印制电路板设计与制作Word格式文档下载.docx
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先将基板上敷满铜箔，然后用化学或机械方式除去不需要的部分。
又分蚀刻法和雕刻法。
a.蚀刻法----采用化学腐蚀办法除去不需要的铜箔。
这是主要的制造方法。
b.雕刻法----用机械加工方法除去不需要的铜箔。
这在单件试制或业余条件下可快速制出印制板。
加成法:
在绝缘基板上用某种方式敷设所需的印制电路图形，敷设印制电路有丝印电镀法、粘贴法等。
印制板是电子工业重要的电子部件之一，在电子设备中有如下功能：
a.提供分离元件、集成电路等各种元器件固定、装配的机械支撑。
b.实现分离元件、集成电路等各种元器件之间的布线和电气连接或电绝缘，提供c所要求的电气特性及特性阻抗等。
c.为自动锡焊提供方便，为元器件插装、检查、维修提供认别字符和图形。
2．印制电路板的设计要求
正确这是印制板设计基本而重要的要求，准确实现电原理图的连接关系，避免实现电原理图的连接关系，避免出现
“短路”和“断路”这两个简单而致命的错误。
这一基本要求在手工设计和用简单CAD软件设计的PCB中并不容易做到，一般较复杂的产品都要经过两轮以上试制修改，功能较强的CAD软件则有检验功能，可以保证电气连接的正确性。
经济这是必须达到的目标。
板材选价低，板子尺寸尽量小，连接用直焊导线，表面涂覆用最便宜的，选择价格最低的加工厂等，印制板制造价格就会下降。
但不要忘记这些廉价的选择可能造成工艺性，可靠性变差，是制造费用、维修费用上升，总体经济性不一定合算，故不易做到。
必须则是市场竞争的原因。
竞争是无情的，一个原理先进，技术高新的产品可能因为经济性的原因夭折。
可靠这是印制板设计中较高一层的要求。
连接正确的电路板不一定可靠性好，例如板材选材选择不合理，板厚及安装固定不正确，元器件布局布线不当等都可能导致PCB不能可靠地工作，早期失效甚至根本不能正确工作。
再如多层板和单、双面板相比，设计时要容易得多，但就可靠性而言却不如单、双面板。
从可靠性的角度讲，结构越简单，使用元件越小，板子层数越少，可靠性越高。
合理这是印制板设计中更深一层，更不容易达到的要求。
一个印制板组件，从印制板的制造、检验、装配、调试到整机装配、调试，直到使用维修，无不与印制板设计的合理与否息息相关，例如板子形状选得不好加工困难，引线孔太小装配困难，没留下测试点调试困难，板外连接选择不当维修困难等等。
每一种困难都可能导致成本增加，工时延长，而每一个造成困难的原因都原于设计者的失误。
没有绝对合理的设计，只有不断合理化的过程。
特需要设计者的责任心和严谨的作风，以及实践中不断总结、提高的经验。
上述四条既相互矛盾又相辅相成，不同用途，不同要求的产品侧重点不同。
事关国家安全、防灾救急、上天入海的产品，可靠性第一。
民用低价值产品，经济性首当其冲。
具体产品具体对待，综合考虑以求最好，是对设计者综合能力的要求。
3.1.2印制电路板设计前的准备
印制板电路板设计质量不仅关系到元器件在焊接装配、调试中是否方便，而且直接影响整机的技术性能。
印制板的设计要力求达到设计正确、可靠、合理、经济。
设计中需掌握一些基本设计原则和技巧，设计中具有很大的灵活性和离散性，同一张原理图，不同的设计者会有不同的设计方案。
印制电路板设计的主要内容是排版设计，但排版设计之前必须考虑敷铜板板材、规格、尺寸、形状、对外连接方式等内容，以上工作即称为排版设计前的准备工作。
1．板材的确定
这里说的板材是指敷铜板。
敷铜板就是把一定厚度的铜箔通过粘接剂热压在一定厚度的绝缘基板上。
铜箔敷在基板的一面的称单面板，敷在基板两面的称双面板。
敷铜板板材通常按增强材料、粘合剂或板材特性分类。
若以增强材料来区分，可分为有机纤维材料的纸质和无机纤维材料的玻璃布、玻璃毡等类；
若以粘合剂来区分，可分为酚醛、环氧、聚四氟乙烯、聚酰亚胺等类；
若以板材特性来区分，可分为刚性和挠性两类。
铜箔的厚度系列为18、25、35、50、70、105，单位：
μm，误差不大于±
5μm，一般最常用的为35μm、50μm。
不同的电子设备，对敷铜板的板材要求也不同，否则，会影响电子设备的质量。
下面介绍几种国内常用的几种敷铜板，供设计时选用。
（1）敷铜箔酚醛纸层压板用于一般电子设备中。
价格低廉、易吸水，在恶劣环境下不宜使用。
（2）敷铜箔酚醛玻璃布层压板用于温度、频率较高的电子及电器设备中。
价格适中，可达到满意的电性能和机械性能要求。
（3）敷铜箔环氧玻璃布层压板是孔金属化印制板常用的材料。
具有较好的冲剪、钻孔性能，且基板透明度好，是电气性能和机械性能较好的材料，但价格较高。
（4）敷铜箔聚四氟乙烯层压板具有良好的抗热性和电能性，用于耐高温、耐高压的电子设备中。
2．印制板形状、尺寸、板厚的确定
印制板形状、尺寸通常与整机外形、整机的内部结构及印制板上元器件的数量及尺寸等诸多因素有关。
板上元器件的排列要考虑机械结构上的间距，还要考虑电气性能的要求。
在确定板的净面积后，还应向外扩出5mm-10mm（单边），以便印制板在机内的固定安装。
同时，还要考虑成本，工艺方面的其他要求。
印制板的标称厚度有0.2mm、0.3mm、0.5mm、0.7mm、0.8mm、1.5mm、1.6mm、2.4mm、3.2mm、6.4mm等多种。
在考虑板厚时，要考虑下列因素：
当印制板对外连接采用直接式插座连接，则必须考虑插座间隙，板厚一般选1.5mm，过厚则插不进，过薄会引起接触不良；
对非插入式的印制板，要考虑安装在板上元器件的体积与重量等因素，以避免因挠度而引起电气方面的影响；
多层板的场合可选用厚度为0.2mm、0.3mm、0.5mm等的敷铜板。
3.1.3印制板对外连接方式的选择
通常印制板只是整机的一个组成部分，故存在印制板的对外连接问题，如印制板之间，印制板与板外元器件、印制板与面板之间等都需要相互连接。
选择连接方式要根据整机的结构考虑，总的原则是连接可靠，安装、调试、维修方便。
选择时，可根据不同特点灵活掌握。
1．导线焊接方式这是一种简单、廉价、可靠的连接方式，不需要任何插件，只需将导线与印制板板上对应的对外连接点与板外元器件或其他部件直接焊牢即可。
如收音机中的喇叭、电池盒，电子设备中的旋钮电位器、开关等。
这种方式优点是成本低，可靠性高，可避免因接触不良造成的故障，缺点是维修不够方便。
本方式一般只适用于对外导线连接较少的场合，如收音机、电视机、小型电子设备中。
采用导线焊接方式应注意以下几点。
a.印制板的对外焊接点尽可能引在板的边缘，并按一定尺寸排列，以利于焊接维修，避免因整机内部乱线而导致整机可靠性降低。
b.为提高导线与板上焊点的机械强度，引线应通过印制板上的穿线孔，再从线路板元件面穿过，焊接在焊盘上，以免将焊盘或印制板导线拽掉。
c.将导线排列或捆扎整齐，通过线卡或其它紧固件将线与板固定，避免导线因移动而折断。
d.同一电气性质的导线最好用同一种颜色的导线，以便与维修。
如电源导线采用红色，地导线采用黑色等。
2．插接件连接在较复杂的仪器设备中，经常采用插接件的连接方式。
如电子计算机扩展槽与功能板的连接，大型电子设备中各功能模块与插槽的连接等。
这种连接方式对复杂产品的批量生产提供了质量保证，并提高了极为方便的调试、维修条件，但因触点多，所以可靠性差。
在一台大型设备中，常用十几块甚至几十块印制板，在设备出现故障时，维修人员不必去寻找线路板上损坏的元件立即进行更换，而只需判断出出现故障的印制板，将其用备用件替换掉，从而缩短排除故障时间，提高设备的利用效率，是很有效的。
印制板上插座接触部分的外形尺寸、印制导线宽度，应符合插座的尺寸规定，要保证插头与插座完全匹配接触。
典型的印制板插头如图3.1所示。
图中的几个主要尺寸与公差，可根据所选的插座尺寸与公差来确定。
图3.1典型的印制板插头
3.1.4印制板电路的排版设计
1．安装方式
元器件在印制板上的固定方式分为卧式和立式两种，如图3.2（a）（b）所示。
图3.2元器件安装方式
立式固定占用面积小，适合于要求排列紧凑密集的产品。
采用立式固定的元件体积，要求小型、轻巧，过大、过重会由于机械强度差，易倒伏，造成元器件间的碰撞，而降低整机可靠性。
卧式固定卧式固定与立式相比，具有机械稳定性好、排列整齐等特点，但占用面积较大。
大型元器件的固定对于体积大、质量重的大型元器件一般最好不要安装在印制板上，因这些元器件不仅占据了印制板的大量面积和空间，而且在固定这些元器件时，往往使印制板变形而造成一些不良影响。
对必须安装在板上的大型元件，焊装时应采取固定措施，否则长期震动引线极易折断。
2．元器件的排列格式
元器件在印制板上的排列格式可分为不规则和规则两种。
选用时可根据电路实际情况灵活掌握。
（1）不规则情排列元器件轴线方向彼此不一致，在板上的排列顺序也无一定规则。
这种排列方式一般元件以立式固定为主，此种方式下看起来杂乱无章，但印制导线布设方便，印制导线短而少，可减少线路板的分布参数，抑制干扰，特别对消除高频干扰有利。
（2）规则排列元器件轴线方向一致，并与板的四边垂直或平行，一般元器件卧式固定以规则排列为主，此方式排列规范，整齐美观，便于安装、调试、维修，但布线时受方向、位置的限制而变得复杂些。
这种排列方式常用于板面宽松，元器件种类少、数量多的低频电路中。
3．元器件布置原则
元器件布设决定了板面的整齐美观程度和印制导线的长度，也在一定程度上影响着整机的可靠性，布设中应遵循以下原则：
（1）元器件在整个板面疏密一致，布设均匀。
（2）元件安装高度尽量矮，以提高稳定性和防止相邻元件碰撞。
（3）元器件不要占满板面，四周留边，便于安装固定。
（4）元器件布设在板的一面，每个引脚单独占用一个焊盘。
（5）元器件的布设不可上下交叉，相邻元器件保持一定间距，并留出安全电压间隙220V/mm。
（6）根据在整机中安装状态确定元器件轴向位置，为提高元器件在板上稳定性，使元器件轴向
在整机内处于竖立状态。
（7）元件两端跨距应稍大于元件轴向尺寸，弯脚对应留出距离，防止齐根弯曲损坏器件。
3.1.5焊盘及印制导线
1．焊盘的尺寸
焊盘的尺寸与钻孔孔径、最小孔环宽度等因素有关。
为保证焊盘上基板连接的可靠性，应尽量增大焊盘尺寸，但同时还要考虑布线密度。
一般对于双列直插式集成电路的焊盘尺寸为Φ1.5mm-Φ1.6mm,相邻的焊盘之间可穿过0.3mm～0.4mm宽的印制导线。
一般焊盘的环宽不小于0.3mm，焊盘的尺寸不小于Φ1.3mm。
实际焊盘的大小一般以推荐来选用。
2．焊盘的种类
焊盘的种类有圆形、椭圆形、岛形、方形、长方形、泪滴形、多边形等，如图3.3所示。
对下面常用焊盘作简要介绍：
圆形焊盘该焊盘与穿线孔为一同心圆。
外径一般为2～3倍孔径。
孔径大于引线0.2mm～0.3mm。
设计时，若板尺寸允许，焊盘尽量大，以免焊盘在焊接过程中脱落。
而且，同一块板上，一般焊盘尺寸取一致，不仅美观，而且加工工艺方便，除非某些特殊场合。
圆形焊盘使用最多，尤其在排列规则和双面板设计中。
（d）椭圆形（e）泪滴形（f）开口（g）矩形（h）多边形（i）异形孔
图3.3焊盘图形
岛形焊盘各岛形焊盘之间的连线合为一体，犹如水上小岛，故称岛形焊盘，常用在元件不规则排列中，可在一定程度上起抑制干扰的作用，并能提高焊盘与印制导线的抗剥程度。
其他各种形状的焊盘，在焊盘设计时可根据实际情况作些灵活的修改。
3．焊盘孔位和孔径的确定
焊盘孔位一般必须在印制电路网络线的交点位置上。
焊盘孔径由元器件引线截面尺寸所决定。
孔径与元器件引线间的间隙，非金属化孔可小些，孔径大于引线0.15mm左右，金属化孔径间隙还要考虑孔壁的平均厚度因素，一般取0.2mm左右。
4．印制导线的走向和形状
印制导线由于本身可能承受附加的机械应力，以及局部高电压引起的放电作用，因此，尽可能避免出现尖角或锐角拐弯，一般推荐选用和避免采用的印制导线形状如图3.4所示。
图3.4印制导线形状
印制导线的宽度还要考虑承受电流、蚀刻过程中的侧蚀、板上的抗剥强度、以及与焊盘的协调等因素，一般安装密度不大的印制板，导线宽度不小于0.5mm为宜，手工制作时不小于0.8mm。
对于电源线和接地线，由于载流量大的缘故，一般取1.5mm～2mm。
在一些对电路要求高的场合，导线宽度还得作适当的调整。
印制导线间的距离考虑安全间隙电压为220V/mm，最小间隙不要小于0.3mm，否则会可能引起相邻导线间的电压击穿或飞弧。
在板面允许的情况下，印制导线宽度与间隙一般不小于1mm。
印制导线宽度与最大允许工作电流关系见表表3.1，印制导线间距与最大允许工作电压见表3.2。
表3.1印制导线宽度与最大允许工作电流
导线宽度（mm）
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
导线面积（mm2）
0.05
0.075
0.1
0.125
0.15
0.175
0.2
导线电流（A）
表3.2印制导线间距与最大允许工作电压
导线间距（mm）
0.5
工作电压（V）
100
200
300
500
700
印制板上大面积铜箔应镂空成栅状，导线宽度超过3mm时中间留槽，以利于印制板的涂覆铅锡及波峰焊（图3.5）。
另外为增加焊盘抗剥强度，可设置工艺线（图3.6）。
图3.5铜箔上的镂空和留槽图3.6印制板上的工艺线
3.1.6印制电路板散热设计的考虑
设计印制电路板，必须考虑发热元器件，怕热元器件及热敏感元器件的分板，板上位置及布线问题。
常用元器件中，电源变压器、功率器件、大功率电阻等都是发热元器件（以下均称热源），电解电容是典型怕热元件，几乎所有半导体器件都有不同程度温度敏感性，印制板热设计基本原则是：
有利散热，远离热源。
具体设计中可采用以下措施：
1．热源外置将发热元器件移到机壳之外，直流稳压电源的调整管通常置于机外，并利用机壳（金属外壳）散热。
2．热源单置将发热元器件单独设计为一个功能单元，置于机内靠近边缘容易散热的位置，必要时强制通风，如台式计算机的电源部分就是这样。
3．热源上置必须将发热元器件和其他电路设计在一块板上时，尽量使热源设置在印制板的上部，如有利于散热且不易影响怕热元器件。
4．热源高置发热元件不宜贴板安装。
留一定距离散热并避免印制板受热过度。
5．散热方向发热元件放置，要有利于散热。
6．远离热源怕热元件及敏感元器件尽量远离热源，躲开散热通道。
7．热量均匀将发热量大的元器件至于容易降温之处，即将可能超过允许温升的器件置于空气流入口外，LSI较SSI功耗大，超温则故障率高。
放的位置，易使整个电路高温下降，热量均匀。
8．引导散热为散热添加某些与电路原理无关的零部件。
在采用强制风冷的印刷板上，使其产生涡流而增强了散热效果。
因此人为设置改变气流使人为添加了“紊流排”使靠近元件处产生了涡流而增强散热效果。
3.1.7印制电路板中的干扰及抑制
干扰现象在整机调试和工作中经常出现，其原因是多方面的，除外界因素造成干扰外，印制板布置不合理，元器件安装位置不当等都可能造成。
这些干扰，在排版设计中应事先重视，则完全可以避免，否则，严重的会引起设计失败。
今对印制板上常见的几种干扰及其抑制办法作简单的介绍。
1．热干扰及抑制
由于发热元件的影响而造成温度敏感器件的工作特性变化以致整个电路电性能发生变化而产生的干扰。
布设时，要找出发热元件与温度敏感元件，使热元处于较好的散热状态，使热元尽量不安装在印制板上，在必须安排在印制板上时，要配制足够的散热片，防止温度过高对周围元件产生热传导或辐射。
2．电源干扰抑制
电子仪器的供电绝大多数是由于交流市电通过将压，整流，稳压后获得。
电源的质量好坏直接影响政绩的技术指标。
而电源的质量出原理本身外，工艺布线和印制板设计不合理，都会产生干扰，特别是交流电源的干扰。
直流电源的布线不合理，也会引起干扰。
布线时，电流线不要走平行大环形线；
电源线与信号线不要太近，并避免平行。
3．底线的共阻抗干扰及抑制
几乎所有电路都存在一个自身的接地点，电路中接地点在电位的概念中表示零电位，其他电位均相对于这一点而言。
在印制板上的地线也不能保证是零电位，而往往存在一定值，虽然电位可能很小，但由于电路的放大作用，可能产生较大的干扰。
这类干扰的主要原因在于两个或两个以上的回路共用一段地线所造成的。
为克服地线共阻抗干扰，应尽量避免不同回路电流同时流经某一段共用地线，特别是高频和大电流回路中。
在印制电路的地线布设中，首先考虑各级的内部接地，同级电路的几个接地点要尽量集中，称为一点接地，避免其他回路的交流信号窜入本级或本级中的交流信号窜入其他回路。
同级电路中的接地处理好后，要布好整个印制板上的地线，防止各级之间的干扰，下面介绍几种接地方式。
并联分路式将印制板上的几个部分地线分别通过各自地线汇总到线路的总接地点。
在实际设计中，印制电路的公共地线一般设在印制板的边缘，并较一般导线宽，各级电路就近并联接地。
但如周围有强磁场，公共地线不能构成封闭回路，以免引起电磁感应。
大面积覆盖接地在高频电路中，可采用扩大印制板的地线面积来减少地线中的感抗，同时，可对电场干扰起屏蔽作用。
地线的分线在一块印制板上，如布设模拟地线和数字地线，则两种地线要分开，供电也要分开，以抑制相互干扰。
4．磁场干扰及对策
印制板的特点是元器件安装紧凑，连接紧密，但如设计不当，会给整机带来分布参数造成干扰，元器件相互之间的磁场干扰等。
分布参数造成干扰主要由于印制导线间的寄生耦合的等效电感和电容。
布设时，对不同回路的信号线尽量避免平行，双面板上的两面印制线尽量做到不平行布设。
在必要的的场合下，可通过采用屏蔽的方法来减少干扰。
元器件间的磁场干扰主要是由于扬声器、电磁铁、永磁式仪表、变压器、继电器等产生的恒磁场和交变磁场，对周围元件，印制导线产生干扰。
布设时，尽量减少磁力线对印制导线的切割，两磁性元件相互垂直以减少相互耦合，对干扰源进行屏蔽。
3.1.8印制电路板图的绘制
排版设计不是单纯地按照原理图联结起来，而是采取一定的抗干扰措施，遵循一定的设计原则，合理的布局，达到整机安装方便，维修容易。
因此，无论是手工排版还是利用计算机布线，都要经过草图设计这一步骤。
但计算机布线，下述步骤可根据个人的实际情况作一些灵活的调整。
1．分析原理图
分析原理图的目的，是为了在设计过程中掌握更大的主动性，且要达到如下目的。
（1）熟悉原理图的功能原理，找出可能引起干扰的干扰源，并作出采取抑制的措施。
（2）熟悉原理图中的每个元器件，掌握每个元器件的外形尺寸、封装形式、引线方式、排列顺
序、各管脚功能，确定发热元件所安装散热片的面积，以及确定哪些元件在板上，哪些在板外。
（3）确定印制板参数，根据线路的复杂程度来确定印制板到底应采取单面还是双面，根据元件
尺寸、元件在板上安装方式、排列方式和印制板在整机内的安装方式综合确定印制板的尺寸以及厚度等参数。
（4）确定对外连接方式，根据布置在面板、底板、侧板上的元器件的位置来具体确定。
2．单面板的排版设计
排版设计是个具有十分灵活性的工作，但在实际排版中，一般遵循以下原则：
（1）根据与面板、底板、侧板等的联接方式，确定与之有关的元器件在印制板上的具体位置，然后决定其他一般元件的布局，布局要均匀，有时为了排列美观和减少空间，将具有相同性质的元件布设在一起，由此可能会增加印制导线长度。
（2）元器件在纸上位置被安放后，开始布置印制导线，布设导线时，要尽量使走线短、少、疏。
在此基础上还要解决原理图中存在的交叉现象，依据原理图画出单线不交叉图如图3.7所示。
在复杂的电路中，由于解决交叉现象而导致印制导线变得很长的情况下而可能产生干扰时，可用“飞线”来解决。
“飞线“即在印制导线的交叉处切断一根，从板的元件面用一短接线连接。
但“飞线”过多，会影响印制板的质量，应尽量少用。
图3.7单线不交叉图
要注意，一个令人满意的排版设计常常经多次调整元件位置和方向，多次调整印制导线的布线情况而得到的。
3．正式排版草图的绘制
这是为了制作照相底图而必须绘做一张草图。
图的要求：
版面尺寸，焊盘位置，印制导线的连接与布设，板上各孔的尺寸与位置均与实际板相同并标出，同时应注明线路板的技术要求。
图的比例可根据印制板图形密度与精度按1：
1、2：
1、4：
1等不同比例。
如图3.8所示为单面印制板图的绘制步骤：
图3.8印制电路板图的手工绘制过程
（1）按草图尺寸取方格纸或坐标纸。
（2）画出版面轮廓尺寸，留出版面各工艺孔空间，而且还留出图纸技术要求说明空间。
（3）用铅笔画出元器件外形轮廓，小型元件可不画轮廓，但做到心中有数。
（4）标出焊盘位置，勾勒印制导线。
（5）复核无误后，擦掉外形轮廓，用绘图笔重描焊点及印制导线。
（6）标明焊盘尺寸、线宽，注明印制板技术要求。
技术要求包括：
焊盘的内、外径；
线宽；
焊盘间距及公差；
板料及板厚；
板的外形尺寸及公差；
板面镀层要求；
板面助焊、阻焊要求等。
4．双面印制板图的绘制
在电子设备中，双面印制电路板应用较为广泛，它的两面都有线，可以比较充分地利用板上空间。
绘制印制电路板图时，除于上述单面板设计绘制过程相同外，还应考以下几点。
元器件布在一面，主要印制导线布在另一面，两面印制导线尽量避免平行布设，力求相互垂直，以减少干扰。
两面印制导线最好分布在两面，如在一面绘制，则用双色区别，并注明对应层颜色。
两面焊盘严格对应，可通过针扎孔法来将一面焊盘中心引到另一面。
在绘制元件面导线时，注意避让元件外壳、屏蔽罩等。
两面彼此连接地印制线，需用金属化孔实现。
画双面电路板图的一般步骤是：
（1）按黑白图的大小方格上画一外框尺寸。
如果选择黑白图与实际印刷电路板的比例2：
1。
则外框尺寸比实际印刷电路板增加一倍，也就是图的长度和宽度各扩大一倍，图上各连线和元器件所占的长度也都放大一倍。
在制版时缩小到1/2，则制出的板刚是所要求的尺寸。
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