电子产品工艺与质量管理教学课件作者牛百齐第2章节印制电路板的设计与制作课件幻灯片

第2章 印制电路板的设计与制作,2.1印制电路板的种类与结构,1.印制电路板的种类 印制电路板的种类很多，按其结构可分为单面印制电路板、双面印制电路板、多层印制电路板、软性印制电路板和平面印制电路板。 2印制电路板的结构 一块完整的印制电路板主要包括以下几个部分：绝缘基板、铜箔、孔、阻焊层和丝印层。,2.2 印制电路板的设计,2.2.1 印制电路板的设计原则 1元器件布局原则 元器件布局时，首先要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线路长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后，再确定特殊元器件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。,2.布线原则,(1) 地线的布设 1）一般将公共地线布置在印制电路板的边缘，便于将印制电路板安装在机架上，也便于与机架地相连接。 2）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。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。 3）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，,(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。,(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.,(4) 印制电路板的对外连接 1）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。,2）用印制电路板接插式互连。如图2-5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。,2.2.2 印制导线的尺寸和图形,1印制导线的宽度 一般情况下，印制导线应尽可能宽一些，这有利于承受电流和制造方便。建议导线宽度优先采用0.5mm、1.0mm、1.5mm和2.0mm。 2印制导线的间距 导线间距与焊接工艺有关，采用浸焊或波峰焊时，间距要大些，手工焊间距可小些。一般情况下，建议导线间距等于导线宽度，最小导线间距应不小0.4mm。,3印制导线的形状 印制导线的形状可分为平直均匀形、斜线均匀形、曲线均匀形、曲线非均匀形,5) 印制焊盘 焊盘是指印制导线在焊接孔周围的金属部分，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线直径。连接盘的直径D应大于焊接孔内径d，一般取D=(23)d,2.2.3印制电路板电路的干扰及抑制,1.电源干扰及抑制 任何电子产品都需要供电，并且绝大多数直流电源是由交流电源通过变压，整流、稳压后供电的。 2.热干扰及抑制 元器件在工作中都有一定程度的发热，尤其是功率较大的器件所发出的热量会对周边温度比较敏感的器件产生干扰，若热干扰得不到很好的抑制，那么整个电路的电性能就会发生变化。,3.共阻抗干扰及抑制 共阻干扰是由PCB上大量的地线造成。当两个或两个以上的回路共用一段地线时，不同的回路电流在共用地线上产生一定压降，此压降经放大就会影响电路性能；当电流频率很高时，会产生很大的感抗而使电路受到干扰。,2.2.4.印制电路板的设计步骤和方法,1.印制电路板材料选择 印制电路板的材料选择要考虑电气、机械特性以及价格、制造成本等因素。电气特性是指基材的绝缘电阻、抗电弧性、印制导线电阻、击穿强度、抗剪强度和硬度。机械特性是指基材的吸水性、热膨胀系数、耐热性、抗挠曲强度、抗冲击强度、抗剪强度和硬度。,2.印制电路板的厚度 印制电路板厚度的确定，主要是考虑对电路板上元器件重量的承受能力和使用中承受机械负荷的能力。如果只在印制电路板上装配集成电路、小功率晶体管、电阻、电容等小功率元器件，在没有较强的负荷振动条件下，使用厚度为1.5mm(尺寸在500mm×500mm之内)的印制电路板即可。 3印制板形状和尺寸的确定 印制电路板的尺寸与印制电路板的加工和装配有密切关系，从装配工艺的角度考虑：一方面是便于自动化组装，使设备的性能得到充分利用，能使用通用化、标准化的工具和夹具，另一方面是便于将印制电路板组装成不同规格的产品，安装方便，固定可靠。,4印制电路板坐标尺寸图的设计 用手工绘制PCB图时，可借助于坐标纸上的方格正确地表达在印制电路板上元件的坐标位置。在设计和绘制坐标尺寸图时，应根据电路图并考虑元器件布局和布线的要求。 5根据电原理图绘制印制排版连线图 排版连线图是用简单线条表示印制导线的走向和元器件的连接，在排版连线图中应尽量避免导线的交叉，但可以在元件处交叉。在印制电路板几何尺寸已确定的情况下，从排版连线图中可以看出元件的基本位置，当然，当电路比较简单时，也可以不画排版连线图，而直接画排版设计草图。,2.3 印制电路板的制作,2.3.1 手工制作方法 1.描图蚀刻法 描图蚀刻法是一种常用的制板方法，由于最初使用调和漆作为描绘图形的材料，所以也称涂漆法。其制作过程如图所示,2贴图蚀刻法 贴图蚀刻法是利用不干胶条(带)直接在铜箔上贴出导电图形以代替描图，其余步骤同描图法。由于胶带边缘整齐，焊盘亦可用工具冲击，贴成的图质量较高，蚀刻后揭去胶带即可使用，也很方便。 具体方法是：根据导线宽度将胶带切成合适宽度，沿着设计图形贴到铜箔基板上。也可直接用不同宽度的贴图胶带。无论采用何种胶条，都要注意贴粘牢固，特别边缘一定要按压紧贴，否则腐蚀溶液浸入将会使图形受损。,3刀刻法 对于一些图形简单、线条较少的印制电路板，可以用贴图刀刻法来制作，此法适用于保留铜箔面积较大的图形。 具体步骤： 1）设计、绘制刀刻线路底图，为便于刀刻，应把印制导线的铜箔面积加大，并且印制导线尽可能采用矩形。 2）用刻刀和直尺配合，沿着线条痕迹用刻刀去除不需要的部分。刀刻时力求刻断铜箔，再用刀尖将痕迹中间需要刻去的铜箔挑出一个头，然后用镊子或钳子撕去不需要的铜箔。 3）印制电路板刻好后，用细砂纸将铜箔表面氧化层和污垢擦掉，便可涂刷助焊剂。,2.3.2 印制电路板的生产工艺,单面板的印制图形比较简单，一般采用丝网漏印的方法转移图形，然后，蚀刻出印制板。，图2-17为一单面PCB生产工艺流程。 双面PCB两面都有导电图形，面积比单面板大了一倍。双面板的生产工艺一般分为工艺导线法、掩蔽法、图形电镀蚀刻法等几种，图形电镀蚀刻法生产双面PCB的工艺流程如图2-18所示。,2.3.3 印制电路板质量检验,1.目视检验 1）印制板的翘曲度是否过大，过大时可采用手工进行矫正。 2）印制板上的注字、符号是否被腐蚀掉，或因腐蚀不够造成字迹、符号不清。 3）导线上有无沙眼或断线，线条边缘上有无锯齿状缺口，不该连接的导线间有无短路。 4）印制板表面是否光滑、平整，是否有凹凸点或划伤的痕迹。 5）印制板上有无漏钻孔、钻错孔或四周铜箔被钻破的情况。 6）导线图形的完整性如何，用照相底片覆盖在印制板上，测定一下导线宽度、外形是否符合要求。 7）印制板的外边缘尺寸是否符合要求。,2.连通性检验 多层印制电路板需进行连通性试验。一般借助万用表测量电阻、电流、电压等来判断印制电路图形是否连通。 3.可焊性检验 可焊性是用来测量元器件焊接到印制电路板上时焊锡对印制图形的润湿能力，一般用润湿、半润湿、不润湿来表示。 (1）润湿。焊料在导线和焊盘上可自由流动及扩展，形成粘附性连接。 （2）半润湿。焊料先润湿焊盘的表面，然后由于润湿不佳而造成焊锡回缩，结果在基底金属上留下一薄层焊料。 （3）不润湿。焊料虽然在焊盘的表面上堆积，但未和焊盘表面形成粘附性连接。,4.电路板的绝缘电阻 电路板的绝缘电阻是印制电路板绝缘部件对外加直流电压所呈现出的一种电阻。在印制电路板上，此项测试既可以在同一层上的各条导线之间来进行，也可以在两个不同层之间来进行。 5.镀层附着力 检查镀层附着力的一种方法是胶带试验法。把透明胶带横贴于要测的导线上，并将此胶带用手按压，使气泡全部排除，然后掀起胶带的一端，大约与印制电路板呈90°时扯掉胶带，扯胶带时应快速猛扯，扯下的胶带完全干净没有铜箔附着，说明该板的镀层附着力合格。,2.4 印制电路板的计算机设计,2.4.1 Protel 2004电路板设计软件简介 1.启动Protel 2004 SP2 在“开始”菜单中，单击【开始】【2004】，启动Protel 2004 SP2。 执行“开始”“程序”“Altium SP2”“ 2004 SP2”，启动Protel 2004 SP2。,2.创建PCB文件,1）新建PCB项目 执行菜单“文件”“创建”“项目”“PCB项目”，Protel 2004系统会自动创建一个名为“PCB_Project1.PrjPCB”的空白工程项目文件，如图2-21所示，此时的文件显示在【Projects】选项卡中，在新建的项目文件“PCB_Project1.PrjPCB”下显示的是空文件夹“No Documents Added”。,2）保存项目 执行菜单“文件”“另存项目为”，屏幕弹出另存项目对话框，更改保存的文件夹和文件名后，单击“保存”按钮完成项目保存,2.4.2.原理图设计,(1) 新建原理图文件 1）执行菜单“文件”“创建”“原理图”添加原理图文件；也可以用鼠标右击项目文件名，在弹出的菜单中选择“追加新文件到项目中”“Schematic”新建原理图文件，,(2）设置自定义图纸和标题栏 1）设置自定义图纸 执行菜单“设计”“文档选项”，屏幕弹出“文档选项”对话框，选中【图纸选项】选项,(3）设置元件库与元件放置 加载元件库也可以通过执行菜单“设计”“追加/删除元件库”实现。 单击【元件库】按钮，屏幕弹出可用元件库对话框，选择【安装】选项卡，完成元件,2）放置元件 通过元件库控制面板放置元件。本例中要用到三种元件，即电阻、电解电容和三极管，它们都在Miscellaneous Devices.IntLib库中，设计前需先安装该库。,通过菜单放置元件,放置电源接地符号和电路的I/O端口,放置完元件的电路,完成元件布局调整的单管放大电路,元件属性调整后的电路,2.4.3 PCB设计,设计印制电路板是整个设计的目的，在原理图设计的基础上，PCB图设计的流程一般如图2-35所示。,PCB文件的建立,执行菜单“放置”“直线”进行边框绘制闭合电气轮廓,原理图信息的导入,设置设计规则,元器件布局,元件的标注文字未调好，存在重叠,经过调整标注后的电路布局,6.元器件布线,执行菜单“设计”“PCB板层次颜色”，屏幕弹出“板层和颜色”对话框，在要设置为显示状态的工作层中后的【表示】复选框内单击打勾，选中该层。,手工布线后的电路,(2)自动布线 1)单击【自动布线】【全部对象】菜单选项。 2)在弹出的菜单中选择【Route All】即可。 3)若取消自动布线，单击【Tools】【Un-Route】【All】选项即可取消。 7.对PCB图进行检查修改 绘制完PCB后要对其进行检查、修改，导线能加粗的尽量加粗，必要时可添加覆铜、泪滴焊盘。 要想设计出性能优良、布局布线完美的印制电路板，不仅要熟练掌握软件的使用，还要通过大量的实践才能掌握。,