第六章_印制電路板設計與制作

1、第第6 6章章 印刷電路板的設計與制作印刷電路板的設計與制作 6.1 6.1 覆銅板覆銅板 一、覆銅板的作用與分類一、覆銅板的作用與分類 1. 1.按基板材料分：按基板材料分： 紙基板覆銅板：紙基板覆銅板：價格低廉、但性能較差，主要用于低頻和民價格低廉、但性能較差，主要用于低頻和民用產品中。用產品中。 玻璃布板覆銅板、合成纖維覆銅板：玻璃布板覆銅板、合成纖維覆銅板：價格較貴，但性能較好，價格較貴，但性能較好，主要用在高頻和軍用產品中。主要用在高頻和軍用產品中。 2. 2.按黏劑樹脂分：按黏劑樹脂分： 酚醛覆銅板、環(huán)氧覆銅板、聚酯覆銅板、聚四氟乙烯覆銅板、酚醛覆銅板、環(huán)氧覆銅板、聚酯覆銅板、聚四

2、氟乙烯覆銅板、聚釀亞胺覆銅板等。聚釀亞胺覆銅板等。 當頻率高于數(shù)百兆赫時，必須用介電常數(shù)和介質損耗小的材料當頻率高于數(shù)百兆赫時，必須用介電常數(shù)和介質損耗小的材料（如聚四氟乙烯和高頻陶瓷）做基板（如聚四氟乙烯和高頻陶瓷）做基板。 3. 3.按結構分：按結構分： 單面覆銅板單面覆銅板：絕緣基板的一面覆有銅箔的覆銅板。：絕緣基板的一面覆有銅箔的覆銅板。 主要用在電性能要求不高的電子設備（如收音機、電視機、常主要用在電性能要求不高的電子設備（如收音機、電視機、常規(guī)電子儀表等）上做印制電路板用。規(guī)電子儀表等）上做印制電路板用。 雙面覆銅板雙面覆銅板：絕緣基板的兩面覆有銅箔的覆銅板。：絕緣基板的兩面覆有銅

3、箔的覆銅板。 主要用于布線密度較高的電子設備（如電子計算機、電子交主要用于布線密度較高的電子設備（如電子計算機、電子交換機等）上座印制電路板用。換機等）上座印制電路板用。 軟性覆銅板軟性覆銅板：用柔性材料為基材與銅箔熱壓而成。：用柔性材料為基材與銅箔熱壓而成。 有單層、雙層和多層幾種，該覆銅板魚油課折疊、彎曲、卷有單層、雙層和多層幾種，該覆銅板魚油課折疊、彎曲、卷繞成螺旋形的優(yōu)點，由軟性覆銅板制作的印制電路板可以端接、繞成螺旋形的優(yōu)點，由軟性覆銅板制作的印制電路板可以端接、排列到任意規(guī)定的位置，是電子產品的內部空間得到充分利用。排列到任意規(guī)定的位置，是電子產品的內部空間得到充分利用。 廣泛應用

4、與通信設備、電子計算機、自動化儀器、導彈和汽廣泛應用與通信設備、電子計算機、自動化儀器、導彈和汽車儀表燈電子產品的印制電路板的制作上。車儀表燈電子產品的印制電路板的制作上。 二、常用覆銅板及其選用二、常用覆銅板及其選用 1. 1.紙銅箔板紙銅箔板 特點特點：價格低廉，但機械強度低、不耐高溫、阻燃性差、抗：價格低廉，但機械強度低、不耐高溫、阻燃性差、抗?jié)裥阅懿畹?。濕性能差等?主要用在低頻和中、低檔的民用產品中（如收音機等）的印主要用在低頻和中、低檔的民用產品中（如收音機等）的印制電路板。制電路板。 2. 2.布銅箔板布銅箔板 特點特點：質輕、電氣和機械性能良好、加工方便等，但價格較高。：質輕、

5、電氣和機械性能良好、加工方便等，但價格較高。 主要用在工作溫度較高、工作頻率較高的無線電設備中作印制主要用在工作溫度較高、工作頻率較高的無線電設備中作印制電路板電路板 3. 3.聚四氟乙烯覆銅板聚四氟乙烯覆銅板 特點特點：耐溫范圍寬，絕緣性能好，耐腐蝕等，但價格高，主：耐溫范圍寬，絕緣性能好，耐腐蝕等，但價格高，主要用在高頻和超高頻線路中作印制電路板，如航空航天和軍工產要用在高頻和超高頻線路中作印制電路板，如航空航天和軍工產品中。品中。 4. 4.聚苯乙烯覆銅箔板聚苯乙烯覆銅箔板 用膠黏劑將聚苯乙烯板和銅箔粘接而成的覆銅箔板，主要用膠黏劑將聚苯乙烯板和銅箔粘接而成的覆銅箔板，主要用作高頻和超高

6、頻印制線路板和印制元件，如微波爐中的定向耦用作高頻和超高頻印制線路板和印制元件，如微波爐中的定向耦合器等。合器等。 6.2 6.2 印制電路板的設計印制電路板的設計 印制電路板的設計，是根據(jù)設計人員的意圖，將電原理圖轉換成印制板圖、確定加工技術要求的過程。 印制電路板簡稱印制電路板簡稱PCBPCB板板，是由絕緣底板、連接導線和裝配，是由絕緣底板、連接導線和裝配焊接電子元器件的焊盤組成，具有導電線路和絕緣底板的雙焊接電子元器件的焊盤組成，具有導電線路和絕緣底板的雙重作用，是電子產品的核心部件。重作用，是電子產品的核心部件。 1 1印制電路板可以實現(xiàn)電路中各個元器件的印制電路板可以實現(xiàn)電路中各個元

7、器件的電氣連接電氣連接，代替復雜的布線，減少接線工作量和連線的差錯，簡化了裝代替復雜的布線，減少接線工作量和連線的差錯，簡化了裝配、焊接和調試的工作，降低了產品成本，提高了勞動生產配、焊接和調試的工作，降低了產品成本，提高了勞動生產率。率。 2 2布線密度高，縮小了整機體積，有利于電子產品的小布線密度高，縮小了整機體積，有利于電子產品的小型化。型化。 3 3印制電路板具有良好的產品一致性，可以采用標準印制電路板具有良好的產品一致性，可以采用標準化設計，有利于提高電子產品的質量和可靠性，有利于實化設計，有利于提高電子產品的質量和可靠性，有利于實現(xiàn)機械化和自動化生產。現(xiàn)機械化和自動化生產。 4 4

8、可以使整塊經(jīng)過裝配調試的印制電路板作為一個備可以使整塊經(jīng)過裝配調試的印制電路板作為一個備件，便于電子整機產品的互換與維修。件，便于電子整機產品的互換與維修。 二、印制電路板設計的主要內容二、印制電路板設計的主要內容 印制電路板的設計包括電路設計和封裝設計（即印制導線設計）兩部分。設計的過程應根據(jù)電子產品的電原理圖及電子產品的技術性能指標來進行。 主要設計內容包括： 1.熟悉原理圖中的每個元器件，掌握每個元器件外形尺寸、封裝形式、引線方式、管腳排列順序、各管腳功能及其形狀等，由此確定哪些原件需安裝散熱片，散熱面積需多大；哪些元件裝在板上，哪些在板外；哪些元件需要加固等。 2.找到線路中可能產生電

9、磁干擾的干擾源，以及易受外界干擾的敏感元件，確定排除干擾的措施。 3.根據(jù)電氣性能和機械性能，布設導線和組件，確定元器件的安裝方式、位置和尺寸，確定印制導線的寬度、間距和焊盤的直徑、孔距等。 4.確定印制電路板的尺寸、形狀、材料、種類及外部連接和安裝方法。 對于主要由分立元件組成的不太復雜的電路，可采用單面板設計； 對于集成電路較多的較復雜的電路，因器件引線間距小，引腳數(shù)目多，單面布設印制線不交叉又十分困難，因而可采用雙面板設計。 5.印制電路板的封裝設計 （1）決定印制板的尺寸、形狀、材料外部連接和安裝方法。 （2）布設導線和組件，確定印制導線的寬度、間距和焊盤的直徑和孔徑。 （3）制作照相

10、底圖三、電子元器件布局、排列的原則與方法三、電子元器件布局、排列的原則與方法 1 1元器件布局的原則元器件布局的原則 印制電路板上元件的排列稱為布局。印制電路板的設計是根據(jù)電路原理圖及元器件的特點，研究各元器件的布局排列，確定它們在印制電路板上的最佳位置。 應遵循以下原則： （1）應保證電路性能指標的實現(xiàn) 對于高頻電路：元器件布局時解決的主要問題是減小分布參數(shù)的影響；布局不當，將會使分布電容、接線電感、接地電阻等分布參數(shù)增大，直接改變高頻電路的參數(shù)，從而影響電路基本指標的實現(xiàn)。 在高增益放大電路中，尤其是多級放大器中，元器件布局不合理，可能引起輸出對輸入或后級對前級的寄生反饋，容易造成信號失真

11、、電路工作不穩(wěn)定，甚至產生自激，破壞電路的正常工作。 在脈沖電路中，傳輸、放大的信號時陡峭的窄脈沖，其上升沿或下降沿的時間很短，諧波成分比較豐富，如果元器件布局不當，就會使脈沖信號在傳輸中產生波形畸變，前后沿變壞，電路達不到規(guī)定的要求。 無論什么電路，所使用的元器件，特別是半導體器件，對溫度會非常敏感，因而元器件布局應采取有利機內散熱和防熱的措施，以保證電路性能指標不受溫度的影響。 元器件的布局應使電磁場的影響減小到最低限度。所以元器件布局時，應采取屏蔽、隔離等措施，避免電路之間形成干擾，并防止外來干擾，以保證電路正常穩(wěn)定工作。 （2）應有利于布線，方便于布線。 元器件布設的位置，直接決定著布

12、線長度和敷設路徑；布線長度和走線方向不合理，會增加分布參數(shù)和產生寄生耦合，使電子產品的高頻性能變差，干擾增加；而且不合理的走線還會給裝接、調試、維修等工作帶來麻煩。 （3）應滿足結構工藝的要求 電子設備的組裝要求結構緊湊，外觀性好、重量平衡、防震、耐震等。 （4）應有利于設備的 裝配、調試和維修 （5）應根據(jù)電子產品的工作環(huán)境等因素來合理布局。 溫度較高的場合發(fā)熱元件之間要留有足夠的空間散熱，必要時安裝風扇散熱；濕度較大的場合要考慮選用密封性好的元器件，并采取除濕措施，干燥時要注意采取防靜電感應措施。 2.元器件排列的方法及要求 （1）按電路組成順序成直線排列方法 根據(jù)主要信號的放大、變換的傳

13、遞順序按級成直線布置，電子管電路、晶體管電路及以集成電路為中心的電路都是如此。 優(yōu)點： 電路結構清楚，便于布設、檢查，也便于各級電路的屏蔽或隔離。 輸出級與輸入級相距甚遠，使級間寄生反饋減小。 前后級之間銜接較好，可使連接線最短，減小電路的分布參數(shù)。 （2）按電路性能及特點的排列方法 對對高頻電路高頻電路組件，由于信號頻率高，相互之間容易產生干組件，由于信號頻率高，相互之間容易產生干擾和輻射，排列時應注意組件之間的距離越小越好，引線要短擾和輻射，排列時應注意組件之間的距離越小越好，引線要短而直，可相互交叉，但不能平行排列。而直，可相互交叉，但不能平行排列。 對推對推挽電路、橋式電路挽電路、橋式

14、電路等對稱性電路組件的排列，應注意等對稱性電路組件的排列，應注意組件布設位置和走線的對稱性，使對稱組件的分布參數(shù)也盡可組件布設位置和走線的對稱性，使對稱組件的分布參數(shù)也盡可能一致。能一致。 電路中，電路中，高電位的組高電位的組件應排列在橫軸方向上，件應排列在橫軸方向上，低電位的組低電位的組件件應排列在縱軸方向上，可使地電流集中在縱軸附近，以免竄應排列在縱軸方向上，可使地電流集中在縱軸附近，以免竄流，減少高電位組件對低電位組件的干擾。流，減少高電位組件對低電位組件的干擾。 如果遇到如果遇到干擾電路干擾電路靠近放大電路的輸入端，在布設時又無靠近放大電路的輸入端，在布設時又無法拉開兩者的距離時，可改

15、變相鄰的兩個組件的相對位置，以法拉開兩者的距離時，可改變相鄰的兩個組件的相對位置，以減小脈動及噪聲干擾。減小脈動及噪聲干擾。 為了防止通過公共電源饋線系統(tǒng)對各級電路形成干擾，常為了防止通過公共電源饋線系統(tǒng)對各級電路形成干擾，常用去耦電路，在布設去耦組件時，應注意將它們放在有關電路用去耦電路，在布設去耦組件時，應注意將它們放在有關電路的電源進線處，使去耦電路能有效的起退耦作用，不讓本級信的電源進線處，使去耦電路能有效的起退耦作用，不讓本級信號通過電源線泄露出去，因此要將每一級電路的去耦電容和電號通過電源線泄露出去，因此要將每一級電路的去耦電容和電阻緊靠在一起，并且電容應就近接地。阻緊靠在一起，并

16、且電容應就近接地。 （3）按元器件的特點及特殊要求合理排列。）按元器件的特點及特殊要求合理排列。 敏感組件敏感組件的排列要注意遠離敏感區(qū)。如熱敏組件不要靠近的排列要注意遠離敏感區(qū)。如熱敏組件不要靠近發(fā)熱組件，光敏組件要注意光源的位置。發(fā)熱組件，光敏組件要注意光源的位置。 磁場較強的組件磁場較強的組件，在放置時應注意其周圍應有適當?shù)目臻g，在放置時應注意其周圍應有適當?shù)目臻g或采取屏蔽措施，以減小對臨近電路的影響。它們之間應注意或采取屏蔽措施，以減小對臨近電路的影響。它們之間應注意放置的角度，一般應相互垂直或稱某一角度放置，不應平行安放置的角度，一般應相互垂直或稱某一角度放置，不應平行安放，以免相互

17、影響。放，以免相互影響。 高壓器件或導線高壓器件或導線，在排列時要注意和其他元器件保持適當，在排列時要注意和其他元器件保持適當?shù)木嚯x，防止擊穿與打火。的距離，防止擊穿與打火。 需要散熱的元器件需要散熱的元器件，要裝在散熱器上或裝在作為散熱器的機，要裝在散熱器上或裝在作為散熱器的機器底板上，且排列時注意有利于這些元器件的通風散熱，并遠器底板上，且排列時注意有利于這些元器件的通風散熱，并遠離熱敏感元器件（二極管、三極管等）。離熱敏感元器件（二極管、三極管等）。 （4）從結構工藝上考慮元器件的排列方法）從結構工藝上考慮元器件的排列方法 為防止印制板組裝后的翹曲變形，元器件的排列要盡量為防止印制板組裝

18、后的翹曲變形，元器件的排列要盡量對稱，重量平衡，重心盡量靠板子的中心或下部，采用大板子對稱，重量平衡，重心盡量靠板子的中心或下部，采用大板子組裝時，還應考慮在板子上使用加強筋。組裝時，還應考慮在板子上使用加強筋。 組件在板子上排列應整齊，不應隨便傾斜放置，軸向引組件在板子上排列應整齊，不應隨便傾斜放置，軸向引出線的組件一般采用臥式跨接，使重心降低，有利于保證自動出線的組件一般采用臥式跨接，使重心降低，有利于保證自動焊接時的質量。焊接時的質量。 對于組裝密度大，電氣上有特殊要求的電路，可采用立對于組裝密度大，電氣上有特殊要求的電路，可采用立式跨接。同尺寸的元器件或尺寸相差很小的元器件的插裝孔距式

19、跨接。同尺寸的元器件或尺寸相差很小的元器件的插裝孔距應盡量統(tǒng)一，便于組件引線的折彎和插裝機械化。應盡量統(tǒng)一，便于組件引線的折彎和插裝機械化。 在組件排列時，組件外殼或引線至印制板的邊緣距離不得在組件排列時，組件外殼或引線至印制板的邊緣距離不得小于小于2mm。在一排組件或部件中，兩相鄰組件外殼之間的距離。在一排組件或部件中，兩相鄰組件外殼之間的距離應根據(jù)工作電壓來選擇，但不得小于應根據(jù)工作電壓來選擇，但不得小于1mm。機械固定用的墊圈。機械固定用的墊圈等零件與印制導線之間的距離不得小于等零件與印制導線之間的距離不得小于2mm。 對于可調組件或需要更換頻繁的元器件，應放在機器便對于可調組件或需要更

20、換頻繁的元器件，應放在機器便于打開，容易接觸或觀察的地方，利于調整與維修。于打開，容易接觸或觀察的地方，利于調整與維修。 對于比較重的組件，在板上要用支架或固定夾進行裝卡，對于比較重的組件，在板上要用支架或固定夾進行裝卡，以免組件引線承受多大的盈利。以免組件引線承受多大的盈利。 若印制板不能承載的組件，應在板外用金屬托架安裝，若印制板不能承載的組件，應在板外用金屬托架安裝，并注意固定及防振。并注意固定及防振。四、印制板的設計步驟和方法四、印制板的設計步驟和方法1.1.選定印制板基板的選材選定印制板基板的選材2.2.印制電路板上元器件排列的設計印制電路板上元器件排列的設計3.3.印制電路板上地線

21、的設計印制電路板上地線的設計4.4.輸入輸出端的設計輸入輸出端的設計5.5.排版聯(lián)線圖的設計排版聯(lián)線圖的設計 四、印制板的設計步驟和方法四、印制板的設計步驟和方法 1. 1.選定印制板基板的選材選定印制板基板的選材 （1 1）材料的選擇。印制板的材料選擇必須考慮到電氣和機械）材料的選擇。印制板的材料選擇必須考慮到電氣和機械特性。特性。 （2 2）厚度的確定。主要是考慮印制板上裝有的所有元器件重）厚度的確定。主要是考慮印制板上裝有的所有元器件重量的承受能力和使用中承受的機械負荷能力。量的承受能力和使用中承受的機械負荷能力。 （3 3）形狀和尺寸。從裝配工藝角度考慮兩個方面問題：）形狀和尺寸。從裝

22、配工藝角度考慮兩個方面問題： 一：便于自動化安裝；一：便于自動化安裝； 另：便于將印制板組裝成不同規(guī)格的產品，且安裝方便、固另：便于將印制板組裝成不同規(guī)格的產品，且安裝方便、固定可靠。定可靠。 2.2.印制電路板上元器件排列的設計印制電路板上元器件排列的設計 不規(guī)則排列、坐標排列和坐標格排列三種方式。不規(guī)則排列、坐標排列和坐標格排列三種方式。 （1 1）不規(guī)則排列。主要用在高頻電路）不規(guī)則排列。主要用在高頻電路 特點：可以減少印制導線的長度，減少分布電容和接線電特點：可以減少印制導線的長度，減少分布電容和接線電感，減少高頻干擾，使電路工作穩(wěn)定。感，減少高頻干擾，使電路工作穩(wěn)定。元器件的不規(guī)則排

23、列 （2 2）坐標排列。）坐標排列。 元器件的軸向和印制電路板的四邊平行或垂直排列元器件的軸向和印制電路板的四邊平行或垂直排列 特點：外觀整齊美觀，但僅適用于頻率低于特點：外觀整齊美觀，但僅適用于頻率低于30MH30MHZ Z的電路的電路元器件的坐標排列 （3 3）坐標格排列。）坐標格排列。 元器件的軸向必須與印制電路板的四邊平行或垂直放置，元器件的軸向必須與印制電路板的四邊平行或垂直放置，元器件安裝孔的圓心必須放置在坐標格的交點上。元器件安裝孔的圓心必須放置在坐標格的交點上。 優(yōu)點：元器件排列整齊美觀，維修時尋找元器件和測試點優(yōu)點：元器件排列整齊美觀，維修時尋找元器件和測試點方便，印制電路板

24、加工時孔位易于對其，也便于自動化生產。方便，印制電路板加工時孔位易于對其，也便于自動化生產。元器件的坐標格排列 3.3.印制電路板上地線的設計印制電路板上地線的設計 要設計統(tǒng)一的電源線及底線，原則是：要設計統(tǒng)一的電源線及底線，原則是： （1 1）一般將公共地線布置在印制電路板的邊緣，便于印制電）一般將公共地線布置在印制電路板的邊緣，便于印制電路板安裝在機殼上，也便于與機殼連接。電路中導線與電路板的路板安裝在機殼上，也便于與機殼連接。電路中導線與電路板的邊緣留有一定的距離，便于機械加工，有利于提高電路的絕緣性邊緣留有一定的距離，便于機械加工，有利于提高電路的絕緣性能。能。 （2 2）設計高頻電路

25、時，為減小引線電感和接地阻抗，地線應）設計高頻電路時，為減小引線電感和接地阻抗，地線應有足夠的寬度，否則，放大器的電性能易下降，電路也容易產生有足夠的寬度，否則，放大器的電性能易下降，電路也容易產生自激振蕩。自激振蕩。 （3 3）印制電路板上每級電路的地線，在許多情況下可設計）印制電路板上每級電路的地線，在許多情況下可設計成自封閉回路，可保證每級電路的高頻地電流主要在本級回路中成自封閉回路，可保證每級電路的高頻地電流主要在本級回路中流通，而不流過其他級，可減小級間地電流的耦合。流通，而不流過其他級，可減小級間地電流的耦合。 同時，由于電路四周都圍有地線，便于接地元器件就近接地，同時，由于電路四

26、周都圍有地線，便于接地元器件就近接地，減小了引線電感。減小了引線電感。 但，在外界有強磁場的情況下，地線不能接成回路，以避免但，在外界有強磁場的情況下，地線不能接成回路，以避免封閉地線組成的線圈產生電磁感應而影響電路的電性能。封閉地線組成的線圈產生電磁感應而影響電路的電性能。 4. 4.輸入輸出端的設計輸入輸出端的設計 （1 1）輸入、輸出端應盡量按信號流程順序排列，使信號便于）輸入、輸出端應盡量按信號流程順序排列，使信號便于流通，并可減小導線之間的寄生干擾。流通，并可減小導線之間的寄生干擾。 （2 2）輸入、輸出端應盡可能的遠離，在可能的情況下最好用）輸入、輸出端應盡可能的遠離，在可能的情況

27、下最好用地線隔離開，可減小輸入、輸出端信號的相互干擾。地線隔離開，可減小輸入、輸出端信號的相互干擾。 5. 5.排版聯(lián)線圖的設計排版聯(lián)線圖的設計 用簡單線表示印制導線的走向和元器件的連接關系的圖樣。用簡單線表示印制導線的走向和元器件的連接關系的圖樣。（a）電原理圖 （b）排版連線圖當電路比較簡單時，可不畫排版連線圖。當電路比較簡單時，可不畫排版連線圖。（a）制版電路原理圖（b）正確的制版方向 （c）錯誤的制版方向 由原理圖到印制版圖的排版方向集成電路的排版方向 五、印制電路板的計算機輔助設計五、印制電路板的計算機輔助設計 目前，印制電路板的設計大多利用計算機輔助設計CAD軟件進行。 使用計算機

28、輔助設計的特點是：設計速度快，布線均勻、美觀，既能保證設計質量，又可以大大節(jié)省設計和繪圖的時間。 1CAD的操作步驟和特點 （1）在計算機輔助設計軟件上畫出電路原理圖。 （2）向計算機輸入印制板布線結構的參數(shù)。 （3）計算機執(zhí)行布線設計命令，完成印制電路板的設計。 （4）審查走線的合理性，修改不合理之處。 （5）將定稿的設計存盤，可通過繪圖機按所需比例直接繪制黑白底圖,也可以生成GER格式文件，供光學繪圖機制作曝光使用的膠片,或者使用激光印字機輸出到塑料膜片上，直接代替照相底版。 2幾種常用的印制電路板計算機輔助設計軟件 SMARTW0RK TANGO PROTEL 六、電子元器件選用的基本原則 1.元器件選用依據(jù)：電原理圖上表明的規(guī)格、型號、參數(shù)進行選用，特殊情況可適當選擇和調整元器件的部分參數(shù)，但盡量要接近原來的設計要求，保持電子產品的性能指標。 2.元器件選用的原則 （1）滿足產品功能和技術指標的前提下，盡量減少元器件的數(shù)量和品種，使電路盡可能簡單，以利于裝接調試。 （2）為確保產品質量，所選用的元器件必須經(jīng)過高溫儲存及通電老化篩選后