【正文】 的通孔(through via)來實(shí)現(xiàn)的。印制電路板上非焊盤處的銅箔是不能粘錫的，因此印制板上焊盤以外的各部位都要涂覆綠色或棕色的一層涂料——阻焊膜。一．印制電路板的基本概念（一）印制板的組成印制板主要由絕緣底板（基板）和印制電路（也稱導(dǎo)電圖形）組成，具有導(dǎo)電線路和絕緣底板的雙重作用。另外，印制電路板具有良好的產(chǎn)品一致性，可以采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，有利于生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，也便于整機(jī)產(chǎn)品的互換和維修。電工電子實(shí)習(xí)教學(xué)指導(dǎo)書印制電路板的設(shè)計(jì)與制作趙文兵 柴旺興 編徐祖建 主審湖北汽車工業(yè)學(xué)院電工電子實(shí)習(xí)基地34 / 36目 錄印制電路板的設(shè)計(jì)一．印制電路板的基本概念 ……………………………………1（一）印制板的組成 （二）印制板的種類 （三）印制板的安裝技術(shù)二．印制電路板的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備 3（一）設(shè)計(jì)目標(biāo) （二）設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備工作 三．印制電路板的排版布局 5（一）整機(jī)電路的布局原則 （二）元器件的安裝與布局四．印制電路的設(shè)計(jì) 9（一）焊盤的設(shè)計(jì) （二）印制導(dǎo)線的設(shè)計(jì) （三）過孔和引線孔的設(shè)計(jì)五．印制電路板的抗干擾設(shè)計(jì) 12（一）地線設(shè)計(jì) （二）電源線設(shè)計(jì) （三）電磁兼容性設(shè)計(jì) （四）器件布置設(shè)計(jì) （五）散熱設(shè)計(jì) （六）板間配線設(shè)計(jì)六．印制電路板圖的繪制 20（一）手工設(shè)計(jì)印制電路板圖 （二）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)印制電路板圖七．手工設(shè)計(jì)印制電路板實(shí)例 22印制電路板的制作一．印制電路的形成方式 24（一）減成法 （二）加成法二．印制電路板的工業(yè)制作 24（一）雙面印制板制作的工藝流程 （二）單面印制板制作的工藝流程三．印制電路板的手工制作 26（一）描圖蝕刻法 （二）貼圖蝕刻法 （三）雕刻法 （四）“轉(zhuǎn)印”蝕刻法四．印制導(dǎo)線的修復(fù) 29（一）印制導(dǎo)線斷路的修復(fù) （二）印制導(dǎo)線起翹的修復(fù)印制電路板（Printed circuit board，PCB）也稱為印制線路板、印刷電路板，簡稱印制板。隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，印制板的使用已日趨廣泛，可以說它是電子設(shè)備的關(guān)鍵互聯(lián)件，任何電子設(shè)備均需配備。1．基板（Base Material）基板是由絕緣隔熱、并不易彎曲的材料所制作成，一般常用的基板是敷銅板，又稱覆銅板，全稱敷銅箔層壓板。這一絕緣防護(hù)層，不但可以防止銅箔氧化，也可以防止橋焊的產(chǎn)生。相對來說，雙面板的可利用面積比單面板大了一倍，并且有效的解決了單面板布線間不能交叉的問題。1．通孔插入式安裝技術(shù)（Through Hole Technology，THT）通孔插入式安裝也稱為通孔安裝，適用于長管腳的插入式封裝的元件。 二．印制電路板的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備（一）設(shè)計(jì)目標(biāo)這是設(shè)計(jì)工作開始時首先應(yīng)該明確的，同時也是在整個設(shè)計(jì)中需要時刻關(guān)注的，主要有以下方面：1．功能和性能表面上看，根據(jù)電路原理圖進(jìn)行正確的邏輯連接后其功能就可實(shí)現(xiàn)、性能也可保證穩(wěn)定，但隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，信號的速率越來越快，電路的集成度越來越高，僅僅做到這一步已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。（1）通過對電氣信號的測量，調(diào)整電路元器件的參數(shù)，改進(jìn)電路的設(shè)計(jì)方案。（4）主要元器件和部件的型號、外形尺寸及封裝。雙面板多用于集成電路較多的電路。價格較高，性能優(yōu)于覆銅環(huán)氧紙質(zhì)層壓板。④板的凈面積確定后，還要向外擴(kuò)出5—10mm，便于印制板在整機(jī)中的安裝固定。這些連接引線的總數(shù)要盡量少，并根據(jù)整機(jī)結(jié)構(gòu)選擇連接方式，總的原則應(yīng)該使連接可靠、安裝、調(diào)試、維修方便，成本低廉。這種“積木式”的結(jié)構(gòu)不僅保證了產(chǎn)品批量生產(chǎn)的質(zhì)量，降低成本，也為調(diào)試、維修提供了極為便利的條件。三．印制電路板的排版布局所謂排版布局就是把電路圖上所有的元器件都合理地安排到面積有限的印制板上。 3．優(yōu)先考慮確定特殊元器件的位置 在著手設(shè)計(jì)的板面決定整機(jī)電路布局時，應(yīng)該分析電路原理，首先決定特殊元件的位置，然后再安排其它元件，盡量避免可能產(chǎn)生干擾的因素。高壓電路部分的元器件與低壓部分分隔開不少于2mm。元件的布設(shè)應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則： ①元件在整個板面上的排列要均勻、整齊、緊湊。若相鄰的元器件的電位差較高。臥式是指元件的軸向與板面平行，立式則是垂直的。元器件的軸線方向彼此不一致，在板上的排列順序也沒有一定規(guī)則(如圖10所示)。此方式特別適用于版面相對寬松、元器件種類相對比較少而數(shù)量較多的低頻電路。絕大多數(shù)小功率阻容抗元件和晶體管器件的管腳是柔軟可彎折的，而象大功率的電位器和晶體管以及集成電路芯片的管腳是不允許彎折的，其管腳間距均為IC間距的倍數(shù)。圓形焊盤多在元件規(guī)則排列方式中使用，雙面印制板也多采用圓形焊盤。這種形式的焊盤設(shè)計(jì)制作簡單，精度要求低，容易實(shí)現(xiàn)。（1）引線孔的直徑 引線孔鉆在焊盤中心，孔徑應(yīng)該比焊接的元器件引線的直徑略大一些，這樣才能便于插裝元器件，但是孔徑也不宜過大，否則在焊接時不僅用錫量多，也容易因?yàn)樵骷幕顒佣纬商摵?，使焊接的機(jī)械強(qiáng)度降低，同時過大的焊點(diǎn)也可能造成焊盤的剝落。（2）對于臥式固定和規(guī)則排列的板面，要求每個焊盤的位置及彼此間距離必須遵守一定標(biāo)準(zhǔn)。表二 印制導(dǎo)線最大允許工作電流導(dǎo)線寬度（mm）1234導(dǎo)線電流（A）1234 （1）對于集成電路的信號線，導(dǎo)線的寬度可以選1mm以下。表三 印制導(dǎo)線間距最大允許工作電壓導(dǎo)線間距（mm）123工作電壓（V）100200300500700 為了保證產(chǎn)品的可靠性，應(yīng)該盡量使印制導(dǎo)線的間距不小于1mm。②除了電源線、地線等特殊導(dǎo)線外，導(dǎo)線的粗細(xì)要均勻，不要突然由粗變細(xì)或由細(xì)變粗。⑧盡量避免印制導(dǎo)線分支（如圖15所示）。過孔一般分為三類：盲孔、埋孔和通孔。引線孔的孔徑取決于元器件引線的直徑大小。由于電路中的放大作用，這小小的電位便可能產(chǎn)生影響電路性能的干擾——地線共阻抗干擾。（4）高頻電路采用大面積接地方法，不能采用分地線，但單點(diǎn)接地一樣十分必要——將本單元（級）的各接地元器件盡可能安排在一個較小的區(qū)域里。同時要盡量加大線性電路的接地面積。（圖18 板內(nèi)地線布局方式）子電路1子電路2子電路3子電路4IC6IC5IC3IC4IC1IC2（a）并聯(lián)分路接地（b）多單元數(shù)字電路接地（c）匯流排接地（d）大面積接地（e）一字形接地（2）匯流排式該方式適用于高速數(shù)字電路（如圖18c所示），布設(shè)時板上所有IC芯片的地線與匯流排接通。因此在排版設(shè)計(jì)中電源及電源線的合理布局對消除電源干擾有著重要的意義。（2）在設(shè)計(jì)印制電路時應(yīng)當(dāng)盡量將電源線和地線緊緊布設(shè)在一起，以減少電源線耦合所引起的干擾。1．采用正確的布線策略（1）選擇合理的導(dǎo)線寬度由于瞬變電流在印制線條上所產(chǎn)生的沖擊干擾主要是由印制導(dǎo)線的電感成分造成的，因此應(yīng)盡量減小印制導(dǎo)線的電感量。在高頻電路的印制板設(shè)計(jì)中，天線效應(yīng)尤其不可忽視。(圖20 放大電路反饋布線)Rf+12V②時鐘信號引線最容易產(chǎn)生電磁輻射干擾，走線時應(yīng)與地線回路相靠近，驅(qū)動器應(yīng)緊挨著連接器。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對一般速度較快的TTL電路，其印制線條長于10cm以上時就應(yīng)采用終端匹配措施。去耦電容通常在電原理圖中并不反映出來。（3）去藕電容的引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線。在輸入輸出端放置緩沖器，用于板間信號傳送，可有效防止噪聲干擾（如圖23所示）。具體措施有：1．特別“關(guān)照”熱源的位置（1）熱源外置。（2）同一塊印制板上的器件應(yīng)盡可能按其發(fā)熱量大小及散熱程度分區(qū)排列，發(fā)熱量小或耐熱性差的器件（如小信號晶體管、小規(guī)模集成電路、電解電容等）放在冷卻氣流的最上流（入口處），發(fā)熱量大或耐熱性好的器件（如功率晶體管、大規(guī)模集成電路等）放在冷卻氣流最下游。地線電位差會降低設(shè)備抗擾度，是時常出現(xiàn)誤動作的原因之一。繪制印制電路板圖是把印制板設(shè)計(jì)圖形化的關(guān)鍵和主要的工作量，設(shè)計(jì)過程中考慮的各種因素都要在圖上體現(xiàn)出來。此外，為了安裝某些特殊元器件或插接定位用的孔、槽等幾何形狀的位置和尺寸也應(yīng)標(biāo)明。好的單線不交叉圖，元件排列整齊、連線簡潔、“飛線”少且可能沒有。（3）確定元器件的排列方式，用鉛筆畫出元器件的外形輪廓。（4）確定并標(biāo)出焊盤的位置。④兩面對應(yīng)的焊盤要嚴(yán)格地一一對應(yīng)，可以用針在圖紙上扎穿孔的方法，將一面的焊盤中心引到另一面。一般而言，利用Protel99設(shè)計(jì)印制板最基本的過程可以分為三大步驟：1．電路原理圖的設(shè)計(jì)利用Protel99的原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)（Advanced Schematic）所提供的各種原理圖繪圖工具以及編輯功能繪制電路原理圖。一般情況下，采用CAD軟件設(shè)計(jì)印制電路板時字符標(biāo)記圖和阻焊圖都可以自動生成。（1）印制板上留出安裝孔位置。即先將基板上敷滿銅箔，然后用化學(xué)或機(jī)械方式除去不需要的部分，最終留下印制電路。（2）雕刻——用機(jī)械加工方法除去不需要的銅箔，這在單件試制或業(yè)余條件下可快速制出印制板。2．選材下料按板圖的形狀、尺寸進(jìn)行下料。（2）直接感光法把照相底片或光繪片置于上膠烘干后的覆銅板上，一起置于光源下曝光，光線通過相版，使感光膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起膠膜理化性能的變化8．金屬涂覆金屬涂覆屬于印制板的外表面處理之一，即為了保護(hù)銅箔、增加可焊性和抗腐蝕抗氧化性，在銅箔上涂覆一層金屬，其材料常用金、銀和鉛錫合金。常用的蝕刻方式有浸入式、泡沫式、潑濺式、噴淋式等幾種。大致有以下幾步：下料→絲網(wǎng)漏印→腐蝕→去除印料→孔加工→印標(biāo)記→涂助焊劑→檢驗(yàn)。3．拓圖（復(fù)印印制電路）所謂拓圖，即用復(fù)寫紙將已設(shè)計(jì)好的印制板排版草圖中的印制電路拓在已清潔好的覆銅板的銅箔面上。進(jìn)刀不宜過快，以免將銅箔擠出毛刺；并注意保持導(dǎo)線圖形清晰。印制板漆硬塑皮導(dǎo)線直尺墊塊鴨嘴筆印制板（a）畫焊盤（b）畫圖形（圖30 描圖）6．修圖描好后的印制板應(yīng)平放，讓板上的描圖液自然干透，同時檢查線條和焊盤是否有麻點(diǎn)、缺口或斷線，如果有，應(yīng)及時填補(bǔ)、修復(fù)。蝕刻完成后應(yīng)立即將板子取出，用清水沖洗干凈殘存的腐蝕液，否則這些殘液會使銅箔導(dǎo)線的邊緣出現(xiàn)黃色的痕跡。防腐助焊劑一般用松香、酒精按1:2的體積比例配制而成：將松香研碎后放入酒精中，蓋緊蓋子擱置一天，待松香溶解后方可使用。無論采用何種膠條，都要注意貼粘牢固，特別邊緣一定要按壓緊貼，否則腐蝕溶液侵入將使圖形受損。（四）“轉(zhuǎn)印”蝕刻法這種方法主要采用了熱轉(zhuǎn)移的原理，借助于熱轉(zhuǎn)印紙“轉(zhuǎn)印”圖形來代替描圖。熱轉(zhuǎn)印紙的表面通過高分子技術(shù)進(jìn)行了特殊處理，覆蓋了數(shù)層特殊材料的涂層，具有耐高溫不粘連的特性。這種方法是圖形簡單時用整塊膠帶將銅箔全部貼上，畫上印制電路后用刀刻法去除不需要的部分。另外，防腐助焊劑還可以使用硝酸銀溶液?；蛘咭部捎盟凹堓p輕打磨去膜。7．蝕刻（腐蝕電路板）三氧化鐵（FeCl3）是腐蝕印制板最常用的化學(xué)藥品，用它配制的蝕刻液一般濃度在28%42%之間，即用2份水加1份三氧化鐵。5．描圖（描涂防腐蝕層）為能把覆銅板上需要的銅箔保存下來，就要將這部分涂上一層防腐蝕層，也就是說在所需要的印制導(dǎo)線、焊盤上加一層保護(hù)膜。拓制雙面板時，板與草圖應(yīng)有3個不在一條直線上的點(diǎn)定位。（一）描圖蝕刻法這是一種十分常用的制板方法。（1）熱熔過程是把鍍覆有錫鉛合金的印制電路板，加熱到錫鉛合金的熔點(diǎn)溫度以上，使錫鉛和基體金屬銅形成化合物，同時錫鉛鍍層變得致密、光亮、無針孔，從而提高鍍層的抗腐蝕性和可焊性。（1）電鍍法可使鍍層致密、牢固、厚度均勻可控，但設(shè)備復(fù)雜、成本高。4．清洗用化學(xué)方法清洗板面的油膩及化學(xué)層。敷設(shè)印制電路方法有絲印電鍍法，粘貼法等。圖形的轉(zhuǎn)移方式主要有：（1）絲網(wǎng)漏印——用絲網(wǎng)漏印法在覆銅板上印制電路圖形，與油印機(jī)在紙上印刷文字相類似。先排整流部分的元件（DDDD4），四個二極管平行排列；再排濾波部分（電容C、電阻R）、穩(wěn)壓管W及取樣電阻RL。下面以簡單穩(wěn)壓電源為例，做一些簡單說明。網(wǎng)絡(luò)表可以從電路原理圖中獲得，也可從印制電路板中提取出來。⑥在繪制元件面的導(dǎo)線時，注意避讓元件外殼和屏蔽罩等可能產(chǎn)生短路的地方。這時，可不必按照實(shí)際寬度來畫，只標(biāo)明其走向和路徑就行，但要考慮導(dǎo)線間的距離。這一步其實(shí)就是進(jìn)行元器件的布局，可在遵循印制板元器件布局原則的基礎(chǔ)上，采用以下幾個辦法進(jìn)行：①實(shí)物法。3．繪制