PCB设计与制作XXXX_654804314

印制电路板(PCB)的设计与制作杨兴华一概述1.印制电路板(PCB)的概念●印制板的由来:元器件相互连接需要一个载体●印制板的作用：依照电路原理图上的元器件、集成电路、开关、连接器和其它相关元器件之间的相互关系和连接，将他们用导线的连接形式相互连接到一起。PCB是英文(PrintedCircuitBoard)印制线路板的简称。PCB是英文(PrintedCircuitBoard)印制线路板的简称。航天汽车通信计算机家用电器PCB的应用苹果手机iPhone4S苹果手机iPhone4S拆解图电路板后盖电池前盖其它零配件苹果手机iPhone4S拆解图液晶屏主板A面16G内存主板B面光传感器和LED指示灯苹果笔记本MacBookAir苹果笔记本MacBookAir苹果笔记本MacBookAir整机拆解图底盖电路板等零部件电池键盘液晶屏苹果笔记本MacBookAir拆解图电池PCB板苹果笔记本MacBookAir内存硬盘散热片输入输出接口扬声器主板原理图C1元器件图形ebcRb1VRe1RcC3C2Rb2如何将原理图设计成PCB图？印制板图C22.印制电路板发展过程印制电路板随着电子元器件的发展而发展，由此可以分为下面几个发展阶段：●电子管分立器件导线连接●半导体分立器件单面印刷板●集成电路双面印刷板●超大规模集成电路多层印刷板电子管体积大、重量重、耗电高,使用导线连接。电解电容接线端子电阻2.印制电路板发展过程相对于电子管，半导体器件体积小、重量轻、耗电小、排列密集适用于单面印制板三极管电子管电阻电解电容2.印制电路板发展过程2.印制电路板发展过程单面板元件面（顶层）焊接面（底层）集成电路的出现使布线更加复杂，此时单面板已经不能满足布线的要求，由此出现了双面板——双面布线。2.印制电路板发展过程元件面（顶层）焊接面（底层）集成电路过孔焊盘A面走线B面布线2.印制电路板发展过程图例双面布线示意图随着超大规模集成电路、BGA等元器件的出现，双面板也不能适应布线的要求，出现了多层板。目前技术上可以作出50层以上的电路板，当前产品多数用到的是4～8层板超大规摸集成电路2.印制电路板发展过程设计电路板时，要根据实际情况，选择不同形式的电路板。1.电路简单，元件少，空间大选单面板2.电路复杂，元件多，空间有限双面板3.电路复杂，元件多，集成电路管脚多，空间有限选多层板4.电路复杂，元件少，集成电路管脚多，空间很小选多层板目前中国PCB的使用情况●单面板、双面板：电话传真、PC机、遥控器、一般电子用品汽车电子、低端板、主板；●4～6层板：计算机、游戏机、汽车电子、光电板；●6～8层板：适配器、存储器、笔记本、汽车电子、光电板、中端板、通讯；●8层以上：服务器、基地台、手机、航天军工。目前国内企业产品主要集中在单、双面板和4～6层板等中低端板，单、双面板发展趋缓，6层以上的多层板、软板等快速发展二PCB设计（一）准备工作（二）布线设计（三）常见错误（四）设计工艺要求（一）准备工作●1.PCB的分类●2.确定与板外元器件连接方式●3.确认元器件安装方式●4.阅读分析原理图1.PCB的分类按结构分类单面板双面板多面板印制电路板的层数是以铜箔的层数为依据。例如六层板则表示有6层铜箔。1.PCB的分类埋孔BuriedVia盲孔BlindVia盲孔BlindVia按孔导通状态分：埋孔板，盲孔板，通孔板通孔DrilledThroughVia1.PCB的分类按成品软硬区分：硬板RigidPCB(刚性板）软板FlexiblePCB（挠性板）见左下图软硬板Rigid-FlexPCB（刚挠结合板）见右下图硬板软硬板挠性板1.PCB的分类按板材类型分：FR-4板：基材为“环氧树脂+玻璃纤维布”（最常用）常用：生益系列型号举例：S11411.62/2高频板：PTFE、陶瓷（低介电损耗等）常用：Rogers系列、Arlon系列、Cotanic系列国产F4B/F4BK金属基板：铝基、铜基（散热性好、尺寸稳定）铝基板常用：贝格斯、国产1.PCB的分类R-4板：高频板：金属基板：2.确定对外连接方式印制板对外连接方式有两种：①直接焊接简单、廉价、可靠，不易维修②接插式维修、调试、组装方便；产品成本提高，对印制板制造精度及工艺要求高。2.确定对外连接方式2.确定对外连接方式软驱端口PCI插座电源端口电源开关、指示灯等端口硬盘端口内存插槽打印机端口显示器端口网络端口3.确认元器件安装方式①表面贴装②通孔插装4.阅读分析原理图①线路中是否有高压、大电流、高频电路，对于元器件之间、线与线之间通常耐压200V/mm；印制板上的铜箔线载流量，一般可按1A/mm估算；高频电路需注意电磁兼容性设计以避免产生干扰。②了解电路中所有元器件的形状、尺寸、引线不同型号、规格元器件尺寸差异很大，需要了解其体积大小，设计电路板时要注意留有足够的安装空间；对于IC要注意引脚的排列顺序及各引脚的功能。4.阅读分析原理图③了解所有附加材料原理图中没有体现而设计时必备的器材，如：散热器、连接器、紧固装置······4.阅读分析原理图4.阅读分析原理图显示主芯片的散热器CPU散热器CPU散热器风扇三端直流稳压器散热器（二）布线设计（插装）●1.分层布线●2.元件面布设要求●3.印制导线设计要求●4.焊盘设计要求①顶层②顶层丝印层③底层④底层丝印层⑤阻焊层（非布线层）1.分层布线1.分层布线①顶层②顶层丝印单面板双面板1.分层布线③底层④底层丝印层单面板双面板1.分层布线⑤阻焊没有阻焊有阻焊1.分层布线⑤阻焊的作用：防止印制板在装配焊接时引起线路桥接，提高焊接质量和节约焊料等作用。它也是印制板的永久性保护层能起到防潮、防腐蚀、防霉和机械擦伤等作用。2.元件面布设要求●整齐、均匀、疏密一致●整个印制板要留有边框，通常5～10mm●元器件不得交叉重叠●单脚单焊盘。每个引脚有一个焊盘对应，不允许共用焊盘不推荐3.印制导线设计要求①导线应尽可能少、短、不交叉可接受不可接受3.印制导线设计要求②导线宽度导线宽度通常由载流量和可制造性决定，一般要求PCB设计的导线宽度≥0.2mm(8mil)，由于制作工艺的限制，设计时导线不易过细。（0.1英寸＝100mil≈2.54mm，0.1mm≈4mil，头发丝的直径＝2～3mil）③布线时，遇到折线最好不要走直角。例如：3.印制导线设计要求不建议使用建议使用不建议使用建议使用建议走45°角3.印制导线设计要求④导线间距，一般≥0.2mm(8mil)⑤电源线和地线尽量粗。与其它布线要有明显区别。⑥对于双面板，正反面的走线不要平行，应垂直布设。3.印制导线设计要求设计图例13.印制导线设计要求设计图例23.印制导线设计要求设计图例33.印制导线设计要求设计图例43.印制导线设计要求4.焊盘设计要求①孔和焊盘的设计引线孔如：元器件引线直径为d1，焊盘孔经为d则：d＝（d1+0.3）mm。焊盘如：焊盘孔为d，焊盘直径为D则：D≥（d+1.5）mm过孔通常过孔的直径取0.6mm～0.8mm，密度高时可减少到0.4mmd1元器件引线Dd焊盘引线孔4.焊盘设计要求②灵活掌握焊盘形状对于IC器件，可以将圆形焊盘改为长圆形，以增大焊盘间的距离便于走线。4.焊盘设计要求③可靠性焊盘间距要足够大，通常≥0.2mm，如间距过小，可以改变焊盘的形状以得到足够的焊盘间距4.焊盘设计要求1.板面允许的情况下，导线尽量粗一些。2.导线与导线之间的间距不要过近。3.导线与焊盘的间距不得过近。4.板面允许的情况下，焊盘尽量大一些。初学者设计时需掌握的基本原则是：（三）常见错误①可挽回性错误多余连接——切断丢失连线——导线连接②不可挽回性错误IC引脚顺序错误（相差1800）元件安装方向、外形尺寸、引脚方向错误。本章节总结：重点掌握1.元器件的封装2.电路原理图的分析3.连接方式的选择4.电路板的分层设计5.元器件的布局6.布线原则7.焊盘的设置（一）工厂批量生产三PCB的制作PCB的生产流程★电面板生产★双面板生产（重点讲解）★多层板生产菲林文件处理开料刷板打孔全板电镀擦板图形转移曝光字符化学沉铜喷锡去膜蚀刻退锡AOI检查擦板阻焊外型（冲、V-cut）电测试包装图形电镀去毛刺终检涂覆（一）工厂批量生产双面板工艺流程图内层电路制作开料刷板打靶位孔黑化图形转移层压内层蚀刻（一）工厂批量生产多层板工艺流程图AOI检查打靶位孔1.菲林文件处理(光绘)（一）工厂批量生产文件处理:●供应商收到传给的菲林资料时，需要进行资料审核、修改，以利于提高PCB加工的良品率。●输出相关的菲林图片、制定开料拼板方式、拟制单价。●光绘的成本问题。成本的计算是以每“平方厘米”的单价为准，即：实际电路板的面积×单价＝单张菲林的成本（一）工厂批量生产光绘光绘机菲林（底层）菲林（阻焊层）目的:将大块的覆铜板剪裁成生产板加工尺寸，方便生产加工流程:选料量取尺寸剪裁流程原理:利用机械剪床,将板裁剪成加工尺寸大小注意事项:确定板厚、铜厚、板材的经、纬方向避免划伤板面1.开料（一）工厂批量生产（双面）目的:去除板面的氧化层、手印、板边的粉尘，使板面、清洁、干净。流程：放板调整压力、传速出板流程原理：利用机械压力与高压水的冲力,刷洗,板面与板四周异物达到清洗、平整洁作用。注意事项:板面撞伤、压力大小调整、防止卡板。2.刷板（一）工厂批量生产（双面）目的：使线路板层间产生通孔，达到连通层间的作用。流程：配刀钻定位孔上销钉钻孔打磨披锋。流程原理:据工程钻孔程序文件,利用数控钻机,钻出所用的孔。注意事项：避免钻破孔、漏钻孔、钻偏孔、检查孔内的毛刺。3.打孔（一）工厂批量生产（双面）数控钻示意图高速钻头（一）工厂批量生产（双面）（一）工厂批量生产（双面）●主要技术指标：孔壁粗糙度≤25um●主要参数：叠板数、转速、最大钻孔数、钻咀翻磨次数、供应商、落速、回刀速。●主要辅助材料作用：盖板：定位、散热、减少毛头、钻头的清扫、防止压力脚直接压伤铜面，常用材料---铝板垫板：保护钻机台面、防止出口性毛头（毛刺）、降低钻头温度、清洁钻头沟槽中的胶渣，常用材料---木板铝板垫木板（一）工厂批量生产（双面）未打孔的覆铜板钻过孔的覆铜板4.去毛刺目的:去除板面的氧化层、钻孔产生的粉尘、毛刺，使板面孔内清洁、干净。流程：放板调整压力出板流程原理：利用机械压力与高压水的冲力,刷洗,冲洗板面与孔内异物达到清洗作用.注意事项:板面的撞伤孔内毛刺（一）工厂批量生产（双面）5.化学沉铜目的:对孔进行孔金属化,使原来绝缘的基材表面沉积上铜,达到层间电性相通.流程：溶胀凹蚀中和除油除油微蚀浸酸预浸活化加速沉铜流程原理：通过前面的除胶渣，将孔内的钻孔钻污去除，使孔内清洁，在沉铜缸内发生氧化还原反应，形成铜层附于板面。注意事项：凹蚀过度孔露基材板面划伤（一）工厂批量生产（双面）5.化学沉铜（一）工厂批量生产（双面）6.全板电镀目的：对刚沉铜出来的板进行板面、孔内铜加厚到5-8um保证在后面加工过程中不被咬蚀掉。流程：浸酸全板电镀流程原理：通过浸酸清洁板面，在镀铜缸，阳极铜溶解出铜离子在电场的作用下移动到阴极得到电子还原出铜附在板面上，起到加厚铜的作用。注意事项：保证铜厚镀铜均匀板面划伤（一）工厂批量生产（双面）7.擦板目的:去除板面的氧化层、孔内的水份、使板面孔内清洁、干净。流程：放板调整压力出板流程原理：利用机械压力与高压水的冲力,刷洗,冲洗板面与孔内异物达到清洗作用。注意事项:板面的撞伤孔内水份的检查（一）工厂批量生产（双面）8.图形转移目的：完成外层图形转移，形成外层线路。流程：板面清洁贴膜曝光显影流程原理：利用干膜的特点，在一定温度与压力作用下膜贴于板面上通过对位曝光，干膜发生反应，形成线路图形。注意事项：板面清洁、对偏位、底片划伤、曝光余胶、显影余胶、板面划伤（一）工厂批量生产（双面）8.曝光（一）工厂批量生产（双面）9.图形电镀目的：使线路、孔内铜厚加厚到客户要求标准流程：除油微蚀预浸镀铜浸酸镀锡流程原理：通过前处理，使板面清洁，在镀铜、镀锡缸阳极溶解出铜离子、