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1、印刷电路板设计及制作指导教师：石万里、祝玲一、印制电路板基本知识1.1.什么是印制电路板及其发展过程什么是印制电路板及其发展过程v印制电路板印制电路板(Printed Circuit Board)(Printed Circuit Board)又称印刷电路板，又称印刷电路板，简称印制板。在敷铜板上印刷防腐蚀膜图，然后再腐蚀刻简称印制板。在敷铜板上印刷防腐蚀膜图，然后再腐蚀刻线，这种技术就像在纸上印刷那么简便，线，这种技术就像在纸上印刷那么简便，“印制电路板印制电路板”因此得名。是电子产品的重要部件之一。因此得名。是电子产品的重要部件之一。v元件的固定在空间中立体进行元件的固定在空间中立体进行v最
2、原始的电路板最原始的电路板以一块板子为基础，用铆钉、接线柱以一块板子为基础，用铆钉、接线柱做接点，用导线把接点依电路要求，在板的一面布线，另做接点，用导线把接点依电路要求，在板的一面布线，另一面装元件。一面装元件。v单面敷铜板的发明，成为电路板设计与制作新时代的标志。单面敷铜板的发明，成为电路板设计与制作新时代的标志。v随着电子产品生产技术的发展，人们发明了双面电路板和随着电子产品生产技术的发展，人们发明了双面电路板和多层电路板多层电路板2.2.印制电路板的功能及术语印制电路板的功能及术语印制电路在电子设备中具有如下功能：印制电路在电子设备中具有如下功能：提供集成电路等各种电子元器件固定、装配
3、的机械支撑；提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑；实现集成电路等各电子元器件之间的布线和电气连接或电绝实现集成电路等各电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘；缘；为元件插装、检查、维修提供识别字符和图形。为元件插装、检查、维修提供识别字符和图形。有关印制板的一些基本术语如下：有关印制板的一些基本术语如下：在绝缘基材上，提供元器件之间电气连接的导电图形，称为在绝缘基材上，提供元器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路（它不包括印制元件）。印制线路（它不包括印制元件）。在绝缘基材上，按预定设计，制成印刷线路、印制元件或由在绝缘基材上，按预定设计，制成印刷线路、印制元件或由两者结合而成的
4、导电图形，称为印刷电路。两者结合而成的导电图形，称为印刷电路。印制电路或者印制线路的成品板称为印制电路板或者印制线印制电路或者印制线路的成品板称为印制电路板或者印制线路板，亦称印制板。路板，亦称印制板。 3.3.印刷电路板的发展趋势印刷电路板的发展趋势l印印制制板板从从单单面面板板发发展展到到双双面面板板、多多层层板板和和挠挠性性板板，并并不不断断地地向向高高精精度度、高密度和高可靠性方向发展。高密度和高可靠性方向发展。l对对于于双双面面板板和和多多层层板板而而言言，印印制制板板技技术术水水平平的的标标志志是是大大批批量量生生产产的的印印制制板板在在2.54mm2.54mm（1 1英英寸寸）标
5、标准准网网格格交交点点上上的的两两个个焊焊盘盘之之间间，能能布布设设导导线线的的根根数数作作为为标标志志。（在在两两个个焊焊盘盘之之间间布布设设一一根根导导线线，为为低低密密度度印印制制板板，其其导导线线宽宽度度大大于于0.3mm0.3mm。在在两两个个焊焊盘盘之之间间布布设设两两根根导导线线，为为中中密密度度印印制制板板，其其导导线线宽宽度度约约0.2mm0.2mm。在在两两个个焊焊盘盘之之间间布布设设三三根根导导线线，为为高高密密度度印印制制板板，其其导导线线宽宽度度为为0.1 0.1 0.15mm0.15mm。在在两两个个焊焊盘盘之之间间布布设设四四根根导导线线，可可算算超超高高密密度度
6、印印制制板板。线线宽宽为为0.050.050.08mm0.08mm。）对对于于多多层层板板来来说说，还还应以孔径大小，层数多少作为综合衡量标志。应以孔径大小，层数多少作为综合衡量标志。4.4.印制电路板的类型印制电路板的类型v印制电路板分为刚性和挠性两种。印制电路板分为刚性和挠性两种。v刚性电路板又分为平面和双面板，或者和柔性板结合组成多层印制电刚性电路板又分为平面和双面板，或者和柔性板结合组成多层印制电路。路。5.5.覆铜板的组成覆铜板的组成v基板：高分子合成树脂和增强材料组成的绝缘层压板。它们具有一定基板：高分子合成树脂和增强材料组成的绝缘层压板。它们具有一定的机械性能，如耐浸焊性、抗弯强
7、度等。的机械性能，如耐浸焊性、抗弯强度等。v铜箔：必须有较高的导电率及良好的焊接性。金属纯度不低于铜箔：必须有较高的导电率及良好的焊接性。金属纯度不低于99.8%99.8%，目前主要采用的厚度是，目前主要采用的厚度是3535微米，厚度误差不大于微米，厚度误差不大于55微米。微米。v粘合剂：将铜箔粘合在基板上。粘合剂：将铜箔粘合在基板上。6.6.印制电路的形成印制电路的形成v 减成法减成法( (最普通采用方式最普通采用方式) )v蚀刻法蚀刻法v雕刻法雕刻法v 加成法加成法二、PCB设计的流程印制板设计，是根据设计人员的意图，将电路原理图转换成印印制板设计，是根据设计人员的意图，将电路原理图转换成
8、印制板图、选择材料和确定加工技术要求的过程。它包括：制板图、选择材料和确定加工技术要求的过程。它包括：选择印制板材质、确定整机结构；选择印制板材质、确定整机结构；考虑电气、机械、元器件的安装方式、位置和尺寸；考虑电气、机械、元器件的安装方式、位置和尺寸；决定印制导线的宽度、间距和焊盘的直径、孔径；决定印制导线的宽度、间距和焊盘的直径、孔径；设计印制插头或连接器的结构。设计印制插头或连接器的结构。印制电路板设计通常有两种方式：一种人工设计，另一种是计印制电路板设计通常有两种方式：一种人工设计，另一种是计算机辅助设计。无论采取哪种方式，都必须符合原理图的电气算机辅助设计。无论采取哪种方式，都必须符
9、合原理图的电气连接和产品电气性能、机械性能的要求，即应该保证元器件之连接和产品电气性能、机械性能的要求，即应该保证元器件之间准确无误的连接，工作中无自身干扰；并要考虑印制板加工间准确无误的连接，工作中无自身干扰；并要考虑印制板加工工艺和电子产品装配工艺的基本要求，要尽量做到元器件布局工艺和电子产品装配工艺的基本要求，要尽量做到元器件布局合理、装焊可靠、维修方便、整齐美观。合理、装焊可靠、维修方便、整齐美观。1 1、设计准备、设计准备进入印制板设计阶段时我们认为整机结构、电路原理、主要元器件及部进入印制板设计阶段时我们认为整机结构、电路原理、主要元器件及部分、印制电路板外形及分析、印制板对外连接
10、等内容已基本确定。准备分、印制电路板外形及分析、印制板对外连接等内容已基本确定。准备阶段要确认以下具体要求及参数：阶段要确认以下具体要求及参数： 电路原理。了解电路工作原理和组成，各功能电路的相互关系及信号电路原理。了解电路工作原理和组成，各功能电路的相互关系及信号流向等内容，对电路工作时可能发热、可能产生干扰等情况心中有数。流向等内容，对电路工作时可能发热、可能产生干扰等情况心中有数。 印刷板工作环境（是否密封，工作环境温度变化，是否有腐蚀性气体印刷板工作环境（是否密封，工作环境温度变化，是否有腐蚀性气体等）及工作机制（连续工作还是断续工作）。等）及工作机制（连续工作还是断续工作）。 主要电
11、路参数（最高工作电压、最大电流及工作频率等）。主要电路参数（最高工作电压、最大电流及工作频率等）。 主要元器件和部件的型号、外形尺寸、封装。主要元器件和部件的型号、外形尺寸、封装。2 2、外形结构草图（对外连接图和尺寸图）、外形结构草图（对外连接图和尺寸图）对外连接草图是根据整机结构和分板要求确定的。一般包括电源线、地对外连接草图是根据整机结构和分板要求确定的。一般包括电源线、地线、板外元器件的引线，板与板之间连接线等，绘制草图时应大致确定线、板外元器件的引线，板与板之间连接线等，绘制草图时应大致确定其位置和排列顺序。其位置和排列顺序。印制板外形尺寸受各种因素制约，一般在设计时已大致确定，从经
12、济性印制板外形尺寸受各种因素制约，一般在设计时已大致确定，从经济性和工艺性出发，优先考虑矩形。印制板的安装、固定也是必须考虑的内和工艺性出发，优先考虑矩形。印制板的安装、固定也是必须考虑的内容。容。3.3.ProtelProtel电路设计流程电路设计流程l绘绘制制原原理理图图l生生成成网网络络表表l启启动动P PC CB B编编辑辑器器l确确定定板板面面l导导入入网网络络表表l手手工工调调整整布布局局l自自动动布布线线l手手工工调调整整布布局局及及布布线线l检检查查l输输出出三、PCB图设计中应当考虑的问题1、设计布局原则印制电路板设计就是把电子元器件在一定的制板面积上合理地布局排印制电路板设
13、计就是把电子元器件在一定的制板面积上合理地布局排版。版。 就近原则：就近原则：要考虑每个元器件的形状、尺寸、极性和引脚数目，以缩短连线为目要考虑每个元器件的形状、尺寸、极性和引脚数目，以缩短连线为目的，调整它们位置及方向。的，调整它们位置及方向。 信号流原则：信号流原则：在多数情况下，信号的流向安排成从左到右（左输入、右输出）或从在多数情况下，信号的流向安排成从左到右（左输入、右输出）或从上到下（上输入、下输出）。与输入、输出端直接相连的元器件应当上到下（上输入、下输出）。与输入、输出端直接相连的元器件应当放在靠近输入、输出接插件或连接器的地方。避免输入输出，高低电放在靠近输入、输出接插件或连
14、接器的地方。避免输入输出，高低电平部分交叉。平部分交叉。 散热原则：散热原则：有利于发热元器件散热。有利于发热元器件散热。 布放顺序：布放顺序：先大后小、先集成后分立、先主后次。以每个功能电路为核心元器件先大后小、先集成后分立、先主后次。以每个功能电路为核心元器件为中心，围绕它来进行布局。为中心，围绕它来进行布局。2.设计布线连接要正确（不允许交叉）走线要简捷粗细要适当3.印制导线走向与形状印制导线的走向不能有急剧的拐弯和尖角，拐角不得小于90度，很小的内角在制板时难于腐蚀，而在过尖的外角处，铜箔容易剥离或翘起。导线与焊盘的连接处的过渡也要圆滑，避免出现小尖角。 4.印制导线宽度印制导线的宽度
15、由该导线工作电流决定，通常导线宽度应尽可能宽一些，印制导线的宽度由该导线工作电流决定，通常导线宽度应尽可能宽一些，至少要宽到足以承受所期望的电流负荷。至少要宽到足以承受所期望的电流负荷。印制板上或得到的导线宽度的精度取决于生产因素，例如生产底板的精印制板上或得到的导线宽度的精度取决于生产因素，例如生产底板的精度、生产工艺（印制法、加成或减成工艺的使用、镀覆法、蚀刻质量）度、生产工艺（印制法、加成或减成工艺的使用、镀覆法、蚀刻质量）和导线厚度的均匀性等。和导线厚度的均匀性等。 电源线及地线一般不要小于电源线及地线一般不要小于0.50.5mm(20milmm(20mil即可即可) )，手工制作不小
16、于，手工制作不小于1 1mmmm（39.4mil39.4mil） 对于长度超过对于长度超过100100mmmm的导线，应适当减小线压降对电路的影响的导线，应适当减小线压降对电路的影响 一般信号获取和处理电路可不考虑导线宽度，低密度板常为一般信号获取和处理电路可不考虑导线宽度，低密度板常为1010mimi，手手工制作的板子应不小于工制作的板子应不小于0.80.8mm mm （31.5mil31.5mil）5 5导线间距导线间距相相信信导导线线之之间间的的间间距距必必须须足足够够宽宽，以以满满足足电电气气安安全全的的要要求求，而而且且为为了了便便于操作和安装，间距应尽是尽量宽些。于操作和安装，间距
17、应尽是尽量宽些。最最小小间间距距应应适适合合所所施施加加的的电电压压。这这个个电电压压包包括括正正常常工工作作电电压压和和在在正正常常操操作或发生故障时偶尔产生的过电电压或峰值电压。作或发生故障时偶尔产生的过电电压或峰值电压。印印制制导导线线越越短短，间间距距越越大大，则则绝绝缘缘电电阻阻按按比比例例增增加加。实实验验证证明明，导导线线之之的的距距离离在在1.51.5mmmm时时，其其绝绝缘缘电电阻阻超超过过1010M M，工工作作电电压压可可达达到到300300V V以以上上；间间距为距为1 1mmmm时，允许电路时，允许电路200200V V。低压电路印制导线的间距通常采用低压电路印制导线
18、的间距通常采用1010milmil。5.5.焊盘焊盘焊盘尺寸焊盘尺寸应应尽尽可可能能大大，以以现现有有的的生生产产能能力力，一一般般情情况况下下孔孔焊焊盘盘大大于于31.531.5milmil则则可可，最小的导通孔焊盘可以为最小的导通孔焊盘可以为2525milmil，打孔孔径为打孔孔径为1212milmil。焊盘形状焊盘形状卧式安装元器件一般采用圆形焊盘；卧式安装元器件一般采用圆形焊盘；立式安装元器件一般采用岛形焊盘；立式安装元器件一般采用岛形焊盘；表面贴元器件或用于区分引脚时常采用矩形焊盘；表面贴元器件或用于区分引脚时常采用矩形焊盘；6.6.孔孔板板厚厚和和孔孔径径比比最最好好应应不不大大于
19、于3 3：1 1，大大的的比比值值会会使使生生产产困困难难，成成本本增增加加，当当过过孔孔只只用用做做贯贯穿穿连连接接或或内内层层连连接接时时，孔孔径径公公差差，特特别别是是最最小小孔孔径径公公差差一一般般是是不不重重要要的的，所所以以不不用用规规定定，由由于于导导通通孔孔内内不不插插元元件件，所所以以它它的孔径可以比元件孔的孔径小。的孔径可以比元件孔的孔径小。当当过过孔孔作作为为元元件件孔孔时时，过过孔孔的的最最小小孔孔径径要要适适应应元元件件或或组组装装件件的的引引脚脚尺尺寸寸，设设计计者者要要采采用用给给出出的的标标称称孔孔径径和和最最小小孔孔径径作作为为过过孔孔的的推推荐荐值值。过过孔
20、孔的的最最大大孔孔径径取取决决于于镀镀层层厚厚度度和和孔孔径径的的公公差差。推推荐荐孔孔壁壁镀镀镀镀铜铜层层的的平平均厚度不小于均厚度不小于2525mm（0.001in0.001in），），其小厚度为其小厚度为1515mm（0.0006in0.0006in）。）。安装孔和定位孔按实际需要尺寸确定安装孔和定位孔按实际需要尺寸确定7.电磁干扰及抑制电路的布线不是把元件按电路原理简单连接起来就可电路的布线不是把元件按电路原理简单连接起来就可 电磁干扰的产生电磁干扰的产生平行线效应、天线效应、电磁感应平行线效应、天线效应、电磁感应 电磁干扰的抑制电磁干扰的抑制 容易受干扰的导线布设要点容易受干扰的导线
21、布设要点 设置屏蔽地线设置屏蔽地线 设置滤波去耦电容设置滤波去耦电容注：注：由于电路的复杂性，有时也用到由于电路的复杂性，有时也用到“飞线飞线”, ,飞线的方法只能解决少量飞线的方法只能解决少量的信号交错问题，数量太多是不可取的。而且，硬要把所有线路都排在的信号交错问题，数量太多是不可取的。而且，硬要把所有线路都排在有限的两个面上，又要降低电磁感应、电阻效应、电容效应，使得布线有限的两个面上，又要降低电磁感应、电阻效应、电容效应，使得布线设计的任务十分艰巨。线太细太密，不但加工困难、干扰大，而且烧断设计的任务十分艰巨。线太细太密，不但加工困难、干扰大，而且烧断和发生断路故障。若保证了和线间距，
22、电路板的面积就可能太大，不利和发生断路故障。若保证了和线间距，电路板的面积就可能太大，不利于精密设备的小型化。这些问题的出现促使印刷电路板设计和制作工艺于精密设备的小型化。这些问题的出现促使印刷电路板设计和制作工艺的发展。的发展。六、典型的印制板制造工艺流程l单面印板的工艺流程：单面印板的工艺流程：l下下料料丝丝网网漏漏印印腐腐蚀蚀去去除除印印料料孔孔加加工工印印标记涂助焊剂成品标记涂助焊剂成品l多层印板的工艺流程：多层印板的工艺流程：l内内层层材材料料处处理理定定位位孔孔加加工工表表面面清清洁洁处处理理制制内内层层走走线线及及图图形形腐腐蚀蚀层层压压前前处处理理外外内内层层材材料料层层压压孔
23、孔加加工工孔孔金金属属化化制制外外层层图图形形镀镀耐耐腐蚀可焊金属去除感光胶涂助焊剂成品腐蚀可焊金属去除感光胶涂助焊剂成品l双面板的工艺复杂情况介于两者之间。双面板的工艺复杂情况介于两者之间。 七、印制电路板手工制作过程PCB-1PCB-1快速制板成套设备快速制板成套设备 打印打印PCBPCB图到转印纸上图到转印纸上 下料下料 转印转印 腐蚀腐蚀 钻孔钻孔 表面涂覆表面涂覆Protel制图环节的要求o1 1要求设计一长为要求设计一长为9090mm,mm,高高4040mmmm的印制电路板，板上至少布焊盘（直径的印制电路板，板上至少布焊盘（直径8080mil,mil,孔径孔径3434milmil）150150个，焊盘用导线任意连接，导线宽度为个，焊盘用导线任意连接，导线宽度为4040milmil。o2 2绘制收音机原理图。绘制收音机原理图。o3 3生成正确的网络表。生成正确的网络表。o4 4通过网络表生成通过网络表生成PCBPCB图。图。手工制作PCB板设计要求l要求设计长为90mm,宽40mm的印制电路板l焊盘大小为D70mil，d=33mill焊盘不少于100个l导线宽度为32mil
