印制电路板的设计制作

印制电路板的设计制作内容摘要：

涂覆都已完成，习惯上按其功能或用途称为 “ 某某板 ”“ 某某卡 ” ，如计算机的主板、显卡等。 单面板：仅一面上有导电图形的印制板。 双面板：两面都有导电图形的印制板。 多层板：有三层或三层以上导电图形和绝缘材料层压合成的印制板。 在基板上再现导电图形有两种基本方式：减成法和加成法。 减成法：先将基板 上敷满铜箔，然后用化学或机械方式除去不需要的部分。 又分蚀刻法和雕刻法。 采用化学腐蚀办法除去不需要的铜箔。 这是主要的制造方法。 用 机械加工方法除去不需要的铜箔。 这在单件试制或业余条件下可快速制出印制板。 加成法 : 在绝缘基板上用某种方式敷设所需的印制电路图形，敷设印制电路有丝印电镀法、粘贴法等。 印制板是电子工业重要的电子部件之一，在电子设备中有如下功能： 、集成电路等各种元器件固定、装配的机械支撑。 、集成电路等各种元器件之间的布线和电 气连接或电绝缘，提供 c 所要求的电气特性及特性阻抗等。 ，为元器件插装、检查、维修提供认别字符和图形。 2． 印制电路板的设计要求 正确 这是印制板设计基本而重要的要求，准确实现电原理图的连接关系，避免实现电原理图的连接关系，避免出现 “ 短路 ” 和 “ 断路 ” 这两个简单而致命的错误。 这一基本要求在手工设计和用简单CAD 软件设计的 PCB 中并不容易做到，一般较复杂的产品都要经过两轮以上试制修改，功能较强的 CAD 软件则有检验功能，可以保证电气连接的正确性。 经济 这是必须达到的目标。 板材选价低，板子 尺寸尽量小，连接用直焊导线，表面涂覆用最便宜的，选择价格最低的加工厂等，印制板制造价格就会下降。 但不要忘记这些廉价的选择可能造成工艺性，可靠性变差，是制造费用、维修费用上升，总体经济性不一定合算，故不易做到。 必须则是市场竞争的原因。 竞争是无情的，一个原理先进，技术高新的产品可能因为经济性的原因夭折。 可靠 这是印制板设计中较高一层的要求。 连接正确的电路板不一定可靠性好，例如板材选材选择不合理，板厚及安装固定不正确，元器件布局布线不当等都可能导致 PCB 不能可靠地工作，早期失效甚至根本不能正确工作。 再如多层板 和单、双面板相比，设计时要容易得多，但就可靠性而言却不如单、双面板。 从可靠性的角度讲，结构越简单，使用元件越小，板子层数越少，可靠性越高。 合理 这是印制板设计中更深一层，更不容易达到的要求。 一个印制板组件，从印制板的制造、 检验、装配、调试到整机装配、调试，直到使用维修，无不与印制板设计的合理与否息息相关，例如板子形状选得不好加工困难，引线孔太小装配困难，没留下测试点调试困难，板外连接选择不当维修困难等等。 每一种困难都可能导致成本增加，工时延长，而每一个造成困难的原因都原于设计者的失误。 没有绝对合理的设 计，只有不断合理化的过程。 特需要设计者的责任心和严谨的作风，以及实践中不断总结、提高的经验。 上述四条既相互矛盾又相辅相成，不同用途，不同要求的产品侧重点不同。 事关国家安全、防灾救急、上天入海的产品，可靠性第一。 民用低价值产品，经济性首当其冲。 具体产品具体对待，综合考虑以求最好，是对设计者综合能力的要求。 印制电路板设计前的准备 印制板电路板设计质量不仅关系到元器件在焊接装配、调试中是否方便，而且直接影响整机的技术性能。 印制板的设计要力求达到设计正确、可靠、合理、经济。 设计中需掌握一些基本设 计原则和技巧，设计中具有很大的灵活性和离散性，同一张原理图，不同的设计者会有不同的设计方案。 印制电路板设计的主要内容是排版设计，但排版设计之前必须考虑敷铜板板材、规格、尺寸、形状、对外连接方式等内容，以上工作即称为排版设计前的准备工作。 1． 板材的确定 这里说的板材是指敷铜板。 敷铜板就是把一定厚度的铜箔通过粘接剂热压在一定厚度的绝缘基板上。 铜箔敷在基板的一面的称单面板，敷在基板两面的称双面板。 敷铜板板材通常按增强材料、粘合剂或板材特性分类。 若以增强材料来区分，可分为有机纤维材料的纸质和无机纤维材料的玻璃布、 玻璃毡等类；若以粘合剂来区分，可分为酚醛、环氧、聚四氟乙烯、聚酰亚胺等类；若以板材特性来区分，可分为刚性和挠性两类。 铜箔的厚度系列为 1 2 3 50、 70、 105，单位： μ m，误差不大于 177。 5μ m，一般最常用的为 35μ m、 50μ m。 不同的电子设备，对敷铜板的板材要求也不同，否则，会影响电子设备的质量。 下面介绍几种国内常用的几种敷铜板，供设计时选用。 （ 1）敷铜箔酚醛纸层压板 用于一般电子设备中。 价格低廉、易吸水，在恶劣环境下不宜使用。 （ 2）敷铜箔酚醛玻璃布层压板 用于温度、频率较高的电子及电器设备中。 价格适中，可达到满意的电性能和机械性能要求。 （ 3）敷铜箔环氧玻璃布层压板 是孔金属化印制板常用的材料。 具有较好的冲剪、钻孔性能，且基板透明度好，是电气性能和机械性能较好的材料，但价格较高。 （ 4） 敷铜箔聚四氟乙烯层压板 具有良好的抗热性和电能性，用于耐高温、耐高压的电子设备中。 2． 印制板形状、尺寸、板厚的确定 印制板形状、尺寸通常与整机外形、整机的内部结构及印制板上元器件的数量及尺寸等诸多因素有关。 板上元器件的排列要考虑机械结构上的间距，还要考虑电气性能的要求。 在确定板的净面积后，还应向外扩出 5mm10mm（单边），以便印制板在机内的固定安装。 同时，还要考虑成本，工艺方面的其他要求。 印制板的标称厚度有 、 、 、 、 、 、 、 、 等多种。 在考虑板厚时，要考虑下列因素：当印制板对外连接采用直接式插座连接，则必须考虑插座间隙，板厚一般选 ，过厚则插不进，过薄会引起接触不良；对非插入式的印制板，要考虑安装在板上元器件的体积与重量等因素，以避免因挠度而引起电气方面的影响；多层板的场合可选用厚度为 、 、 等的敷铜板。 印制板对外连接方式的选择 通常印制板只是整机的一个组成部分，故存在印制板的对外连接问题，如印制板之间，印制板与板外元器件、印制板与面板之间等都需要相互连接。 选择连接方式要根据整机的结构考虑，总的原则是连接可靠，安装、调试、维修方便。 选择时，可根据不同特点灵活掌握。 1． 导线焊接方式 这是一种简单、廉价、可靠的连接方式，不需要任何插件，只需将导线与印制板板上对应的对外连接点与板外元器件或其他部件直接焊牢即可。 如收音机中的喇叭、电池盒，电子设备中的旋钮电位器、开关等。 这种方式优点是成本低，可靠性高，可避免因接触不良造成的故障，缺点是维修不够方便。 本方式一般只适用于对外导线连接较少的场合，如收音机、电视机、小型电子设备中。 采用导线焊接方式应注意以下几点。 ，并按一定尺寸排列，以利于焊接维修，避免因整机内部乱线而导致整机可靠性降低。 ，引线应通过印制板上的穿线孔，再从线路板元件面穿过，焊接在焊盘上，以免将焊盘或印制板导线拽掉。 ，通过线卡或其它紧固件将线与板固定，避免导线因 移动而折断。 ，以便与维修。 如电源导线采用红色，地导线采用黑色等。 2． 插接件连接 在较复杂的仪器设备中，经常采用插接件的连接方式。 如电子计算机扩展槽与功能板的连接，大型电子设备中各功能模块与插槽的连接等。 这种连接方式对复杂产品的批量生产提供了质量保证，并提高了极为方便的调试、维修条件，但因触点多，所以可靠性差。 在一台大型设备中，常用十几块甚至几十块印制板，在设备出现故障时，维修人员不必去寻找线路板上损坏的元件立即进行更换，而只需判断出出现故障的印制板，将其用备 用件替换掉，从而缩短排除故障时间，提高设备的利用效率，是很有效的。 印制板上插座接触部分的外形尺寸、印制导线宽度，应符合插座的尺寸规定，要保证插头与插座完全匹配接触。 典型的印制板插头如图 所示。 图中的几个主要尺寸与公差，可根据所选的插座尺寸与公差来确定。 图 典型的印制板插头 印制板电路的排版设计 1． 安装方式 元器件在印制板上的固定方式分为卧式和立式两种，如图(a)(b)所示。 图 元器件安装方式 立式固定 占用面积小，适合于要求排列紧凑密集的产品。 采用立式固 定的元件体积，要求小型、轻巧，过大、过重会由于机械强度差，易倒伏，造成元器件间的碰撞，而降低整机可靠性。 卧式固定 卧式固定与立式相比，具有机械稳定性好、排列整齐等特点，但占用面积较大。 大型元器件的固定 对于体积大、质量重的大型元器件一般最好不要安装在印制板上，因这些元器件不仅占据了印制板的大量面积和空间，而且在固定这些元器件时，往往使印制板变形而造成一些不良影响。 对必须安装在板上的大型元件，焊装时应采取固定措施，否则长期震动引线极易折断。 2． 元器件的排列格式 元器件在印 制 板上的排列格式可分为不规则和规则两种。 选用时可根据电路实际情况灵活掌握。 (1) 不规则情排列 元器件轴线方向彼此不一致，在板上的排列顺序也无一定规则。 这种排列方式一般元件以立式固定为主，此种方式下看起来杂乱无章，但印制导线布设方便，印制导线短而少，可减少线路板的分布参数，抑制干扰，特别对消除高频干扰有利。 (2) 规则排列 元器件轴线方向一致，并与板的四边垂直或平行，一般元器件卧式固定以规则排列为主，此方式排列规范，整齐美观，便于安装、调试、维修，但布线时受方向、位置的限制而变得复杂些。 这种排列方 式常用于板面宽松，元器件种类少、数量多的低频电路中。 3． 元器件布置原则 元器件布设决定了板面的整齐美观程度和印制导线的长度，也在一定程度上影响着整机的可靠性，布设中应遵循以下原则： (1) 元器件在整个板面疏密一致，布设均匀。 (2) 元件安装高度尽量矮，以提高稳定性和防止相邻元件碰撞。 (3) 元器件不要占满板面，四周留边，便于安装固定。 (4) 元器件布设在板的一面，每个引脚单独占用一个焊盘。 (5) 元器件的布设不可上下交叉，相邻元器件保持一定间距，并留出安全电压间隙 220V/mm。 (6) 根据在整机中安装状态确定元器件轴向位置，为提高元器件在板上稳定性，使元器件轴向 在整机内处于竖立状态。 (7) 元件两端跨距应稍大于元件轴向尺寸，弯脚对应留出距离，防止齐根弯曲损坏器件。 焊盘及印制导线 1． 焊盘的尺寸 焊盘的尺寸与钻孔孔径、最小孔环宽度等因素有关。 为保证焊盘上基板连接的可靠性，应尽量增大焊盘尺寸，但同时还要考虑布线密度。 一般对于双列直插式集成电路的焊盘尺寸为Φ ,相邻的焊盘之间可穿过 ～ 宽的印制导线。 一般焊盘的环宽不小于 ，焊盘的尺寸不小于Φ。 实际焊盘的大小一般以推荐来选用。 2． 焊盘的种类 焊盘的种类有圆形、椭圆形、岛形、方形、长方形、泪滴形、多边形等，如图 所示。 对下面常用焊盘作简要介绍： 圆形焊盘 该焊盘与穿线孔为一同心圆。 外径一般为 2～ 3 倍孔径。 孔径大于引线 ～。 设计时，若板尺寸允许，焊盘尽量大，以免焊盘在焊接过程中脱落。 而且，同一块板上，一般焊盘尺寸取一致，不仅美观，而且加工工艺方便，除非某些特殊场合。 圆形焊盘使用最多，尤其在排列规则和双面板设计中。 (d)椭圆形 (e) 泪滴形 (f) 开口 (g) 矩形 (h)多边形 (i)异形孔 图 焊盘图形 岛形焊盘 各岛形焊盘之间的连线合为一体，犹如水上小岛，故称岛形焊盘，常用在元件不规则排列中，可在一定程度上起抑制干扰的作用，并能提高焊盘与印制导线的抗剥程度。 其他各种形状的焊盘，在焊盘设计时可根据实际情况作些灵活的修改。 3． 焊盘孔位和孔径的确定 焊盘孔位一般必须在印制电路网络线的交点位置上。 焊盘孔径由元器件引线截面尺寸所决定。 孔径与元 器件引线间的间隙，非金属化孔可小些，孔径大于引线 左右，金属化孔径间隙还要考虑孔壁的平均厚度因素，一般取 左右。 4． 印制导线的走向和形状 印制导线由于本身可能承受附加的机械应力，以及局部高电压引起的放电作用，因此，尽可能避免出现尖角或锐角拐弯，一般推荐选用和避免采用的印制导线形状如图 所示。 图 印制导线形状 印制导线的宽度还要考虑承受电流、蚀刻过程中的侧蚀、板上的抗剥强度、以及与焊盘的协调等因素，一般安装密度不大的 印制板，导线宽度不小于 为宜，手工制作时不小于。 对于电源线和接地线，由于载流量大的缘故，一般取 ～ 2mm。 在一些对电路要求高的场合，导线宽度还得作适当的调整。 印制导线间的距离考虑安全间隙电压为 220V。