印制電路板設(shè)計(jì)基礎(chǔ)培訓(xùn)課件(已修改)
2025-01-07 12:03 本頁面
【正文】 第 4章 印制電路板設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 印制電路板概述 印制電路板布局和布線原則 Protel99SE印制板編輯器 印制電路板的工作層面本章小節(jié) 在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，完成原理圖繪制和電路仿真后，最終需要將電路中的實(shí)際元件安裝在印制電路板（ Printed Circuit Board，簡(jiǎn)稱 PCB）上。原理圖的繪制解決了電路的邏輯連接，而電路元件的物理連接是靠 PCB上的銅箔實(shí)現(xiàn)。 隨著中、大規(guī)模集成電路出現(xiàn)，元器件安裝朝著自動(dòng)化、高密度方向發(fā)展，對(duì)印制電路板導(dǎo)電圖形的布線密度、導(dǎo)線精度和可靠性要求越來越高。為滿足對(duì)印制電路板數(shù)量上和質(zhì)量上的要求，印制電路板的生產(chǎn)也越來越專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化和自動(dòng)化，如今已在電子工業(yè)領(lǐng)域中形成一門新興的 PCB制造工業(yè)。 印制電路板 (也稱印制線路板，簡(jiǎn)稱印制板 )是指以絕緣基板為基礎(chǔ)材料加工成一定尺寸的板，在其上面至少有一個(gè)導(dǎo)電圖形及所有設(shè)計(jì)好的孔（如元件孔、機(jī)械安裝孔及金屬化孔等），以實(shí)現(xiàn)元器件之間的電氣互連。 印制電路板概述 印制電路板的發(fā)展 印制電路技術(shù)雖然在第二次世界大戰(zhàn)后才獲得迅速發(fā)展，但是 “ 印制電路 ” 這一概念的來源，卻要追溯到十九世紀(jì)。 在十九世紀(jì)，由于不存在復(fù)雜的電子裝置和電氣機(jī)械，因此沒有大量生產(chǎn)印制電路板的問題，只是大量需要無源元件，如：電阻、線圈等。 1899年，美國人提出采用金屬箔沖壓法，在基板上沖壓金屬箔制出電阻器， 1927年提出采用電鍍法制造電感、電容。 經(jīng)過幾十年的實(shí)踐，英國 Paul Eisler博士提出印制電路板概念，并奠定了光蝕刻工藝的基礎(chǔ)。 隨著電子元器件的出現(xiàn)和發(fā)展，特別是 1948年出現(xiàn)晶體管，電子儀器和電子設(shè)備大量增加并趨向復(fù)雜化，印制板的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新階段。 五十年代中期，隨著大面積的高粘合強(qiáng)度覆銅板的研制，為大量生產(chǎn)印制板提供了材料基礎(chǔ)。 1954年，美國通用電氣公司采用了圖形電鍍－蝕刻法制板。 六十年代，印制板得到廣泛應(yīng)用，并日益成為電子設(shè)備中必不可少的重要部件。在生產(chǎn)上除大量采用絲網(wǎng)漏印法和圖形電鍍－蝕刻法（即減成法）等工藝外，還應(yīng)用了加成法工藝，使印制導(dǎo)線密度更高。目前高層數(shù)的多層印制板、撓性印制電路、金屬芯印制電路、功能化印制電路都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。 我國在印制電路技術(shù)的發(fā)展較為緩慢，五十年代中期試制出單面板和雙面板，六十年代中期，試制出金屬化雙面印制板和多層板樣品， 1977年左右開始采用圖形電鍍 蝕刻法工藝制造印制板。 1978年試制出加成法材料 覆鋁箔板，并采用半加成法生產(chǎn)印制板。八十年代初研制出撓性印制電路和金屬芯印制板。 在電子設(shè)備中，印制電路板通常起三個(gè)作用。 ⑴ 為電路中的各種元器件提供必要的機(jī)械支撐。 ⑵ 提供電路的電氣連接。 ⑶ 用標(biāo)記符號(hào)將板上所安裝的各個(gè)元器件標(biāo)注出來，便于插裝、檢查及調(diào)試。 但是，更 為 重要的是，使用印制 電 路板有四大 優(yōu) 點(diǎn)。 ⑴ 具有重復(fù)性。 ⑵ 板的可預(yù)測(cè)性。 ⑶ 所有信號(hào)都可以沿導(dǎo)線任一點(diǎn)直接進(jìn)行測(cè)試，不會(huì)因?qū)Ь€接觸引起短路。 ⑷ 印制板的焊點(diǎn)可以在一次焊接過程中將大部分焊完。 正因?yàn)橛≈瓢逵幸陨咸攸c(diǎn)，所以從它面世的那天起，就得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，現(xiàn)代印制板已經(jīng)朝著多層、精細(xì)線條的方向發(fā)展。特別是八十年代開始推廣的 SMD（表面封裝）技術(shù)是高精度印制板技術(shù)與 VLSI（超大規(guī)模集成電路）技術(shù)的緊密結(jié)合，大大提高了系統(tǒng)安裝密度與系統(tǒng)的可靠性 印制電路板種類 目前的印制電路板一般以銅箔覆在絕緣板（基板）上，故亦稱覆銅板。 PCB導(dǎo)電板層劃分 ⑴ 單面印制板（ Single Sided Print Board）。單面印制板指僅一面有導(dǎo)電圖形的印制板，板的厚度約在 ～ ，它是在一面敷有銅箔的絕緣基板上，通過印制和腐蝕的方法在基板上形成印制電路。它適用于一般要求的電子設(shè)備。 ⑵ 雙面印制板（ Double Sided Print Board）。雙面印制板指兩面都有導(dǎo)電圖形的印制板，板的厚度約為 ～ ，它是在兩面敷有銅箔的絕緣基板上，通過印制和腐蝕的方法在基板上形成印制電路，兩面的電氣互連通過金屬化孔實(shí)現(xiàn)。它適用于要求較高的電子設(shè)備，由于雙面印制板的布線密度較高，所以能減小設(shè)備的體積。 ⑶ 多層印制板（ Multilayer Print Board）。多層印制板是由交替的導(dǎo)電圖形層及絕緣材料層層壓粘合而成的一塊印制板，導(dǎo)電圖形的層數(shù)在兩層以上，層間電氣互連通過金屬化孔實(shí)現(xiàn)。多層印制板的連接線短而直，便于屏蔽，但印制板的工藝復(fù)雜，由于使用金屬化孔，可靠性稍差。它常用于計(jì)算機(jī)的板卡中。 對(duì)于電路板的制作而言，板的層數(shù)愈多，制作程序就愈多，失敗率當(dāng)然增加，成本也相對(duì)提高，所以只有在高級(jí)的電路中才會(huì)使用多層板。 圖 41所示為四層板剖面圖。通常在電路板上，元件放在頂層，所以一般頂層也稱元件面，而底層一般是焊接用的，所以又稱焊接面。對(duì)于 SMD元件，頂層和底層都可以放元件。元件也分為兩大類，插針式元件和表面貼片式元件（ SMD）。 PCB所用基板材料劃分 ⑴ 剛性印制板（ Rigid Print Board）。剛性印制板是指以剛性基材制成的 PCB，常見的 PCB一般是剛性 PCB，如計(jì)算機(jī)中的板卡、家電中的印制板等。常用剛性 PCB有： 紙 基板 、玻璃布板和 合成 纖維 板 ，后連者價(jià)格較貴，性能較好，常用作高頻電路和高檔家電產(chǎn)品中；當(dāng)頻率高于數(shù)百兆赫時(shí)，必須用介電常數(shù)和介質(zhì)損耗更小的材料，如聚四氟乙烯和高頻陶瓷作基板。 ⑵ 柔性印制板（ Flexible Print Board，也稱撓性印制板、軟印制板）。柔性印制板是以軟性絕緣材料為基材的 PCB。由于它能進(jìn)行折疊、彎曲和卷繞，因此可以節(jié)約 60％～ 90％的空間，為電子產(chǎn)品小型化、薄型化創(chuàng)造了條件，它在計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、自動(dòng)化儀表及通信設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。 ⑶ 剛 柔性印制板（ Flexrigid Print Board）。剛 柔性印制板指利用柔性基材，并在不同區(qū)域與剛性基材結(jié)合制成的 PCB，主要用于印制電路的接口部分。 PCB設(shè)計(jì)中的基本組件 （ Layer） 板層分為敷銅層和非敷銅層，平常所說的幾層板是指敷銅層的層數(shù)。一般敷銅層上放置焊盤、線條等完成電氣連接；在非敷銅層上放置元件描述字符或注釋字符等；還有一些層面用來放置一些特殊的圖形來完成一些特殊的作用或指導(dǎo)生產(chǎn)。 敷銅層包括頂層（又稱元件面）、底層（又稱焊接面）、中間層、電源層、地線層等；非敷銅層包括印記層（又稱絲網(wǎng)層）、板面層、禁止布線層、阻焊層、助焊層、鉆孔層等。 對(duì)于一個(gè)批量生產(chǎn)的電路板而言，通常在印制板上鋪設(shè)一層阻焊劑，阻焊劑一般是綠色或棕色，除了要焊接的地方外，其它地方根據(jù)電路設(shè)計(jì)軟件所產(chǎn)生的阻焊圖來覆蓋一層阻焊劑，這樣可以快速焊接，并防止焊錫溢出引起短路；而對(duì)于要焊接的地方，通常是焊盤，則要涂上助焊劑。 為了讓電路板更具有可看性，便于安裝與維修，一般在頂層上要印一些文字或圖案，如圖 42
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