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PCB印制线路板入门教程（doc12页）

PCB入门教程

1、概述PCB（PrintedCircuitBoard），中文名称为印制线路板，简称印制板，是电子工业的重要部件之一。

几乎每种电子设备，小到电子手表、计算器，大到计算机，通讯电子设备，军用武器系统，只要有集成电路等电子元器件，为了它们之间的电气互连，都要使用印制板。

在较大型的电子产品研究过程中，最基本的成功因素是该产品的印制板的设计、文件编制和制造。

印制板的设计和制造质量直接影响到整个产品的质量和成本，甚至导致商业竞争的成败。

一．印制电路在电子设备中提供如下功能：

提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑。

实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘。

提供所要求的电气特性，如特性阻抗等。

为自动焊锡提供阻焊图形，为元件插装、检查、维修提供识别字符和图形。

二．有关印制板的一些基本术语如下：

在绝缘基材上，按预定设计，制成印制线路、印制元件或由两者结合而成的导电图形，称为印制电路。

在绝缘基材上，提供元、器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路。

它不包括印制元件。

印制电路或者印制线路的成品板称为印制电路板或者印制线路板，亦称印制板。

印制板按照所用基材是刚性还是挠性可分成为两大类：

刚性印制板和挠性印制板。

今年来已出现了刚性-----挠性结合的印制板。

按照导体图形的层数可以分为单面、双面和多层印制板。

导体图形的整个外表面与基材表面位于同一平面上的印制板，称为平面印板。

有关印制电路板的名词术语和定义，详见国家标准GB/T2036-94“印制电路术语”。

电子设备采用印制板后，由于同类印制板的一致性，从而避免了人工接线的差错，并可实现电子元器件自动插装或贴装、自动焊锡、自动检测，保证了电子设备的质量，提高了劳动生产率、降低了成本，并便于维修。

印制板从单层发展到双面、多层和挠性，并且仍旧保持着各自的发展趋势。

由于不断地向高精度、高密度和高可靠性方向发展，不断缩小体积、减轻成本、提高性能，使得印制板在未来电子设备地发展工程中，仍然保持强大的生命力。

三．印制板技术水平的标志：

印制板的技术水平的标志对于双面和多层孔金属化印制板而言：

既是以大批量生产的双面金属化印制板，在2.50或2.54mm标准网格交点上的两个焊盘之间，能布设导线的根数作为标志。

在两个焊盘之间布设一根导线，为低密度印制板，其导线宽度大于0.3mm。

在两个焊盘之间布设两根导线，为中密度印制板，其导线宽度约为0.2mm。

在两个焊盘之间布设三根导线，为高密度印制板，其导线宽度约为0.1-0.15mm。

在两个焊盘之间布设四根导线，可算超高密度印制板，线宽为0.05--0.08mm。

国外曾有杂志介绍了在两个焊盘之间可布设五根导线的印制板。

对于多层板来说，还应以孔径大小，层数多少作为综合衡量标志。

四、PCB先进生产制造技术的发展动向。

综述国内外对未来印制板生产制造技术发展动向的论述基本是一致的，即向高密度，高精度，细孔径，细导线，细间距，高可靠，多层化，高速传输，轻量，薄型方向发展，在生产上同时向提高生产率，降低成本，减少污染，适应多品种、小批量生产方向发展。

印制电路的技术发展水平，一般以印制板上的线宽，孔径，板厚/孔径比值为代表，其发展历程和水平如下表：

印制电路的技术发展水二维、三维空间上有无冲突？

印制板尺寸是否与加工图纸相符？

后加在PCB图形中的图形（如图标、注标）是否会造成信号短路。

对一些不理想的线形进行编辑、修改。

在PCB上是否加有工艺线？

阻焊是否符合生产工艺的要求，阻焊尺寸是否合适，字符标志是否压在器件焊盘上，以免影响电装质量。

等等…二>、光绘数据的产生。

1、拼版。

PCB设计完成因为PCB板形太小，不能满足生产工艺要求，或者一个产品由几块PCB组成，这样就需要把若干小板拼成一个面积符合生产要求的大板，或者将一个产品所用的多个PCB拼在一起而便于生产电装。

前者类似于邮票板，它既能够满足PCB生产工艺条件也便于元器件电装，在使用时再分开，十分方便；后者是将一个产品的若干套PCB板拼装在一起，这样便于生产，也便于对一个产品齐套，清楚明了。

2、光绘图数据的生成。

PCB板生产的基础是菲林底版。

早期制作菲林底版时，需要先制作出菲林底图，然后再利用底图进行照相或翻版。

底图的精度必须与印制板所要求的一致，并且应该考虑对生产工艺造成的偏差进行补偿。

底图可由客户提供也可由生产厂家制作，但双方应密切合作和协商，使之既能满足用户要求，又能适应生产条件。

在用户提供底图的情况下，厂家应检验并认可底图，用户可以评定并认可原版或第一块印制板产品。

底图制作方法有手工绘制、贴图和CAD制图。

随着计算机技术的发展，印制板CAD技术得到极大的进步，印制板生产工艺水平也不断向多层，细导线，小孔径，高密度方向迅速提高，原有的菲林制版工艺已无法满足印制板的设计需要，于是出现了光绘技术。

使用光绘机可以直接将CAD设计的PCB图形数据文件送入光绘机的计算机系统，控制光绘机利用光线直接在底片上绘制图形。

然后经过显影、定影得到菲林底版。

使用光绘技术制作的印制板菲林底版，速度快，精度高，质量好，而且避免了在人工贴图或绘制底图时可能出现的人为错误，大大提高了工作效率，缩短了印制板的生产周期。

使用我公司的激光光绘机，在很短的时间内就能完成过去多人长时间才能完成的工作，而且其绘制的细导线、高密度底版也是人工操作无法比拟的。

按照激光光绘机的结构不同，可以分为平板式、内滚桶式（InternalDrum）和外滚桶式（ExternalDrum）。

宇之光公司的系列光绘机产品均为国际流行的外滚筒式。

光绘机使用的标准数据格式是Gerber-RS274格式，也是印制板设计生产行业的标准数据格式。

Gerber格式的命名引用自光绘机设计生产的先驱者---美国Gerber公司。

光绘图数据的产生，是将CAD软件产生的设计数据转化称为光绘数据（多为Gerber数据），经过CAM系统进行修改、编辑，完成光绘预处理（拼版、镜像等），使之达到印制板生产工艺的要求。

然后将处理完的数据送入光绘机，由光绘机的光栅（Raster）图象数据处理器转换成为光栅数据，此光栅数据通过高倍快速压缩还原算法发送至激光光绘机，完成光绘。

3、光绘数据格式。

光绘数据格式是以向量式光绘机的数据格式Gerber数据为基础发展起来的，并对向量式光绘机的数据格式进行了扩展，并兼容了HPGL惠普绘图仪格式，AutocadDXF、TIFF等专用和通用图形数据格式。

一些CAD和CAM开发厂商还对Gerber数据作了扩展。

以下对Gerber数据作一简单介绍。

Gerber数据的正式名称为GerberRS-274格式。

向量式光绘机码盘上的每一种符号，在Gerber数据中，均有一相应的D码（D-CODE）。

这样，光绘机就能够通过D码来控制、选择码盘，绘制出相应的图形。

将D码和D码所对应符号的形状，尺寸大小进行列表，即得到一D码表。

此D码表就成为从CAD设计，到光绘机利用此数据进行光绘的一个桥梁。

用户在提供Gerber光绘数据的同时，必须提供相应的D码表。

这样，光绘机就可以依据D码表确定应选用何种符号盘进行曝光，从而绘制出正确的图形。

在一个D码表中，一般应该包括D码，每个D码所对应码盘的形状、尺寸、以及该码盘的曝光方式。

以国内最常用的电子CAD软件Protel的某D码表为例，其扩展名为.APT，为ACSII文件，可以用任意非文本编辑软件进行编辑。

D11CIRCULAR7.3337.3330.000LINED12CIRCULAR7.8747.8740.000MULTID13SQUARE7.9347.9340.000LINED14CIRCULAR8.0008.0000.000LINED15CIRCULAR10.00010.0000.000LINED16CIRCULAR11.81111.8110.000LINED17CIRCULAR12.00012.0000.000MULTID18CIRCULAR16.00016.0000.000MULTID19CIRCULAR19.68519.6850.000MULTID20ROUNDED24.00024.0000.000MULTID21CIRCULAR29.52829.5280.000MULTID22CIRCULAR30.00030.0000.000FLASHD23ROUNDED31.00031.0000.000MULTID24ROUNDED31.49631.4960.000FLASHD25ROUNDED39.00039.0000.000MULTID26ROUNDED39.37039.3700.000MULTID27ROUNDED47.00047.0000.000MULTID28ROUNDED50.00050.0000.000FLASHD29ROUNDED51.49651.4960.000FLASHD30ROUNDED59.05598.4250.000FLASHD31ROUNDED62.99298.0000.000FLASHD32ROUNDED63.055102.4250.000FLASH在上表中，每行定义了一个D码，包含了有6种参数。

第一列为D码序号，由字母‘D’加一数字组成。

第二列为该D码代表的符号的形状说明，如CIRCULAR表示该符号的形状为圆形，SQUARE表示该符号的形状为方型。

第三列和第四列分别定义了符号图形的X方向和Y方向的尺寸，单位为mil；1mil=1/1000英寸，约等于0.0254毫米。

第五列为符号图形中心孔的尺寸，单位也是mil。

第六列说明了该符号盘的使用方式，如LINE表示这个符号用于划线，FLASH表示用于焊盘曝光，MULTI表示既可以用于划线又可以用于曝光焊盘。

在GerberRS-274格式中除了使用D码定义了符号盘以外，D码还用于光绘机的曝光控制；另外还使用了一些其它命令用于光绘机的控制和运行。

不同的CAD软件产生的Gerber数据格式可能有一些小的区别，但总体框架为Gerber-RS0274格式没有变化。

3、计算机辅助制造（CAM）计算机辅助制造技术，英文名称为ComputerAidedManufacturing，简称CAM，是一种由计算机控制完成生产的先进技术。

计算机技术的发展和激光绘图机的出现，使得PCB的计算机辅助制造技术走向了使用。

CAM技术使印制板的设计生产上了一个新的台阶，一些过去无法实现的功能得以实现。

各种CAM系统一般都能对光绘数据（Gerber数据）进行处理，排除设计中的各种缺陷，使设计更易于生产，大大提高了生产质量。

CAM系统的主要功能如下：

1、编辑功能：

1）添加焊盘、线条、圆弧、字符等元素，生成水滴焊盘。

2）修改焊盘、线条尺寸。

3）移动焊盘、线条、尺寸等。

4）删除各种图形，自动删除没有电气联接的焊盘和过气孔。

5）阻焊漏线自动处理。

6）网印字符盖焊盘自动处理。

2、拼版、旋转和镜像。

3>3、添加各种定位孔。

4、生成数控钻床钻孔数据和铣外形数据。

5、计算导体铜箔面积。

6、其它相关的各类数据。

在微机CAM系统中，具有代表性的是LAVENIR公司开发的View2001软件。

View2001是由一系列实用光绘数据处理程序组成的微机CAM系统，可在DOS平台以及WINDOWS’9X的DOS窗口下运行。

其中包含多个主要程序，这里简单介绍其中的V2001.EXE。

V2001.EXE是一个功能比较完善的Gerber数据编辑软件，能够读取各种类型的Gerber数据文件，包括Gerber基本格式和各种Gerber的扩展格式，支持多种CAD系统产生的Gerber数据及D码表，并对之进行编辑、修改，最多可以同时处理99层数据。

V2001可以识别Lavenir，PADS，P-CAD，ORCAD，Tango，Protel，Mentor等10余种CAD和CAM系统所产生的D码表，易于操作。

V2001的主要功能有：

1）删除、移动、添加线条、焊盘、圆弧、字符等图形。

2）简单拼版。

3）各层之间图形、数据的传递转换。

4）字符处理，自动清除字符丝网印网层上与焊盘重叠部分的字符。

5）阻焊处理、自动处理漏线条的阻焊。

6）焊膏网版处理，自动生成表面贴装元件的焊膏网版图形。

V2001能够很好地完成对光绘数据的处理，有较强的应变能力，可以处理各种CAD软件生成的Gerber数据，只是用户界面不太友善，软件操作采用命令方式，需要记忆的命令较多，而且比较复杂，初学比较困难。

但一旦掌握，即可自如应付目前绝大多数的印制板工程制作的需要。

学员在培训期间，应该了解对客户提供的文件在V2001中所要进行的具体修改和编辑工作主要有：

1）从源文件转换出Gerber数据文件，关于Gerber文件的数据转换，详见宇之光公司的《学员手册》。

2）首先检查各层有无板层边框（围边）。

若有，应检查边框的粗细程度是否满足生产工艺的需求。

通常情况下，目前双面板至少应保证0.15mm（6mil）；单面板至少应保证0.2mm（8mil）；或者依据客户提供的资料来进行编辑修改。

若无，检查是否漏转，漏转需要重新转换，也可从其它有边框层上拷贝边框。

3）将所有能够转化成FLASH焊盘的元素尽量转换成为焊盘（可选）。

4）检查线路层的线路线宽、间距是否满足生产工艺要求。

通常情况下，目前双面板的线路层的线路线宽、间距至少应保证0.15mm（6mil）；单面板的线路层的线路线宽、间距至少应保证0.2mm（8mil）；或者依据客户提供的资料来进行编辑修改。

5）检查比较线路层焊盘与绿油阻焊层焊盘的校准性和大小差异。

通常情况下，目前双面板的绿油阻焊层焊盘的外围应大于线路层焊盘至少保证0.15mm（6mil）~0.2mm（8mil）；单面板的绿油阻焊层焊盘的外围应大于线路层焊盘至少保证0.2mm（8mil）~0.3mm（12mil）；或者依据客户提供的资料来进行编辑修改。

注意不要漏转，需要有绿油层焊盘的部位如果源文件没有设计，则应手动补充上。

6）检查线路层与钻孔层的校准性，比较线路焊盘与钻孔大小。

通常情况下，目前双面板的钻孔直径至少应保证0.2mm（8mil）；单面板的钻孔直径至少应保证0.5mm（20mil）；或者依据客户提供的资料来进行编辑修改。

一般情况下，由于生产工艺的要求，只需要将单面板文件的数控钻钻孔文件从源文件转换出来并调入V2001中进行处理，双面板由于钻孔工作是在制版前期完成，因此作为光绘操作通常无须处理钻孔文件。

7）检查字符层上的丝网印字符和标识是否与设计文件一致，字符标识是否符合生产工艺要求。

通常情况下，目前双面板的丝网印字符的线宽应保证至少0.15mm（6mil）；单面板的丝网印字符的线宽应保证至少0.2mm（8mil）；或者依据客户提供的资料来进行编辑修改。

8）清除字符丝网印层上与焊盘重叠部分的字符。

9）根据客户要求修改线路层铜箔的边缘到板层边框的宽度，通常情况下，目前双面板应保证至少0.15mm（6mil）；单面板应保证至少0.2mm（8mil）；或者依据客户提供的资料来进行编辑修改。

10）按照生产工艺要求或客户资料各层叠加拼版或者分层拼版。

11）各层分别加上角标（可选）、生产编号、日期、各种孔位和标识等。

12）进入光绘软件排版输出。

通常，在V2001中处理Gerber数据文件时，主要处理的应该是：

1、单面板：

线路层（1层）、绿油阻焊层（1层）、丝网印白字层（1或2层）。

2、双面板：

线路层（2层）、绿油阻焊层（2层）、丝网印白字层（1或2层）。

3、特殊工艺要求的印制板，根据具体情况保留处理相应的层。

4、其余层都应在V2001中处理掉，将保留的文件存盘、输出。

有关V2001软件的具体内容，详见宇之光公司编译的《LavenirV2001使用手册》。

4、光绘操作一、光绘系统。

宇之光激光光绘系统由主控计算机、图形处理卡、激光光绘机和软件组成。

它是对计算机图像、文字和数据等信息进行处理，最终由激光光绘机输出制版菲林，属于计算机辅助制版系统。

根据系统配置的软件不同，它可以制作PCB光绘菲林、标牌面板菲林、丝网印刷菲林和彩色胶印分色菲林等多种菲林底版。

流程如下图所示：

（PCB/LCD设计图）-->（CAM系统）-->（Gerber文件）-->（宇之光光绘软件）-->（光栅图像处理器（RIP））-->（激光光绘机）-->（菲林冲片机）-->（菲林）其中光绘软件、光栅图像处理器和激光光绘机3部分是宇之光的核心产品。

一>、光绘软件。

宇之光光绘软件支持GerberRS-274d、RS-274X等数据格式，能够直接处理现行所有的PCBCAD软件的Gerber或者Plot文件格式。

界面友好，工艺参数处理详尽，所见即所得的排版处理，支持多种分辨率和光绘设备的选择，模拟打印及光绘预演功能，易学易用，适用性高，为用户提供了很大便利。

软件安装后只要不是误删除或其它非人为因素（如感染计算机病毒等）破坏，可稳定的长期使用。

在作好备份的前提下，软件使用时注意以下几点：

1、光绘软件使用过程中，注意光绘文件的有序保存，最好不要将Gerber文件、光栅文件、临时文件等非程序文件置于软件安装目录中，以免删除时误删掉程序文件，破坏软件的运行。

2、软件可以运行在DOS操作系统，也可以运行在WINDWOS’9X的DOS窗口模式下。

读取文件时，应输入完整的路径和文件名称。

软件的设置参数一旦设定好以后不要轻易更改，以免影响光栅文件精度和绘制出的菲林精度。

3、进行文件的排版操作以前，应加载鼠标驱动程序，以便利用鼠标进行排版操作。

当排版图层过少，不够排满整幅菲林时，可以先将已处理好的文件存盘，以备下次调入和其它文件共同排版。

排版、存盘时尽量选择在WINDWOS’9X的DOS窗口模式下进行，以免在DOS环境下排版存盘时因DOS内存管理序的不足而引起死机。

排版时尽量遵循先左后右，先上后下的顺序，便于不满整幅菲林时方便对菲林底片进行剪裁。

4、光栅化的完成，则应在DOS环境下完成，充分利用DOS的单一任务进程，尽量避免选择在WINDWOS’9X的DOS窗口模式下进行。

5、存储光栅文件的分区应保证尽可能大的硬盘剩余空间，并且经常利用磁盘碎片整理程序对硬盘进行整理，减少文件碎片的产生。

光栅化完成以后，应反复预演多次，确保光栅文件无破裂，无缺口等情况出现，然后再发排输出。

6、进入光绘系统前的光绘Gerber文件处理，充分利用光绘辅助软件处理掉多余的元素，减小文件数据量。

需要填充的部位，尽量采用水平横方向软件填充对于复杂的元素（如圆弧、自定义焊盘等），要在光绘辅助软件中仔细修改、编辑。

经过上述步骤的处理，可以降低光栅文件的出错率，大大减少光栅化所需要的时间。

7、老版本光绘软件V2.0---V2.8，光栅化时只支持英制（English）、前导零（Leading）、整数小数位（2、3）、绝对坐标（Absolute）这种数据结构的Gerber格式，通常以V2001的扩展Gerber（ExtendGerber）格式（常在数据量较大时采用）和MDA（MDAAutoplot）格式（常在数据量较小时采用）为主。

新版本的光绘软件则无此问题。

8、软件安装采用加密手段，因此不要轻易变更电脑主机的硬件设备，以免软件校验出错无法运行。

软件安装盘请妥善保存，便于在软件被破坏时加以恢复。

有关光绘软件的具体内容详见《宇之光光绘软件用户手册》。

二>、光绘机。

激光光绘机是集激光光学技术、微电子技术和超精密机械于一体的的照排产品，用于在感光菲林胶片上绘制各种图形，图像，文字或符号。

下面以宇之光公司的激光光绘机（简称光绘机）产品为例进行简单介绍。

工作原理：

宇之光光绘机采用He-Ne激光作为光源，声光调制器作激光扫描的控制开关。

图形信息经驱动电路控制声光调制器来偏转，被调制的I级四路衍射激光经过物镜聚焦在滚筒表面，滚筒高速旋转作纵向主扫描，激光扫描平台横移作横向副扫描，两方向的扫描合成实现将计算机内部处理的图文信息以点阵形式还原，在底片上感光成像。

激光光绘机采用激光作光源，有容易聚焦、能量集中等优点，对瞬间快速的底片曝光非常有利，绘制的菲林底版导线图形边缘整齐，反差大，不虚光。

曝光采用扫描方式，绘片时间短。

宇之光光绘机采用世界上流行的外滚筒激光扫描式，菲林采用真空吸附方式固定于滚筒上。

由于外滚筒式激光扫描光绘机具有精度高、速度快、操作方便、加工精度容易保证、可靠性好等特点，因此是当今光绘行业的主流。

1、光绘机的环境要求。

光绘机属于精密仪器类产品，对环境条件有较严的要求，应安放在清洁、有安全绿灯的暗室机房内固定使用。

通常机房暗室要求与冲洗底片的暗室分开，以减少冲片药水气体对光绘机的侵蚀。

具体要求如下：

1>电源：

220V+5%，50Hz（配备稳压净化电源）；2>温度：

20OC+10%；3>湿度：

40~80%（+20OC）；4>工作现场应无强烈震动、强磁场、强电场干扰及腐蚀性物体。

5>应有良好的接地系统，外壳必须与大地相联，接地电阻不大于4欧姆。

6>使用带真空气泵的机器时，真空气泵的电源不允许与机房电源共享，气泵应安装在室外。

7>发排系统应共享同一电源及地线。

2、光绘机的使用注意事项。

1>小心搬运，耐心开箱，切忌重砸猛摔。

2>光绘机外壳必须接地，接地电阻小于4欧姆。

3>必须在关机状态下才允许插拔光绘机和计算机之间的接口电缆线和接口控制卡。

4>光绘机应远离强电场、强磁场和腐蚀性气体。

5>激光点亮时，千万不要将眼睛直接对视激光光束。

切记！

切记！

6>在电源开启情况下，切勿触摸激光管电极和电源盘中的高压部分，不允许带电插拔各线路插头。

7>注意在上下片操作过程中防止插伤软片（菲林）。

光绘菲林时记得先开启真空气泵，并将菲林吸附牢固，防止打片。

如果为非标准规格菲林胶片或者未连接真空气泵，则应该在对应前后气槽的软片2端粘贴胶带，以便使菲林与滚筒紧密包合。

3、光绘机的发排操作。

光绘机的发排操作应按照正确顺序进行，流程如下：

1>进入暗房,开启安全绿灯-->2>启动冲片机（冲片机的使用方法参见其使用说明或询问厂家）-->3>开启真空气泵-->4>装片-->5>启动滚筒（此前光绘机运行指示灯应常亮）-->6>导进扫描（此时光绘机运行指示灯应闪亮）-->7>扫描结束（此时光绘机起始灯亮）-->8>自动换向（时间因机型不同而略有差异，在此期间无法启动光绘机）-->9>取片并且冲洗-->10>重复上述4>至9>的各项步骤-->11>工作完毕关闭光绘机电源、真空气泵电源。

具体操作如下：

1>首先开启计算机主机电源，在开启光绘机电源；2>在计算机主机上键入正确发排指令，但不要按回车键确认（暂时不向光绘机发送信号），主机置于待命状态。

发排指令因接口控制卡的不同而略有差异：

A．直接利用光绘软件发排，如SLECADV2.0、SLECADV2.2、SLECADV2.5。

B．利用专用发排程序，如RIDOUT，WD96等。

进入暗房，关闭一切强光源，只开启安全绿灯,开启气泵。

3>从底片盒中取出菲林，打开光绘机上盖，将菲林平置于滚筒上方，注意不要将菲林的药膜面划伤，也不要将安全绿灯近距离直射菲林。

用手转动滚筒使菲林的一端对准滚筒上的起始槽，轻轻将菲林压下（此时手应该感觉到气槽吸力），检查片头是否与滚筒边缘平齐（不可超出，以免滚筒高速旋转过程中将菲林挂掉），胶片位置是否适中；而后缓缓将滚筒转动同时用手背轻压菲林直到菲林胶片另一端被后气槽完全紧密吸合为止（注意勿将胶片装斜或使前后气槽勿软片粘贴而漏气），否则易发生打片现象。

如果为非标准规格菲林胶