【正文】 印制電路板項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案 印制電路板的概述印制電路板（Printed Circuit Board,PCB，簡稱印制板），是由絕緣基板、連接導(dǎo)線和焊接電子元器件的焊盤組成的，具有導(dǎo)線和絕緣底板的雙重作用。它可以實(shí)現(xiàn)電路中各個(gè)元器件的電氣連接，代替復(fù)雜的布線，減少傳統(tǒng)方式下的工作量，簡化電子產(chǎn)品的裝配、焊接、調(diào)試工作；縮小整機(jī)體積，降低產(chǎn)品成本，提高電子設(shè)備的質(zhì)量和可靠性；印制電路板具有良好的產(chǎn)品一致性，它可以采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，有利于在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化；使整塊經(jīng)過裝配調(diào)試的印制電路板作為一個(gè)備件，便于整機(jī)產(chǎn)品的互換與維修。由于具有以上優(yōu)點(diǎn)，印制電路板已經(jīng)極其廣泛地應(yīng)用在電子產(chǎn)品和生產(chǎn)制造中。印制電路板是實(shí)現(xiàn)電子整機(jī)產(chǎn)品功能的主要部件之一，其設(shè)計(jì)是整機(jī)工藝設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)。印制電路板的設(shè)計(jì)質(zhì)量，不僅關(guān)系到電路在裝配、焊接、調(diào)試過程中的操作是否方便，而且直接影響整機(jī)的技術(shù)指標(biāo)和使用、維修性能。印制電路板的成功之作，不僅應(yīng)該保證元器件之間準(zhǔn)確無誤的連接，工作中無自身干擾，還要盡量做到元器件布局合理、裝焊可靠、維修方便、整齊美觀。一般說來，印制電路板的設(shè)計(jì)不像電路原理設(shè)計(jì)那樣需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摵途_的計(jì)算，布局排版并沒有統(tǒng)一的固定模式。對于同一張電路原理圖，因?yàn)樗悸凡煌?、?xí)慣不一、技巧各異，不同的設(shè)計(jì)者會有不同的設(shè)計(jì)方案。隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，尤其是電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，對印制板技術(shù)提出了高密度、高可靠、高精度、多層化的要求，到20世紀(jì)90年代，國外已能生產(chǎn)出超高密度，而印制板的生產(chǎn)水平達(dá)到42層。隨著電子產(chǎn)品向小型化、輕量化、薄型化、多功能和高可靠性的方向發(fā)展，對印制電路板的設(shè)計(jì)提出了越來越高的要求。從過去的單面板發(fā)展到雙面板、多層板、撓性板，其精度、布線密度和可靠性不斷提高。不斷發(fā)展的印制電路板制作技術(shù)使電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、裝配走向了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；C(jī)械化和自動化的時(shí)代。掌握印制電路板的基本設(shè)計(jì)方法和制作工藝，了解其生產(chǎn)過程是學(xué)習(xí)電子工藝技術(shù)的基本要求。印制電路板按其結(jié)構(gòu)可分為以下5種：1． 單面印制電路板～，另一面沒有覆銅，通過印制和腐蝕的方法，在銅箔上形成印制電路，無覆銅一面放置元器件，因其只能在單面布線，所以設(shè)計(jì)難度較雙面印制電路板和多層印制電路板的設(shè)計(jì)難度大。它適用于一般要求的電子設(shè)備，如收音機(jī)、電視機(jī)等。2． 雙面印制電路板在絕緣基板（～）的兩面均覆有銅箔，可在兩面支撐印制電路，它兩面都可以布線，需要用金屬化孔連通。它適用于一般要求的電子設(shè)備，如電子計(jì)算機(jī)、電子儀器、儀表等。由于雙面印制電路的布線密度較高，所以能減小設(shè)備的體積。3． 多層印制電路板在絕緣基板上制成三層以上印制電路的印制板稱為多層印制電路板。它是由基層較薄的單面板或雙層面板粘合而成，～。目前應(yīng)用較多的多層印制電路板為4～6層板。為了把夾在絕緣基板中間的電路引出，多層印制板上安裝元件的孔需要金屬化，即在小孔內(nèi)表面涂敷金屬層，使之與夾在絕緣基板中間的印制電路接通。它的特點(diǎn)是：（1）與集成電路塊配合使用，可以減小產(chǎn)品的體積與重量；（2）可以增設(shè)屏蔽層，以提高電路的電氣性能；（3）電路連線方便，布線密度高，提高了板面的利用率。4．軟印制板軟印制板也稱撓性印制板，基材是軟的層狀塑料或其他質(zhì)軟膜性材料，如聚脂或聚亞胺的絕緣材料，～1mm。此類印制板除了質(zhì)量輕、體積小、可靠性高以外，最突出的特點(diǎn)是具有撓性，能折疊、彎曲、卷繞。它也有單層、雙層及多層之分，被廣泛用于計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、照相機(jī)、攝像機(jī)、通信、儀表等電子設(shè)備上。5． 平面印制電路板印制電路板的印制導(dǎo)線潛入絕緣基板，與基板表面平齊。一般情況下在印制導(dǎo)線上都電鍍一層耐磨金屬層，通常用于轉(zhuǎn)換開關(guān)、電子計(jì)算機(jī)的鍵盤等。 印制電路板的設(shè)計(jì) 印制電路板的前期準(zhǔn)備1 制作四張圖紙電路板作為電子設(shè)備中的重要組裝部件，其設(shè)計(jì)和制作是整機(jī)工藝設(shè)計(jì)中不可缺少的環(huán)節(jié)。印制電路析設(shè)計(jì)不像電路原理設(shè)計(jì)那樣需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摵途_的計(jì)算，排版布局也沒有統(tǒng)一的固定模式，但在設(shè)計(jì)過程中存在著一定的規(guī)范和原則。電子工程技術(shù)人員必須掌握這些基本規(guī)范和設(shè)計(jì)原則，以保證元器件之間準(zhǔn)確無誤的連接，并防止干擾。盡量做到：元器件布局合理、裝配和焊接可靠、調(diào)試和維修方便，否則將直接影響整機(jī)的技術(shù)指標(biāo)與性能。為了正常地進(jìn)行生產(chǎn)，印制電路板的設(shè)計(jì)需要完成四張圖紙。（1）印制線路布線圖 此圖是印制線路板設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。它充分體現(xiàn)了設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法和技巧。它是其他圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的依據(jù)，其設(shè)計(jì)質(zhì)量將直接影響整機(jī)的電氣性能。（2）印制線路照相底圖 它是用于產(chǎn)生照相原版或照相底板的圖形結(jié)構(gòu)，它來源于印制線路布線圖。一般按照2:1或4:1的比例繪制實(shí)際版面尺寸的放大底圖。對于簡單線路，底圖可以與實(shí)際版面尺寸相同。高精度、高密度的印制板，通常情況下都需要適當(dāng)擴(kuò)大，照相制版時(shí)再縮回到實(shí)際尺寸，以保證膠片的精度。（3）機(jī)械加工圖 它是用于標(biāo)明印制板外形尺寸、孔位、孔徑及形位公差等機(jī)械加工的圖紙，圖中應(yīng)標(biāo)明所用材料、工藝要求以及其他說明。該圖還要嚴(yán)格按機(jī)械圖的標(biāo)準(zhǔn)繪制，尺寸公差應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，一般采用和印制板線路圖形相同的比例。如采用其他比例需要明確標(biāo)出。（4）印制線路裝配圖 該類圖紙是用來表示各個(gè)電子元器件的安裝位置及跨接導(dǎo)線走向、指導(dǎo)裝配以及日后維修用的圖紙。2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備在開始設(shè)計(jì)印制電路板之前，有很多準(zhǔn)備工作要做。設(shè)計(jì)者應(yīng)該通過這些工作，盡可能掌握更多的技術(shù)資料和產(chǎn)品決策信息，這是創(chuàng)造成功設(shè)計(jì)的必要前提。進(jìn)入印制電路板設(shè)計(jì)階段時(shí)，產(chǎn)品的整機(jī)結(jié)構(gòu)、電路原理和主要參數(shù)、印制電路板的外形、印制電路板的對外連接方式等應(yīng)基本確定。3 印制電路板參數(shù)的確定（1）確定板材 確定板材主要是依據(jù)整機(jī)的性能要求、使用條件以及銷售價(jià)格。分立元器件的電路常用單面板，因?yàn)榉至⒃骷囊€少，排列位置便于靈活變換。雙面板多用于較復(fù)雜的集成電路．尤其是雙列直插式封裝的元器件，因?yàn)槠骷€的間距小而數(shù)目多，在單面板上布設(shè)不交叉印制導(dǎo)線十分困難，對于比較復(fù)雜的電路幾乎無法實(shí)現(xiàn)。在印制板的選材中，不僅要了解敷銅板的性能指標(biāo)，還要熟悉產(chǎn)品的特點(diǎn)、才可能在確定板材時(shí)獲得良好的性能價(jià)格比。（2）印制板形狀 印制電路板的形狀通常由整機(jī)結(jié)構(gòu)和內(nèi)部空間位置的大小決定。外形應(yīng)該盡量簡單，一般采用長方形為好，長寬比的尺寸為3：2或4：3為最佳，不宜比例過大，否則，容易變形并使強(qiáng)度減低。采用長方形，可以簡化印制板制作成型的加工量。若采用異形板，將會增加制板難度和加工成本，故應(yīng)盡量少用。（3）印制板尺寸 印制電路板尺寸要根據(jù)總體設(shè)計(jì)的要求，從整機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和板上元器件的數(shù)量、尺寸及安裝、排列方式來決定，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)值。印制電路板上元器件之間要留有一定間隔，特別在高壓電路中，更應(yīng)該留有足夠的間距；在考慮元器件所占用的面積時(shí)，要注意發(fā)熱元器件安裝散熱片的尺寸；在確定了板的凈面積后，還應(yīng)當(dāng)向外擴(kuò)出5～10mm，便于印制板在整機(jī)中的安裝固定；如果印制板的面積較大、元器件較重或在振動環(huán)境下工作，應(yīng)該采用邊框、加強(qiáng)筋或多點(diǎn)支撐等形式加固；當(dāng)整機(jī)內(nèi)有多塊印制板，特別當(dāng)這些印制板是通過導(dǎo)軌和插座固定時(shí)，應(yīng)該使每塊板的尺寸整齊一致，有利于它們的固定與加工。（4）板厚度 在確定板的厚度時(shí)，主要根據(jù)印制板尺寸大小和元器件的重量以及振動沖擊等因素來決定，如果板的尺寸過大或板上的元器件過重，都應(yīng)該適當(dāng)增加板的厚度或?qū)τ≈瓢宀扇〖庸檀胧?，否則印制板容易產(chǎn)生翹曲。通常印制板尺寸小于100150mm2時(shí)，大于200150mm2時(shí)。注意，當(dāng)印制板對外通過印制板插座連線時(shí)，若板材過厚則插不進(jìn)去，過薄則容易造成接觸不良。 印制電路板的布局印制電路板設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是把電子元器件在一定的印制板面積上合理地布局排版，這是印制電路板設(shè)計(jì)中最重要的一環(huán)，對于模擬電路和高頻電路尤為重要。印制電路板設(shè)計(jì)不是簡單地按照電路原理把元器件通過印制導(dǎo)線連接起來就行了，而是要考慮電路的特點(diǎn)和要求，如高頻電路對低頻電路的影響，各元器件之間是否產(chǎn)生有害的干擾，以及熱傳遞等方面的影響。因此，為使整機(jī)能穩(wěn)定可靠地工作，就要對元器件及其連線在印制板上進(jìn)行合理的排版布局。如果排版布局不合理，就有可能出現(xiàn)各種干擾，以至合理的原理方案不能實(shí)現(xiàn)，或使整機(jī)技術(shù)指標(biāo)下降。印制板布局的基本要求是既要保證電路的電氣性能，也要便于產(chǎn)品的生產(chǎn)、使用和維護(hù)，還要使印制導(dǎo)線盡可能短。下面介紹排版布局的一般基本原則，力求使排版設(shè)計(jì)盡量合理。1. 按照信號流的走向布局首先把整個(gè)電路按照功能劃分成若干個(gè)單元電路，按照電信號的流向，依次安排各個(gè)功能電路單元在板上的位置，其布局應(yīng)便于信號流通，并使信號流向盡可能保持一致的方向。通常情況下，信號流向安排成從左到右（左輸入、右輸出）或從上到下（上輸入、下輸出）。與輸入、輸出端直接相連的元器件應(yīng)當(dāng)放在靠近輸入、輸出接插件或連接器的地方。以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，一般以三極管或集成電路等作為核心元件，圍繞它來進(jìn)行布局，并根據(jù)各電極位置來排布其他元器件。同時(shí)還要考慮每個(gè)元器件的形狀、尺寸、極性和引腳數(shù)目，通過調(diào)整它們的位置與方向，以縮短連線。2 .特殊元器件優(yōu)先確定電子整機(jī)產(chǎn)品的干擾問題比較復(fù)雜，它可能由電、磁、熱、機(jī)械等多種因素引起。在設(shè)計(jì)印制板的版面、決定整機(jī)電路布局的時(shí)候，應(yīng)該分析電路原理，先確定特殊元器件的位置，然后再安排其他元器件，并采取措施，使印制板上可能產(chǎn)生的干擾得到最大限度的抑制。3. 操作元件的位置要合適對于電位器，可變電容器或可調(diào)電感線圈等可調(diào)節(jié)的元件布局，要考慮整機(jī)結(jié)構(gòu)的安排。如果是機(jī)外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機(jī)箱面板上的位置相適應(yīng)，如果是機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié)，則應(yīng)放在印制板上能夠方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)的地方。為了保證調(diào)試、維修的安全，特別要注意帶高電壓的元器件（例如顯示器的陽極高壓電路元件），盡量布置在操作時(shí)人手不易觸及的地方。4. 增加機(jī)械強(qiáng)度要注意整個(gè)電路板的重心平衡與穩(wěn)定。對于大而重、發(fā)熱量較多的元器件（如電源變壓器、大電解電容器和帶散熱片的大功率晶體管等），一般不要直接安裝固定在印制板上。應(yīng)當(dāng)把它們固定在機(jī)箱底板上，使整機(jī)的重心靠下，容易穩(wěn)定。否則，這些大型元器件不僅要大量占據(jù)印制板上的有效面積和空間，而且在固定它們時(shí)，往往可能使印制板彎曲變形，導(dǎo)致其他元器件受到機(jī)械損傷，還會引起對外連接的接插件接觸不良。重量在15g以上的大型元器件，如果必須安裝在電路板上，不能只靠焊盤焊接固定，應(yīng)當(dāng)采用支架或卡子等輔助固定措施。 采用固定件安裝元件5. 元器件的位置布局在印制板的排版設(shè)計(jì)中，元器件在印制板布設(shè)得正確與否，將直接影響到印制板部件的電性能，同時(shí)它決定了板面的整齊美觀程度和印制導(dǎo)線的長短與數(shù)量，對整機(jī)的可靠性也有一定的影響。布設(shè)元器件應(yīng)該遵循的幾條原則是：（1）在保證電性能合理的原則下，元器件應(yīng)相互平行或垂直排列，在整個(gè)板面上應(yīng)分布均勻、疏密一致。（2）元器件不要布滿整個(gè)板面，注意板邊四周要留有一定余量，位于印制電路板邊上的元器件，距離印制板的邊緣至少應(yīng)該大于2mm。電子儀器內(nèi)的印制板四周，一般每邊都留有5～10mm空間。（3）元器件的布設(shè)不能上下交叉。相鄰兩個(gè)元器件之間要保持一定的間距。間距不得過小，避免相互碰接。如果相鄰元器件的電位差較高，則應(yīng)當(dāng)保持安全距離。一般環(huán)境中的間隙安全電壓是200V/mm。（4）通常情況下，不論單面板還是雙面板，所有元器件應(yīng)該布設(shè)在印制板的一面，并且每個(gè)元器件的引出腳要單獨(dú)占用一個(gè)焊盤。（5）元器件的安裝高度要盡量低，一般元件體和引線離開板面不要超過5mm，過高則承受振動和沖擊的穩(wěn)定性變差，容易倒伏或與相鄰元器件碰接。因此，元器件的安裝位置要注意考慮元件不同體積、高度及引線的相互影響。根據(jù)印制板在整機(jī)中的安裝位置及狀態(tài)，確定元件的軸線方向。規(guī)則排列的元器件，應(yīng)該使體積較大元件的軸線方向在整機(jī)中處于豎立狀態(tài)，可提高元器件在板上固定的穩(wěn)定性。合理不合理(a)(b) 元器件的安全間隙 元器件布設(shè)方向（6）元件兩端焊盤的跨距應(yīng)該稍大于元件體的軸向尺寸。引線不要齊根彎折，彎腳時(shí)應(yīng)該留出一定的距離（至少2mm），以免損壞元件。(a)(b)（7）相鄰電感元件放置的位置應(yīng)相互垂直，在高頻電路中決不能平行（兩禍合電感除外），以防電磁耦合，影響電路的正常工作。 元器件的裝配 印制板上元器件的安裝及排列1．元器件的安裝方式(b)(a)印制板上元器件有立式與臥式兩種安裝方式。后者是指元器件的軸線方向與印制板面平行，而前者與印制板面垂直。在設(shè)計(jì)印制板時(shí)可以采用其中一種方式或同時(shí)使用兩種方式。但要確保電路的抗振性能好，安裝維修方便，元器件排列疏密均勻，有利于印制導(dǎo)線的布設(shè)。 元器件的安裝方式（1）立式安裝立式安裝的元器件占用面積小，單位面積上容納元器件的數(shù)量多。這種安裝方式適合于元器件排列密集緊湊的產(chǎn)品，如半導(dǎo)體收音機(jī)和小型便攜式儀器。立式安裝的元器件要求體積小重量輕，過大、過重的元器件不宜