2-1印制电路板设计与制作

印制电路板设计与制作回顾印制电路板设计与制作•3.1印制电路板的种类和特点•3.2印制电路板设计基础•3.3印制电路的设计•3.4印制电路板的制造工艺•3.5表面组装印制电路板•3.6印刷电路板的质量检查及发展第3章印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作3.1印制电路板的种类和特点•一、印制电路板的类型•二、印制电路板的材料印制电路板设计与制作一、印制电路板的类型•1、单面印制电路板•2、双面印制电路板•3、多层印制电路板•4、软印制电路板•5、平面印制电路板印制电路板设计与制作1、单面印制电路板•单面印制电路板是在厚度为0.2~0.5mm的绝缘基板的一个表面上敷有铜箔，通过印制和腐蚀的方法，在基板上形成印制电路。•单面印制电路板适用于电子元件密度不高的电子产品，如收音机、一般的电子产品等，比较适合于手工制作。印制电路板设计与制作2、双面印制电路板•双面印制电路板在绝缘基板上（其厚度为0.2~0.5mm）的两面均敷有铜箔，可在基板上的两面制成印制电路。这适用于电子元件密度比较高的电子产品，如电子计算机、电子仪器、手机等。•由于双面印制电路的布线密度较高，所以能减小电子产品的体积，但需要在两面铜箔之间安排金属化过孔，这需要特殊的制作工艺，手工制作基本是不可能的。印制电路板设计与制作3、多层印制电路板•在绝缘基板上制成三层以上印制电路的印制电路板称为多层印制电路板。它是由几层较薄的单面板或双层面板粘合而成，其厚度一般为1.2~2.5mm。为了把夹在绝缘基板中间的电路引出，多层印制电路板上安装元件的孔需要金属化，即在小孔内表面涂覆金属层，使之与夹在绝缘基板中间的印制电路接通。•多层印制电路板特点是与集成电路块配合使用，可以减小产品的体积与重量，还可以增设屏蔽层，以提高电路的电气性能。印制电路板设计与制作4、软印制电路板•软印制电路板的基材是软的层状塑料或其它质软膜性材料，如聚脂或聚亚胺的绝缘材料，其厚度为0.25~1mm之间。•软印制电路板也有单层、双层及多层之分，它可以端接、排接到任意规定的位置，如在手机的翻盖和机体之间实现电气连接，被广泛用于电子计算机、通信、仪表等电子产品上。印制电路板设计与制作5、平面印制电路板•将印制电路板的印制导线嵌入绝缘基板，使导线与基板表面平齐，就构成了平面印制电路板。•在平面印制电路板的导线上都电镀一层耐磨的金属，通常用于转换开关、电子计算机的键盘等。印制电路板设计与制作二、印制电路板的材料•根据印制电路板材料的不同可分为四种：•1、酚醛纸基敷铜箔板（又称纸铜箔板）•2、环氧酚醛玻璃布敷铜箔板•3、环氧玻璃布敷铜箔板•4、聚四氟乙烯玻璃布敷铜箔板印制电路板设计与制作覆铜板性能•1）抗剥强度铜箔与基板之间结合强度，取决于粘合剂性能及铜箔表面的处理质量。•2）抗弯强度覆铜板所能承受弯曲的能力，取决于覆铜板的基板材料和厚度。•3）翘曲度覆铜板相对于平面的不平度，取决于板材和厚度。•4）耐浸焊性覆铜板在焊接时，在一定温度的熔融焊锡中所承受的铜箔抗剥能力，取决于板材和黏合剂。•覆铜板性能的优劣直接影响印制板成品的质量，应根据需要选择覆铜板种类及生产厂商，以保证产品质量。印制电路板设计与制作覆铜板组成•1）铜箔铜箔质量直接影响覆铜板的性能。要求铜箔表面不得有划痕、砂眼和皱折，金属纯度不低于99.8％，厚度误差不大于±5μm。按照部颁标准规定，铜箔厚度的标称系列为18、25、35、70和105μm。我国目前正在逐步推广使用35μm厚度的铜箔。铜箔越薄，越容易蚀刻和钻孔，特别适合于制造线路复杂的高密度的印制板。•2）基板•高分子合成树脂和增强材料组成的绝缘层压板可以作为覆铜板的基板。合成树脂的种类繁多，常用的有酚醛树脂、环氧树脂、三氯氰胺树脂等等。增强材料一般有纸质和无机纤维材料的玻璃布、玻璃毡等，它们决定了基板的机械性能，如耐浸焊性、抗弯强度等。印制电路板设计与制作3．常用覆铜板种类及特性•1）覆铜箔酚醛纸层压板用于一般无线电及电子设备中。价格低廉、易吸水，在恶劣环境下不宜使用。•2）覆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）覆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，是电器性能和机械性能较好的材料，但价格较高。•4）覆铜箔聚四氟乙烯层压板具有良好的抗热性和电性能，用于耐高温、耐高压的电子设备中。印制电路板设计与制作3.2印制电路板（PCB）设计基础一个电路的实现必须依赖于其载体——PCB板。印刷电路板是实现电子整机产品功能的主要部件之一，其设计是整机工艺设计中重要的一环。印刷电路板的设计质量不仅关系到电路在装配、焊接、调试过程中的操作是否方便，而且直接影响整机的技术指标和使用、维修性能。在PCB设计的过程中，遵循一定的设计规则和技巧，可以有效地提高PCB信号的质量，从而实现设计的功能。印制电路板设计与制作3.2.1印制电路的基本概念在进行PCB的设计与制作前，先了解一下印制电路板的结构，理解一些基本概念，尤其是涉及到布线规则时，这些概念很重要。1.印制电路板结构一个普通的PCB板由镀铜的树脂玻璃材料或一层铜箔与树脂材料粘贴在一起，如图3-1所示。铜层铜层介电绝缘层图3-1PCB板的结构实例图3-1PCB板的结构示例印制电路板设计与制作铜层介电绝缘层图3-1PCB板的结构示例铜层印制电路板设计与制作一般来说，印制电路板的结构有单面板、双面板和多层板三种。①单面板：单面板是一种一面有敷铜，另一面没有敷铜的电路板，用户只可在敷铜的一面布线并放置元件。单面板由于成本低、不用打孔而被广泛应用。由于单面走线只能在一面上进行，因此，它的设计往往比双面板或多层板困难得多。②双面板：双面板包括顶层（TopLayer）和底层（BottomLayer），顶层一般为元件面，底层一般为焊锡层面，双面板的双面都可以敷铜，都可以布线。双面板的电路一般比单面板的电路复杂，但布线比较容易，是制作电路板比较理想的选择。印制电路板设计与制作③多层板：多层板是包含了多个工作层的电路板。除了上面讲到的顶层、底层以外，还包括中间层、内部电源或接地层等。随着电子技术的高速发展，电子产品越来越精密，电路板也就越来越复杂，多层电路板的应用也越来越广泛。多层电路板一般指三层以上的电路板。印制电路板设计与制作2.元件封装•通常设计完成印制电路板后，将它拿到专门制作电路板的单位，制作电路板。取回制好的电路板后，要将元件焊接上去。•如何保证取用元件的引脚和印制电路板上的焊盘一致呢？•那就得靠元件封装了。元件封装是指元件焊接到电路板时所指的外观和焊盘位置。印制电路板设计与制作既然元件封装只是元件的外观和焊盘位置，那么纯粹的元件封装仅仅是空间的概念，因此，不同的元件可以共用同一个元件封装；另一方面，同种元件也可以有不同的封装，所以在取用焊接元器件时，不仅要知道元件名称，还要知道元件的封装。（1）元件封装的分类元件的封装形式可以分成两大类，即针脚式（直插式）元件封装和SMT（表面贴装式）元件封装。针脚式元件封装焊接时先要将元件针脚插入焊盘导通孔，然后再焊锡。针脚式元件封装的焊盘和过孔贯穿整个电路板，SMT元件封装的焊盘只限于表面层。（2）元件封装的编号一般为“元件类型+焊盘距离（焊盘数）+元件外形尺寸”。可以根据元件封装编号来判别元件封装的规格。印制电路板设计与制作图3-2常见的元器件封装印制电路板设计与制作3.铜膜导线铜膜导线也称铜膜走线，简称导线，用于连接各个焊盘，是印制电路板最重要的部分。印制电路板设计都是围绕如何布置导线来进行的。4.助焊膜和阻焊膜按“膜”所处的位置及其作用，“膜”可分为元件面（或焊接面）助焊膜和元件面（或焊接面）阻焊膜两类。助焊膜是涂于焊盘上，提高可焊性能的一层膜。阻焊膜的情况正好相反，为了使制成的PCB适应波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘锡，因此在焊盘以外的各个部位都要涂覆一层涂料，用于阻止这些部位上锡。可见，这两种膜是一种互补关系。印制电路板设计与制作5.层现今，由于电子线路的元件密集安装、抗干扰和布线等特殊要求，一些较新的电子产品中所用的印制板不仅上下两面可供走线，在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔。例如，现在的计算机主板所用的印制电路板材料大多在4层以上。这些层因加工相对较难而大多用于设置走线较为简单的电源布线层，并常用大面积填充的办法来布线。上下位置的表面层与中间各层需要连通的地方用“过孔（Via）”来沟通。印制电路板设计与制作6.焊盘和过孔（1）焊盘：焊盘的作用是放置焊锡、连接导线和元件引脚。选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。焊盘的形状有圆、方、八角、圆方、定位用焊盘和特殊焊盘，特殊焊盘需要单独设计。自行设计焊盘时还要考虑以下原则：形状上长短不一致时，要考虑边线宽度与焊盘定边长的大小差异不能过大。需要在元件引脚之间走线时，选用长短不对称的焊盘往往事半功倍。各元件焊盘孔的大小要按元件引脚粗细分别编辑确定，原则是孔的尺寸比引脚直径大0.2～0.4mm。印制电路板设计与制作（2）过孔：为连通各层之间的线路，在各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔，这就是过孔。过孔有三种，即从顶层贯通到底层穿透式过孔、从顶层通到内层或从内层通到底层的盲过孔以及内层间的隐藏过孔。过孔从上面看上去，有两个尺寸，即通孔直径和过孔直径，如图3-3所示。通孔和过孔之间的孔壁，用于连接不同层的导线。过孔直径通孔直径图3-3过孔尺寸印制电路板设计与制作7.丝印层为方便电路的安装和维修，要在印制板的上下两表面印上必要的标志图案和文字代号等，例如元件标号和标称值、元件轮廓形状和厂家标志、生产日期等，这就称为丝印层。不少初学者设计丝印层的有关内容时，只注意文字符号放置得整齐美观，而忽略了实际制出的PCB效果。在他们设计的印制板上，字符不是被元器件档住就是侵入了助焊区而被抹除了，还有把元件标号打在相邻元件上，如此种种的设计都将会给装配和维修带来很大不便。正确的丝印层字符布置原则是：不出歧义，见缝插针，美观大方。印制电路板设计与制作8.敷铜对于抗干扰要求比较高的电路板，常常需要在PCB上敷铜。敷铜可以有效地实现电路板信号屏蔽作用，提高电路板信号的抗电磁干扰的能力。通常敷铜有两种方式：一种是实心填充方式；另一种是网格状的填充。在实际应用中，实心式的填充比网格状的更好，建议使用实心式的填充方式。如图3-4所示。（a）实心式（b）网状式图3-4敷铜实心式和网状式填充图印制电路板设计与制作3.2.2印制焊盘焊盘也叫连接盘，是指印制导线在焊接孔周围的金属部分，供元件引线跨接线焊接用。①连接盘的尺寸：连接盘的尺寸取决于焊接孔的尺寸。焊接孔是指固定元件引线或跨接线面贯穿基板的孔。显然，焊接孔的直径应该稍大于焊接元件的引线直径。焊接孔径的大小与工艺有关，当焊接孔径大于或等于印制板厚度时，可用冲孔；当焊接孔径小于印制板厚度时，可用钻孔。一般焊接孔的规格不宜过大，可按表3.1来选用（表中有*者为优先选用）印制电路板设计与制作焊接孔径（mm）0.4，0.5*，0.60.8*，1.0，1.2*，，1.6*，2.0*允许误差（mm）Ⅰ级±0.05Ⅱ级±0.1Ⅰ级±0.1Ⅱ级±0.15表3.1焊接孔的规格印制电路板设计与制作连接盘直径D应大于焊接孔内径d，D=(2～3)d，如图3-5所示。为了保证焊接及结合强度，建议采用表3-2的尺寸。印制电路板设计与制作焊接孔径（mm）0.40.50.60.81.01.21.62.0焊盘最小直径D（mm）1.51.51.52.02.53.03.54.0表3-2连接盘直径与焊接孔关系②连接盘的形状。根据不同的要求选择不同形状的连接盘，圆形连接盘用得最多，因为圆焊盘在焊接时，焊锡将自然堆焊成光滑的圆锥形，结合牢固、美观。但有时，为了增加连接盘的粘附强度，也采用正方形、椭圆形和长圆形连接盘。连接盘的常用形状如图3-6所示。印制电路板设计与制作图3-6连接盘形状印制电