【正文】 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 印制電路板的基礎(chǔ)知識 印制電路板的排版設(shè)計 印制電路板制造工藝 計算機輔助設(shè)計印制電路 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 印制電路板的基礎(chǔ)知識 印制電路板 制造印制電路板的主要材料是覆銅板。所謂覆銅板，就是經(jīng)過粘接、熱擠壓工藝，使一定厚度的銅箔牢固地覆著在絕緣基板上。所用基板材料及厚度不同，銅箔與結(jié)合劑也各有差異，制造出來的覆銅板在性能上就有很大差別。板材通常按增強材料類別和粘合劑類別或板材特性分類。常用的增強材料有紙、玻璃布、玻璃氈等。粘合劑有酚醛、環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯等。在設(shè)計選用時，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的電氣特性和機械特性及使用環(huán)境，選用不同種類的覆銅板。同時，應(yīng)滿足國家 (部 )標(biāo)準(zhǔn)。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 1． 覆銅板的種類 (1) 酚醛紙基覆銅箔層壓板。酚醛紙基覆銅箔層壓板是由絕緣浸漬紙或棉纖維浸以酚醛樹脂，兩面為無堿玻璃布，在其一面或兩面覆以電解紫銅箔，經(jīng)熱壓而成的板狀紙品。此種層壓板的缺點是機械強度低、易吸水和耐高溫性能差 (一般不超過 100℃ )，但由于價格低廉，廣泛用于低檔民用電器產(chǎn)品中。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 (2) 環(huán)氧紙基覆銅箔層壓板。環(huán)氧紙基覆銅箔層壓板與酚醛紙基覆銅箔層壓板不同的是，它所使用的粘合劑為環(huán)氧樹脂，性能優(yōu)于酚醛紙基覆銅板。由于環(huán)氧樹脂的結(jié)合能力強，電絕緣性能好，又耐化學(xué)溶劑和油類腐蝕，機械強度、耐高溫和潮濕性較好，因此，廣泛應(yīng)用于工作環(huán)境較好的儀器、儀表及中檔民用電器中。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 (3) 環(huán)氧玻璃布覆銅箔層壓板。環(huán)氧玻璃布覆銅箔層壓板是由玻璃布浸以雙氰胺固化劑的環(huán)氧樹脂，并覆以電解紫銅，經(jīng)熱壓而成的。這種覆銅板基板的透明度好，耐高溫和潮濕性優(yōu)于環(huán)氧紙基覆銅板，具有較好的沖剪、鉆孔等機械加工性能，被用于電子工業(yè)、軍用設(shè)備、計算機等高檔電器中。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 (4) 聚四氟乙烯玻璃布覆銅箔層壓板 。 聚四氟乙烯玻璃布覆銅箔層壓板具有優(yōu)良的介電性能和化學(xué)穩(wěn)定性 ， 介電常數(shù)低 ， 介質(zhì)損耗低 ， 是一種耐高溫 、 高絕緣的新型材料 ， 應(yīng)用于微波 、 高頻 、 家用電器 、 航空航天 、 導(dǎo)彈 、 雷達等產(chǎn)品中 。 (5) 聚酰亞胺柔性覆銅板。聚酰亞胺柔性覆銅板基材是軟性塑料 (聚酰、聚酰亞胺、聚四氟乙烯薄膜等 )，厚度約為～ 1 mm。在其一面或兩面覆以導(dǎo)電層以形成印制電路系統(tǒng)。使用時將其彎成合適形狀，用于內(nèi)部空間緊湊的場合，如硬盤的磁頭電路和電子相機的控制電路。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 2． 覆銅板的非電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 覆銅板質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響印制板的質(zhì)量 。 衡量覆銅板質(zhì)量的主要非電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有以下幾項 。 (1) 抗剝強度 。 抗剝強度是指單位寬度的銅箔剝離基板所需的最小力 ， 用這個指標(biāo)來衡量銅箔與基板之間的結(jié)合強度 。 此項指標(biāo)主要取決于粘合劑的性能及制造工藝 。 (2) 翹曲度 。 衡量覆銅板相對于平面的不平度指標(biāo) ， 取決于基板材料和厚度 。 (3) 抗彎強度。覆銅板所承受彎曲的能力。這項指標(biāo)取決于覆銅板的基板材料和厚度，在確定印制板厚度時應(yīng)考慮這項指標(biāo)。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 (4) 耐浸焊性 。 耐浸焊性是指覆銅板置入一定溫度的熔融焊錫中停留一段時間 (一般為 10 s) 后所承受的銅箔抗剝能力 。一般要求銅板不起泡 、 不分層 。 如果浸焊性能差 ， 印制板在經(jīng)過多次焊接時 ， 可能使焊盤及導(dǎo)線脫落 。 此項指標(biāo)對電路板的質(zhì)量影響很大 ， 主要取決于板材和粘合劑 。 除上述幾項指標(biāo)外，衡量覆銅板的技術(shù)指標(biāo)還有表面平滑度、光滑度、坑深、介電性能、表面電阻、耐氧化物等，其相關(guān)指標(biāo)可參考相關(guān)手冊。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 3． 印制電路板分類 印制電路板的種類很多，一般情況下可按印制導(dǎo)線和機械特性劃分。 1) 按印制電路的分布劃分 (1) 單面印制板。單面印制板是在絕緣基板的一面覆銅，另一面沒有覆銅的電路板。單面板只能在覆銅的一面布線，另一面放置元器件。它具有不需打過孔、成本低的優(yōu)點，但因其只能單面布線，使實際的設(shè)計工作往往比雙面板或多層板困難得多。它適用于電性能要求不高的收音機、電視機、儀器儀表等。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 (2) 雙面印制板。雙面印制板是在絕緣基板的頂層和底層兩面都有覆銅，中間為絕緣層。雙面板兩面都可以布線，一般需要由金屬化孔連通。雙面板可用于比較復(fù)雜的電路，但設(shè)計工作并不一定比單面板困難，因此被廣泛采用，是現(xiàn)在最常見的一種印制電路板。它適用于電性能要求較高的通信設(shè)備、計算機和電子儀器等產(chǎn)品。由于雙面印制電路的布線密度高，因此在某種程度上可減小設(shè)備的體積。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 (3) 多層印制板。多層印制板是指具有 3層或 3層以上導(dǎo)電圖形和絕緣材料層壓合而成的印制板，包含了多個工作層面。它在雙面板的基礎(chǔ)上增加了內(nèi)部電源層、內(nèi)部接地層及多個中間布線層。當(dāng)電路更加復(fù)雜，雙面板已經(jīng)無法實現(xiàn)理想的布線時，采用多層板就可以很好地解決這一困擾。因此，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電路的集成度越來越高，其引腳越來越多，在有限的板面上無法容納所有的導(dǎo)線，多層板的應(yīng)用會越來越廣泛。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 2) 按機械特性劃分 (1) 剛性板 。 剛性板具有一定的機械強度 ， 用它裝成的部件具有一定的抗彎能力 ， 在使用時處于平展?fàn)顟B(tài) 。 主要在一般電子設(shè)備中使用 。 酚醛樹脂 、 環(huán)氧樹脂 、 聚四氟乙烯等覆銅板都屬剛性板 。 (2) 柔性板。柔性板也叫撓性板，是以軟質(zhì)絕緣材料 (聚酰亞胺 )為基材而制成的，銅箔與普通印制板相同，使用粘合力強、耐折疊的粘合劑壓制在基材上。表面用涂有粘合劑的薄膜覆蓋，可防止電路和外界接觸引起短路和絕緣性下降，并能起到加固作用。使用時可以彎曲，一般用于特殊場合。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 印制電路板設(shè)計前的準(zhǔn)備 1． 覆銅板板材 、 板厚 、 形狀及尺寸的確定 (1) 選擇板材。由于覆銅板的選用將直接影響電器的性能及使用壽命。因此在設(shè)計選用時，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的電氣特性和機械特性及使用環(huán)境選用不同的覆銅板。主要依據(jù)是：電路中有無發(fā)熱元器件 (如大功率元器件 )；結(jié)構(gòu)要求印制電路板在電器中的放置方式 (垂直或水平 )及板上有無重量較重的器件；是否工作在潮濕、高溫的環(huán)境中等。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 (2) 印制板厚度的確定 。 在選擇板的厚度時 ， 主要根據(jù)印制板尺寸和所選元器件的重量及使用條件等因素確定 。 如果印制板的尺寸過大和所選元器件過重時 ， 應(yīng)適當(dāng)增加印制板的厚度 ， 如印制板采用直接式插座連接時 ， 板厚一般選 mm。 在國家標(biāo)準(zhǔn)中 ， 覆銅板的厚度有系列標(biāo)準(zhǔn)值 ， 選用時應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)厚度值 。 (3) 印制板形狀的確定。印制板的形狀通常與整機外形有關(guān)，一般采用長寬比例不太懸殊的長方形，可簡化成形加工。若采用異形板，將會增加制板難度和加工成本。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 (4) 印制板尺寸的確定。印制板尺寸的確定要考慮到整機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和印制板上元器件的數(shù)量、尺寸及安裝排列方式，板上元器件的排列彼此間應(yīng)留存一定的間隔，特別在高壓電路中，要注意留存足夠的間距，在考慮元器件所占面積時，要注意發(fā)熱元器件需安裝散熱器的尺寸，在確定印制板的凈面積后，還應(yīng)向外擴出 5～ 10 mm(單邊 )，以便于印制板在整機安裝中固定。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 2． 選擇對外連接方式 1) 焊接方式 (1) 導(dǎo)線焊接。如圖 ，價格低廉且可靠性高的一種連接方式，連接時不需任何接插件，只需用導(dǎo)線將印制板上的對外連接點與板外元器件或其他部件直接焊牢即可。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 圖 線路板對外導(dǎo)線焊接 (a) 焊接合理； (b) 焊接不合理 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 其優(yōu)點是成本低 、 可靠性高 ， 可避免因接觸不良而造成的故障 。 缺點是維修不方便 。 一般適用于對外引線較少的場合 ， 如收音機中的喇叭 、 電池盒等 。 焊接時應(yīng)注意，印制板的對外焊接導(dǎo)線的焊盤應(yīng)盡可能在印制板邊緣，并按統(tǒng)一尺寸排列，以利于焊接與維修；為提高導(dǎo)線與板上焊盤的機械強度，引線應(yīng)通過印制板上的穿線孔，再從印制板的元件面穿過焊盤；將導(dǎo)線排列或捆扎整齊，通過線卡或其他緊固件將導(dǎo)線與印制板固定，避免導(dǎo)線移動而折斷。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 (2) 排線焊接 。 如圖 ， 兩塊印制板之間采用排線焊接 ， 既可靠又不易出現(xiàn)連接錯誤 ， 且兩塊印制板的相對位置不受限制 。 (3) 印制板之間直接焊接。如圖 ，直接焊接常用于兩塊印制板之間為 90176。 夾角的連接，連接后成為一個整體印制板部件 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 圖 印制板間排線焊接圖 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 圖 印制板間直接焊接 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 2) 插接器連接方式 在較復(fù)雜的電子儀器設(shè)備中，為了安裝調(diào)試方便，經(jīng)常采用插接器的連接方式。如圖 ，這是在電子設(shè)備中經(jīng)常采用的連接方式，這種連接是將印制板邊緣按照插座的尺寸、接點數(shù)、接點距離、定位孔的位置進行設(shè)計做出印制插頭，使其與專用印制板插座相配。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 圖 插接器連接 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 這種連接方式的優(yōu)點是可保證批量產(chǎn)品的質(zhì)量 ， 調(diào)試 、維修方便 。 缺點是因為觸點多 ， 所以可靠性比較差 。 在印制板制作時 ， 為提高性能 ， 插頭部分根據(jù)需要可進行覆涂金屬處理 。 適用于印制板對外連接的插頭、插座的種類很多，其中常用的幾種為矩形連接器、口型連接器、圓形連接器等。如圖 。一塊印制電路板根據(jù)需要可有一種或多種連接方式。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 圖 插接器 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 3． 電路工作原理及性能分析 任何電路都存在著自身及外界的干擾 ， 這些干擾對電路的正常工作將造成一定的影響 。 設(shè)計前必須對電路工作原理進行認(rèn)真的分析 ， 并了解電路的性能及工作環(huán)境 ， 充分考慮可能出現(xiàn)的各種干擾 ， 提出抑制方案 。 通過對原理圖的分析應(yīng)明確： (1) 找出原理圖中可能產(chǎn)生的干擾源，以及易受外界干擾的敏感元器件。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 (2) 熟悉原理圖中出現(xiàn)的每個元器件 ， 掌握每個元器件的外形尺寸 、 封裝形式 、 引線方式 、 引腳排列順序 、 功能及形狀等 ， 確定哪些元器件因發(fā)熱而需要安裝散熱片并計算散熱片面積 ， 確定元器件的安裝位置 。 (3) 確定印制板種類是單面板 、 雙面板還是多面板 。 (4) 確定元器件安裝方式 、 排列規(guī)則 、 焊盤及印制導(dǎo)線布線形式 。 (5) 確定對外連接方式。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 印制電路板的排版設(shè)計 印制電路板的設(shè)計原則 1． 元器件的布局 元器件在印制板上布局時 ， 要根據(jù)元器件確定印制板的尺寸 。 在確定尺寸后 ， 再確定特殊元器件的位置 。 最后 ， 根據(jù)電路的功能單元 ， 對電路的全部元器件進行布局 。 在確定特殊元器件的位置時要遵守以下原則： (1) 高頻元器件之間的連線應(yīng)盡可能縮短，以減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件之間不能距離太近。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 (2) 對某些電位差較高的元器件或?qū)Ь€ ， 應(yīng)加大它們之間的距離 ， 以免放電引出意外短路 。 帶高壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時手不易觸及的地方 。 (3) 重量較大的元器件 ， 安裝時應(yīng)加支架固定 ， 或應(yīng)裝在整機的機箱底板上 。 對一些發(fā)熱元器件應(yīng)考慮散熱方法 ， 熱敏元件應(yīng)遠離發(fā)熱元件 。 (4) 對可調(diào)元器件的布局應(yīng)考慮整機的結(jié)構(gòu)要求 ， 其位置布設(shè)應(yīng)方便調(diào)整 。 (5) 在印制板上應(yīng)留出定位孔及固定支架所占用的位置。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 根據(jù)電路的功能單元 ， 對電路的全部元器件進行布局時 ，要符合以下原則： (1) 按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置 ， 使布局便于信號流通 ， 并使信號盡可能保持方向一致 。 (2) 以每個功能電路的核心元器件為中心 ， 圍繞它來進行布局 。 (3) 在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。 第 4章 印制電路板的設(shè)計與制作 2. 布線的原則