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1、3.2 印制电路板的设计制作方法印制电路板的设计制作方法n3.2.1 印制电路板的设计及要注意的问题n3.2.2 印刷电路板的制作方法现代电子技术工程设计与实践3.2.1 印制电路板的设计及要注意的问题印制电路板的设计及要注意的问题n印制电路板的设计是根据设计人员的意图，将电路原理图转化成印制板图，确定加工技术要求的过程。印制电路板设计通常有两种方法：一种是全人工设计，另一种是计算机辅助设计。设计员采用Protel、Orcad、PowerPCB等专业PCB设计软件进行设计。无论采取哪种方式，都必须符合电原理图的电气连接和电气、机械性能要求，还要注意电路板的散热设计、电磁兼容设计等问题。现代电子
2、技术工程设计与实践3.2.1 印制电路板的设计及要注意的问题印制电路板的设计及要注意的问题n（1）印制板的散热设计n印制板最好是直立安装，板与板之间的距离一般不要小于2 cm，而且元器件在印制板上的排列方式应遵循如下原则：n1）对于采用对流空气冷却方式的设备，最好是将集成电路(或其他元器件)按纵长方式排列，对于采用强制空气冷却(风扇冷却)的设备，则应按横长方式排列。n2）在同一块印制板上安装半导体器件时，应将发热量小或不耐热的元器件(如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容等)放在气流的入口处，将发热量大或耐热好的元器件放在气流的出口处。 现代电子技术工程设计与实践3.2.1 印制电路板的设计
3、及要注意的问题印制电路板的设计及要注意的问题n3）在水平方向上，大功率器件应尽量靠近印制板边沿布置，以便缩短传热途径；在垂直方向上，大功率器件应尽量靠近印制板上方布置，以便减小这些器件工作时对其他元器件的影响。n4）温度敏感器件最好安置在温度最低的区域(如设备底部)，不要将它放在发热元器件的正上方，多个器件最好是水平交错布局。也可采用“热屏蔽”方法达到保护作用。现代电子技术工程设计与实践3.2.1 印制电路板的设计及要注意的问题印制电路板的设计及要注意的问题n（2）印制板电磁兼容性设计n电磁兼容性(EMC)是指电子系统及其元器件在各种电磁环境中仍能够协调、有效地进行工作的能力。EMC设计的目的
4、是既能抑制各种外来的干扰，使电路和设备在规定的电磁环境中能正常工作，又能减少其本身对其他设备的电磁干扰。印制电路板电磁兼容设计具体体现在布线时，要注意以下问题：现代电子技术工程设计与实践3.2.1 印制电路板的设计及要注意的问题印制电路板的设计及要注意的问题n1）专用地线、电源线的走线宽度大于等于1 mm。n2）电源线和地线尽可能靠近，整块印制板上的电源与地要呈“井”字形分布，以便使分布线电流达到均衡。n3）要为模拟电路专门提供一根零伏线，以减少线间串扰。必要时可增加印制线条的间距。注意安插一些零伏线作为线间隔离。n4）印制电路板的插头也要多安排一些零伏线作为线间隔离，要特别注意电流流通中的导
5、线环路尺寸，如有可能，在控制线(于印制板上)的入口处加接RC去耦电路，以便消除传输中可能出现的干扰因素。现代电子技术工程设计与实践3.2.1 印制电路板的设计及要注意的问题印制电路板的设计及要注意的问题n5）印制电路板上印制弧线的宽度不要突变，导线不要突然拐角(90)。传输线拐角要采用45角，以降低回损。n6）时钟引线、行驱动器或总线驱动器的信号线常常载有大的瞬变电流，其印制导线要尽可能短；而对于电源线和地线这类难以缩短长度的布线，则应在印制板面积和线条密度允许的条件下尽可能加大布线的宽度。n7）采用平行走线可以减少导线电感，但会使导线之间的互感和分布电容增加。n8）为了抑制印制导线之间的串扰
6、，在设计布线时应尽量避免长距离的平行走线，尽可能拉开线与线之间的距离，信号线与地线及电源线尽可能不交叉。 现代电子技术工程设计与实践3.2.1 印制电路板的设计及要注意的问题印制电路板的设计及要注意的问题n（3）高频数字电路PCB设计中的布局与布线n为了避免高频信号通过印制导线时产生的电磁辐射，在布线时，应注意以下几点：n1）按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号方向尽可能保持一致，高频数字信号线要用短线。n2）以每个功能电路的核心组件为中心，围绕它来进行布局，时钟发生电路应在板中心附近，主要信号线最好集中在PCB板中心。 n3）在高频下工作的电路，要考虑元器件
7、之间的分布参数。 现代电子技术工程设计与实践3.2.1 印制电路板的设计及要注意的问题印制电路板的设计及要注意的问题n4）电源线尽可能远离高频数字信号线或用地线隔开，电路的布局必须减少电流回路，电源的分布必须是低感应的(多路设计)。n5）数据总线的布线应每两根信号线之间夹一根信号地线，最好是紧挨着最不重要的地址引线放置地回路，因为后者常载有高频电流。输入、输出端用的导线应尽量避免相邻平行。n6）尽量减少印制导线的不连续性，例如导线宽度不要突变，导线的拐角大于90，禁止环形走线等。这样也有利于提高印制导线耐焊接热的能力。现代电子技术工程设计与实践3.2.1 印制电路板的设计及要注意的问题印制电路
8、板的设计及要注意的问题n（4）PCB电磁兼容设计中的地线设计n任何导线(包括地线)都有一定的阻抗。阻抗指的是交流状态下导线对电流的阻抗，这个阻抗主要是由导线的电感引起的。当频率较高时，导线的阻抗远大于导线电阻。因此，地线的阻抗引起的地线上各点之间的电位差能够造成电路的误动作，导致电路工作异常。n当两个电路共用一段地线时，由于地线的阻抗，一个电路的地电位会受另一个电路工作电流的影响。这样一个电路中的信号会耦合进另一个电路，这种耦合称为公共阻抗耦合，如图3-1所示。现代电子技术工程设计与实践3.2.1 印制电路板的设计及要注意的问题印制电路板的设计及要注意的问题图3-1 公共阻抗耦合现代电子技术工
9、程设计与实践3.2.1 印制电路板的设计及要注意的问题印制电路板的设计及要注意的问题n减少公共地线阻抗的设计方法主要有大面积接地、设计接地母线、并联单点接地、串联单点接地等方式减少公共地线阻抗。n1）大面积接地n只要布局许可，印制板最好做成大平面接地方式。在双层板上布地线时，如有可能，印制板的一面全部用铜箔做成接地平面，另一面作为信号布线。在多层板中专门用一层做地线。 现代电子技术工程设计与实践3.2.1 印制电路板的设计及要注意的问题印制电路板的设计及要注意的问题n大平面接地可以降低印制电路的对地阻抗，有效地抑制印制板信号线之间的干扰和噪声。大平面接地起着电磁屏蔽和静电屏蔽的作用，可减少外界
10、对电路的高频辐射干扰以及电路对外界的高频辐射干扰。大平面接地还有良好的散热效果，其大面积的铜箔犹如金属散热片，可迅速向外界散发印制电路板中的热量。现代电子技术工程设计与实践3.2.1 印制电路板的设计及要注意的问题印制电路板的设计及要注意的问题n2）设计接地母线n如果无法采用大平面接地，则应在印制电路板的周围设计接地母线，接地母线的两端接到系统的公共接地点上。印制板上所有电路的地线都连接到离它最近的接地母线上，以降低地阻抗，如图3-2所示。接地母线在数字系统和高频电路中比较适用。接地母线应尽可能宽，其宽度至少为2.5mm。现代电子技术工程设计与实践3.2.1 印制电路板的设计及要注意的问题印制
11、电路板的设计及要注意的问题 图3-2 设计接地母线示意图现代电子技术工程设计与实践3.2.1 印制电路板的设计及要注意的问题印制电路板的设计及要注意的问题n3）并联单点接地n除设计接地母线外也可采用并联单点接地如图3-3(a)所示，它是把各电路的地线接在一点上。这种接地方式的优点是不存在公共地线，各电路的接地点只与本电路的地电流和地阻抗有关。这种接地方式的缺点是接地的导线过多。n4）串联单点接地n对于相互干扰较少的电路，可以采用串联单点接地。例如，可以将电路按照强信号、弱信号、模拟信号、数字信号等分类，然后在同类电路内部采用串联单点接地，在不同类型的电路内部采用并联单点接地，如图3-3(b)所
12、示。现代电子技术工程设计与实践3.2.1 印制电路板的设计及要注意的问题印制电路板的设计及要注意的问题图3-3 单点接地方式示意图现代电子技术工程设计与实践3.2.2 印刷电路板的制作方法n印刷电路板的制作方法主要有：漆图法、感光板法、热转印法、贴图法、雕刻法、丝网印刷法等。n由于实验设备条件的不同，为满足教学需要，本书只介绍前三种在实验室常用的方法现代电子技术工程设计与实践3.2.2 印刷电路板的制作方法n1. 漆图法制板n漆图法是以前常用的制板方法，由于最初使用调和漆作为描绘图形的材料，所以称为漆图法。该方法实现条件简单，但工艺复杂，制作电路精度有限，现在已使用不多，用漆图法自制印制电路板
13、的主要步骤如下：n（1）下料：按版图的实际设计尺寸剪裁覆铜板，去四周毛刺。 n（2）拓图：用复写纸将已设计好的印制电路板布线草图拓在覆铜板的铜箔面上。印制导线用单线，焊盘用小圆点表示。拓制双面板时，为保证两面定位准确，板与草图均应有3个以上孔距的定位孔。现代电子技术工程设计与实践3.2.2 印刷电路板的制作方法n（3）打孔：拓图后，对照板与草图检查焊盘与导线是否有遗漏，然后在板上定位打出焊盘孔。n（4）调漆：在描图之前应先把所用的漆调配好。通常可以用稀料调配调和漆，也可以将虫胶漆片溶解在酒精中，并配入一些甲基紫（使颜色清晰）。要注意稀稠适宜，以免描不上或流淌，画焊盘的漆应比画线用的稍稠一些。n
14、（5）描漆图：按照拓好的图形，用漆描好焊盘及导线。应先描焊盘，要用比焊盘外径稍细的硬导线或木棍蘸漆点画，注意与钻好的孔同心，大小尽量均匀。然后用鸭嘴笔与直尺描绘导线，直尺两端应垫起，双面板应把两面的图形同时描好。现代电子技术工程设计与实践3.2.2 印刷电路板的制作方法n（6）腐蚀：腐蚀前应检查图形，修整线条焊盘。腐蚀液一般用三氯化铁溶液，浓度在28%42%，可以从化工商店购买三氯化铁粉剂自己配制。将板全部浸入溶液后，没有被漆膜覆盖的铜箔就被腐蚀掉了。在冬天可以对溶液适当加温以加快腐蚀，但为防止将漆膜泡掉，温度不宜过高（不超过40左右）；也可以用软毛排笔轻轻刷扫，但不要用力过猛，以免把漆膜刮掉
15、。待完全腐蚀后，取出板子用水清洗。n（7）去漆膜：用热水浸泡板子，可以把漆膜剥掉，未擦净处可用天那水等稀料清洗。现代电子技术工程设计与实践3.2.2 印刷电路板的制作方法n（8）钻孔：用台钻或手钻钻孔，钻头的大小要保证能插入器件的引脚又不能太大。n（9）打磨：漆膜去净后，用砂纸在板面上轻轻擦拭，去掉铜箔的氧化膜，使线条及焊盘露出铜的光亮本色。注意在擦拭时应按某一固定方向，这样可以使铜箔反光方向一致，看起来更加美观。在漆膜去净后，一些不整齐的地方、毛刺和粘连等就会清晰地暴露出来，这时还需要用锋利的刻刀再进行修整。n（10）涂助焊剂：把已配好的松香酒精溶液涂在洗净晾干的印制电路板上作为助焊剂。现代
16、电子技术工程设计与实践3.2.2 印刷电路板的制作方法n2. 感光板法n利用专用的感光板材料制作，工艺简单，制作精度高。通常可以做到2mm的线条，但成本相对较高。需要的材料及设备主要有感光板、硫酸纸（半透明）或菲林胶片（透明）、显影剂(要与感光板匹配，因为感光材料有正性、负性之分) 、三氯化铁、曝光机(台灯也可以)等。n（1）打印：首先应用Protel、CAD、PowerPCB等PCB设计软件设计出PCB，根据需要，打印出需要的电路层，在Protel中通常打印BottomLayer、MultiLayer、KeepoutLayer等，打印在硫酸纸（半透明）或菲林胶片（透明）上就可以了。现代电子技
17、术工程设计与实践3.2.2 印刷电路板的制作方法图3-4 感光板打印效果图现代电子技术工程设计与实践3.2.2 印刷电路板的制作方法n（2）感光：将感光板上的保护膜揭开，记得要尽量在黑暗环境下，然后把板子揭开的一面和打印好的硫酸纸图形对好。硫酸纸打印最黑的一面贴着板（否则图形就会被印镜像了），纸在板下面放在曝光机的玻璃上，压紧如下图， 打开电源，根据曝光机的功率、感光板子的要求时间曝光（图片中的曝光机用硫酸纸曝光新板子为8分钟）。（台灯和太阳光都是可以的。用台灯曝光新生产的一般8分钟，太阳光有强有弱不易掌握需要实验）。感光板生产时间每超过半年，曝光时间增加一半。现代电子技术工程设计与实践3.2
18、.2 印刷电路板的制作方法 图3-5 曝光过程 现代电子技术工程设计与实践3.2.2 印刷电路板的制作方法n（3）显影：在曝光过程中可以配置显影溶液了。显影剂上一般都有说明，有1:20或1:40等，按比例加水就可以了，放在器皿中摇匀溶解。将曝光后的电路板，曝光面朝上，放进显影液里，轻轻摇一下，通常两三分钟，有线条的地方都是绿色的线条，无线条的地方露出纯铜色，就可以了。拿出来用清水洗一下，通常一份溶液可以显影多块板，一天内是不会失效的，觉得浓度低了再添加显影剂就可以了。现代电子技术工程设计与实践3.2.2 印刷电路板的制作方法 图3-6 显影效果图 现代电子技术工程设计与实践3.2.2 印刷电路
19、板的制作方法n（4）修补：检查一下，如果有曝光显影不好的地方，线条掉了或某一两条线颜色太淡，用油性笔描一描。n（5）腐蚀：腐蚀液一般用三氯化铁溶液，浓度在28%42%。将板全部浸入溶液后，没有被漆膜覆盖的铜箔就被腐蚀掉了。在冬天可以对溶液适当加温以加快腐蚀，但为防止将漆膜泡掉，温度不宜过高（不超过60左右），腐蚀后，取出板子用水清洗即可。n（6）去绿膜：用酒精清洗板子上的绿膜。现代电子技术工程设计与实践3.2.2 印刷电路板的制作方法n（7）钻孔：用台钻或手钻钻孔，钻头的大小要保证能插入器件的引脚又不能太大，对芯片引脚孔一定要保证对齐，否则芯片可能无法插入。n（8）打磨：漆膜去净后，用砂纸在板
20、面上轻轻擦拭，去掉铜箔的氧化膜，使线条及焊盘露出铜的光亮本色。注意在擦拭时应按某一固定方向，这样可以使铜箔反光方向一致，看起来更加美观。在漆膜去净后，一些不整齐的地方、毛刺和粘连等就会清晰地暴露出来，这时还需要用锋利的刻刀再进行修整。n（9）涂助焊剂：把配好的松香酒精溶液涂在洗净晾干的印制电路板上作为助焊剂。 现代电子技术工程设计与实践3.2.2 印刷电路板的制作方法n3. 热转印法制板 n热转印法制板的工艺简单，制板速度快，精度比感光法差一些，但成本较低。需要普通的敷铜板、专用的转印纸和转印机等。主要步骤如下：n（1）打印：将用Protel等画图软件设计的电路图打印在专用的热转印纸上。现代电
21、子技术工程设计与实践3.2.2 印刷电路板的制作方法 图3-7 打印PCB图现代电子技术工程设计与实践3.2.2 印刷电路板的制作方法n（2）热转印：将打印好PCB的转印纸平铺在覆铜板上，粘紧，准备转印，如图3-8（a）将电路板通过转印机，可以多过两次。转印过后，油墨就被转印在电路板上了，如图3-8（b）。现代电子技术工程设计与实践3.2.2 印刷电路板的制作方法(a)(b) 图3-8 热转印及效果现代电子技术工程设计与实践3.2.2 印刷电路板的制作方法n（3）修补：检查一下，如果有转印不好的地方，线条掉了或断开的地方用油性笔描一描。n（4）腐蚀钻孔：下面的过程和前面的方法工艺相同，就不再介绍了。现代电子技术工程设计与实践
