PCB的设计与制作

第4章PCB的设计与制作第4章PCB的设计与制作学习目的1、掌握覆铜版的种类与选择2、掌握印制板的设计3、掌握印制板的制作过程4、掌握印制板与元器件焊接技术重点、难点重点：印制板的设计、制作与元器件焊接技术难点：印制板正确布设第4章PCB的设计与制作随着信息时代的到来，电子技术正在突飞猛进的发展，电子产品已涉及到国防、航天事业等高技术领域直到家庭生活的各方面，从使用环境条件来讲，有的电子产品工作在对人产生危害很大的场所，或人们暂时无法到达的地方。在当今的时代，电子产品在无时无刻地为我们默默地做贡献。电子产品的设计与生产的一般步骤：作为电子技术人员，了解电子产品的结构、特点和制造过程，熟悉产品生产中各工序的要求，掌握产品装配的基本技能是非常有必要的。4.1电子产品的设计制作第4章PCB的设计与制作一、电子产品的种类、特点和结构1.电子产品的种类电子产品按其功能和用途可大致有以下分类：1）广播通信类。包括各种有线、无线通信设备，如航天、航海的导航、移动通信、广播、电视设备等。2）信息处理类。包括电子计算机及其附属设备、信息网络、数据处理设备等。3）电子应用类。包括电子测量仪器、工业上检测与控制设备、医疗电子设备、民用电子设备等。第4章PCB的设计与制作2.电子产品的结构电子产品通常由下列基本部分组成。1）机壳。2）电源部分。3）控制部分、比较部分和执行部分。4）输入设备和输出设备。3.电子产品的特点1）应用领域广泛，使用环境复杂，如天空、地面、地下、海洋、沙漠高低温、高低压等环境。2）精度要求高，安全可靠。第4章PCB的设计与制作二、电子产品生产的基本过程根据设计电路的要求，对所用元件进行老化处理并且筛选优质元件。根据电路原理图和元件给制、加工印刷电路板，再根据使用的环境条件设计机箱。之后，进行电路焊接、导线配置，将其组装成整机，再进行电路调试和各种相关的综合实验，经检验符合设计指标要求，再经包装后出厂。第4章PCB的设计与制作1.电子产品整机生产的基本过程。投入生产的电子整机产品的生产过程一般分为生产准备、部件装配和总装等环节。1）生产准备。生产准备包括技术准备和材料准备。技术准备一是要准备好生产所需的全部技术资料，例如各种图纸、工艺文件等；二是要进行人员培训，使操作者具备安全、文明、熟练生产的素质，明确产品生产的技术和质量要求。材料准备是指对产品生产所需的原材料、元器件、工装设备等进行准备，主要内容包括：原材料和元器件的质量检验、主要元器件的老化筛选、导线的加工、元器件的引线成型、电缆的制作、零件的加工制造、通用工艺处理和工装设备的制作等。第4章PCB的设计与制作2）部件装配。部件是指由两个或两个以上的零件、元器件装配组成构具有一定功能的组件，如印制电路板、机壳、面板、机芯等。电子整机产品都是由各种不同的部件组成，因此整机装配前一般要先进行部件的装配。3）总装。总装就是依据设计文件和工艺文件的要求，将调试、检验合格的产品零部件进行装配、连接，并经调试、检验直至组成具有完整功能的合格成品的整个过程。第4章PCB的设计与制作2.产品生产的主要工序及要求。电子产品的整机装配需要多道工序才能完成。主要生产工序有筛选元器件、装配、焊接、调试、检验等。筛选元器件：主要目的是选择性能优良的电子元器件。焊接：利用焊接工具，将各种电子元器件、导线、电路板等正确地连接起来。装配：用装配工具，正确选用紧固材料，整体装配产品。调测：调整测试电产品的技术参数，使其符合设计要求。检修：对有故障的产品进行检修。检验：检测整机的各种技术指标，包括技术参数，适应环境试验等。第4章PCB的设计与制作三、印制电路板的设计3.1印制电路板的种类1．覆铜板的种类与选用覆以铜箔的绝缘层压板称为覆铜箔层压板，简称覆铜板。它是用腐蚀铜箔法制作电路板的主要材料。覆铜箔层压板的种类很多，有纸基板、玻璃布板、酚醛板、环氧酚醛板、聚酸亚胶板、聚四氟乙烯板等。第4章PCB的设计与制作（1）覆铜板的种类1）酚醛纸基覆铜板。其特点是板价格低，械强度低，易吸水，耐高温性能差。主要用于低频和一般民用产品中，如收音机、电视机等产品使用较多。2）环氧酚醛玻璃布覆铜板。这类覆铜板耐温性好，受潮湿影响小，电气和机械性能良好，加工方便，一般用于高温、高频电子设备，恶劣环境和超高频电路中。3）环氧玻璃布覆铜箔板。与环氧酚醛覆铜板相比，具有较好的机械加工性能，防潮性良好，工作温度较高。4）聚四氟乙烯玻璃布覆铜箔板。此种板电性能、化学性能均好，温度范围宽，介质损耗小，常用于微波、高频电路中。第4章PCB的设计与制作（2）铜箔厚度：印刷电路板铜格厚度有：10μm、18μm、35μm、50μm、70μm等。对于导电条较窄的，选取铜箔较薄的板材，否则选用厚些的。一般选用35μm和50μm厚的。（3）板材的厚度：常用覆铜板的材质标称厚度有：0.5、0.7、0.8、1.0、1.2、1.5、1.6、2.0、2.4、3.2、6.4（单位mm）。电子仪器\通用设备一般选用1.5mm的最多。对于电源板，大功率器件极、有重物的、尺寸较大的电路板，可选用2.0～3.0mm的板材。第4章PCB的设计与制作2．印制电路板的分类印制板也称印刷线路板，它是在绝缘基板上，有选择地加工和制造出导电图形的组装板。具体讲就是：将电气连线图“印制”在覆铜板上，通过腐蚀液去掉线路外的铜箔，保留连线图形部分的铜箔作为导线和安装元件的连接板。（1）印制电路板的分类：常见的印制电路板有如下几种。1）单面印制电路板。单面印制电路板通常是用单面覆铜箔板制作的，在绝缘基板覆铜箔一面制成印制导线。第4章PCB的设计与制作2）双面印制电路板。双面印制电路板为在两面都有印制导线的印制板。通常采用环氧玻璃布覆铜箔板或环氧酚醛玻璃布覆铜箔板。由于两面都有印制导线，一般采用金属化孔连接两面印制导线。其布线密度比单面板更高，使用更为方便。它适用于对电性能要求较高的通信设备、电子计算机和仪器仪表等。第4章PCB的设计与制作3）多层印制电路板。多层印制电路板为在绝缘基板上制成三层以上印制导线的印制电路板。它由几层较薄的单面或双面印制电路板（每层厚度在0.4mm以下）叠合压制而成。为了将夹在绝缘基板中间的印制导线引出，多层印制电路板上安装元件的孔需经金属化处理，使之与夹在绝缘基板中的印制导线沟通。目前多层板生产多集中在4～6层为主，如计算机主板，工控机CPU板等。在巨型机等领域内可达到几十层的多层极。多层印制电路板主要特点：与集成电路配合使用，有利于整机的小型化及重量的减轻；接线短、直，布线密度高；由于增设了屏蔽层，可以减小电路的信号失真；引入了接地散热层，可以减少局部过热，提高整机工作的稳定性。第4章PCB的设计与制作4）软性印制电路板。软性印制电路板也称挠性印制电路板或柔性印制电路板，是以软层状塑料或其他软质绝缘材料为基材制成的印制电路板。它可以分为单面、双面和多层三大类。此类印制电路板除了重量轻、体积小、可靠性高以外，最突出的特点是具有挠性，能折叠、弯曲、卷绕，自身可端接以及三维空间排列。软性印制电路板在电子计算机启动化仪表、通信设备中应用广泛。利用挠性板可以弯曲、折叠，可以连接活动部件，达到立体布线，三维空间互连，从而提高装配密度和产品可靠性。如笔记本电脑、移动通讯、照相机、摄像机等高档电子产品中都应用了挠性电路板。第4章PCB的设计与制作4.2印制电路板的设计1．印制板设计过程印制电路板（PCB）设计也称印制板排版设计，通常包括以下过程：（1）确定印制板的外形及结构：印制板对外连接一般包括电源线、地线、板外元器件的引线，板与板之间连接线等，绘图时应大致确定其位置和排列顺序。若采用接插件引出时，要确定接插件位置和方向。图4－1是温度控制器电路板的板外连接图，图4－2是计算机上一种插卡外形尺寸草图。第4章PCB的设计与制作图4－1温度控制器电路板的板外连接草图图4－2外形尺寸草图示例第4章PCB的设计与制作印制板外形尺寸确定：根据产品的结构要求，考虑对原材料的有效利用，应选取合适的尺寸，不应选用过大也不应选用过小。选材过大，元件排列稀疏，浪费材料；选材过，元件密集度又高，元件引线，外壳又易相碰，给安装、调试、维修带来不方便。印制板外形尺寸受各种因素制约，在设计时注意考虑以下因素：1）形状：优先考虑矩形。2）安装、定位：考虑印制板的安装、固定孔位，安装某些特殊元器件或插接定位用的孔、糟等几何形状的位置和尺寸，印制板与机壳或其他结构件连接的螺孔位置及孔径应明确标出。第4章PCB的设计与制作3）类型：建议优先采用双面印制板布线，若电路比较简单可采用单面板，若电路非常复杂可采多层印制板布线。4）方便：对电路中的可调节元件要置于有利于调节位置。5）把要放置到本印制板上的所有元件在印制板的区域上排列起来，确定印刷线路板的面积和元件的大致位置，位于边缘的元件，应离印刷线路板边至少应大于2mm。第4章PCB的设计与制作（2）元件布局：布局就是将电路元器件放在印制板布线区内，布局是否合理不仅影响后面的布线工作，而且对整个电路板的性能也有重要作用。元器件排列：元器件在印制板上的排列时尽可能按元器件轴线方向排列，元器件以卧式安装为主，并与板的四边垂直或平行，这样排列元件版面美观、整齐、规范，对安装调试及维修均较方便。元器件安装尺寸：设计PCB时，元器件的间距通常采用0.1英寸即2.54mm为一个间距单位，设计PCB时尽可能采用这个单位，既有利与Protel绘图，又有利于使安装规范，便于PCB加工和检测。第4章PCB的设计与制作布局原则：元件排列对电子设备的性能影响很大，不同电路在排列元件时有不同的要求。因此，在动手安装前，首先要分析电路原理图，了解电路元件的特性。排列元器件时应考虑下列因素。1）排列顺序：先大后小，先放置面积较大的元器件；先集成后分立，放置集成电路后，再在其周围放置其它分立器件；先主后次，先放置主电路器件，之后放置次电路，先放置核心器件，再放置其它附属器件。2）信号流向原则：按信号流向排列，一般从输入级开始，到输出级终止，避免输入输出部分交叉；将高频和低频部分电路分开来布置。3）就近原则：当印制板上对外连接确定后，相关电路部分应就近安放，避免走远路，绕弯子，尤其忌讳交叉穿插。每个单元电路，应以核心器件为中心，围绕它进行布局。第4章PCB的设计与制作4）美观原则：在保证电路功能和性能指标的前提下，元件排列应均匀、整齐、紧凑、疏密得当。单元电路之间的引线应尽可能短，引出线数目尽可能少。5）工艺原则：满足工艺、检测、维修方面的要求，既要考虑元器件排列顺序、方向、引线间距，又要考虑到印制板检测的需要，设置必要的调整空间和测试点。6）散热原则：发热元器件应放在有利于散热的位置；发热量较大的元件，应尽可能放置在有利于散热的位置或靠近机壳；发热元器件不宜贴板安装；如电源电路中发热量大的器件，可以考虑放在机壳上；热敏元件要远离发热元件。7）敏感元件要远离干扰源；有铁芯的电感线圈，应尽量相互垂直放置，且相互远离以减小相互间的磁耦合；尽可能缩短高频元件的连接线，设法减小它们的分布参数和相互间的干扰；易受干扰的元件应加屏蔽。第4章PCB的设计与制作8）对于比较大、重的元件，要另加支架或紧固件，不能直接焊在印刷线路板上；可调元件布置时，要考虑到调节方便；线路板需要固定的，应留有紧固件的位置，放置紧固件的位置应考虑到安装，拆卸方便；若有引出线，最好使用接线插头。9）某些元件或导线间有较大电位差者，应加大它们之间的距离；元件外壳之间的距离，应根据它们之间的电压来确定，不应小于0.5mm。个别密集的地方应加套管。10）对称式的电路，如推挽功放，桥式电路等，应注意元件的对称性，尽可能使其分布参数一致；位于边缘的元件，应离印刷线路板边至少应大于2mm。第4章PCB的设计与制作（3）布线设计布线原则：布线是按照原理图线路连接要求将元器件通过印制导线连接，这是印制板设计中的关键步骤，具体布线要把握以下要点：1）连接正确：印制板上的印制导线与电路原理图的连接线有很大的区别，在印制板上的所有导线不能相互