《電子裝備設(shè)計(jì)技術(shù)》課件第4章

第4章印制電路板設(shè)計(jì)技術(shù)4.1印制電路板設(shè)計(jì)概要4.2印制電路板設(shè)計(jì)4.3印制電路板其他設(shè)計(jì)4.4印制電路板制板工藝4.5印制電路板制作新技術(shù)

4.1印制電路板設(shè)計(jì)概要

印制電路的設(shè)計(jì)是現(xiàn)代電子設(shè)備或系統(tǒng)設(shè)計(jì)中極為重要的部分，通?？赏ㄟ^微型電子計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。印制板的設(shè)計(jì)質(zhì)量不僅關(guān)系到元器件在焊接、裝配、調(diào)試中的方便與否，而且直接影響到整機(jī)的技術(shù)性能，關(guān)系到電子設(shè)備的整機(jī)質(zhì)量。

在印制電路板設(shè)計(jì)前，必須掌握印制電路板各方面的知識(shí)，熟悉相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，具備較強(qiáng)的策劃設(shè)計(jì)能力，在元器件布局和印制板布線中考慮電磁兼容性，使其美觀、合理，只有這樣，才能設(shè)計(jì)出較高質(zhì)量的印制電路板。4.1.1印制電路板設(shè)計(jì)要求

1.掌握電子線路原理

印制電路板設(shè)計(jì)應(yīng)具有一定的電子線路知識(shí)，掌握電子線路的基本原理，了解基本的電子設(shè)計(jì)工藝，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性。

進(jìn)行印制電路板設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)對(duì)所需設(shè)計(jì)的電原理圖進(jìn)行分析，確定電路中的電壓高低、電路工作的功率狀況、散熱要求、電路的工作頻率范圍、可能存在的電磁干擾等方面的情況。對(duì)于不同的電子線路，不同的性能要求，印制板的設(shè)計(jì)方法也不相同。進(jìn)行印制電路板設(shè)計(jì)時(shí)，必須熟悉電路對(duì)元器件的要求，了解所選用的電子元器件的基本情況，包括元器件的品種、規(guī)格、型號(hào)、尺寸及引腳分布，集成電路的引線情況，微小型器件的使用情況等，根據(jù)具體情況考慮印制電路板的尺寸、類型及元器件的布局。

進(jìn)行印制電路板設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)該考慮電子設(shè)備整機(jī)使用的環(huán)境條件，確定印制電路板的設(shè)計(jì)和選材。

2.符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

印制電路板圖紙的設(shè)計(jì)是工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的重要組成部分，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，控制印制電路板的設(shè)計(jì)質(zhì)量，獲得較高的性能價(jià)格比。

印制電路板的制作是按圖紙要求進(jìn)行敷銅板加工的過程，必須掌握相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，掌握單面敷銅板、雙面板、多層板的構(gòu)成和制作的相關(guān)內(nèi)容。

印制電路板設(shè)計(jì)不但應(yīng)確保組裝后的電子設(shè)備整機(jī)性能良好、維護(hù)方便，而且應(yīng)在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，考慮藝術(shù)性，設(shè)計(jì)出布局合理、美觀的印制電路板。

3.符合生產(chǎn)條件要求

設(shè)計(jì)印制電路板圖紙時(shí)，應(yīng)考慮印制電路板生產(chǎn)廠家和電子設(shè)備生產(chǎn)廠家的設(shè)備狀況、生產(chǎn)條件和工藝水平，考慮印制板導(dǎo)線的疏密、孔化要求、焊接條件和工藝水平，確保印制電路板產(chǎn)品的質(zhì)量。

4.印制板設(shè)計(jì)要求

印制電路板設(shè)計(jì)應(yīng)做到正確、可靠、合理和經(jīng)濟(jì)。

（1）印制電路板設(shè)計(jì)的正確性是印制板設(shè)計(jì)最基本、最重要的要求。

印制電路板應(yīng)準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)電原理圖的連接關(guān)系，避免出現(xiàn)短路和斷路等錯(cuò)誤。復(fù)雜的產(chǎn)品都要經(jīng)過試制、修改、完善，并進(jìn)行檢驗(yàn)，以保證電氣連接的正確性。（2）印制電路板設(shè)計(jì)的可靠性是PCB設(shè)計(jì)中較高一層的要求。

連接正確的電路板不一定可靠性好，如板材選擇不合理、板厚及安裝固定不正確、元器件布局布線不當(dāng)?shù)榷伎赡軐?dǎo)致PCB不能可靠地工作。

從可靠性的角度考慮，結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，使用元件越小，板子層數(shù)越少，可靠性越高。

（3）印制電路板設(shè)計(jì)的合理性是PCB設(shè)計(jì)中更深一層的要求。

從印制板的制造、檢驗(yàn)、裝配、調(diào)試到整機(jī)裝配、調(diào)試，直到使用、維修，都與印制板設(shè)計(jì)的合理與否關(guān)系甚大，例如，印制板形狀選得不好將使加工困難，引線孔太小將使裝配困難，沒留測(cè)試點(diǎn)將使調(diào)試?yán)щy，板外連接選擇不當(dāng)將使維修困難等。（4）印制電路板設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性是一個(gè)必須達(dá)到的目標(biāo)。

通常情況下，應(yīng)從所選擇的板材、印制板的尺寸、連接導(dǎo)線的選用、表面涂覆材料等方面考慮印制板設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，降低印制板的造價(jià)。但應(yīng)注意，廉價(jià)的選擇可能造成工藝性、可靠性變差，使制造費(fèi)用、維修費(fèi)用上升，總體經(jīng)濟(jì)性不一定合算。

以上設(shè)計(jì)要求既相輔相成，又相互矛盾，不同用途、不同要求的產(chǎn)品側(cè)重點(diǎn)不同，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做到具體問題具體分析，具體產(chǎn)品具體對(duì)待，綜合考慮以求最佳方案。4.1.2印制電路基板的選用

1.印制電路基板的構(gòu)成

印制電路基板即敷銅箔層壓板，又稱敷銅板或覆銅板，是將一定厚度的銅箔通過黏接劑經(jīng)熱壓，貼附在一定厚度的絕緣基板上。基板材料不同、厚度不同，使用的黏接劑不同，生產(chǎn)出的敷銅板的性能也不相同。

敷銅箔板的基板是由高分子合成樹脂和絕緣材料組成的絕緣層壓板。合成樹脂中常用的有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯等，樹脂材料的性能決定了基板的介電損耗、表面電阻率等物理性質(zhì)。增強(qiáng)材料包括紙質(zhì)和布質(zhì)，其性能決定了基板的浸焊性、抗彎強(qiáng)度等機(jī)械性能。銅箔是敷銅板的關(guān)鍵材料，必須有較高的導(dǎo)電率和良好的可焊性，其質(zhì)量直接影響到敷銅板的質(zhì)量，純度要求大于99.8％，厚度為18～105μm，常用35～50μm，均勻誤差應(yīng)小于±5μm，優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)系列為18、25、35、70、105μm，目前普遍采用35μm厚的銅箔。

銅箔與基板之間是黏合劑層。黏合劑經(jīng)高溫高壓固化后，將銅箔牢固地黏合在基板上，黏合劑的優(yōu)劣直接影響敷銅板的抗剝離強(qiáng)度的性能指標(biāo)。

2.印制電路基板的種類、特點(diǎn)和應(yīng)用

印制電路基板包括覆銅箔酚醛紙層壓板、酚醛玻璃布層壓板、環(huán)氧玻璃布層壓板、聚四氟乙烯層壓板、三氯氰胺樹脂板等，其特點(diǎn)和應(yīng)用如表4.1所示。表4.1常用印制電路基板的特點(diǎn)及應(yīng)用

3.敷銅板的主要技術(shù)指標(biāo)

敷銅板的性能指標(biāo)包括機(jī)械性能、電氣性能、化學(xué)性能和物理性能，在工程使用中其機(jī)械焊接性能主要包括抗剝強(qiáng)度、耐焊性、翹曲度、抗彎強(qiáng)度等。

（1）抗剝強(qiáng)度：指銅箔對(duì)絕緣基板的剝離力，是衡量銅箔和基板之間的結(jié)合力的指標(biāo)，它取決于黏合劑及制造工藝。

抗剝離強(qiáng)度不夠，將造成印制電路板在承受沖擊、振動(dòng)、高溫、高濕的可靠性試驗(yàn)中，或在產(chǎn)品的焊接或成品的使用過程中，出現(xiàn)印制板導(dǎo)線及焊盤與基板脫離的現(xiàn)象。（2）耐焊性：

印制電路板在焊接過程中，其局部或全部導(dǎo)線、焊盤及絕緣基板都要在熔錫中浸一定的時(shí)間，要求銅箔經(jīng)過焊接后仍然能夠牢固地黏附在基板上，無分層、起泡、脫開等現(xiàn)象。這就是印制板的耐浸焊性，即敷銅板應(yīng)具有足夠的耐熱性，它取決于基板材料與黏合劑。（3）翹曲度：

又稱彎曲度，是指敷銅板的平直度，即印制板在單位長(zhǎng)度上允許翹曲的程度，它取決于板材及其厚度。

在電子設(shè)備中，印制電路板通常是固定在機(jī)箱的框架構(gòu)件上，或插裝在機(jī)箱中的導(dǎo)向件上，若彎曲度較大，印制板會(huì)發(fā)生上翹或下陷，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐珊更c(diǎn)開裂、印制導(dǎo)線崩斷等現(xiàn)象，從而將影響電子產(chǎn)品的質(zhì)量。（4）電氣性能：印制板的導(dǎo)線印制在基板的表面上，導(dǎo)線相距很近并裸露在外，印制線路板在制作過程中受高溫、高濕的影響會(huì)引起電氣性能的變化，造成電路工作不穩(wěn)定，因此，印制電路板必須具有一定的工作頻率范圍、較小的介質(zhì)損耗、絕緣電阻和耐壓強(qiáng)度等性能指標(biāo)，保證良好的電氣性能。

（5）耐化學(xué)溶劑性能：耐化學(xué)溶劑性能是指敷銅板在制圖和裝配過程中，應(yīng)能承受一系列化學(xué)藥品和溶劑影響的能力，在受到化學(xué)溶劑影響后，要求銅箔的黏附強(qiáng)度和絕緣性能不受影響。

（6）抗彎強(qiáng)度：指敷銅板承受彎曲的能力，它取決于基板材料和厚度。4.1.3印制電路板的版面控制

1.印制板的形狀、尺寸和厚度

印制板的形狀、尺寸通常與整機(jī)的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和印制板上元器件的數(shù)量及尺寸等因素有關(guān)。印制板上元器件的排列應(yīng)考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)上的間距和電氣性能的要求，同時(shí)還應(yīng)考慮成本、工藝等方面的其他要求。

（1）形狀：印制電路板的形狀通常采用長(zhǎng)、寬比例不太懸殊的長(zhǎng)方形，這樣可以大大簡(jiǎn)化印制板的成型、加工過程。（2）尺寸：確定印制電路板的尺寸，應(yīng)考慮電子設(shè)備整機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及印制板上元器件的數(shù)量和尺寸，元器件的排列應(yīng)留有一定的間隙，特別是在高壓電路中，更應(yīng)注意留有足夠的間距。考慮元器件所占面積時(shí)，應(yīng)注意發(fā)熱元器件的散熱器的尺寸。

印制板的凈面積確定后，還應(yīng)按單邊向外擴(kuò)出5～10mm，以便印制板在機(jī)內(nèi)的固定安裝。當(dāng)電子設(shè)備內(nèi)部設(shè)計(jì)有多塊印制電路板，特別是這些印制板通過導(dǎo)軌和插座固定時(shí)，應(yīng)使各塊印制板尺寸一致。（3）厚度：印制板的標(biāo)稱厚度有0.2mm、0.3mm、0.5mm、0.7mm、0.8mm、1.5mm、1.6mm、2.4mm、3.2mm、6.4mm等多種規(guī)格。

確定板厚時(shí)，應(yīng)考慮下列因素：當(dāng)印制板對(duì)外連接采用直接式插座連接，則必須考慮插座間隙，板厚一般選1.5mm，過厚則插不進(jìn)，過薄會(huì)引起接觸不良；對(duì)非插入式的印制板，應(yīng)考慮安裝在印制板上的元器件的體積與重量等因素，以避免因撓度而影響電氣性能；多層板使用場(chǎng)合可選用厚度為0.2mm、0.3mm、0.5mm等的敷銅板。

2.印制電路板的種類

印制電路板按照其結(jié)構(gòu)形式可分為單面印制板、雙面印制板、多層印制板、軟印制板、平面印制板等五類，每種印制電路板可應(yīng)用于不同的設(shè)備和使用場(chǎng)合。

（1）單面印制電路板。單面印制電路板只在印制板絕緣基板的一面有印制導(dǎo)線，其板厚為2～5mm，適用于一般要求的電子設(shè)備。

（2）雙面印制電路板。雙面印制電路板的絕緣基板的兩面都有印制導(dǎo)線，其板厚為0.2～5mm，適用于要求較高的電子設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、電子儀器、儀表等。雙面印制電路板上布線密度較高，能減小印制電路板自身的面積和電子設(shè)備的體積。（3）多層印制電路板。

多層印制板是指由三層或三層以上的印制導(dǎo)線和絕緣材料層壓合成的印制板，其厚度為1.2～2.5mm。多層板安裝的元器件容量大，導(dǎo)線短而直，有利于減小電子設(shè)備的體積，有利于屏蔽和提高電路的電氣性能，但其制造工藝復(fù)雜，金屬化孔的可靠性差，損壞時(shí)難以修復(fù)。（4）軟性印制電路板。

具有撓性的印制電路板稱為軟性印制電路板，其基板是軟性塑料厚膜或其他軟性絕緣材料，在其一面或兩面覆蓋導(dǎo)電層而制成印制電路板。軟性印制電路板也有單層、雙層和多層之分，可以卷曲成螺旋形，其絕緣材料包括聚脂、聚酰亞胺、聚四氟乙烯薄膜等，厚度為0.25～1mm之間。

（5）平面印制電路板。平面印制電路板的印制導(dǎo)線嵌入絕緣基板，與基板表面平齊，通常在印制導(dǎo)線上電鍍一層耐磨金屬，可用于轉(zhuǎn)換開關(guān)、電子計(jì)算機(jī)的鍵盤等。

4.2印制電路板設(shè)計(jì)

4.2.1設(shè)計(jì)綜合考慮

根據(jù)所要設(shè)計(jì)的電子線路的具體情況，在設(shè)計(jì)前應(yīng)考慮下列幾個(gè)方面的內(nèi)容：

（1）根據(jù)印制板的面積和元器件的數(shù)量，確定選用單面板、雙面板還是多層板。

（2）根據(jù)電路的工作頻率高低，確定元器件選用臥式、立式還是混合式的安裝方式，選用圓形焊盤、島形焊盤還是方形焊盤。

（3）根據(jù)印制板的整體布局要求，先確定體積大、形狀特殊、發(fā)熱量大等主要元器件的位置，其他相關(guān)元器件的排列應(yīng)根據(jù)主要元器件的位置就近安放。

（4）有極性的元器件，如電解電容器、二極管、三極管和集成電路等元器件的引腳排列方向在外觀上應(yīng)該保持方向一致，這樣有利于簡(jiǎn)化元器件的裝配，方便電路的檢查和維修，可使印制板較為美觀。

（5）元器件排列應(yīng)整齊、美觀，若在一塊印制板上準(zhǔn)備橫向排列元器件，每行元器件應(yīng)保持同一中心線。

（6）元器件不能占滿整個(gè)版面，注意四周應(yīng)留有一定的空隙，以便固定印制電路板，空隙的大小應(yīng)根據(jù)印制板的大小和固定方式?jīng)Q定。4.2.2元器件布局和布線原則

印制電路板上導(dǎo)電圖形是依據(jù)電原理圖設(shè)計(jì)的，不同的電原理圖有各自的布局、布線規(guī)律。合理地布局、準(zhǔn)確地布線是印制電路板設(shè)計(jì)中較為重要的技術(shù)，將直接影響到電路性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

1.元器件的布局原則

（1）元器件應(yīng)按電原理圖順序成直線排列，并力求密集、緊湊，縮短引線。如果需要將整個(gè)電路分成幾塊印制板安裝時(shí)，應(yīng)使每塊印制板成為獨(dú)立功能的電路，以便單獨(dú)調(diào)試、檢驗(yàn)和維修。

（2）元器件排列應(yīng)整齊、美觀，橫平豎直，不重疊排列。（3）元器件應(yīng)分布均勻，密度一致。

（4）元器件應(yīng)避免互相影響和干擾，元器件間不允許立體交叉、重疊排列，元器件放置方向應(yīng)與印制線交叉。

（5）電感器件、鐵芯器件應(yīng)注意防止電磁干擾，磁場(chǎng)方向最好與印制板垂直。

（6）高頻電路與低頻電路、高電位電路與低電位電路的元器件不宜靠得太近。

（7）發(fā)熱元器件應(yīng)安排在有利于散熱的位置，必要時(shí)應(yīng)單獨(dú)放置或裝散熱器。

（8）大而重的元器件如變壓器、扼流圈、大電容器、繼電器等，可安裝在輔助底板上，并用附件將其固定。這些器件若安裝在印制板上，應(yīng)靠近固定端的位置安放，并降低重心，以提高耐振、抗沖擊能力，減小印制板的負(fù)荷和變形。

2.元器件的排列方式

印制電路板上元器件的排列包括不規(guī)則排列、坐標(biāo)排列和坐標(biāo)網(wǎng)格排列三種方式。

不規(guī)則排列方式主要從電性能方面考慮，可以減小印制導(dǎo)線和元器件的接線長(zhǎng)度，從而減小電路的分布參數(shù)，但這種方式使得外觀不整齊，不利于機(jī)械化裝配。這種排列方式多用于30MHz以上的高頻電路中。

坐標(biāo)排列方式是指元器件與印制電路板的一條邊平行或垂直，排列整齊，但這種排列中引線可能比較長(zhǎng)，適用于1MHz以下的低頻電路中。

坐標(biāo)網(wǎng)格排列方式不僅要求元器件的排列與印制電路板的一條邊平行或垂直，還要求元器件的焊接點(diǎn)位于坐標(biāo)格的交點(diǎn)上，這種方式中元器件排列整齊，便于機(jī)械化打孔和裝配。

3.印制電路板的布線原則

（1）公共地線應(yīng)盡可能布置在印制電路板的最邊緣，便于地線與機(jī)架連接。

（2）各級(jí)電路的地線通常應(yīng)自成封閉電路，以減小級(jí)間耦合和引線電感，便于接地。但如果電路工作在強(qiáng)磁場(chǎng)中，則地線不能布置成封閉回路，以避免產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

（3）頻率越高，地線應(yīng)越寬，以減小地阻抗?？刹捎么竺娣e地線和全地線，但會(huì)使分布電容增加。

（4）電源、濾波、控制等低頻導(dǎo)線和直流導(dǎo)線應(yīng)靠近邊緣布置。（5）高頻導(dǎo)線宜布置在印制板中間，以減小對(duì)地和機(jī)殼的分布電容。

（6）高電位導(dǎo)線與低電位導(dǎo)線應(yīng)盡量分離，使相鄰印制線間的電位差最小。

（7）布線時(shí)應(yīng)使導(dǎo)線最短，避免平行走線，以避免寄生耦合。雙面印制板兩面的導(dǎo)線應(yīng)避免平行。

（8）高頻電路中的高頻導(dǎo)線、晶體管各電極引線、輸入/輸出線應(yīng)盡量短而直，不得平行。高頻電路不能用外接線。

（9）布線時(shí)應(yīng)按信號(hào)順序進(jìn)行排列，輸入與輸出線應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離，并采用地線隔開。

（10）輸入線與電源線的距離應(yīng)大于1mm。（11）電源部分的印制導(dǎo)線應(yīng)與地線緊密布置在一起，以避免電源線耦合干擾。

（12）對(duì)外連接的插接端即印制板插頭應(yīng)注意：輸入/輸出線應(yīng)遠(yuǎn)離，并用地線隔開；其他導(dǎo)線分別布置在輸入、輸出線兩邊；輸入線與電源線間的距離應(yīng)大一些；插口導(dǎo)線間距應(yīng)與插座一致，并定位；不用插接形式時(shí)，其轉(zhuǎn)接端也放在印制板一邊。

4.電源印制板的布局與布線

電源是每個(gè)電子設(shè)備必不可少的能源供給電路，通常包括整流、穩(wěn)壓、濾波等電路部分，電源電路中包含變壓器、整流管、電容器和電感器等體積較大、重量較重的器件。印制板的布局首先應(yīng)考慮到重心的位置，保證電子設(shè)備整機(jī)的穩(wěn)定性，然后應(yīng)考慮器件固定方式的防振和抗沖擊能力。

電源電路和功率電路應(yīng)考慮的重要問題是散熱問題，散熱量大的器件應(yīng)設(shè)置在散熱較好的位置。電源電路布線時(shí)應(yīng)考慮電流密度，確定導(dǎo)線的寬度時(shí)應(yīng)嚴(yán)格滿足導(dǎo)線的電流密度要求，盡量放大裕量，避免電路發(fā)熱造成銅箔脫落。同時(shí)，電源電路的高電壓部分的導(dǎo)線間距應(yīng)考慮線間絕緣，避免高壓擊穿；高壓器件的設(shè)置應(yīng)注意安裝、維護(hù)人員的安全。

5.放大器的布局與布線

放大電路是電子設(shè)備的重要組成部分，其作用是將小信號(hào)不失真地放大到所要求的信號(hào)幅度，應(yīng)保證其放大倍數(shù)和失真度要求。設(shè)計(jì)圖上的放大器與實(shí)際在印制電路板上安裝調(diào)試的放大器有很大差異，這是由于個(gè)別器件在焊接時(shí)參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，主要原因是在印制板設(shè)計(jì)時(shí)器件的布局、布線會(huì)產(chǎn)生寄生耦合、分布電容等。

因此，在印制電路板設(shè)計(jì)時(shí)，合理的布局、布線可有效地抑制各種寄生耦合，減小失真度，獲得滿意的放大信號(hào)。在放大器的布局、布線中應(yīng)作以下幾個(gè)方面考慮。

（1）放大器的輸入、輸出級(jí)應(yīng)按電路圖直線布置。

輸入/輸出級(jí)相距較遠(yuǎn)可以減小寄生反鎖，印制板上直線布局的放大器，輸入/輸出線較短，可大大減小線間平行靠近，有利于抑制寄生耦合。多級(jí)放大器的布局不能采用垂直型、平行型、鋸齒型的結(jié)構(gòu)安排，它們產(chǎn)生的寄生電容、電感較大，信號(hào)失真較大，采用直線布局效果較好。（2）放大器的高頻、高電位器件應(yīng)安排在縱軸向，高頻、低電位和直流器件應(yīng)安排在橫軸向，這樣可避免低電位和直流器件受高電位器件的干擾。

推挽放大器、橋式對(duì)稱電路的印制板布局應(yīng)考慮其對(duì)稱性，采用對(duì)稱布線。

地線設(shè)計(jì)應(yīng)適當(dāng)放寬，各級(jí)放大器應(yīng)就近接地，可采用大面積接地。

（3）放大器的印制板導(dǎo)線，尤其是輸入、輸出線，應(yīng)盡可能短而直。線短可以減小信號(hào)的衰減，也可減小干擾信號(hào)的耦合，減小線間寄生電容、電感的存在。

6.高頻系統(tǒng)的布局與布線

高頻電路包括高頻接收電路、高頻放大電路、混頻電路及振蕩電路等，工作頻率在幾十兆赫茲到幾百兆赫茲的高頻區(qū)段。

設(shè)計(jì)此類電路的印制板時(shí)，布局應(yīng)盡可能緊湊，引線應(yīng)短而寬，導(dǎo)線間距應(yīng)盡可能大。高頻電路中高頻感性、容性器件的容量都較小，線間產(chǎn)生的很小的分布電容（小至幾微微法）都可能造成電路不起振或頻率偏移。

高頻電路中的屏蔽及去耦設(shè)施應(yīng)布局合理，電感器、互感器、振蕩線圈大都有屏蔽罩，其接地應(yīng)靠近大地，布局中應(yīng)使磁力線方向互相垂直，以避免電磁輻射干擾。4.2.3孔和焊盤的設(shè)計(jì)

1.孔的設(shè)計(jì)

印制板上的孔主要用于完成電路的電氣連接、機(jī)械連接、安裝和定位。

（1）引線孔。引線孔有電氣連接和機(jī)械固定雙重作用，孔過小不僅安裝困難，而且焊錫不能潤濕金屬孔；孔過大容易形成氣孔等焊接缺陷。

設(shè)計(jì)時(shí)，若元器件引線直徑為d1，引線孔徑為d，則應(yīng)滿足：d1+0.2≤d≤d1+0.4（mm），通常取d=（d1+0.3）mm。（2）過孔。過孔又稱連接孔，其作用是實(shí)現(xiàn)不同層之間的電氣連接。過孔的尺寸越小，則布線密度越高。一般電路過孔直徑可取0.6～0.8mm，高密度板可減小到0.4mm，甚至用盲孔方式，即過孔完全用金屬填充。過孔的最小極限受制板廠技術(shù)設(shè)備條件的制約。

（3）安裝孔。安裝孔用于固定大型元器件和印制板，按照安裝需要選取，優(yōu)選系列為2.2mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、4.5mm、5.0mm、6.0mm，且最好排列在坐標(biāo)格上。

（4）定位孔。定位孔用于印制板加工和檢測(cè)定位，可以用安裝孔代替，亦可單獨(dú)設(shè)置。通常采用三孔定位方式，孔徑應(yīng)根據(jù)裝配工藝確定。

2.焊盤的設(shè)計(jì)

焊盤即印制接點(diǎn)，是指印制在元器件安裝孔周圍的金屬部分，供焊接引線用。焊盤設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意，為增加印制導(dǎo)線與基板的黏貼強(qiáng)度，焊盤一般加寬成圓盤形。

焊盤的尺寸取決于穿線孔的尺寸，單個(gè)接點(diǎn)或連線較短的兩個(gè)圓接點(diǎn)焊接時(shí)容易脫落，應(yīng)加附加接點(diǎn)或加固線。接點(diǎn)圓環(huán)的內(nèi)徑應(yīng)稍大于安裝孔徑，環(huán)寬應(yīng)大于0.5～0.7mm，優(yōu)先取0.5mm、1.0mm、1.5mm。

1）焊盤的形狀

印制電路板的焊盤形狀主要包括圓形、島形、方形和橢圓形等，實(shí)際使用中也可以設(shè)計(jì)成其他形狀。

（1）圓形焊盤。圓形焊盤與穿線孔為同心圓，其外徑一般為孔徑的2～3倍。設(shè)計(jì)時(shí)，若版面的密度允許，則焊盤不宜過小，因?yàn)樘〉暮副P在焊接中極易脫落。圓形焊盤多在元件規(guī)則排列中使用，雙面印制板也多采用圓形焊盤，用于低頻或一般電路中。（2）島形焊盤。焊盤與焊盤間的連線合為一體，形如小島的焊盤，稱為島形焊盤。島形焊盤常用于元件的不規(guī)則排列和高頻電路中，特別是當(dāng)元器件采用立式不規(guī)則安裝時(shí)更為普遍，可以減小接點(diǎn)和印制導(dǎo)線的電感，增大地線的屏蔽面積，減小接點(diǎn)之間的寄生耦合。

島形焊盤有利于元器件密集固定，并可大量減少印制導(dǎo)線的長(zhǎng)度和數(shù)量，能在一定程度上抑制分布參數(shù)對(duì)電路造成的影響。此外，焊盤與印制線合為一體后，銅箔面積加大，使焊盤和印制導(dǎo)線的抗剝強(qiáng)度增加，因而能降低所選用的敷銅板的要求，降低產(chǎn)品成本。電視機(jī)、收錄機(jī)等家用電器產(chǎn)品中幾乎均采用這種焊盤。（3）方形焊盤。印制板上元器件大而少，且印制導(dǎo)線較簡(jiǎn)單時(shí)多采用方形焊盤，這種形式的焊盤簡(jiǎn)單、精度要求低，銅箔面積大，不易剝落，用于低頻電路中，但焊接時(shí)需用助焊劑。在手工制作的印制板中常用方形焊盤，因?yàn)樗恍栌玫犊虜嗷蚩痰粢徊糠帚~箔即可，制作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。在一些大電流的印制板上也多用此形式，它可獲得較大的載流量。

（4）橢圓焊盤。這種焊盤具有足夠的面積，可增強(qiáng)抗剝能力；在一個(gè)方向上尺寸較小，有利于中間走線。橢圓焊盤常用于雙列直插式器件或插座類元件。（5）淚滴式焊盤。這種焊盤與印制導(dǎo)線過渡圓滑，在高頻電路中有利于減少傳輸損耗，提高傳輸速率。

（6）開口焊盤。這種焊盤常用于波峰焊中，焊盤開口的作用是為了保證在波峰焊后，使手工補(bǔ)焊的焊盤孔不被焊錫封死。

（7）矩形焊盤、多邊形焊盤。矩形焊盤常用正方形，多邊形焊盤常見八邊形，這些焊盤一般用于某些焊盤外徑接近而孔徑不同的焊盤相互區(qū)別，便于加工和裝配。

（8）異形孔焊盤。異形孔焊盤主要用于安裝片狀引線的元器件，如用于安裝、固定收音機(jī)中周的外殼引腳，音頻插座的引線等。

2）焊盤的尺寸

對(duì)單面板而言，焊盤抗剝能力較差，焊盤外徑應(yīng)大于引線孔1.5mm以上，即如果焊盤外徑為D，引線孔為d，則應(yīng)有D≥（d+1.5）mm。

對(duì)雙面板而言，D≥（d+1.0）mm。

在高密度精密板上，由于制作要求高，焊盤最小外徑可為D=（d+0.7）mm或者更小。

印制電路板的安裝孔直徑應(yīng)與插入元件引出線的直徑相適應(yīng)，一般不大于引出線直徑0.3mm，為了保證焊接和結(jié)合強(qiáng)度，安裝孔與焊盤直徑的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表4.2所示。表4.2圓形焊盤與安裝孔直徑4.2.4印制電路導(dǎo)線寬度及間距設(shè)計(jì)

1.印制導(dǎo)線的圖形和走向

設(shè)計(jì)印制導(dǎo)線時(shí)，應(yīng)按如下原則考慮：

（1）除地線外，同一印制板上導(dǎo)線寬度應(yīng)一致，對(duì)于個(gè)別載流量特別大的導(dǎo)線，導(dǎo)線寬度可增寬一倍。

（2）所有印制導(dǎo)線都應(yīng)盡量避免分支。

（3）所有印制導(dǎo)線都不應(yīng)有急劇的彎曲和尖角。

（4）印制導(dǎo)線的彎曲和過渡均需圓弧連接，圓弧半徑應(yīng)不小于2mm。

（5）大面積地線應(yīng)鏤空成柵狀，柵條寬度與導(dǎo)線寬度一致。

2.印制導(dǎo)線的設(shè)計(jì)原則

印制電路板布線不但應(yīng)走通，而且應(yīng)合理。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體電路條件進(jìn)行選擇，各種條件均適用以下幾條準(zhǔn)則：

（1）走線以短為佳，能走捷徑的導(dǎo)線就不應(yīng)繞遠(yuǎn)。

（2）走線以平滑自然為佳，避免急劇拐彎和出現(xiàn)尖角。

（3）公共地線應(yīng)盡可能多地保留銅箔。

（4）印制板上大面積銅箔應(yīng)鏤空成柵狀，導(dǎo)線寬度超過3mm時(shí)中間留槽，以利于印制板涂覆鉛錫合金及波峰焊。

（5）為增加焊盤抗剝強(qiáng)度，根據(jù)安裝需要可設(shè)置工藝線，但它不擔(dān)負(fù)導(dǎo)電作用。

3.印制導(dǎo)線的寬度選擇

印制導(dǎo)線的寬度選擇主要與流過導(dǎo)線的電流大小有關(guān)，取決于導(dǎo)線的載流量與溫升。印制導(dǎo)線具有電阻，通過電流時(shí)將產(chǎn)生熱量，使導(dǎo)線溫度上升，電流越大，溫升越高。

導(dǎo)線若長(zhǎng)期受熱，銅箔與基板的黏接強(qiáng)度將會(huì)降低而造成銅箔脫落，同時(shí)電流流經(jīng)印制導(dǎo)線也會(huì)產(chǎn)生電壓降，造成信號(hào)衰耗，因此，必須合理選擇印制導(dǎo)線寬度。印制導(dǎo)線的平均電阻如表4.3所示。表4.3印制導(dǎo)線的平均電阻表4.4印制導(dǎo)線最大允許通過的電流與線阻從表4.4的數(shù)據(jù)可見，導(dǎo)線寬度不同，允許通過的電流也不同，因此設(shè)計(jì)計(jì)算導(dǎo)線寬度時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的電流選擇不同寬度的印制導(dǎo)線，所選擇的印制導(dǎo)線的寬度應(yīng)比表中的規(guī)定值大一些，留有適當(dāng)?shù)脑Ａ俊?/p>

通常在設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)，同一塊印制電路板上的導(dǎo)線寬度應(yīng)保持均勻一致。印制電路導(dǎo)線的寬度應(yīng)大于0.4mm，優(yōu)先選0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm，對(duì)流過大電流的印制導(dǎo)線可放寬到2～3mm。當(dāng)導(dǎo)線寬度大于3mm時(shí)，導(dǎo)線中間應(yīng)切槽處理。

4.印制導(dǎo)線寬度計(jì)算

印制導(dǎo)線的寬度不同，其截面積也不同。不同截面積的印制導(dǎo)線，在一定的溫升條件下允許通過的電流也不同，因此，印制導(dǎo)線的寬度取決于導(dǎo)線的載流量和溫升。

印制導(dǎo)線的載流量由電路的工作狀態(tài)決定，而溫升由環(huán)境溫度所限制。印制導(dǎo)線工作時(shí)的溫度一般不能超過85℃，否則，敷銅板長(zhǎng)期受熱后，銅箔將因黏貼強(qiáng)度降低而剝離，同時(shí)，有些元器件的允許工作溫度較低，導(dǎo)線溫度越低對(duì)元器件的散熱越好。

根據(jù)電阻的定義和歐姆定律，可得（4.1）將式(4.1)整理并代入有關(guān)數(shù)據(jù)得（4.2）式中，U/l表示單位長(zhǎng)度印制導(dǎo)線的電壓降，單位為V/m。在設(shè)計(jì)印制板電路時(shí)，電壓降必須控制在電路所允許的范圍內(nèi)。若U/l以許用單位電壓降［U］表示，則式（4.2）可寫成以下形式:（4.3）

用式（4.3）計(jì)算印制導(dǎo)線寬度b時(shí)，［U］值可根據(jù)表4.5選用，表中數(shù)據(jù)已考慮了印制電路板涂覆后散熱性能變差、浸焊或波峰焊后銅箔黏貼強(qiáng)度降低和導(dǎo)線寬度、厚度腐蝕后的差異等因素，并已考慮了安全系數(shù)。當(dāng)導(dǎo)線載流量較小時(shí)，［U］值取較大值。表4.5印制導(dǎo)線許用單位電壓降［U］設(shè)計(jì)中可選取印制導(dǎo)線寬度為0.5mm。

5.印制導(dǎo)線的間距選擇

印制導(dǎo)線的間距直接影響著電路的分布電容、抗電強(qiáng)度、絕緣強(qiáng)度等電氣性能，導(dǎo)線間距越小，則分布電容越大，電路穩(wěn)定性越差，尤其在高頻工作情況下對(duì)電路的影響更大。

當(dāng)印制導(dǎo)線間取不同的間距時(shí)，其工作電壓和抗電強(qiáng)度也不同，印制導(dǎo)線的間距、允許工作電壓和擊穿電壓三者之間的關(guān)系如表4.6所示。表4.6印制導(dǎo)線間距、允許工作電壓和擊穿電壓之間的關(guān)系

設(shè)計(jì)印制導(dǎo)線間距時(shí)，應(yīng)按如下原則進(jìn)行考慮：

（1）導(dǎo)線間距設(shè)計(jì)通常應(yīng)等于導(dǎo)線寬度，但不小于1mm。對(duì)于微型設(shè)備，間距應(yīng)不小于0.4mm。

（2）如果導(dǎo)線間電壓大于300V，則導(dǎo)線間距應(yīng)大于1.5mm，否則印制導(dǎo)線間易出現(xiàn)跳火、擊穿現(xiàn)象，導(dǎo)致基板表面炭化或破裂。

（3）對(duì)于低頻、低電位電路，導(dǎo)線間距主要取決于焊接工藝。

（4）對(duì)于高電位/電壓電路，導(dǎo)線間距取決于抗電強(qiáng)度。電位差越大，間距應(yīng)越大。

（5）對(duì)于高頻電路，導(dǎo)線間距主要取決于允許的分布電容和電感。導(dǎo)線間距越大，分布電容越小；兩導(dǎo)線的平行長(zhǎng)度越大，分布電容也越大。

6.印制導(dǎo)線間距計(jì)算

印制導(dǎo)線的間距可按以下方法確定：根據(jù)大氣壓強(qiáng)和導(dǎo)線間距的乘積與擊穿電壓的關(guān)系曲線確定導(dǎo)線的間距，曲線如圖4.1所示。

抗電強(qiáng)度不僅與導(dǎo)線間距有關(guān)，而且還與大氣壓強(qiáng)有關(guān)，抗電強(qiáng)度還與電壓的頻率有關(guān)，頻率越高，擊穿電壓越低，故頻率升高，抗電強(qiáng)度下降。圖4.1大氣壓強(qiáng)和導(dǎo)線間距的乘積與擊穿電壓的關(guān)系曲線例4.2

設(shè)計(jì)高原用電子設(shè)備的60Hz電源印制電路板，其工作電壓為1000V，設(shè)備在5000m高原氣壓為54000Pa，取抗電安全系數(shù)為3，即擊穿電壓為工作電壓的3倍，試確定印制電路板的導(dǎo)線間距。

解根據(jù)題意，擊穿電壓為1000×3＝3000V由圖4.1可查得在3000V擊穿電壓時(shí)，大氣壓強(qiáng)與導(dǎo)線間距的乘積為8000Pa·cm。因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境氣壓為54000Pa，所以印制導(dǎo)線間距為4.2.5印制電路板版面設(shè)計(jì)

1.版面設(shè)計(jì)的應(yīng)知條件

（1）明確印制板需容納的電路及各種元器件的型號(hào)、規(guī)格和尺寸。

（2）明確各元器件和導(dǎo)線在布局、布線中的特殊要求。例如,需要屏蔽的元器件和導(dǎo)線,發(fā)熱量大或?qū)囟让舾械脑骷?元器件和導(dǎo)線的工作頻率和電位高低以及工作環(huán)境溫度等。

（3）明確所設(shè)計(jì)的印制板在電子設(shè)備總體布局中的位置及其連接形式，包括機(jī)械連接和電路連接，以及板面尺寸限制和要求。

2.印制板材料、板厚、形狀和版面尺寸選定

（1）根據(jù)印制板的耐溫要求、工作頻率和電位高低選定符合要求的基板材料。

（2）結(jié)合電路的復(fù)雜程度和排線需要，確定采用單面板、雙面板還是多層印制電路板等印制板類型。

（3）印制板的形狀通常采用矩形，其長(zhǎng)、寬比例選3∶2或4∶3較好，長(zhǎng)、寬比例過大容易產(chǎn)生變形。對(duì)于采用插座、導(dǎo)軌固定的印制電路板，當(dāng)跨度過大時(shí)，必須加大板厚。

（4）印制電路板版面尺寸應(yīng)根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)需要確定。（5）印制板的板厚應(yīng)根據(jù)版面尺寸的大小和所安裝的元器件重量來決定。目前板厚已標(biāo)準(zhǔn)化，包括1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm等規(guī)格，實(shí)際使用中通常采用1.5mm和2.0mm。

版面尺寸小于200mm×150mm時(shí)，板厚可用1.5mm；版面尺寸大于200mm×150mm時(shí)，板厚應(yīng)用2.0mm。采用插座、導(dǎo)軌固定的印制板，跨度不宜過大，當(dāng)跨度超過200mm時(shí)，必須加大板厚。

3.印制板版面圖形設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)和繪制坐標(biāo)尺寸圖。

設(shè)計(jì)和繪制坐標(biāo)尺寸圖時(shí)，應(yīng)根據(jù)電路圖、元器件外形尺寸和布局、布線要求，逐級(jí)按從輸入到輸出的順序繪制。

（2）充分利用版面，保證電路要求。

首先應(yīng)從外形尺寸基本一致的多數(shù)元件中選出典型元件作為基本單元，通常選尺寸較小、數(shù)量較多的元件作為典型元件，再估算其他元器件的尺寸與典型元件的比例關(guān)系，確定板面尺寸。（3）確定元器件所占位置。若典型元件尺寸中長(zhǎng)×寬為b×d，則布局時(shí)元器件外表面的距離應(yīng)大于1.5mm，即元器件的間距應(yīng)為A≥d+1.5mm，同一元器件的兩接點(diǎn)間距離應(yīng)為L(zhǎng)≤b+(4～5)mm。

（4）確定安裝孔位置。

在布置元器件安裝孔位置時(shí)，必須保證相鄰安裝孔的孔距大于接點(diǎn)外圓直徑與導(dǎo)線間距之和，各安裝孔的圓心應(yīng)在坐標(biāo)格的交點(diǎn)上。

（5）元器件的合理布局、布線。4.2.6印制電路板的互連

電子設(shè)備或系統(tǒng)通常都會(huì)包含若干塊印制板，印制電路板之間以及印制板與其他零部件之間（如面板上的元器件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）需要進(jìn)行電氣連接。選用可靠性、工藝性與經(jīng)濟(jì)性最佳配合的連接，是設(shè)計(jì)印制板的重要內(nèi)容之一。

1.焊接方式

采用焊接方式的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、可靠、價(jià)廉，缺點(diǎn)是互換、維修不方便，批量生產(chǎn)工藝性差。在自制工裝、電路實(shí)驗(yàn)、樣機(jī)試制時(shí)常使用焊接方式，具體連接有以下四種接法：

（1）導(dǎo)線焊接。通常焊接導(dǎo)線的焊盤應(yīng)盡量安排在印制板邊緣，并采用適當(dāng)?shù)姆绞奖苊夂副P直接受力。（2）排線焊接。兩塊印制板之間采用連接排線，既可靠又不易出現(xiàn)連接錯(cuò)誤，且兩板相對(duì)位置不受限制。

（3）印制板之間直接焊接。常用于兩塊印制板之間為90°夾角的連接，連接后成為一個(gè)整體印制板部件。

（4）通過標(biāo)準(zhǔn)插針連接。通過標(biāo)準(zhǔn)插針將兩塊PCB連接，兩塊板一般平行或垂直，容易實(shí)現(xiàn)批量規(guī)模生產(chǎn)。

2.印制板插座連接方式

印制板的插座連接是在印制板邊緣做出印制插頭，與專用印制板插座相配，包括簧片式插頭插座和針孔式插頭插座，實(shí)際應(yīng)用中以插針式為主。

插座連接方式的優(yōu)點(diǎn)是互換性、維修性能良好，適宜于標(biāo)準(zhǔn)化大批量生產(chǎn)；缺點(diǎn)是印制板的造價(jià)提高，對(duì)印制板制造精度及工藝要求較高。

3.插頭插座方式

適用于印制板對(duì)外連接的插頭插座種類很多，其中常用的有以下幾種。

（1）條形連接器。

條形連接器的連接線數(shù)從兩根到十幾根不等，線間距包括2.54mm和3.96mm兩種，插座焊接到印制板上，插頭用壓接方式與導(dǎo)線連接。這種連接器通常用于印制板對(duì)外連接線數(shù)不多的場(chǎng)合，如計(jì)算機(jī)上的電源線，聲卡與CD－ROM的音頻線等。（2）矩形連接器。矩形連接器的連接線數(shù)從8根到60根不等，線間距為2.54mm，插頭采用扁平電纜壓接方式，用于連接線數(shù)較多且電流不大的場(chǎng)合，如計(jì)算機(jī)中硬盤、軟盤、光盤驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)連接，并口、串口的板間連接等。

（3）D形連接器。

D形連接器有可靠的定位和緊固，常用的線數(shù)為9、15、25、37根等幾種，用于對(duì)外移動(dòng)設(shè)備的連接，如計(jì)算機(jī)串口、并口對(duì)外連接等。

（4）圓形連接器。

圓形連接器在印制板對(duì)外連接中，主要用于一些專門部件，如計(jì)算機(jī)鍵盤，音響設(shè)備之間的連接。

此外，還有專門用于音頻、視頻及直流電源連接的接插件。

同一塊印制板上根據(jù)需要可采用一種或多種連接方式，例如計(jì)算機(jī)印制電路板上就采用了除焊接外的各種連接方式。

4.雙面印制板的兩面互連

當(dāng)雙面印制板兩面的導(dǎo)線需要互連時(shí)，可采用金屬化孔法、金屬空心鉚釘互連法和金屬導(dǎo)線穿焊法。

金屬化孔法是通過金屬化孔將印制板兩面的導(dǎo)線連通，是雙面印制板連接的典型處理方法。在孔不多的雙面互連的情況下，可采用金屬空心鉚釘互連法或金屬導(dǎo)線穿焊法。 4.3印制電路板其他設(shè)計(jì)

4.3.1印制板散熱設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)，除了應(yīng)考慮以上所述的相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容外，還必須考慮印制電路板的散熱問題，必須考慮發(fā)熱元器件、怕熱元器件及熱敏感元器件的分板、板上位置布局及布線問題。在常用元器件中，電源變壓器、功率器件、大功率電阻等都是發(fā)熱元器件，它們?cè)谟≈齐娐钒迨褂弥袑⒊蔀闊嵩?；電解電容器是典型的怕熱元件；幾乎所有半?dǎo)體器件都有不同程度的溫度敏感性。印制板散熱設(shè)計(jì)的基本原則是：印制電路板的安裝、元器件的布局必須有利于散熱，遠(yuǎn)離熱源。具體設(shè)計(jì)中可采用以下措施。

（1）熱源外置。這種方法是將發(fā)熱元器件移到機(jī)殼之外，如很多電子設(shè)備中的電源，將其中的調(diào)整管置于機(jī)外，并利用機(jī)殼中的金屬外殼進(jìn)行散熱。

（2）熱源單置。這種方法是將發(fā)熱元器件單獨(dú)設(shè)計(jì)為一個(gè)功能單元，置于機(jī)內(nèi)靠近邊緣容易散熱的位置，必要時(shí)可強(qiáng)制通風(fēng)，如臺(tái)式計(jì)算機(jī)的電源部分。（3）熱源上置。如果必須將發(fā)熱元器件和其他電路設(shè)計(jì)在同一塊印制電路板上時(shí)，根據(jù)熱空氣上升的原理，應(yīng)盡量使發(fā)熱量大的元器件等熱源設(shè)置在印制電路板的上部，有利于散熱且不易影響怕熱元器件。

（4）熱源高置。發(fā)熱元器件不宜貼板安裝，元器件與基板之間應(yīng)保留一定距離以利散熱，可避免印制板受熱過度。

（5）散熱方向。印制電路板的安裝應(yīng)優(yōu)先采用垂直方向，盡量避免水平安裝，特別應(yīng)避免裝配面朝下的水平安裝方式。發(fā)熱元件放置應(yīng)有利于散熱。（6）遠(yuǎn)離熱源。怕熱元器件及熱敏感元器件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離熱源，避開散熱通道。

（7）熱量均勻。這種方法是將發(fā)熱量大的元器件置于容易降溫之處，即將可能超過允許溫升的器件置于空氣流入口處，應(yīng)使整個(gè)電路溫度下降，熱量均勻。

（8）引導(dǎo)散熱。這種方法可添加某些與電路原理無關(guān)的零部件來進(jìn)行散熱。如采用強(qiáng)制風(fēng)冷的印制板，通過“紊流排”使靠近元器件處產(chǎn)生渦流而增強(qiáng)散熱效果。由于空氣流動(dòng)時(shí)選阻力小的路徑，因此可改變氣流，改善散熱效果。4.3.2印制板地線設(shè)計(jì)

1.地線阻抗

地線是電路中電位的參考點(diǎn)，又是電流的公共通道。地電位理論上是零電位，實(shí)際上由于導(dǎo)線阻抗的存在，地線上各處電位不都等于零。

例如：印制板上寬度為1.5mm，長(zhǎng)為50mm的地線銅箔，若銅箔厚度為0.05mm，則這段導(dǎo)線電阻為0.013Ω，若流過這段地線電流為2A，則這段地線兩端電位差為26mV，在微弱信號(hào)電路中，26mV的電位差足以影響信號(hào)的正常工作。在數(shù)十兆赫以上頻率的高頻電路中，導(dǎo)線不僅有電阻，同時(shí)還存在電感。以平均自感量為0.8μH/m計(jì)算，50mm長(zhǎng)的地線上自感為0.04μH，若電路工作頻率為60MHz，則此時(shí)感抗為16Ω，如果在這段地線上流過10mA電流，就可產(chǎn)生0.16V的干擾電壓，這一干擾電壓足以將有用信號(hào)淹沒。

由此可見，地線只要有一定的長(zhǎng)度，就不可能是一個(gè)電位處處為零的等電位體。地線不僅是必不可少的電路公共通道，同時(shí)也是產(chǎn)生干擾的一個(gè)途徑。

2.接地方式

地線接地時(shí)采用一點(diǎn)接地的方式是消除地線干擾的基本原則。例如對(duì)于差動(dòng)運(yùn)算放大電路，在放大單元上所有接地元器件應(yīng)在一個(gè)接地點(diǎn)上與地線連接。在印制板設(shè)計(jì)中，應(yīng)將這些接地元器件盡可能就近接到公共地線的一段或一個(gè)區(qū)域內(nèi)，也可以接到一個(gè)分支地線上。

設(shè)計(jì)布線時(shí)應(yīng)做如下處理：

（1）地線可采用大面積接點(diǎn)、匯流排、粗導(dǎo)線等接地，它們的電阻可忽略。

（2）板外元器件，如大功率管、電位器等元件的接地點(diǎn)應(yīng)和印制電路板上的元器件一樣采用一點(diǎn)接地。（3）一個(gè)單元電路中所接元器件較多時(shí)可采用幾個(gè)分地線，這些分地線不可與其他單元的地線連接。

（4）高頻電路不能采用分地線，而應(yīng)用大面積接地方法。

3.板內(nèi)地線布線方式

（1）并聯(lián)分路方式。

一塊印制電路板內(nèi)如果有幾個(gè)子電路或幾級(jí)電路時(shí)，各子電路或各級(jí)地線應(yīng)分別設(shè)置，并聯(lián)匯集到一點(diǎn)接地。

（2）匯流排方式。

在高速數(shù)字電路中，可采用匯流排方式布設(shè)地線，這種匯流排是由0.3～0.5mm的銅箔板鍍銀制成的，印制板上所有的IC地線都應(yīng)與匯流排接通。由于匯流排直流電阻很小，又具有條形對(duì)稱傳輸線的低阻抗特性，可以有效減小干擾，提高信號(hào)傳輸速度。（3）大面積接地。

在高頻電路中將所有能利用的面積均布設(shè)為地線。在這種布線方式中，元器件通常都采用不規(guī)則排列方式，并按信號(hào)流向依次布設(shè)，以求最短的傳輸線和最大的接地面積。

（4）一字形地線。

當(dāng)印制電路板內(nèi)電路不復(fù)雜時(shí)，可采用一字形地線，這種方式較為簡(jiǎn)單、明了，但應(yīng)注意地線必須有足夠的寬度，且同一級(jí)電路接地點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近，總接地點(diǎn)在最后一級(jí)。4.3.3印制電路板的防干擾設(shè)計(jì)

1.電磁干擾的產(chǎn)生

大型電子設(shè)備中印制電路板上的元器件較密集，設(shè)計(jì)中應(yīng)將元器件合理布局，導(dǎo)線應(yīng)規(guī)范布設(shè)。如果設(shè)計(jì)不合理，將會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，使電路性能受到影響，或使電路功能不能可靠實(shí)現(xiàn)，甚至可能使得電子設(shè)備不能正常工作。電磁干擾包括以下三種形式：

（1）平行線效應(yīng)。根據(jù)傳輸理論，平行導(dǎo)線之間存在電感效應(yīng)、電阻效應(yīng)、電導(dǎo)效應(yīng)、互感效應(yīng)和電容效應(yīng)，一根導(dǎo)線上的交變電流必然影響另一根導(dǎo)線，從而產(chǎn)生干擾。

（2）天線效應(yīng)。由無線電理論可知，一定形狀的導(dǎo)體對(duì)一定波長(zhǎng)的電磁波可實(shí)現(xiàn)發(fā)射或接收。印制板上的印制導(dǎo)線、板外連接導(dǎo)線甚至元器件引線都可能成為發(fā)射或接收干擾信號(hào)或噪聲的天線。這種天線效應(yīng)在高頻電路的印制板設(shè)計(jì)中尤其不可忽視。

（3）電磁感應(yīng)。電磁感應(yīng)主要指電路中的磁性元件形成的磁場(chǎng)對(duì)印制板產(chǎn)生的影響，如揚(yáng)聲器、電磁鐵、永磁表頭等產(chǎn)生的恒定磁場(chǎng)，以及變壓器、繼電器等產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)。

2.電磁干擾的抑制

電磁干擾無法完全避免，只能在設(shè)計(jì)中采取一定措施加以抑制。

（1）易受干擾導(dǎo)線的布設(shè)要點(diǎn)。

通常低電平、高阻抗端的導(dǎo)線容易受干擾，布設(shè)時(shí)應(yīng)注意：導(dǎo)線越短越好，原因是平行線效應(yīng)與長(zhǎng)度成正比；導(dǎo)線應(yīng)順序排列，按信號(hào)走向順序布線，切忌迂回穿插；導(dǎo)線應(yīng)遠(yuǎn)離干擾源，盡量遠(yuǎn)離電源線、高電平導(dǎo)線；實(shí)在避不開干擾源時(shí)，不能與之平行走線，可采用雙面板交叉通過或采用單面板飛線過渡。（2）避免環(huán)狀布線。

印制板上的環(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(shí)應(yīng)盡可能避免成環(huán)狀或盡量減小環(huán)形面積。

（3）反饋布線要點(diǎn)。

反饋元件和導(dǎo)線連接輸入和輸出，導(dǎo)線布設(shè)不當(dāng)容易引入干擾。對(duì)于放大電路，由于反饋導(dǎo)線越過放大器基極電阻，可能產(chǎn)生寄生耦合，影響電路工作。布設(shè)時(shí)應(yīng)將反饋元件置于中間，輸出導(dǎo)線遠(yuǎn)離前級(jí)元件，避免干擾。（4）屏蔽地線設(shè)置。

印制板內(nèi)設(shè)置屏蔽地線包括大面積屏蔽地、專置地線環(huán)和專用屏蔽線等形式。采用大面積屏蔽地時(shí)，應(yīng)注意此處地線不應(yīng)作信號(hào)地線，單純作屏蔽用；采用專置地線環(huán)避免輸入線受干擾，屏蔽地線可在單側(cè)、雙側(cè)，也可在另一層；采用屏蔽線，主要由于高頻電路中，印制導(dǎo)線分布參數(shù)對(duì)信號(hào)影響較大，且不容易阻抗匹配，因而應(yīng)使用專用屏蔽線。（5）遠(yuǎn)離磁場(chǎng)，減少耦合。

對(duì)于干擾磁場(chǎng)，首先應(yīng)設(shè)法遠(yuǎn)離；其次，布線時(shí)應(yīng)盡可能使印制導(dǎo)線方向不切割磁力線；然后，可考慮采用無引線元件以縮短導(dǎo)線，避免引線干擾。（6）濾波去耦電容設(shè)置。

為防止電磁干擾通過電源及配線傳播，常用的方法是在印制板上設(shè)置濾波去耦電容，這些電容通常在電原理圖中不反映出來。

濾波去耦電容通常包括兩類：

一類是通常在印制板直流電源入口處，在電源和地之間并聯(lián)一只大于10μF的電解電容器和一只0.1μF的陶瓷電容器。當(dāng)電源線在板內(nèi)走線長(zhǎng)度大于100mm時(shí)應(yīng)再加一組電容。特殊場(chǎng)合可再并聯(lián)一只0.01μF的電容。另一類是在集成電路電源端加0.1μF～680pF之間的陶瓷電容器，尤其多片數(shù)字電路IC更不可少。注意電容必須加在靠近IC電源端處且與該IC地線連接。電容量根據(jù)IC速度和電路的工作頻率選用。速度越快，頻率越高，電容量應(yīng)越小且須選用高頻電容。4.3.4印制電路板的防沖振設(shè)計(jì)

1.提高印制板的固有頻率

防止印制電路板受沖擊和振動(dòng)而損壞元器件的有效方法是提高印制板的固有頻率，以防止共振，因?yàn)楣舱駮r(shí)印制電路板上元器件的引線會(huì)產(chǎn)生疲勞損壞，導(dǎo)致斷裂。

試驗(yàn)表明，在正弦振動(dòng)下，印制電路板中心最大撓度只要不超過印制板跨度的3‰，印制板上元器件引線的疲勞壽命可達(dá)一千萬次，也就是說，只要控制印制板的諧振頻率，使其最大振幅不超過跨度的3‰，就可使印制電路板有足夠的抗沖振能力。

2.正確安裝元器件

正確安裝元器件可以提高印制電路板的耐沖振能力。元器件安裝時(shí)，必須做到以下三個(gè)方面:

（1）元器件軸線平行于印制電路板安裝時(shí)，元器件的外表面與印制電路板版面的距離越小越好。如果元器件下面有印制導(dǎo)線，從絕緣方面考慮，元器件可與板面離開1～2mm，也可加絕緣墊，以減小元器件在受沖振時(shí)的位移和損壞。另外，元器件的引線不能在其根部彎折，彎折點(diǎn)距元器件根部應(yīng)大于2mm。（2）元器件軸線垂直于印制電路板安裝時(shí)，應(yīng)在元器件和印制板之間加一塊絕緣性能較好的彈性墊片，這樣處理可提高元器件的裝配強(qiáng)度和耐沖振能力。

（3）對(duì)印制板上在焊接時(shí)熱敏感的元器件，不能采用引出線插到底的安裝方法，應(yīng)將引出線留長(zhǎng)一些，彎折成型后再安裝。對(duì)于既對(duì)焊接熱敏感又對(duì)沖振敏感的元器件，可采用反裝結(jié)構(gòu)或托裝結(jié)構(gòu)等特殊安裝方式，這些安裝方式既便于焊接，又能起減振緩沖作用，同時(shí)還有助于散熱。 4.4印制電路板制板工藝

4.4.1圖紙繪制

1.線路圖草圖的繪制

排版設(shè)計(jì)并不是單純地按照原理圖連接起來，而應(yīng)遵循一定的設(shè)計(jì)原則，合理地布局、布線，采取一定的抗干擾措施，使電子設(shè)備整機(jī)安裝方便，維修容易。無論是手工排版還是利用計(jì)算機(jī)布線排版，都要經(jīng)過草圖設(shè)計(jì)這一步驟。

1）原理圖分析

分析原理圖的目的是為了在設(shè)計(jì)過程中掌握更大的主動(dòng)性，分析應(yīng)達(dá)到如下目的：

（1）理解原理圖的功能、原理，找出可能的干擾源，并制定應(yīng)采取的抑制措施。

（2）熟悉原理圖中的每個(gè)元器件，掌握每個(gè)元器件的外形尺寸、封裝形式、引線方式，排列順序以及各管腳功能，確定發(fā)熱元件所要安裝的散熱片的面積，以及確定哪些元器件安裝在印制板上，哪些元器件安裝在板外。（3）確定印制板參數(shù)，根據(jù)線路的復(fù)雜程度確定印制板應(yīng)采取單面板還是雙面板，根據(jù)元器件的尺寸、元器件在印制板上的安裝方式、排列方式和印制板在整機(jī)內(nèi)的安裝方式，綜合確定印制板的尺寸及厚度等參數(shù)。

（4）確定對(duì)外連線方式，根據(jù)布置在面板、底板、側(cè)板上的元器件的位置來具體確定。

2）單面板的排版設(shè)計(jì)

印制電路板的排版設(shè)計(jì)十分靈活，在實(shí)際排版中，通常應(yīng)遵循以下原則：

（1）根據(jù)與面板、底板、側(cè)板等的連接方式，確定有關(guān)的元器件在印制板上的具體位置，然后決定其他一般元件的布局。布局應(yīng)均勻，有時(shí)為了排列美觀和減少空間，可將具有相同性質(zhì)的元器件布設(shè)在一起，由此可能會(huì)增加印制導(dǎo)線的長(zhǎng)度。

（2）元器件在板上的位置確定后，可開始布設(shè)印制導(dǎo)線，布設(shè)導(dǎo)線時(shí)，應(yīng)盡量使走線短、少、疏，關(guān)鍵應(yīng)考慮在此基礎(chǔ)上解決導(dǎo)線的交叉現(xiàn)象。在十分復(fù)雜的電路中，由于解決交叉現(xiàn)象而導(dǎo)致印制導(dǎo)線很長(zhǎng)的情況，可能產(chǎn)生干擾，可用“飛線”來解決。

3）正式排版草圖的繪制

正式排版草圖是為了制作照相底圖而必須繪制的草圖。繪制草圖的要求是：版面尺寸、焊盤位置、印制導(dǎo)線的連接與布設(shè)、板上各孔的尺寸與位置均與實(shí)際印制板相同并標(biāo)出，同時(shí)應(yīng)注明線路板的技術(shù)要求。

技術(shù)要求包括：焊盤的內(nèi)、外徑，線寬，焊盤間距及公差，板料及板厚，板的外形尺寸及公差，板面鍍層要求，板面助焊、阻焊要求等。草圖的具體繪制步驟如下：

（1）按草圖尺寸取方格紙或坐標(biāo)紙。

（2）畫出版面輪廓尺寸，留出版面各工藝孔的位置和圖紙技術(shù)要求說明的空間。

（3）用鉛筆畫出元器件外形輪廓，小型元件可不畫輪廓，但應(yīng)做到心中有數(shù)。

（4）標(biāo)出焊盤的位置，勾畫印制導(dǎo)線。

（5）復(fù)核無誤后，擦掉外形輪廓，用繪圖筆重描焊點(diǎn)及印制導(dǎo)線。

（6）標(biāo)明焊盤尺寸、線寬，注明印制板的技術(shù)要求。

（7）標(biāo)明草圖比例。圖的比例可根據(jù)印制板圖形密度與精度按1∶1、2∶1、4∶1等比例選取。

4）雙面板排版草圖的設(shè)計(jì)與繪制

雙面板排版與單面板設(shè)計(jì)繪制過程相同，但還應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

（1）元器件布設(shè)在一面，主要印制導(dǎo)線布設(shè)在另一面，兩面印制導(dǎo)線應(yīng)盡量避免平行布設(shè)，力求相互垂直，以減少干擾。

（2）兩面印制導(dǎo)線最好繪制在兩面，如在一面繪制，應(yīng)雙色繪制，注明對(duì)應(yīng)層顏色。

（3）兩面的焊盤應(yīng)嚴(yán)格對(duì)應(yīng)，可通過用針扎孔法將一面焊盤中心引到另一面。

（4）在繪制元件面導(dǎo)線時(shí)，注意避讓元件外殼、屏蔽罩等。

（5）兩面彼此連接的印制線，需用金屬化孔實(shí)現(xiàn)。

2.照相底圖的繪制

照相底圖是用來進(jìn)行照相制版的比例精確的圖紙，也叫黑白圖，它是根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的布線草圖繪制而成的。制作一塊標(biāo)準(zhǔn)印制板，一般需繪制三種照相底圖：導(dǎo)電圖形底圖、印制板表面阻焊層底圖、標(biāo)志印制板上所裝元器件的位置及名稱等文字符號(hào)的底圖。對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、元件較少的印制板或元器件有規(guī)則排列的印制板，有時(shí)可將文字符號(hào)底圖與導(dǎo)電圖形合并，與導(dǎo)電圖一起蝕刻在印制板上，或者干脆省略文字符號(hào)底圖。

1）繪制照相底圖的要求

（1）一般應(yīng)繪制成與布線草圖相同的照相底圖，對(duì)要求高的場(chǎng)合，可適當(dāng)放大比例。

（2）印制焊盤、導(dǎo)線均應(yīng)按草圖標(biāo)志尺寸繪制。

（3）應(yīng)做到版面清潔，焊盤、導(dǎo)線光滑，無毛刺，同時(shí)應(yīng)保證足夠的安全間隙。

（4）應(yīng)注明印制板的技術(shù)要求。

2）繪制照相底圖的方法

（1）手工繪制。用黑筆在白銅板紙上繪制照相底圖，方法簡(jiǎn)單，繪制靈活，缺點(diǎn)是導(dǎo)線寬度不均勻，效率較低。一般用于新產(chǎn)品研制及小批量生產(chǎn)或修理有缺陷的底圖。

（2）手工貼圖。利用專用的圖形符號(hào)和膠帶，在貼圖紙或聚酯薄膜上，依據(jù)布線草圖貼出印制板的照相底圖。（3）底圖的計(jì)算機(jī)繪制。利用計(jì)算機(jī)對(duì)印制電路進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，是目前印制電路板底圖設(shè)計(jì)的主要方法，利用計(jì)算機(jī)繪制底圖，不僅可以使底圖更整潔、標(biāo)準(zhǔn)，而且能夠解決手工布線時(shí)印制導(dǎo)線不能過細(xì)和間隙較窄等問題，同時(shí)可徹底解決雙面焊盤嚴(yán)格一一對(duì)應(yīng)的問題，并且通過繪圖儀可很方便地將黑白圖繪制出來，還可通過磁盤對(duì)印制底圖作永久性的保存。

印制底圖的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件包括早期的Smartwork軟件包、Tango軟件包，以及目前較為流行的Protel軟件包、ORCAD軟件包等。（4）光繪。

使用計(jì)算機(jī)和光繪儀，直接繪制出原版底圖，光繪的精確度較高，但設(shè)備價(jià)格較貴。

除線路圖外，還有其他幾種印制板加工圖。根據(jù)印制板的種類和加工要求，繪制時(shí)可以包括一種、兩種或全部圖紙。

3.機(jī)械加工圖

外形尺寸及定位要求高的印制板應(yīng)繪制單獨(dú)的機(jī)械加工圖，標(biāo)明印制板的外形尺寸，孔位、孔徑及形位公差，使用材料，工藝要求以及其他說明。

繪制機(jī)械加工圖時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）機(jī)械加工圖應(yīng)嚴(yán)格按機(jī)械圖的標(biāo)準(zhǔn)要求繪制，尺寸公差應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）機(jī)械加工圖通常采用和導(dǎo)電圖形相同的比例，如果采用其他比例則需明確標(biāo)出。

4.字符標(biāo)記圖

為了裝配和維修方便，常將元器件標(biāo)記、圖形或字符印制到印制板上，其原圖稱為字符標(biāo)記圖，因?yàn)槌２捎媒z印的方法，所以也稱絲印圖。

絲印圖中的字符、圖形沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，手工繪制時(shí)可按習(xí)慣繪制，采用CAD軟件繪制時(shí)，元件庫中的元器件均包含絲印圖形和字符，可通過制版照相或光繪獲得底片。

絲印圖的比例。繪圖要求與線路圖相同，絲印圖可印在元件面上，也可兩面都印。

5.阻焊圖

采用機(jī)器焊接印制電路板時(shí)，為防止焊錫使無需焊接的區(qū)域橋接而在印制板焊點(diǎn)以外的區(qū)域印制一層阻止錫焊的涂層（絕緣耐錫焊涂料）或干膜，這種印制底圖稱為阻焊圖，由印制板上與全部焊點(diǎn)形狀對(duì)應(yīng)，略大于焊盤的圖形構(gòu)成。

阻焊圖可手工繪制，采用CAD軟件繪制時(shí)可生成標(biāo)準(zhǔn)阻焊圖，獲得底片的方式與線路圖一致。

6.印制板加工技術(shù)要求

設(shè)計(jì)者將圖紙或設(shè)計(jì)圖備份交給制版廠家時(shí)，需提供附加技術(shù)說明，一般通稱技術(shù)要求。技術(shù)要求通常寫在加工圖上，對(duì)于簡(jiǎn)單圖也可直接寫到線路圖或加工合同中。

技術(shù)要求必須包括外形尺寸及誤差、板材、板厚、圖紙比例、孔徑及誤差、鍍層要求、涂層（助焊劑和阻焊層）要求等。4.4.2印制電路板制作工藝

隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，特別是微電子工業(yè)的發(fā)展，集成電路的應(yīng)用日益廣泛，隨之而來的是對(duì)印制板制造工藝和精度提出的更高要求。目前國內(nèi)不少廠家都可制造線寬在0.2～0.3mm的高密度印制板。

印制板的制造工藝隨印制板的類型和要求的不同而不同，但所有工藝流程都包括以下的幾個(gè)基本環(huán)節(jié)。

1）繪制照相底圖

照相底圖的繪制是廠家進(jìn)行印制板生產(chǎn)的第一道工序，即為設(shè)計(jì)者的底圖進(jìn)行檢查、修改，以保證加工質(zhì)量。目前底圖通常應(yīng)用計(jì)算機(jī)繪制，將繪制好的底圖拷貝在軟盤或光盤上，廠家可通過繪圖儀直接將底圖繪出。

2）照相制板

用繪好的底圖照相制版，版面尺寸可通過調(diào)整相機(jī)焦距準(zhǔn)確達(dá)到印制板尺寸要求，相版要求反差大、無砂眼。制版過程與普通照像大體相同。相版干燥后需修版，對(duì)相版上的砂眼進(jìn)行修補(bǔ)，對(duì)不要的部分要用小刀刮掉。

雙面板的照相版應(yīng)保證正面和反面兩次照相的焦距一致，確保兩面圖形尺寸的吻合。

3）圖形轉(zhuǎn)移

圖形轉(zhuǎn)移是把照相底版上的印制電路圖形轉(zhuǎn)移到敷銅板上，轉(zhuǎn)移方法包括絲網(wǎng)轉(zhuǎn)移和光化學(xué)法等。

（1）絲網(wǎng)漏印。

絲網(wǎng)漏印是一種古老的工藝，但由于具有操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于印制板制造中。該法在工藝、材料、設(shè)備上都有突破，能印制出0.2mm的導(dǎo)線，但精度比光化學(xué)法差，要求工人具有熟練的操作技術(shù)。絲網(wǎng)漏印技術(shù)包括絲網(wǎng)的準(zhǔn)備，絲網(wǎng)圖形的制作和漏印三部分。（2）直接感光法。

光化學(xué)法之一是直接感光法，包括敷銅板表面的處理、上膠、曝光、顯影、固膜和修版的順序過程。

上膠過程指敷銅板表面均勻涂上一層感光膠；曝光的目的是使光線透過的地方感光膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；而顯影的結(jié)果是使未感光膠溶解、脫落，留下感光部分；固膜是為了使感光膠牢固地黏連在印制板上并烘干。（3）光敏干膜法。

光化學(xué)法之二是光敏干膜法，與直接感光法的主要區(qū)別在于感光材料。感光材料是一種薄膜類物質(zhì)，由聚酯薄膜、感光膠膜、聚乙烯薄膜三層材料組成，感光膠膜夾在中間。

貼膜前，將聚乙烯保護(hù)膜揭掉，使感光膠膜貼于覆銅板上，曝光后，將聚酯薄膜揭掉后再進(jìn)行顯影，其余過程與直接感光法類似。

4）蝕刻

蝕刻俗稱爛板，是制造印制電路板的必不可少的重要工藝步驟。它利用化學(xué)方法去除敷銅板上不需要的銅箔，留下焊盤、印制導(dǎo)線及符號(hào)等。

常用的蝕刻溶液有三氯化鐵、酸性氯化銅、堿性氯化銅、硫酸－過氧化氫（過氧化氫硫酸蝕刻液）等。三氯化鐵蝕刻液適用于絲網(wǎng)漏印油墨抗蝕劑和液體感光膠抗蝕層印制板的蝕刻。用其蝕刻的特點(diǎn)是工藝穩(wěn)定，操作方便，價(jià)格便宜。但是由于它再生困難，污染嚴(yán)重，廢水處理困難而正在被淘汰，只適合在實(shí)驗(yàn)室中少量加工。影響三氯化鐵蝕刻時(shí)間的因素有濃度和溫度、溶銅量（銅在蝕刻液中溶入的量）、鹽酸的加入量以及適當(dāng)?shù)臄嚢璺绞健?/p>

酸性氯化銅代替三氯化鐵蝕刻液，具有可回收、再生方法簡(jiǎn)單、減少污染、操作方便等特點(diǎn)。酸性氯化銅蝕刻液的配方一般除氯化銅外還提供氯離子的成分：氯化鈉、鹽酸和氯化銨。影響氯化銅蝕刻程度的因素包括氯離子的濃度、溶液中銅的含量以及溶液溫度等。堿性氯化銅適用于金、鎳、鉛－錫合金等電鍍層作抗蝕涂層的印制板蝕刻，具有蝕刻速度快、容易控制、維護(hù)方便（通過補(bǔ)充氨水或氨氣維持pH值）以及成本低等特點(diǎn)，它的蝕刻度受銅離子的濃度、氨水濃度以及溫度等因素的影響。

硫酸－過氧化氫是一種新的蝕刻液，具有蝕刻速度快、溶銅量大、銅的回收方便、無須廢水處理等特點(diǎn)。影響蝕刻的因素包括過氧化氫的濃度、硫酸和銅離子的濃度、穩(wěn)定劑（使溶液穩(wěn)定，蝕刻速率均勻一致）、催化劑（Ag+、Hg+、Pd2+等）和溫度等。

蝕刻的方式主要包括浸入式、泡沫式、潑濺式和噴淋式等，分別適用于不同的蝕刻液蝕刻，目前工業(yè)生產(chǎn)中用得最多的是噴淋式蝕刻。

5）孔金屬化

孔金屬化是雙面板和多層板的孔與孔、孔與導(dǎo)線之間導(dǎo)通的最可靠方法，是印制板質(zhì)量好壞的關(guān)鍵，是將銅沉積在貫通兩面導(dǎo)線或焊盤的孔壁上，使原來非金屬的孔壁金屬化。

孔金屬化的過程包括鉆孔、孔壁處理、化學(xué)沉銅和電鍍銅加厚等環(huán)節(jié)。

孔壁處理的目的主要是使孔壁上沉淀一層作為化學(xué)沉銅的結(jié)晶核心的催化劑金屬；化學(xué)沉銅的目的主要是使印制板表面和孔壁產(chǎn)生一薄層附著力差的導(dǎo)電銅層；最后的電鍍銅使孔壁加厚并附著牢固。

6）金屬涂覆

為提高印制板電路的導(dǎo)電性、可焊性、耐磨性、裝飾性，延長(zhǎng)其使用壽命，提高其電氣可靠性，可在印制板的銅箔上涂覆一層金屬，鍍層材料包括金、銀、錫、鉛錫合金等。

涂覆的方法包括電鍍和化學(xué)鍍覆兩種。

電鍍法可使鍍層致密、牢固、厚度均勻可控，但設(shè)備復(fù)雜、成本高，通常用于要求高的印制板和鍍層，如插頭部分鍍金等?；瘜W(xué)鍍覆設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、成本低，但鍍層厚度有限，牢固性差，通常只適用于改善可焊性的表面涂敷。

目前大部分金屬涂覆都是采用浸錫和涂鍍鉛錫合金的方法來改善可焊性，它具有可焊性好、抗腐蝕能力強(qiáng)、長(zhǎng)時(shí)間放置不變色等優(yōu)點(diǎn)。

7）涂覆助焊劑與阻焊劑

印制板經(jīng)表面金屬涂覆后，根據(jù)不同的需要可進(jìn)行助焊劑和阻焊劑的涂覆處理。涂助焊劑的目的，既可起保護(hù)鍍層不被氧化的作用，又可提高可焊性。為了保護(hù)板面，確保焊接的正確性，在一定的要求下可在板面上加阻焊劑，但必須使焊盤裸露。

8）制作字符圖

印制板加工除上述七個(gè)基本環(huán)節(jié)外，還有其他加工工藝，可根據(jù)實(shí)際情況添加，如為了裝焊方便，可在元件裝配面印上文字標(biāo)記、元件序號(hào)等。4.4.3印制板的生產(chǎn)工藝

印制板的生產(chǎn)過程都需上述環(huán)節(jié)，但不同的印制板具有不同的工藝流程。

1.單面板生產(chǎn)流程

單面板的生產(chǎn)流程包括敷銅板下料、表面去油處理、上膠、曝光、顯影、固膜、修版、蝕刻、去保護(hù)膜、鉆孔、成型、表面涂敷、助焊劑、阻焊劑、檢驗(yàn)。

單面板工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量易于保證，但在焊接之前，還應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)。

2.雙面板生產(chǎn)流程

雙面板與單面板生產(chǎn)的主要區(qū)別是增加了孔金屬化工藝。

由于孔金屬化工藝的多樣性，導(dǎo)致雙面板制作工藝的多樣性，但總體上可概括為先電鍍后腐蝕和先腐蝕后電鍍兩類。電鍍的方法包括板面電鍍法、圖形電鍍法、反鍍漆膜法。先腐蝕的方法包括堵孔法和漆膜法。

采用較為先進(jìn)的圖形電鍍法工藝流程的生產(chǎn)過程包括下料、鉆孔、化學(xué)沉銅、電鍍銅加厚（不到預(yù)定厚度時(shí)）、貼干膜、圖形轉(zhuǎn)移（曝光、顯影）、二次電鍍加厚、鍍鉛錫合金、去保護(hù)膜、腐蝕、鍍金（插頭部分）、成型、熱熔、印制阻焊劑及文字符號(hào)、檢驗(yàn)。

3.多層板的生產(chǎn)流程

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模集成電路的應(yīng)用日趨廣泛，為適應(yīng)一些特殊應(yīng)用場(chǎng)合的需要，導(dǎo)彈、遙測(cè)系統(tǒng)、航天、航空、通信設(shè)備、高速計(jì)算機(jī)、微小型化計(jì)算機(jī)等產(chǎn)品對(duì)印制電路不斷提出新的要求，多層印制電路得到了推廣。

多層印制電路板也稱多層板，是由三層以上相互連接的導(dǎo)電圖形層，層間用絕緣材料相隔，經(jīng)黏合后形成的印制電路板。多層印制板的生產(chǎn)過程比較復(fù)雜，各層精度要求高，其步驟包括設(shè)計(jì)、相版、制作內(nèi)層導(dǎo)線圖形及去膜、化學(xué)處理內(nèi)層圖形、層壓、鉆孔、孔金屬化、印制外層抗蝕圖形（貼膜）、外層圖形電鍍鉛錫合金、去抗蝕膜蝕刻外層圖形、插頭退鉛錫合金并鍍金、熱熔鉛錫合金、外形加工、測(cè)試、印阻焊劑與文字符號(hào)、成品。

4.手工制作印制版

在電子設(shè)備或系統(tǒng)的試制階段或?qū)W生進(jìn)行課程設(shè)計(jì)或畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)常需要手工制作印刷電路板，因此必須掌握手工自制印制板的方法。

手工制作包括漆圖法、貼圖法、銅箔黏貼法。

常用的貼圖法的制作過程包括下料、拓圖、貼圖、腐蝕、揭膜、清潔、打孔以及涂助焊劑。（1）下料。按實(shí)際要求的設(shè)計(jì)尺寸剪裁敷銅板，去除敷銅板四周的毛刺，并使敷銅板表面清潔。

（2）拓圖。將設(shè)計(jì)好的印制板布線草圖通過專用打印紙和儀器設(shè)備（也可用復(fù)寫紙）拓在干凈的敷銅板銅箔面上，拓圖時(shí)應(yīng)注意草圖的正反面。印制導(dǎo)線用單線表示，焊盤用小圓點(diǎn)表示。

拓雙面板時(shí)，板與草圖至少有三個(gè)以上定位孔（孔間距要大），以保證兩面焊盤孔的吻合適度。（3）貼圖。用透明膠帶紙覆蓋住銅箔面，用刻刀和尺子去除拓圖后留在銅箔面的圖形以外的膠帶紙，注意留下導(dǎo)線寬度以及焊盤大小，防止焊盤過小而在鉆孔時(shí)使焊盤位置消失，同時(shí)壓緊留下的膠帶紙。

（4）腐蝕。腐蝕液通常用三氯化鐵水溶液，濃度控制為30%～40%，溫度應(yīng)適當(dāng)，以加快腐蝕速度，并用排筆輕輕刷掃，以防止腐蝕下的銅層覆蓋未腐蝕層而降低反應(yīng)速度。待完全腐蝕后，必須用清水清洗干凈。

（5）揭膜。印制電路板腐蝕后，將留在印制導(dǎo)線和焊盤上的膠帶紙揭去。（6）清潔。用細(xì)砂紙打磨印制導(dǎo)線和焊盤，使膠帶紙上的黏合層被完全消除掉，露出銅的光亮本色。

（7）打孔。在焊盤、穿孔處打孔，鉆孔前，應(yīng)先在焊盤中心打樣沖眼以確定焊盤孔位，用電鉆鉆孔時(shí)鉆頭速度和鉆頭進(jìn)刀應(yīng)恰當(dāng)選取，以免使銅箔產(chǎn)生毛刺或使銅箔剝落。

為了保證打孔位置的準(zhǔn)確，可用視頻鉆打孔，因視頻鉆可將打孔部位放大。操作時(shí)，將印制板放在視頻鉆攝像探頭下，探頭對(duì)準(zhǔn)需打孔的位置，使屏幕上顯示的打孔位置中心與屏幕的中心位置重合，按下開關(guān)進(jìn)行打孔。

（8）涂助焊劑。用已配好的松香酒精溶液作為助焊劑，對(duì)印制導(dǎo)線和焊盤進(jìn)行涂覆。助焊劑可使板面得到保護(hù)，并可提高可焊性。4.4.4印制電路板的檢驗(yàn)

1.外觀檢驗(yàn)

外觀檢驗(yàn)簡(jiǎn)單易行，借助直尺、卡尺、放大鏡等簡(jiǎn)單的工具，對(duì)要求不高的印制板可以進(jìn)行質(zhì)量把關(guān)。外觀檢驗(yàn)主要包括以下幾方面內(nèi)容：

（1）外形尺寸與厚度，特別是檢驗(yàn)與插座、導(dǎo)軌配合的尺寸是否在要求的范圍內(nèi)。

（2）導(dǎo)電圖形的完整和清晰，有無短路和斷路、毛刺等。

（3）表面有無凹痕、劃傷、針孔以及表面粗糙現(xiàn)象。

（4）焊盤孔及其他孔的位置及孔徑有無漏打或打偏現(xiàn)象。

（5）鍍層平整光亮，無凸起、缺損現(xiàn)象。

（6）阻焊劑應(yīng)均勻牢固，位置準(zhǔn)確，助焊劑也應(yīng)均勻。

（7）板面平直無明顯翹曲，翹曲度過大應(yīng)進(jìn)行矯正。

（8）字符標(biāo)記清晰、干凈，無滲透、劃傷、斷線。

2.連通性檢驗(yàn)

可使用萬用表對(duì)導(dǎo)電圖形的連通性能進(jìn)行檢測(cè)，重點(diǎn)檢驗(yàn)雙面板的金屬化孔和多層板的連通性能。批量生產(chǎn)中應(yīng)配專門工裝和儀器。

3.絕緣性能

檢測(cè)同一層不同導(dǎo)線之間或不同層導(dǎo)線之間的絕緣電阻，以確認(rèn)印制板的絕緣性能。檢測(cè)時(shí)應(yīng)在一定溫度和濕度下按印制板標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行。

4.可焊性

檢驗(yàn)焊料對(duì)導(dǎo)電圖形的潤濕性能，用潤濕、半潤濕和不潤濕表示。

潤濕表示焊料在導(dǎo)線或焊盤上能充分漫流，形成黏附性連接；半潤濕是指焊料潤濕焊盤表面后，因潤濕不佳而造成焊料回縮，在基底金屬上留下一層薄焊料層；不潤濕是指焊盤表面不能黏附焊料的情況。

5.鍍層附著力

檢驗(yàn)鍍層附著力可采用膠帶試驗(yàn)法。將質(zhì)量好的透明膠帶黏到要測(cè)試的鍍層上，按壓均勻后快速掀起膠帶一端扯下，鍍層無脫落為合格。

此外還有銅箔抗剝強(qiáng)度、鍍層成分、金屬化孔抗拉強(qiáng)度等多種指標(biāo)，應(yīng)根據(jù)印制板的要求選擇檢測(cè)內(nèi)容。

4.5印制電路板制作新技術(shù)

4.5.1印制電路板CAD

電子技術(shù)的發(fā)展使得電子產(chǎn)品印制電路板的設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用越來越緊密。計(jì)算機(jī)技術(shù)在飛速發(fā)展，硬件速度的提高和功能的增強(qiáng)，以及軟件的日益龐大并向智能化方向發(fā)展，使得印制板CAD向著功能更強(qiáng)、智能化程度更高、更能發(fā)揮計(jì)算機(jī)資源的方向發(fā)展。

一方面由于采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）可以減輕設(shè)計(jì)強(qiáng)度，提高效率；另一方面因?yàn)殡娮赢a(chǎn)品趨向微型化、智能化、復(fù)雜化，產(chǎn)品的市場(chǎng)壽命越來越短，唯有采用CAD才能滿足日益精密和快速的要求。

1.CAD與EDA比較

采用CAD設(shè)計(jì)印制電路板的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：可以提高設(shè)計(jì)精度和質(zhì)量，有利于生產(chǎn)自動(dòng)化；可以縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；易于修改、保存；設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可直接提供給生產(chǎn)、測(cè)試、質(zhì)量控制使用；可對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行電路正確性檢查及性能分析。

由計(jì)算機(jī)自動(dòng)布設(shè)的印制板，特別是在模擬電路及特殊要求的電路中，其合理性和質(zhì)量不盡如人意。計(jì)算機(jī)只能接受操作者輸入的設(shè)計(jì)信息，依靠計(jì)算機(jī)的速度和存儲(chǔ)記憶，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬、檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)處理，必須有人為干預(yù)，才能使得印制板設(shè)計(jì)較為完善。速度更快、儲(chǔ)量更大的硬件平臺(tái)和更加完善的軟件平臺(tái)支持，在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域代替CAD的EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）技術(shù)正在發(fā)揮著重要作用。

與印制板CAD相比，EDA的自動(dòng)化、智能化程度更高，功能更完善，人機(jī)界面更友好；EDA的開放性和數(shù)據(jù)交換性也較好。EDA可以將不同廠商的相關(guān)產(chǎn)品集成在一起，構(gòu)成設(shè)計(jì)、模擬、驗(yàn)證、布局、布線直到生產(chǎn)加工等一整套產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)系統(tǒng)；EDA直接面向設(shè)計(jì)對(duì)象，貼近實(shí)踐。EDA不是一種簡(jiǎn)單的工具，而是一種綜合的產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，將最大限度保證產(chǎn)品的性能、可靠性和工藝性。

2.CAD設(shè)計(jì)軟件Protel的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

國內(nèi)CAD市場(chǎng)的PCB軟件，除了早期的Smartwork、Tango和目前應(yīng)用較多的Protel軟件外，還有AutoBoard、PCAD、OrCAD、RedBoardRedlog、EEDeigner和AutoRoute等。軟