電子工藝實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、電子技術(shù)工藝實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)胡之惠Word文檔Word文檔Word文檔第一節(jié)印制電路板設(shè)計過程與方法實(shí)驗(yàn)中對于簡單的電路我們可以直接用導(dǎo)線連接，對于較復(fù)雜的電路我們還可以運(yùn)用面包板搭接而成。但如果我們想要把圖紙上的原理圖轉(zhuǎn)換為實(shí)際的電子產(chǎn)品，往往離不開印制電路板這個載體。印制電路板亦稱印制線路板，通常簡稱印制板或PCB (printed circuitboard )。印制電路板的主要作用是為電路中電子元器件的固定與裝配提供機(jī)械支撐和識別符號，為電路中電子元器件之間的連接提供電氣通路。熟悉印制電路板基本知識，掌握PCB基本設(shè)計方法和制作工藝，是電氣技術(shù)人員不可缺少的基本技能。印刷電路板的手工設(shè)計過程印制

2、電路板設(shè)計也稱印制板排版設(shè)計，不論是手工設(shè)計或采用CAD設(shè)計通常都包括以下過程。以如圖1所示的穩(wěn)壓電源電路為例，介紹印刷電路板的手工設(shè)計過程。其中 V1和V3為硅材料PNP型小功率三極管，V2為中功率管。調(diào)整 1K電阻可以改變輸出電壓。三乙m LIT1OO7三乙71九LN1001C1 二的口工4-圖1穩(wěn)壓電路原理圖1 .設(shè)計準(zhǔn)備(1) 了解電路工作原理和電路參數(shù)，各功能電路的相互關(guān)系及信號流向等內(nèi)容，對電路工作時可能發(fā)熱、可能產(chǎn)生干擾及最高工作電壓， 最大電流及工作頻率等情況要心中有數(shù)。(2)印制板工作環(huán)境(是否密封，工作環(huán)境溫度變化，是否有腐蝕性氣體等)及工作機(jī)制(連續(xù)工作還是斷續(xù)工作等)。

3、(3)主要元器件和部件的型號、外形尺寸、封裝、必要時需取得樣品或產(chǎn)品樣本。2 .外形草圖包括印制板對外連接草圖和尺寸圖兩部分。對外連接草圖是根據(jù)整機(jī)結(jié)構(gòu)和分板要求決定的。 一般包括電源線、地線、板外元器件 的引線，板與板之間連接線等，繪制草圖時應(yīng)大致確定其位置和排列順序。 若采用接插件引 出時，要確定接插件位置和方向。印制板外形尺寸草圖。印制板外形尺寸受各種因素制約， 一般在設(shè)計時已大致確定，從 經(jīng)濟(jì)性和工藝性出發(fā)，優(yōu)先考慮矩形。印制板的安裝、固定也是必須考慮的內(nèi)容，印制板與機(jī)殼或其他結(jié)構(gòu)件連接的螺孔位置與孔徑應(yīng)明確標(biāo)出。我們設(shè)計的穩(wěn)壓電源電路較簡單，所以我們將印制板對外連接草圖和尺寸圖兩部分

4、合二為一。我們以單面板為例，外形草圖如圖 2所示。II100I圖2阜森夕咿璐外形早圖32.5 咨f+3 .設(shè)計入門一一繪制單線不交叉圖對較簡單的電路(一般元件數(shù)少于3050個)可采用繪單線不交叉圖的方法設(shè)計印制板。這種方法簡單易學(xué)且不易出錯，特別適合初學(xué)者和非專業(yè)設(shè)計人員。具體步驟如下：(1)將原理圖中應(yīng)放置于板上的電路元器件根據(jù)信號流向或排版方向依次畫到板面上, 集成電路要畫封裝引腳圖。(2)按原理圖將各元器件引腳連接，對導(dǎo)線交叉處可用兩種方法避免交叉。1)利用元器件中間跨越。2)用跨接線跨越(同一板上跨接線長度盡可能歸為一種或兩三種?？缃泳€盡可能短、 盡可能少)。對于可用單面加少量跨接線布

5、通的電路，盡量選用單面板布線，只有電路較復(fù)雜才用雙面板。顯然雙面板要容易，因?yàn)榭梢岳冒遄恿硪幻嬗≈茖?dǎo)線做跨越。(3)調(diào)整元器件位置和方向，使跨接線最少，連接最簡潔。(4)重新畫不交叉圖，如圖 3所示。簡單的圖，經(jīng)過(1)-(4)步驟可得到較好的結(jié)果，復(fù)雜一些的(3)(4)可能反復(fù)一次，甚至反復(fù)若干次才獲得比較好的效果。V2¥ 11007出C1*C2J 口口行L 口2 +7VC4-O+4.設(shè)計布局圖3單線不交叉圖對于元件數(shù)多于50個以上的電路。采用上述方法，PCB板不易作到微型化。較復(fù)雜的電路我們需要經(jīng)過設(shè)計布局及設(shè)計布線這兩步。布局就是將電路元件放在印制板布線區(qū)內(nèi),布局是否合理不僅

6、影響后面的布線工作，而且對整個電路板的性能也有重要的作用。在一個PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕。卜面介紹的布局要求、原則、布放順序和方法，無論手工設(shè)計還是計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD),專業(yè)還是業(yè)余，模擬電路還是數(shù)字電路都是適用的。(1)布局原則1)就近原則當(dāng)板上對外連接確定后，相關(guān)電路部分應(yīng)就近安放，避免走遠(yuǎn)路，繞彎子，尤其忌諱交叉穿插。2)信號流原則按電路信號流向布放，避免輸入輸出，高低電平部分交叉。3)散熱原則有利于發(fā)熱元器件散熱。4)美觀性原則元件排列整齊，疏密得當(dāng)。(2)布局方法1)實(shí)物法 將元件和部件樣品在 1:1的草圖上排列，尋找最優(yōu)布局。這是最簡單, 最可靠

7、的方法，實(shí)際應(yīng)用中一般是將關(guān)鍵的元器件或部件實(shí)物作為布局依據(jù)。2）模板法有時實(shí)物擺放不方便或沒有實(shí)物，可按樣本或有關(guān)資料制作主要元器件和 部件的圖樣摸板，用以代替實(shí)物進(jìn)行布局。以上兩種方法適合初學(xué)者。3）經(jīng)驗(yàn)對比法 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)參照可比的已有印制電路板對新設(shè)計布局。這種方法適合有 一定的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)的工作人員。（3）布局的檢查1）印制板尺寸是否與加工圖紙尺寸相符，能否符合PCB制造工藝要求，有無定位標(biāo)記。2）元件在二維、三維空間上有無沖突。3）合理選擇的導(dǎo)線密度和間距以保證電路可靠工作4）元件布局是否疏密有序，排列整齊。5）需經(jīng)常更換的元件能否方便的更換，插件板插入設(shè)備是否方便。6）熱敏元件與發(fā)熱元件

8、之間是否有適當(dāng)?shù)木嚯x。7）調(diào)整可調(diào)元件是否操作方便。8）在需要散熱的地方，是否裝有散熱器，空氣流是否通暢。9）信號流程是否順暢且互連最短。10）插頭、插座等與機(jī)械設(shè)計有無矛盾。11）線路的干擾和自激問題是否有所考慮。5 .設(shè)計布線布線是按照原理圖要求將元器件和部件通過印制導(dǎo)線連接成電路。這是印制板設(shè)計中的關(guān)鍵步驟，具體布線要把握以下要點(diǎn)：（1）面對縱橫交錯的導(dǎo)電圖形要保證所有連接正確不是一種容易的事，特別是較復(fù)雜 的電路，手工布線出錯率較高，布線完成后對照原理圖要反復(fù)檢查。利用CAD先進(jìn)手段再加上必要的校對檢查可以將失誤減到盡可能小的程度。（2）走線簡捷，粗細(xì)適當(dāng)。印制線條力求短、平、直。電源

9、線、地線和大電流線要保證一定的寬度。（3）調(diào)整元件位置，達(dá)到最佳布線效果。如圖4所示，圖4是根據(jù)不交叉圖繪制的布線圖。圖4穩(wěn)壓電源布線圖6 .制版底圖繪制印制板設(shè)計定稿以后，在投入生產(chǎn)制造時必須將設(shè)計轉(zhuǎn)換成符合生產(chǎn)要求的1: 1原版底片。現(xiàn)在常用的繪圖方法是計算機(jī)繪圖和光繪兩種方法。制板CAD制作過程（Protel99設(shè)計要點(diǎn)）1 .原理圖輸入使用Sch繪制電路圖（如圖5）。確定元件排列沒有問題、定義元件封裝（Footprint）,最后通過程序所提供的ERC檢查。（建議將三極管的所有封裝都統(tǒng)一為TO-39 ,否則管腳間距過?。? .生成網(wǎng)絡(luò)表利用Sch所提供的 Create Net list功

10、能產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表（圖 6）,同時也結(jié)束了Sch的任務(wù)。圖6 網(wǎng)絡(luò)表3 .確定板面（畫邊框）進(jìn)入PCB編輯器，首先定義版框，也就是板子的大小與形狀（如圖7所示）。長不超過8cm （3150mil）,寬不超過6cm （2360mil）?？衫贸绦蛱峁┑陌婵蛳?qū)В驅(qū)?dāng)前工作 層切換到為禁止布線區(qū)（KeepOut Layer版層），以Place Track （放置線段）命令，自行 繪制版框。4 .加載網(wǎng)絡(luò)表及裝入元件圖7邊框圖Word文檔網(wǎng)絡(luò)表（或電路圖）如有錯誤，或接口上的問題，也在此階段中出現(xiàn)。而產(chǎn)生錯誤時，也可以根據(jù)錯誤所在，回到 Sch修改電路圖，重頭再來。這一步是非常重要的一個環(huán)節(jié)， 網(wǎng)絡(luò)表是

11、PCB自動布線的靈魂，也是原理圖設(shè)計與印刷電路板設(shè)計的接口，只有將網(wǎng)絡(luò)表 裝入后，才能進(jìn)行電路板的布線。Design/Netlist.命令，按Browser按鈕進(jìn)入搜尋所要裝入的網(wǎng)表文件，然后按 OK按鈕。（如圖8）裝入網(wǎng)表后，電擊 Execute按鈕，程序進(jìn)行加載元件（如圖 9）。圖8網(wǎng)絡(luò)表成功裝入r*-Ej Dr-j-> D44M#|b|« fefc'i m vlrh filrt- 鑿口三電*b4岬忤1備 Htiyrit g- tf 二pEbMSIBBfflfc h miHiS3 nui Rai 氣 M.iKm rr shKirir 廿 flknMl AS - 4

12、IllBjp 1hm v fhv wl lif aEanKHfaH-d Eten"曲 KRXII iwem ，mrii ki-I tmlCMi| ArM4 11 HIN IKn|Ktt ) IiWl| HJl* BKJLTI疆ll>1r 句，l Ip圖9裝入網(wǎng)絡(luò)表后的 PCB圖5 .零件布局裝入的元件堆在一起，緊接著是把元件搬開。激活ToolsAuto place 命令，出現(xiàn)元件自動布局話框。然后，單擊 OK按鈕。出現(xiàn)如 圖10所示布局圖。從圖 10中可見雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)子元件的分離，但并不能滿足實(shí)際要求。 因此，還可以對分離好的元件進(jìn)行手工布局，拖曳元件并配合按空格鍵改變元件方向

13、重新調(diào)整元件的布局如圖11所示。-4-q» Oh 2 A 日皿 QE 二 0 甘tWc+r *| 1% IU 9 ££>比 # ' 二第十 ¥ *用 «- r> ?fB * r T 234 “G傘金£、FM>|hMiKV| " Wft| VMM-ll El 1111Gli-培聞UE* 士Imp6喻加呻1卜 口中/舊lh令 RMyriv MlUDIIttjOO?-I-_j DifeMn±«K 礴畫.iwn-Iiihf M *ikIhh3即 誓吒州 聞i pern1 U MUMU l

14、U Prrwu PCH 網(wǎng) s»a-i'lWord文檔LNsramom戶產(chǎn)學(xué)Wffwj ea a a*I gwn»wwmwM0 晶圖10 自動布局后的PCB圖 K 鐘 Etaro 2®T 1，A7"m«k Evqph S>*- Hop+，/ fl© 距 q： T，二 *4 ，皿手 f*»i! * r T J«/.'. c N f(?i0Oc3B 3!Iq ' dMiiHWrit mI >MlH*irUWMfrriw'jliitf alitaB*1,fetmrivWFiMt

15、tMi'NhAFI|3| 酮EI"、制 H11emi rua號鼻對事E :EUMWXJfiWi £ 構(gòu)日，E/* 二 y口尊 心 川圖11 手工調(diào)整后的 PCB圖6 .設(shè)置布線環(huán)境顯示層面的設(shè)置(激活 Design /Options命令)(圖12)圖12設(shè)置工作層面7 .設(shè)置布線規(guī)則定義規(guī)則、自動布線設(shè)定(激活 Design / Rules命令，進(jìn)入以下又舌框，如圖13)。圖13設(shè)置布線規(guī)則(1)定義安全間距(Clearance Constraint)1mm(2)設(shè)置布線拐角模式(Routing Corners)45度(3)設(shè)置布線工作層面(Routing Laye

16、rs)僅用 Bottom Layer (選Any其余選 NotUsed )(4)布線優(yōu)先權(quán)(Routing Priority)(5)過孔形式(Routing Via Style)(6)布線線寬(Width Constraint) 50mil8 .執(zhí)行自動布線PCB的自動布線功能相當(dāng)強(qiáng)大，只要參數(shù)設(shè)置合理，元件布局妥當(dāng)，系統(tǒng)自動布線的成 功率幾乎是100%。選才i Auto Route "All”命令，進(jìn)行全局自動布線。單擊“ All”按鈕后，程序便按照上面設(shè)置的布線規(guī)則進(jìn)行自動布線(如圖14)。:h/iig Htgllark 照r 1«0»1皿 IwImt 外他.

17、屈1尸必篇.仲嘲事.楊】l，國口1? 骷4 口“，ac« 葫，N*q f pMw町電員 自口& PES!浜，口上+ / ，學(xué)- QE1?£>?*»Msbnv jJ 。海£通潭 r <* Dvfma Tpam0 叫yWWni 一 OvnimivVi-I UnEEuniu _ 1 Iihi- I _J FbldbbffE 屈 Cf HIM 士 g川卬 國 FCBI IMW HPCPi HI PCBd 時解 PCB4 KiaE 比 acni.NF' 向 SHEET2 tiLsKLILLJ* 比 StEETT?.ME' G E

18、heeU SlMhrtl 立 EbKU.NET Hl SbMtb S*4«Vlj 由 4MMT ShHtiE 日三 | 匚f=HEET1.METPCBI FCBI FCHZ PC HE PC Bi | S.h±±«fi.NET Pt 'H I 1T圖14穩(wěn)壓電源PCB圖9 .調(diào)整布線 (即整理一些不太規(guī)則的布線)布線成功不等于布線合理，有時候會發(fā)現(xiàn)自動布線導(dǎo)線拐彎太多等問題，必須還要進(jìn)行手工調(diào)整。調(diào)整結(jié)果如圖 15所示。一W IT pi (r,- -n- I-«J luh * jr，rniEttfliry * T l聲.電I ： ILQ

19、G滿® 口上四恥 舊工"口 尊自用工;0*1唯*+ r UH ：- ri r< 7F afl -而耳* nm-i | jr.R晶 Mb32JZ圖15調(diào)整后的穩(wěn)壓電源 PCB圖10 .保存文件在設(shè)計過程中要隨時保存文件，以免出現(xiàn)意外導(dǎo)致設(shè)計工作丟失。11 .打印文件最后可以打印印刷電路板設(shè)計結(jié)果，可以單層打印也可以多層一起打印。三、印制板制作方法在電子產(chǎn)品生產(chǎn)中，印制板作為一個重要部件，一般是由整機(jī)廠設(shè)計，專業(yè)印制板生產(chǎn) 廠家制造。在產(chǎn)品研制、技術(shù)革新及創(chuàng)新制作時，需要印制板數(shù)量少，而且不定型的情況下， 出于時間及經(jīng)濟(jì)考慮，可用簡單快速法自己制作。自制印制線路板有多種方

20、法，我們介紹兩種常用方法。1 .描圖蝕刻法(1)按照電路板的設(shè)計尺寸，裁下一定規(guī)格的單面敷銅板，并用細(xì)砂紙將敷銅打光。(2)按照1 ： 1的比例，在敷銅板上用復(fù)印紙描好印刷底板圖。(3)將漆片(即蟲膠，化工原料店有售)一份，溶于三份無水酒精中，并適當(dāng)攪拌，待其全部溶解后，滴上幾滴醫(yī)用紫藥水(龍膽紫)，使其呈現(xiàn)一定的顏色，攪拌均勻后，即可作為保護(hù)漆用來描繪電路板線條。采用繪圖儀器中的鴨嘴筆 (或圓規(guī)上用來畫圖形的墨水鴨嘴筆)，進(jìn)行描繪，鴨嘴筆上有調(diào)整筆劃粗細(xì)的螺母，筆劃粗細(xì)可調(diào)，并可借用直尺、三角尺描繪出很細(xì)的直線，且描繪出的線條光滑、均勻，無邊緣鋸齒，給人以順暢、流利的感覺。繪制電路板線條亦可

21、用油性記號筆直接在敷銅板上描繪。(4)將三氯化鐵溶于溫水中(用塑料器具)將涼干描好印刷底板圖的敷銅板放入三氯 化鐵溶液中，待電路板腐蝕完畢后，放入清水中清洗干凈后拿出待用。在腐蝕過程中，應(yīng)注意水溫，并經(jīng)常攪動電路板，以加速化學(xué)反應(yīng)的速度。(5)電路板腐蝕好后，去漆也很方便，用棉球蘸上無水酒精，就可以將保護(hù)漆擦掉， 略一晾干，就可隨之涂上松香水使用。(6)在做記號的元件插孔處鉆孔。打孔時注意鉆床轉(zhuǎn)速應(yīng)取高速，鉆頭應(yīng)刃鋒利。進(jìn) 刀不宜過快，以免將銅箔擠出。清除孔中毛刺時用稍大的鉆頭手工倒角，不要用砂皮紙。2.轉(zhuǎn)印法熱轉(zhuǎn)印法的關(guān)鍵是熱轉(zhuǎn)印紙和熱轉(zhuǎn)印機(jī)，它利用激光打印機(jī)先將圖形打印到熱轉(zhuǎn)印紙上，再通過

22、熱轉(zhuǎn)印機(jī)將圖形“轉(zhuǎn)印”到敷銅板上，形成由墨粉組成的抗腐蝕圖形，再經(jīng)蝕刻機(jī) 蝕刻后即可獲得所需印制板圖形。只要激光打印機(jī)能保證，采用熱轉(zhuǎn)印法可獲得足夠的精度 和接近專業(yè)品質(zhì)的印制板。參考制作步驟如下：(1)繪圖PCB圖可直接從電腦調(diào)用，也可自行設(shè)計。(2)打印設(shè)計完成經(jīng)檢查合格后(注意添加個人標(biāo)記)，將PCB圖輸入激光打印機(jī)，按 1: 1比例將PCB圖打印到熱轉(zhuǎn)印紙上。(3)轉(zhuǎn)印熱轉(zhuǎn)印工藝的關(guān)鍵是熱轉(zhuǎn)印溫度，它是由機(jī)內(nèi)的微電腦精確控制的。將熱轉(zhuǎn)印紙固定到準(zhǔn)備好的敷銅板(已清洗)上，送入熱轉(zhuǎn)印機(jī)轉(zhuǎn)移圖形。轉(zhuǎn)印后掀開轉(zhuǎn)印紙一角，檢查轉(zhuǎn)印 圖形完整性，以決定是否重復(fù)熱轉(zhuǎn)印(轉(zhuǎn)印不完全)或局部修補(bǔ)(少量

23、缺陷，用專用筆修整)。(4)蝕刻將檢查并修補(bǔ)無誤的板子批量送入蝕刻機(jī)，蝕刻出所需PCB圖形。(5)打孔將蝕刻好的板子清洗干凈，在鉆床上打孔，注意孔徑區(qū)別。第二節(jié)SMTSMT是Suface Mounting Technology 的縮寫，即表面安裝技術(shù)。SMT是一種將微型化的無引線或短引線元器件直接貼焊到印制板上的電子裝接技術(shù)。由于適應(yīng)了電子產(chǎn)品高可靠、高性能、小型化的潮流，成為當(dāng)前最熱門的電子裝接技術(shù)，被譽(yù)為電子組裝技術(shù)的一次革命。SMT已經(jīng)在很多領(lǐng)域取代了傳統(tǒng)的通孔安裝(Through Hole Technology 簡稱THT),并且這種趨勢還在發(fā)展，預(yù)計未來90艱上產(chǎn)品將來采用 SMT。

24、它使電子組裝變得越來越快 速和簡單，隨之而來的是各種電子產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快，集成度越來越高，價格越來越便宜。通過SMT實(shí)習(xí)，了解SMT的特點(diǎn)，熟悉他的基本工藝過程，掌握最起碼的操作技藝。一、SMT主要特點(diǎn)1 .高密集 表面安裝元件(SMC)、表面安裝器件(SMD)的體積只有傳統(tǒng)元器件的1/3 1/10左右，可以裝在 PCB的兩面，有效利用了印制板的面積，減輕了電路板的重量。一般采用了 SMT后可使電子產(chǎn)品的體積縮小 40%H60%,重量減輕60380%2 .可靠性高 SMC和SMD無引線或引線很短，重量輕因而抗震性能強(qiáng)，焊點(diǎn)失效率 可比THT至少降低一個數(shù)量級，大大提高產(chǎn)品可靠性。3 .高性

25、能 SMT密集安裝減小了電磁干擾和射頻干擾，尤其高頻電路中減小了分布參 數(shù)的影響，提高了信號傳輸速度，改善了高頻特性，使整個產(chǎn)品性能提高。4 .低成本 SMT使PCB面積減小，成本降低；無引線和短引線使SMD, SMC成本降低，安裝中省去引線成型、打彎，剪線的工序；頻率特性提高，減小調(diào)試費(fèi)用；焊點(diǎn)可靠性 提高，減小調(diào)試和維修成本。一般情況下采用SMT后可使產(chǎn)品總成本下降 30 %以上。二、SMT工藝及設(shè)備簡介SMT有兩種基本方式，主要取決于焊接方式。1 .采用波峰焊此種方式適合大批量生產(chǎn)。對貼片精度以及生產(chǎn)過程自動化程度要求很高。如圖16所示。銅箔 膠 SMB(a)點(diǎn)膠(c)固化(d)焊接圖圖16峰婚焊1)點(diǎn)膠 如圖16 (a)用手動/自動點(diǎn)膠2)貼片 如圖16 (b)手動貼片機(jī)3）固化 如圖16 （c）用加熱使貼片固化4）焊接 如圖16 （d）用波峰焊機(jī)焊接2 .采用再流焊這種方法較為靈活， 視配置設(shè)備的自動化程度，既可用于中小批量生產(chǎn)，又可用于大批量生產(chǎn)如圖17所示。（a）印錫膏（b）貼片（c）焊接圖17再流焊1）焊膏印制 在PCB上用印刷機(jī)印制焊錫膏。印刷機(jī)結(jié)構(gòu)見圖18。操作方式為手動（如圖19所示）。技術(shù)關(guān)鍵是定位精度與模板制造。圖18焊膏印刷機(jī)圖19刷焊膏2）貼片 如用手動/半自動/自動貼片機(jī)貼片。手工貼片可用攝子拾取也可采用真空吸 取。如圖20所示為攝子拾取。圖20