印刷电路板设计制作

1共201页第页2共201页第页4印制电路板设计制作⑴熟悉印制电路板的基础知识⑵掌握PCB板设计方法⑶了解印制电路板的制作工艺流程，掌握单面板的制作技能。基本要求3共201页第页4印制电路板设计制作4.1概述4.2印制电路板设计4.3板图设计的要求和制版工艺文件4.4印制电路板的制造工艺4.5印制电路板CAD4.6PCB项目实训教学内容4共201页第页4.1概述4.1.1印制电路板简介4.1.2印制电路板种类教学内容5共201页第页4.1概述4.1.1印制电路板简介1.印制电路板的功能⑴提供电阻、电容、二极管、三极管、集成电路等电子元器件固定、装配的机械支撑；⑵实现分立元件、集成电路等电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘；⑶为元件插装、检查、维修提供识别字符和图形。6共201页第页4.1概述4.1.1印制电路板简介2.印制电路板发展过程●电子管分立器件导线连接●半导体分立器件单面印制板●集成电路双面印制板●超大规模集成电路多层印制板印制电路板随着电子元器件的发展而发展，由此可以分为下面几个发展阶段：返回7共201页第页4.1概述4.1.2印制电路板种类1.单面印制电路板早期的电路板主要连接较大体积的元器件，由于制造工艺水平不够高，主要是以单面板为主，常用于直插元件。8共201页第页4.1概述4.1.2印制电路板种类2.双面印制电路板集成电路的出现使电路板的布局更加的复杂，因此出现了双面板，即：两面都可以走线的电路板。9共201页第页4.1概述4.1.2印制电路板种类3.多层印制电路板随着超大规模集成电路、BGA等元器件的出现，双面板也不能适应布线的要求，出现了多层板（参见下一页图）。当前产品多数使用的是4～8层板（目前技术上可以做出20层以上的电路板），多层板特点：⑴解决电磁干扰问题，提高了电路系统的可靠性；⑵由于可布线层数多，走线方便，布通率高，连线短，印制板面积也较小。10共201页第页4.1概述顶层（Toplayer）电源/接地板层(VCCorGND)过孔（Via)绝缘层中间层（MidLayer）VCCorGND底层（BottomLayer）沉孔多层板结构图11共201页第页4.1概述多层板实物图（计算机主板)12共201页第页4.1概述4.1.2印制电路板种类4.软（绕）性印制电路板软性印制板最突出的特点是具有挠性，能折叠、弯曲、卷绕。它也有单层、双层及多层之分，被广泛用于计算机、笔记本电脑、照相机、摄像机、通信、仪表等电子设备上。返回13共201页第页4.2印制电路板设计4.2.1印制电路板设计方法4.2.2印制电路板排版布局4.2.3印制电路板上焊盘及导线4.2.4印制电路板上的干扰及抑制教学内容14共201页第页4.2印制电路板设计4.2.1印制电路板设计方法1.电路具体要求及参数的确定⑴电路工作原理和组成；⑵各功能电路的相互关系及信号流向；⑶找出干扰源和易受干扰的敏感元器件等；⑷电路板工作环境及工作机制；⑸电路工作的主要参数；⑹原理图中的元器件型号、封装等。15共201页第页4.2印制电路板设计4.2.1印制电路板设计方法2.印制电路板结构、种类确定1)印制电路板结构的确定简单或功能惟一电路:采用单板结构中等及以上复杂电路:采用多板结构2)印制电路板种类的确定单面板：常用于分立元件电路；双面板：多用于集成电路较多的电路。16共201页第页4.2印制电路板设计4.2.1印制电路板设计方法3.确定板材、板厚、形状、尺寸印制电路板的制作板材是覆铜板，覆铜板又分为单面板和双面板，单面板结构如下：铜箔(厚度35-70μm)单面板覆铜面基板面基板（材料可以是：纤维、玻璃布、纸板，厚度有多种规格）17共201页第页4.2印制电路板设计4.2.1印制电路板设计方法双面板铜箔(厚度35-70μm)铜箔(厚度35-70μm)基板（材料可以是：纤维、玻璃布、纸板，厚度有多种规格）覆铜板A面覆铜板B面双面板结构如下图：18共201页第页4.2印制电路板设计4.2.1印制电路板设计方法1)板材选用⑴产品的技术要求⑵产品工作环境⑶产品工作频率⑷同时兼顾经济性19共201页第页4.2印制电路板设计4.2.1印制电路板设计方法2)板材厚度确定工作条件选用印刷电路板厚度印制电路板尺寸很小可选薄一些的板没有较强的负荷振动1.5mm印制板较大或需要支撑较大强度负荷2～2.5mm20共201页第页4.2印制电路板设计4.2.1印制电路板设计方法3)形状和尺寸的确定⑴印制电路板外形选择一般尽量简单，最好选用矩形，避免采用异形板，可以降低成本。⑵印制板的尺寸还要考虑整机的内部结构和板上元器件的数量、尺寸及安装、排列方式。21共201页第页4.2印制电路板设计4.2.1印制电路板设计方法4.确定与板外连接方式1)导线连接方式特点：简单、廉价、可靠，不易维修。22共201页第页4.2印制电路板设计4.2.1印制电路板设计方法2)接插件连接特点：维修、调试、组装方便；产品成本提高，对印制板制造精度及工艺要求高。返回23共201页第页4.2印制电路板设计4.2.2印制电路板排版布局1.布局原则1)信号流向布放原则信号的流向安排—左输入、右输出或上输入、下输出。避免输入、输出，高、低电平部分交叉。2)就近原则要考虑每个元器件的形状、尺寸、极性和引脚数目，以缩短连线为目的，调整它们位置及方向。24共201页第页4.2印制电路板设计4.2.2印制电路板排版布局3)布放顺序原则以每个功能电路为核心元器件（集成电路）为中心，围绕它来进行布局：⑴属于同一功能模块电路的元器件尽可能布设在一起。⑵把容易产生相互影响或电磁干扰的元器件，应尽可能远离或采取屏蔽措施。⑶应尽可能避免金属壳的元器件相互触碰，以免因放电、击穿引起意外短路。25共201页第页4.2印制电路板设计4.2.2印制电路板排版布局4)散热原则易发热元器件应布置在靠近外壳或通风较好的地方并装上散热器，对于温度敏感的元器件，不宜放在热源附近或设备内的上部。散热片26共201页第页4.2印制电路板设计4.2.2印制电路板排版布局5)增加机械强度的原则主要针对大而重的元器件：如电源变压器、大电解电容、带散热片的大功率晶体管等，布局时要注意其对整个电路板的重心、承受重力和震动产生的机械应力的影响，印制板应采用机械边框或支架加固，以免变形。必要时可将这些元器件转移到在底座上。27共201页第页4.2印制电路板设计4.2.2印制电路板排版布局6)便于操作、安全的原则⑴调节元件（如电位器、可变电容器或可调电感线圈等）要考虑整机结构的安排。⑵为了保证调试、维修安全，特别要注意带高压的元器件（如显示器的阳极高压电路元件），尽量布置在操作时人手不易触及的地方。28共201页第页4.2印制电路板设计4.2.2印制电路板排版布局⑴元器件在整个版面上分布均匀、疏密一致。⑵元器件不要占满印制电路板版面，整个印制板要留有边框，通常为5～10mm。⑶元器件应该布设在印制板的一面，每个元器件的引出脚要单独占用一个焊盘。2.元器件布局与安装1)元器件布设原则29共201页第页4.2印制电路板设计4.2.2印制电路板排版布局⑷元器件的布设不能上下交叉（参见下图），相邻的两个元器件之间，要保持一定安全距离（一般环境中的间隙安全电压是200V/mm）。元器件布设合理元器件布设不合理30共201页第页4.2印制电路板设计4.2.2印制电路板排版布局⑸元器件的安装高度要尽量降低（稳定性好），一般不要超过5mm。⑹干扰器件的放置应尽量减小干扰。如发热元件放置于下风处；怕热元件放置于上风处，并远离发热元件等。31共201页第页4.2印制电路板设计4.2.2印制电路板排版布局2)元器件的安装固定方式一般元器件在印制板上的安装固定方式有卧式和立式两种，如下图所示。元器件的安装图32共201页第页4.2印制电路板设计4.2.2印制电路板排版布局元器件的排列格式分为不规则(适合于高频电路)和规则(适合于非高频电路)两种，如下图所示。3)元器件的排列格式元器件的排列格式图返回33共201页第页4.2印制电路板设计4.2.3印制电路板上的焊盘及导线元器件在印制板上的固定，是靠电极引线焊接在焊盘上实现的。元器件彼此之间的电气连接，依靠印制导线。1.焊盘元器件通过板上的引线孔，用焊锡焊接固定在印制板上，印制导线把焊盘连接起来，实现元器件在电路中的电气连接。引线孔及其周围的铜箔称为焊盘。34共201页第页4.2印制电路板设计4.2.3印制电路板上的焊盘及导线1)焊盘的形状圆形焊盘椭圆焊盘岛形焊盘35共201页第页4.2印制电路板设计4.2.3印制电路板上的焊盘及导线2)焊盘外径Dd焊盘引线孔⑴对单面板，假设焊盘孔为d，焊盘直径为D，则：D≥（d+1.3）mm⑵对双面板，取D≥2dmm36共201页第页4.2印制电路板设计4.2.3印制电路板上的焊盘及导线3)孔的设计d1元器件引线Dd焊盘引线孔⑴引线孔（参见右图）。如：元器件引线直径为d1，焊盘孔经为d则：d＝（d1+0.3）mm37共201页第页4.2印制电路板设计4.2.3印制电路板上的焊盘及导线⑵过孔。也称连接孔，为不同层间电气连接(参见下图）。通常过孔的直径取0.6mm～0.8mm，密度高时可减少到0.4mm。38共201页第页4.2印制电路板设计4.2.3印制电路板上的焊盘及导线2.印制导线1)印制导线的布局顺序⑴印制导线布局的时候，应该先考虑信号线，后考虑电源线和地线。⑵为了减小导线间的寄生耦合，在布线时尽量避免输入和输出端的导线相邻平行，最好用地线隔开。39共201页第页4.2印制电路板设计4.2.3印制电路板上的焊盘及导线2)印制导线的走向和形状印制导线走向以自然为佳，拐弯一般取圆弧形（参见下图），而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。40共201页第页4.2印制电路板设计4.2.3印制电路板上的焊盘及导线3)印制导线的宽度⑵电源线和接地线在设计时要适当加宽，一般取1.5～2.0mm。在条件允许的情况下：地线宽度电源线宽度信号线宽度。⑶当要求印制导线的电阻和电感比较小时，可采用较宽的信号线；当要求分布电容比较小时，可采用较窄的信号线。⑴一般导线的宽度可按1A/mm估算。41共201页第页4.2印制电路板设计4.2.3印制电路板上的焊盘及导线4)印制导线的间距在设计时，印制导线间距通常采用1～1.5mm。在设计单面板时，遇到导线交叉的情况，可采用跨接线（参见右图），但这种跨接线应该尽量少且跳线长度不得超过25mm。5)避免导线的交叉返回42共201页第页4.2印制电路板设计4.2.4印制电路板上的干扰及抑制1.地线布置引起的干扰及抑制地线产生的干扰1)地线布置不当引起的干扰地线布置不当引起的干扰参见右图，由于A、B之间存在感抗，即使流经的电流很小，在A-B间产生的信号也足以造成不可忽视的干扰。电路III1I2ABI电路I43共201页第页4.2印制电路板设计4.2.4印制电路板上的干扰及抑制2)地线产生干扰抑制⑴并联分路式（如下图所示）。电路II电路III电路I并联分路式接地⑵大面积覆盖接地。44共201页第页4.2印制电路板设计4.2.4印制电路板上的干扰及抑制2.电源产生的干扰与抑制主要是原理设计或印制电路板设计不合理(参见右图)。1)电源产生的干扰原因滤波电容铜箔交流回路与取样电阻共用一段导线45共201页第页4.2印制电路板设计4.2.4印制电路板上的干扰及抑制2.电源产生的干扰抑制⑴尽量使强电、弱电电路分割开⑵设置滤波电容①电源入口；②电源线在板内走线大于100mm处；③集成芯片供电电源处。46共201页第页4.2印制电路板设计4.2.4印制电路板上的干扰及抑制⑶减小磁性元件对印制导线的干扰。3.电磁干扰及抑制1)电磁干扰的产生平行线效应、天线效应、元器件之间电磁干扰等2)电磁干扰的抑制⑴避免印制导线之间的寄生耦合；⑵设置屏蔽地线；返回47共201页第页4.3板图设计的要求和制版工艺文件4.3.1板图设计4.3.2制版工艺文件教学内容48共201页第页4.3.1板图设计⑴根据信号流向或