
8、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。在进行布局时，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。印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。 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
9、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。,2). 元器件布局,对于单面印制电路板，元器件只能安装在没有印制电路的一面，元器件的引线通过安装孔焊接在印制导线的焊盘上。对于双面印制电路板，元器件也尽可能安装在板的一面，以便于加工、安装
10、和维护。 在板面上的元器件应按照电原理图的顺序尽量成直线排列，并力求电路安装紧凑和密集，以缩短引线，减少分布电容，这对于高频电路尤为重要。 如果由于电路的特殊要求必须将整个电路分成几块进行安装，则应使每一块装配好的印制电路板成为具有独立功能的电路，以便于单独进行调试和维护。 为了合理地布置元器件、缩小体积和提高机械强度，可在主要的印制电路板之外再安装一块“辅助板”，将一些笨重元器件如变压器、扼流圈、大电容器、继电器等安装在辅助板上，这样有利于加工和装配。 布置元器件的位置时，应考虑它们之间的相互影响。元器件放置的方向应与相邻的印制导线交叉，电感器件要注意防止电磁干扰，线圈的轴线应垂直于板面，这
11、样安装元件间的电磁干扰最小。 电路中有发热的元器件应放在有利于散热的位置，必要时可单独放置或加装散热片，以利于元件本身的降温和减少对邻近元器件的影响。 对大而重的元器件尽可能安置在印制电路板上靠近固定端的位置，并降低其重心，以提高整板的机械强度和耐振、耐冲击能力，以及减小印制电路板的负荷和变形。,(1) 地线的布设 (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 (7) 定位孔的绘制与定位方法 (8) 表面贴装技术对印制电路板的要求,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，
12、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。 在各级电路的内部，应防止因局部电流而产生的地阻抗干扰，采用一点接地是最好的办法。如图5.1（a）所示为在电路各级间分别采取一点接地的原理示意图。但在实际布线时并不一定能绝对做到，而是尽量使它们安排在一个公共区域之内，如图5.1（b）所示。,(a) (b) 图5.1 印制电路板地线的布设,当电路工作频率在30MHZ以上或是工作在高速开关的数字电路中，为了减少地阻抗，常采用大面积覆盖地线，这时各级的内部元件接地也应贯彻一点接地
13、的原则，即在一个小的区域内接地，如图5.2所示。,图5.2 印制电路板上的大面积地线,(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5.3（a）中，由于输入端和输出端靠得过近，且输出导线过长，将会产生寄生耦合，如图5.3（b）的布局就比较合理。,(a) (b) 图5.3 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
14、多，最好采用双面印制电路板，将交叉的导线印制在板的两面，这样可使连接导线短而直，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5.4所示。,图5.4 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5.5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5.6所示为高频屏蔽导线的外接方法。,图
15、5.5 导线互联图 图5.6 高频导线的外连方法,用印制电路板接插式互连 如图5.7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5.8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5.7 簧片式插头与插座,图5.8针孔式插头与插座,(5) 印制连接盘,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。连接盘的尺寸取决于焊接孔的尺寸。焊接孔是指固定元件引线或跨接线贯穿基板的孔。显然，焊接孔的直径应该稍大于焊接元件的引
16、线直径。焊接孔径的大小与工艺有关，当焊接孔径大于或等于印制电路板厚度时，可用冲孔；当焊接孔径小于印制电路板厚度时，可用钻孔。一般焊接孔的规格不宜过多，可按表5.1来选用（表中有*者为优先选用）。,表5.1 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=(23)d，如图5.9所示。为了保证焊接及结合强度，建议采用表5.2中给出的尺寸。,表5.2 连接盘直径与焊接孔关系,图5.9 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5.10所示。,图5.10 连接盘的形状,若焊盘与焊盘间的连线合为一体，尤如水上小岛，故称为岛形焊盘，如图5.11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，
