PCB的設(shè)計與制作課件

學(xué)習(xí)目的1、掌握覆銅版的種類與選擇2、掌握印制板的設(shè)計4、掌握印制板與元器件焊接技術(shù)重點(diǎn)、難點(diǎn)難點(diǎn)：印制板正確布設(shè)

隨著信息時代的到來，電子技術(shù)正在突飛猛進(jìn)的發(fā)展，電子產(chǎn)品已涉及到國防、航天事業(yè)等高技術(shù)領(lǐng)域直到家庭生活的各方面，從使用環(huán)境條件來講，有的電子產(chǎn)品工作在對人產(chǎn)生危害很大的場所，或人們暫時無法到達(dá)的地方。在當(dāng)今的時代，電子產(chǎn)品在無時無刻地為我們默默地做貢獻(xiàn)。電子產(chǎn)品的設(shè)計與生產(chǎn)的一般步驟：作為電子技術(shù)人員，了解電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和制造過程，熟悉產(chǎn)品生產(chǎn)中各工序的要求，掌握產(chǎn)品裝配的基本技能是非常有必要的。4.1電子產(chǎn)品的設(shè)計制作一、電子產(chǎn)品的種類、特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)1.電子產(chǎn)品的種類電子產(chǎn)品按其功能和用途可大致有以下分類：1）廣播通信類。包括各種有線、無線通信設(shè)備，如航天、航海的導(dǎo)航、移動通信、廣播、電視設(shè)備等。2）信息處理類。包括電子計算機(jī)及其附屬設(shè)備、信息網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理設(shè)備等。3）電子應(yīng)用類。包括電子測量儀器、工業(yè)上檢測與控制設(shè)備、醫(yī)療電子設(shè)備、民用電子設(shè)備等。二、電子產(chǎn)品生產(chǎn)的基本過程根據(jù)設(shè)計電路的要求，對所用元件進(jìn)行老化處理并且篩選優(yōu)質(zhì)元件。根據(jù)電路原理圖和元件給制、加工印刷電路板，再根據(jù)使用的環(huán)境條件設(shè)計機(jī)箱。之后，進(jìn)行電路焊接、導(dǎo)線配置，將其組裝成整機(jī)，再進(jìn)行電路調(diào)試和各種相關(guān)的綜合實(shí)驗，經(jīng)檢驗符合設(shè)計指標(biāo)要求，再經(jīng)包裝后出廠。1.電子產(chǎn)品整機(jī)生產(chǎn)的基本過程。投入生產(chǎn)的電子整機(jī)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程一般分為生產(chǎn)準(zhǔn)備、部件裝配和總裝等環(huán)節(jié)。1）生產(chǎn)準(zhǔn)備。生產(chǎn)準(zhǔn)備包括技術(shù)準(zhǔn)備和材料準(zhǔn)備。技術(shù)準(zhǔn)備一是要準(zhǔn)備好生產(chǎn)所需的全部技術(shù)資料，例如各種圖紙、工藝文件等；二是要進(jìn)行人員培訓(xùn)，使操作者具備安全、文明、熟練生產(chǎn)的素質(zhì)，明確產(chǎn)品生產(chǎn)的技術(shù)和質(zhì)量要求。材料準(zhǔn)備是指對產(chǎn)品生產(chǎn)所需的原材料、元器件、工裝設(shè)備等進(jìn)行準(zhǔn)備，主要內(nèi)容包括：原材料和元器件的質(zhì)量檢驗、主要元器件的老化篩選、導(dǎo)線的加工、元器件的引線成型、電纜的制作、零件的加工制造、通用工藝處理和工裝設(shè)備的制作等。2）部件裝配。部件是指由兩個或兩個以上的零件、元器件裝配組成構(gòu)具有一定功能的組件，如印制電路板、機(jī)殼、面板、機(jī)芯等。電子整機(jī)產(chǎn)品都是由各種不同的部件組成，因此整機(jī)裝配前一般要先進(jìn)行部件的裝配。3）總裝。總裝就是依據(jù)設(shè)計文件和工藝文件的要求，將調(diào)試、檢驗合格的產(chǎn)品零部件進(jìn)行裝配、連接，并經(jīng)調(diào)試、檢驗直至組成具有完整功能的合格成品的整個過程。三、印制電路板的設(shè)計3.1印制電路板的種類1．覆銅板的種類與選用覆以銅箔的絕緣層壓板稱為覆銅箔層壓板，簡稱覆銅板。它是用腐蝕銅箔法制作電路板的主要材料。覆銅箔層壓板的種類很多，有紙基板、玻璃布板、酚醛板、環(huán)氧酚醛板、聚酸亞膠板、聚四氟乙烯板等。（1）覆銅板的種類1）酚醛紙基覆銅板。其特點(diǎn)是板價格低，械強(qiáng)度低，易吸水，耐高溫性能差。主要用于低頻和一般民用產(chǎn)品中，如收音機(jī)、電視機(jī)等產(chǎn)品使用較多。2）環(huán)氧酚醛玻璃布覆銅板。這類覆銅板耐溫性好，受潮濕影響小，電氣和機(jī)械性能良好，加工方便，一般用于高溫、高頻電子設(shè)備，惡劣環(huán)境和超高頻電路中。3）環(huán)氧玻璃布覆銅箔板。與環(huán)氧酚醛覆銅板相比，具有較好的機(jī)械加工性能，防潮性良好，工作溫度較高。4）聚四氟乙烯玻璃布覆銅箔板。此種板電性能、化學(xué)性能均好，溫度范圍寬，介質(zhì)損耗小，常用于微波、高頻電路中。（2）銅箔厚度：印刷電路板銅格厚度有：10μm、18μm、35μm、50μm、70μm等。對于導(dǎo)電條較窄的，選取銅箔較薄的板材，否則選用厚些的。一般選用35μm和50μm厚的。（3）板材的厚度：常用覆銅板的材質(zhì)標(biāo)稱厚度有：0.5、0.7、0.8、1.0、1.2、1.5、1.6、2.0、2.4、3.2、6.4（單位mm）。電子儀器\通用設(shè)備一般選用1.5mm的最多。對于電源板，大功率器件極、有重物的、尺寸較大的電路板，可選用2.0～3.0mm的板材。2）雙面印制電路板。雙面印制電路板為在兩面都有印制導(dǎo)線的印制板。通常采用環(huán)氧玻璃布覆銅箔板或環(huán)氧酚醛玻璃布覆銅箔板。由于兩面都有印制導(dǎo)線，一般采用金屬化孔連接兩面印制導(dǎo)線。其布線密度比單面板更高，使用更為方便。它適用于對電性能要求較高的通信設(shè)備、電子計算機(jī)和儀器儀表等。3）多層印制電路板。多層印制電路板為在絕緣基板上制成三層以上印制導(dǎo)線的印制電路板。它由幾層較薄的單面或雙面印制電路板（每層厚度在0.4mm以下）疊合壓制而成。為了將夾在絕緣基板中間的印制導(dǎo)線引出，多層印制電路板上安裝元件的孔需經(jīng)金屬化處理，使之與夾在絕緣基板中的印制導(dǎo)線溝通。目前多層板生產(chǎn)多集中在4～6層為主，如計算機(jī)主板，工控機(jī)CPU板等。在巨型機(jī)等領(lǐng)域內(nèi)可達(dá)到幾十層的多層極。多層印制電路板主要特點(diǎn)：與集成電路配合使用，有利于整機(jī)的小型化及重量的減輕；接線短、直，布線密度高；由于增設(shè)了屏蔽層，可以減小電路的信號失真；引入了接地散熱層，可以減少局部過熱，提高整機(jī)工作的穩(wěn)定性。4）軟性印制電路板。軟性印制電路板也稱撓性印制電路板或柔性印制電路板，是以軟層狀塑料或其他軟質(zhì)絕緣材料為基材制成的印制電路板。它可以分為單面、雙面和多層三大類。此類印制電路板除了重量輕、體積小、可靠性高以外，最突出的特點(diǎn)是具有撓性，能折疊、彎曲、卷繞，自身可端接以及三維空間排列。軟性印制電路板在電子計算機(jī)啟動化儀表、通信設(shè)備中應(yīng)用廣泛。利用撓性板可以彎曲、折疊，可以連接活動部件，達(dá)到立體布線，三維空間互連，從而提高裝配密度和產(chǎn)品可靠性。如筆記本電腦、移動通訊、照相機(jī)、攝像機(jī)等高檔電子產(chǎn)品中都應(yīng)用了撓性電路板。

圖4－1溫度控制器電路板的板外連接草圖圖4－2外形尺寸草圖示例印制板外形尺寸確定：根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)要求，考慮對原材料的有效利用，應(yīng)選取合適的尺寸，不應(yīng)選用過大也不應(yīng)選用過小。選材過大，元件排列稀疏，浪費(fèi)材料；選材過，元件密集度又高，元件引線，外殼又易相碰，給安裝、調(diào)試、維修帶來不方便。印制板外形尺寸受各種因素制約，在設(shè)計時注意考慮以下因素：1）形狀：優(yōu)先考慮矩形。2）安裝、定位：考慮印制板的安裝、固定孔位，安裝某些特殊元器件或插接定位用的孔、糟等幾何形狀的位置和尺寸，印制板與機(jī)殼或其他結(jié)構(gòu)件連接的螺孔位置及孔徑應(yīng)明確標(biāo)出。3）類型：建議優(yōu)先采用雙面印制板布線，若電路比較簡單可采用單面板，若電路非常復(fù)雜可采多層印制板布線。4）方便：對電路中的可調(diào)節(jié)元件要置于有利于調(diào)節(jié)位置。5）把要放置到本印制板上的所有元件在印制板的區(qū)域上排列起來，確定印刷線路板的面積和元件的大致位置，位于邊緣的元件，應(yīng)離印刷線路板邊至少應(yīng)大于2mm。布局原則：元件排列對電子設(shè)備的性能影響很大，不同電路在排列元件時有不同的要求。因此，在動手安裝前，首先要分析電路原理圖，了解電路元件的特性。排列元器件時應(yīng)考慮下列因素。1）排列順序：先大后小，先放置面積較大的元器件；先集成后分立，放置集成電路后，再在其周圍放置其它分立器件；先主后次，先放置主電路器件，之后放置次電路，先放置核心器件，再放置其它附屬器件。2）信號流向原則：按信號流向排列，一般從輸入級開始，到輸出級終止，避免輸入輸出部分交叉；將高頻和低頻部分電路分開來布置。3）就近原則：當(dāng)印制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。每個單元電路，應(yīng)以核心器件為中心，圍繞它進(jìn)行布局。4）美觀原則：在保證電路功能和性能指標(biāo)的前提下，元件排列應(yīng)均勻、整齊、緊湊、疏密得當(dāng)。單元電路之間的引線應(yīng)盡可能短，引出線數(shù)目盡可能少。5）工藝原則：滿足工藝、檢測、維修方面的要求，既要考慮元器件排列順序、方向、引線間距，又要考慮到印制板檢測的需要，設(shè)置必要的調(diào)整空間和測試點(diǎn)。6）散熱原則：發(fā)熱元器件應(yīng)放在有利于散熱的位置；發(fā)熱量較大的元件，應(yīng)盡可能放置在有利于散熱的位置或靠近機(jī)殼；發(fā)熱元器件不宜貼板安裝；如電源電路中發(fā)熱量大的器件，可以考慮放在機(jī)殼上；熱敏元件要遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。7）敏感元件要遠(yuǎn)離干擾源；有鐵芯的電感線圈，應(yīng)盡量相互垂直放置，且相互遠(yuǎn)離以減小相互間的磁耦合；盡可能縮短高頻元件的連接線，設(shè)法減小它們的分布參數(shù)和相互間的干擾；易受干擾的元件應(yīng)加屏蔽。8）對于比較大、重的元件，要另加支架或緊固件，不能直接焊在印刷線路板上；可調(diào)元件布置時，要考慮到調(diào)節(jié)方便；線路板需要固定的，應(yīng)留有緊固件的位置，放置緊固件的位置應(yīng)考慮到安裝，拆卸方便；若有引出線，最好使用接線插頭。9）某些元件或?qū)Ь€間有較大電位差者，應(yīng)加大它們之間的距離；元件外殼之間的距離，應(yīng)根據(jù)它們之間的電壓來確定，不應(yīng)小于0.5mm。個別密集的地方應(yīng)加套管。10）對稱式的電路，如推挽功放，橋式電路等，應(yīng)注意元件的對稱性，盡可能使其分布參數(shù)一致；位于邊緣的元件，應(yīng)離印刷線路板邊至少應(yīng)大于2mm。焊盤設(shè)計：焊盤是焊接元件的地方，元件的一根引線只能對應(yīng)一個焊盤，不允許一個焊盤焊接多個元件引線。焊盤之間是由印制導(dǎo)線連接起來的。每個焊盤中心都鉆有引線孔，孔徑要比所插入元件引線直徑略大些，但不要過大。否則，焊錫易從引線孔中流過而損壞被焊元件，或由于元件的活動容易造成虛焊。元件引線孔直徑優(yōu)先采用0.5mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm。（a）圓形（b）方形（c）矩形焊盤圖4－3焊盤形狀

1）焊盤形狀：焊盤形狀有很多樣式（如圖3－3所示），圓形焊盤，焊盤與穿線孔為一同心圓，其外徑一般為2～3倍孔徑。焊盤不宜過小，太小則在焊接中極易脫落。至于采用何種形狀的焊盤，應(yīng)根據(jù)元器件封裝和引線的形狀、大小來確定。2）焊盤外徑：焊盤外徑的大小主要由所焊接元件的載流量和機(jī)械強(qiáng)度等因素所決定的，一般單面板焊盤外徑應(yīng)大于引線孔1.5mm以上，雙面板大于1.0mm，高密度精密板大于0.5mm。3）引線孔和過孔：引線孔有電氣連接和機(jī)械固定雙重作用，引線孔既不能過大，也不能過小。過大容易使焊錫從引線孔流過而損壞元件，或形成氣孔造成焊接缺陷；過小則帶來安裝困難，焊錫不能潤濕金屬孔。引線孔徑應(yīng)比元器件引線直徑大0.2～0.4mm。過孔作用是連接不同層面之間的電氣連線。一般電路過孔直徑可取0.6～0.8mm，高密度板可減小到0.4mm，尺寸越小則布線密度越高，過孔的最小極限受制板廠技術(shù)設(shè)備條件的制約。4）安裝孔：安裝孔用于在印制板上固定大型元器件，或?qū)⒂≈瓢骞潭ㄔ跈C(jī)殼內(nèi)部的安裝支架上，安裝孔根據(jù)實(shí)際需要選取，優(yōu)選選擇2.2，3.0，3．5，4.0，4.5，5.0，6.0mm。5）定位孔：定位孔是印制板加工和檢測定位用的。一般采用三孔定位方式，孔徑根據(jù)裝配工藝確定。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗和具體電路的要求，布線時要掌握以下幾條基本原則。1）印制導(dǎo)線應(yīng)盡可能地短，能走直線的就不要繞彎。2）走線平滑自然，間距能一致的盡量一致，避免急拐彎和尖角出現(xiàn)。3）電源線、地線布置在印制板的最邊緣，且分兩層布置。公共地線應(yīng)盡可能多地保留銅箔。4）首先對單元電路進(jìn)行布線，之后再進(jìn)行單元電路之間的布線；先對核心器件（如晶體管、集成電路為核心的單元電路）布線，再對外圍元件布線。5）將大部分導(dǎo)線布置在印刷電路板的底面，其余少部分導(dǎo)線布置在頂面。兩層面的導(dǎo)線應(yīng)相互垂直，減小相互間的干擾，避免平行線效應(yīng)。

6）高頻電路地線要采用用大面積接地方法。印制板上大面積銅箔應(yīng)僂空成柵狀，導(dǎo)線寬度超過3mm時中間留槽，以利于印制板涂覆鉛錫及波峰焊。7）避免成環(huán)，印制板上環(huán)形導(dǎo)線相當(dāng)于單匝線圈或環(huán)形天線，使電磁感應(yīng)和天線效應(yīng)增強(qiáng)。布線時盡可能避免成環(huán)或減小環(huán)形面積。8）在印制線路板上標(biāo)注元件圖形符號，極性和文字符號，以便校對，同時也便于安裝、測試和檢修。應(yīng)在印刷線路板的明顯位置標(biāo)注電路名稱或印刷線路板的代號，以利于辨別。2．印刷線路板的制作過程目前，大批量生產(chǎn)印刷線路板普遍采用絲網(wǎng)漏印和感光曬板法制作印刷線路板。除此之外還有其它制作印制板的方法，如快速電腦雕刻法，直接將電腦設(shè)計好的圖形輸入雕刻機(jī)，直接在覆銅板上鉆孔、雕刻導(dǎo)電圖形、加工外形及異型槽孔等，再經(jīng)孔金屬化、鍍鉛錫合金等工序即可獲得高質(zhì)量印制板。這種方法制板周期短，僅幾小時即可完成。學(xué)生實(shí)習(xí)用的線路板數(shù)量比較小，而且種類多、形式多變，不利于批量加工，要采用簡易制作方法就可以了。下面介紹印刷電路板簡易制作的方法：1）選取板材：根據(jù)電路的電氣功能和使用的環(huán)境條件選取合適的印制板材質(zhì)；依據(jù)印制板上印制導(dǎo)線的寬窄和通過電流的大小以及相鄰元器件、導(dǎo)線之間的電壓差的高低確定選擇銅箔厚度，一般選用35μm和50μm厚的；根據(jù)設(shè)備的具體要求選擇印制板的板材的厚度，通用電子設(shè)備一般選用1.5mm的最多，若印制板上有比較重的元器件或電路板尺寸較大的可選用板材相對厚一些的印制板。2）裁板：按設(shè)計的印制板的實(shí)際尺寸剪裁覆銅板，并用平板銼刀或紗布將四周打磨平整、光滑，去除毛刺。3）清潔板面：將準(zhǔn)備加工的覆銅板的銅箔面先用水磨砂紙打磨幾下，去除表面的污物，然后加水用布將板面擦亮，最后用于布擦干凈。4）圖形轉(zhuǎn)?。河糜≈瓢遛D(zhuǎn)印機(jī)將印