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1、第第4章章 印刷电路板设计基础印刷电路板设计基础 4.1 4.1 印刷电路板概述印刷电路板概述4.2 4.2 4.3 Protel99SE4.3 Protel99SE印刷电路板编辑器印刷电路板编辑器4.4 4.4 印刷电路板的工作层面印刷电路板的工作层面本章小节本章小节 在实际电路设计中，完成原理图绘制和电路仿真后，最终需在实际电路设计中，完成原理图绘制和电路仿真后，最终需要将电路中的实际元件安装在印刷电路板（要将电路中的实际元件安装在印刷电路板（Printed Circuit Printed Circuit BoardBoard，简称，简称PCBPCB）上。原理图的绘制解决了电路的逻辑连接，
2、而）上。原理图的绘制解决了电路的逻辑连接，而电路元件的物理连接是靠电路元件的物理连接是靠PCBPCB上的铜箔实现。上的铜箔实现。 随着中、大规模集成电路出现，元器件安装朝着自动化、高随着中、大规模集成电路出现，元器件安装朝着自动化、高密度方向发展，对印刷电路板导电图形的布线密度、导线精度和密度方向发展，对印刷电路板导电图形的布线密度、导线精度和可靠性要求越来越高。为满足对印刷电路板数量上和质量上的要可靠性要求越来越高。为满足对印刷电路板数量上和质量上的要求，印刷电路板的生产也越来越专业化、标准化、机械化和自动求，印刷电路板的生产也越来越专业化、标准化、机械化和自动化，如今已在电子工业领域中形成
3、一门新兴的化，如今已在电子工业领域中形成一门新兴的PCBPCB制造工业。制造工业。 印刷电路板印刷电路板( (也称印制线路板，简称印制板也称印制线路板，简称印制板) )是指以绝缘基板是指以绝缘基板为基础材料加工成一定尺寸的板，在其上面至少有一个导电图形为基础材料加工成一定尺寸的板，在其上面至少有一个导电图形及所有设计好的孔（如元件孔、机械安装孔及金属化孔等），以及所有设计好的孔（如元件孔、机械安装孔及金属化孔等），以实现元器件之间的电气互连。实现元器件之间的电气互连。 4.1 4.1 印刷电路板概述印刷电路板概述 4.1.1 4.1.1 印刷电路板的发展印刷电路板的发展 印印制制电电路路技技术
4、术虽虽然然在在第第二二次次世世界界大大战战后后才才获获得得迅迅速速发发展展，但但是是“印制电路印制电路”这一概念的来源，却要追溯到十九世纪。这一概念的来源，却要追溯到十九世纪。 在在十十九九世世纪纪，由由于于不不存存在在复复杂杂的的电电子子装装置置和和电电气气机机械械，因因此此没没有有大大量量生生产产印印刷刷电电路路板板的的问问题题，只只是是大大量量需需要要无无源源元元件件，如如：电阻、线圈等。电阻、线圈等。 18991899年年，美美国国人人提提出出采采用用金金属属箔箔冲冲压压法法，在在基基板板上上冲冲压压金金属属箔制出电阻器，箔制出电阻器，19271927年提出采用电镀法制造电感、电容。年
5、提出采用电镀法制造电感、电容。 经经过过几几十十年年的的实实践践，英英国国Paul Paul EislerEisler博博士士提提出出印印刷刷电电路路板板概概念念，并奠定了光蚀刻工艺的基础。并奠定了光蚀刻工艺的基础。 随随着着电电子子元元器器件件的的出出现现和和发发展展，特特别别是是19481948年年出出现现晶晶体体管管，电电子子仪仪器器和和电电子子设设备备大大量量增增加加并并趋趋向向复复杂杂化化，印印制制板板的的发发展展进进入入一个新阶段。一个新阶段。 五十年代中期，随着大面积的高粘合强度覆铜板的五十年代中期，随着大面积的高粘合强度覆铜板的研制，为大量生产印制板提供了材料基础。研制，为大量
6、生产印制板提供了材料基础。19541954年，美年，美国通用电气公司采用了图形电镀蚀刻法制板。国通用电气公司采用了图形电镀蚀刻法制板。 六十年代，印制板得到广泛应用，并日益成为电子六十年代，印制板得到广泛应用，并日益成为电子设备中必不可少的重要部件。在生产上除大量采用丝网设备中必不可少的重要部件。在生产上除大量采用丝网漏印法和图形电镀蚀刻法（即减成法）等工艺外，还漏印法和图形电镀蚀刻法（即减成法）等工艺外，还应用了加成法工艺，使印制导线密度更高。目前高层数应用了加成法工艺，使印制导线密度更高。目前高层数的多层印制板、挠性印制电路、金属芯印制电路、功能的多层印制板、挠性印制电路、金属芯印制电路、
7、功能化印制电路都得到了长足的发展。化印制电路都得到了长足的发展。 我国在印制电路技术的发展较为缓慢，五十年代中我国在印制电路技术的发展较为缓慢，五十年代中期试制出单面板和双面板，六十年代中期，试制出金属期试制出单面板和双面板，六十年代中期，试制出金属化双面印制板和多层板样品，化双面印制板和多层板样品，19771977年左右开始采用图形年左右开始采用图形电镀电镀-蚀刻法工艺制造印制板。蚀刻法工艺制造印制板。19781978年试制出加成法材年试制出加成法材料料-覆铝箔板，并采用半加成法生产印制板。八十年代覆铝箔板，并采用半加成法生产印制板。八十年代初研制出挠性印制电路和金属芯印制板。初研制出挠性印
8、制电路和金属芯印制板。在电子设备中，印刷电路板通常起、以下三个作用：在电子设备中，印刷电路板通常起、以下三个作用： 为电路中的各种元器件提供必要的机械支撑；为电路中的各种元器件提供必要的机械支撑； 提供电路的电气连接；提供电路的电气连接； 用用标标记记符符号号将将板板上上所所安安装装的的各各个个元元器器件件标标注注出来，便于插装、检查及调试。出来，便于插装、检查及调试。 现代印制板已经朝着多层、精细线条的方向发现代印制板已经朝着多层、精细线条的方向发展。特别是八十年代开始推广的展。特别是八十年代开始推广的SMDSMD（表面封装）（表面封装）技术是高精度印制板技术与技术是高精度印制板技术与VLS
9、IVLSI（超大规模集成电（超大规模集成电路）技术的紧密结合，大大提高了系统安装密度与路）技术的紧密结合，大大提高了系统安装密度与系统的可靠性。系统的可靠性。4.1.2 4.1.2 印刷电路板种类印刷电路板种类 目前的印刷电路板一般以铜箔覆在绝缘板（基板）上，故亦目前的印刷电路板一般以铜箔覆在绝缘板（基板）上，故亦称覆铜板。称覆铜板。1.1.根据根据PCBPCB导电板层划分导电板层划分 单面印制板（单面印制板（Single Sided Print BoardSingle Sided Print Board）。单面印制板）。单面印制板指仅一面有导电图形的印制板，板的厚度约在指仅一面有导电图形的印
10、制板，板的厚度约在0.20.25.0mm5.0mm，它是，它是在一面敷有铜箔的绝缘基板上，通过印制和腐蚀的方法在基板上在一面敷有铜箔的绝缘基板上，通过印制和腐蚀的方法在基板上形成印制电路。它适用于一般要求的电子设备。形成印制电路。它适用于一般要求的电子设备。 双面印制板（双面印制板（Double Sided Print BoardDouble Sided Print Board）。双面印制板）。双面印制板指两面都有导电图形的印制板，板的厚度约为指两面都有导电图形的印制板，板的厚度约为0.20.25.0mm5.0mm，它是，它是在两面敷有铜箔的绝缘基板上，通过印制和腐蚀的方法在基板上在两面敷有铜
11、箔的绝缘基板上，通过印制和腐蚀的方法在基板上形成印制电路，形成印制电路，两面的电气互连通过金属化孔实现两面的电气互连通过金属化孔实现。它适用于要。它适用于要求较高的电子设备，由于双面印制板的布线密度较高，所以能减求较高的电子设备，由于双面印制板的布线密度较高，所以能减小设备的体积。小设备的体积。 单面铝基印刷电路板 双面印刷电路板 多多层层印印制制板板（Multilayer Multilayer Print Print BoardBoard）。多多层层印印制制板板是是由由交交替替的的导导电电图图形形层层及及绝绝缘缘材材料料层层层层压压粘粘合合而而成成的的一一块块印印制制板板，导导电电图图形形的
12、的层层数数在在两两层层以以上上，层层间间电电气气互互连连通通过过金金属属化化孔孔实实现现。多多层层印印制制板板的的连连接接线线短短而而直直，便便于于屏屏蔽蔽，但但印印制制板板的的工工艺艺复复杂杂，由于使用金属化孔，可靠性稍差。它常用于计算机的板卡中。由于使用金属化孔，可靠性稍差。它常用于计算机的板卡中。 对于电路板的制作而言，板的层数愈多，制作程序就愈多，对于电路板的制作而言，板的层数愈多，制作程序就愈多，失败率当然增加，成本也相对提高，所以只有在高级的电路中才失败率当然增加，成本也相对提高，所以只有在高级的电路中才会使用多层板。会使用多层板。 图图4-14-1所示为四层板剖面图。通所示为四层
13、板剖面图。通常在电路板上，元件放在顶层，所常在电路板上，元件放在顶层，所以一般顶层也称元件面，而底层一以一般顶层也称元件面，而底层一般是焊接用的，所以又称焊接面。般是焊接用的，所以又称焊接面。对于对于SMDSMD元件，顶层和底层都可以放元件，顶层和底层都可以放元件。元件也分为两大类，插针式元件。元件也分为两大类，插针式元件和表面贴片式元件（元件和表面贴片式元件（SMDSMD）。）。 2. 2.根据根据PCBPCB所用基板材料划分所用基板材料划分 刚刚性性印印制制板板（Rigid Rigid Print Print BoardBoard）。刚刚性性印印制制板板是是指指以以刚刚性性基基材材制制成成
14、的的PCBPCB，常常见见的的PCBPCB一一般般是是刚刚性性PCBPCB，如如计计算算机机中中的的板板卡卡、家家电电中中的的印印制制板板等等。常常用用刚刚性性PCBPCB有有：纸纸基基板板、玻玻璃璃布布板板和和合合成成纤纤维维板板，后后连连者者价价格格较较贵贵，性性能能较较好好，常常用用作作高高频频电电路路和和高高档档家家电电产产品品中中；当当频频率率高高于于数数百百兆兆赫赫时时，必必须须用用介介电电常常数数和和介介质质损损耗耗更更小的材料，如聚四氟乙烯和高频陶瓷作基板。小的材料，如聚四氟乙烯和高频陶瓷作基板。 柔柔性性印印制制板板（Flexible Flexible Print Print
15、 BoardBoard，也也称称挠挠性性印印制制板板、软软印印制制板板）。柔柔性性印印制制板板是是以以软软性性绝绝缘缘材材料料为为基基材材的的PCBPCB。由由于于它它能能进进行行折折叠叠、弯弯曲曲和和卷卷绕绕，因因此此可可以以节节约约60609090的的空空间间，为为电电子子产产品品小小型型化化、薄薄型型化化创创造造了了条条件件，它它在在计计算算机机、打打印印机机、自自动化仪表及通信设备中得到广泛应用。动化仪表及通信设备中得到广泛应用。 刚刚- -柔性印制板（柔性印制板（Flex-rigid Print BoardFlex-rigid Print Board）。刚）。刚- -柔性印柔性印制板
16、指利用柔性基材，并在不同区域与刚性基材结合制成的制板指利用柔性基材，并在不同区域与刚性基材结合制成的PCBPCB，主要用于主要用于电路的接口部分电路的接口部分。 柔性印制板 PCB制作流程制作流程全自动全自动PCB线路板制作线路板制作4 4.1.3 PCB.1.3 PCB设计中的基本组件设计中的基本组件1.1.板层（板层（LayerLayer） 板层分为敷铜层和非敷铜层，平常所说的几层板是指敷铜层板层分为敷铜层和非敷铜层，平常所说的几层板是指敷铜层的层数。一般敷铜层上放置焊盘、线条等完成电气连接；在非敷的层数。一般敷铜层上放置焊盘、线条等完成电气连接；在非敷铜层上放置元件描述字符或注释字符等；还有一些层面用来放置铜层上放置元件描述字符或注释字符等；还有一些层面用来放置一些特殊的图形来完成一些特殊的作用或指导生产。一些特殊的图形来完成一些特殊的作用或指导生产。 敷敷铜铜层层包包括括顶顶层层（又又称称元元件件面面）、底底层层（又又称称焊焊接接面面）、中中间间层层、电电源源层层、地地线线层层等等；非非敷敷铜铜层层包包括括印印记记层层（又又称称丝丝网网层层）、板面层、禁止布线层、阻焊层、助焊层
