印制电路板设计与制作2

印制电路板设计与制作电工实习中心印制电路板也称印制线路板，通常简称为印制板或PCB（PrintedCircuitBoard）。所谓的印制电路板是指：在绝缘基板上，有选择地加工安装孔、连接导线和装配焊接电子元器件的焊盘，以实现元器件间的电气连接的组装板。印制电路板具有许多独特的功能和优点：（1）印制电路板可以实现电路中各个元器件间的电气连接，代替复杂的布线，减少了传统方式下的接线工作量，简化了电子产品的装配、焊接、调试工作。（2）印制电路板缩小了整机体积，降低了产品成本，提高了电子设备的质量和可靠性。（3）印制电路板具有良好的一致性，它可以采用标准化设计，有利于装备生产的自动化和焊接的机械化，提高了生产率。（4）印制电路板装备的部件有好的机械性能和电气性能，使电子设备实现单元组合化，使整块经过调试的印制电路板作为一个备件，便于整机产品的互换与维修。印制电路板及其互连电子设备是由各种电子元件和机械零件组合而成的。这些元件和零件相互间经济、快速、准确、可靠地连接起来，才能组成真正可靠的电子设备。一、印制电路板分类印制电路板按基材的性质可分为刚性印制板和挠性印制板两大类；按布线层次可分为单面板、双面板和多层板。目前单面板和双面板的应用最为广泛，单面板---绝缘基板上仅一面具有导电图形的印制电路板。双面板---绝缘基板的两面都有导电图形的印制电路板。由于两面都有导电图形，所以一般采用金属化孔使两面的导电图形连接起来。双面板一般采用丝印法或感光法制成。多层板---有三层或三层以上导电图形的印制电路板。多层板内层导电图形与绝缘黏结片叠合压制而成，外层为敷箔板，经压制成为一个整体。二、印制电路板互连通常情况下，一块印制板作为整机的一个组成部分，一般不能构成一个电子产品，必然存在对外连接的问题。如印制板之间、印制板与板外元器件、印制板与设备面板之间，都需要电气连接。选用可靠性、工艺性与经济性最佳配合的连接，是印制板设计的重要内容之一。1、焊接方式导线焊接此方式不需要任何接插件，只要用导线将印制板上的对外连接点与板外的元器件或其它部件直接焊牢即可。例如收音机中的喇叭、电池盒等。排线焊接两块印制板之间采用排线连接，既可靠又不易出现连接错误，且两块印制板相对位置不受限制。印制板之间直接焊接此方式常用于两块印制板之间为900夹角的连接。连接后成为一个整体印制板部件。标准插针连接此方式可以用于印制板的对外连接，尤其在小型仪器中常采用插针连接。通过标准插针将两块印制板连接，两块印制板一般平行或垂直，容易实现批量生产。2、印制板插座此方式是以印制板边缘做出印制插头，插头部分按照插座的尺寸、接点数、接点距离、定位孔的位置等进行设计，使其与专用印制板插座相配。3、插头/插座方式条型连接器连接线数从二根到十几根不等，引线间距有2.54和3.96两种，插座焊到印制板上，插头用压接方式连接导线。一般用于印制板对外连接线数较少的场合。如计算机上的电源线、声卡与CD-ROM音频线等。矩形连接器连接线数从八根到六十根不等，引线间距为2.54，插头采用扁平电缆压接方式，用于连接线较多、低电压、低电流的地方。如计算机中硬盘、软盘、光盘驱动器的信号连接，并口、串口的板际连接等。D型连接器具有可靠的定位和紧固，常用的线数为9，15，25，37几种，用于对外移动设备的连接。如计算机串、并口对外连接等。圆形连接器这种连接器在印制板对外连接中主要用于一些专门部件如计算机键盘、音响设备之间的连接。印制电路板设计印制电路板作为电子设备中一个重要的组装部件，其设计是整机工艺设计中不可缺少的环节。印制电路板设计不象电路原理设计那样需要严谨的理论和精确的计算，排版布局也没有统一的固定摸式，但在设计过程中存在着一定的规范和原则。为了正常地进行生产，印制电路板的设计需要完成四张图纸。1．印制线路布线图（又称印制线路坐标尺寸图）此图是印制线路板设计的关键。它充分体现了设计人员的设计思想、设计方法和技巧。它是其它图纸设计的依据，其设计质量将直接影响整机的电气性能。2．印制线路照相底图（又称黑白图）它是用于产生照相原版或照相底板的图形结构，它来源于印制线路布线图。一般按照2∶1或4∶1的比例绘制实际版面尺寸的放大底图。简单线路，底图可以与实际版面尺寸相同。对于高精度、高密度的印制板，通常情况下都需要适当扩大，照相制版时再缩回到实际尺寸，以保证胶片的精度。。3．印制板机械加工尺寸图用于标明印制板外形尺寸、孔位、孔径及形位公差等机械加工的图纸。并标明所用材料，工艺要求以及其他说明。该图要严格按机械图的标准绘制，尺寸公差应符合国家标准；一般采用和印制板线路图形相同的比例。如采用其他比例需要明确标出。4．印制线路装配图用来表示各个电子元器件的安装位置及跨接导线走向及去向，指导装配以及日后维修用的图纸。印制电路板设计基础一、印制电路板设计要求印制电路板的加工通常委托专业厂家进行生产，不同的制板要求，加工的复杂程度不同，将影响到整机的成本。对于印制电路板的设计要求，通常要从正确性、可靠性、工艺性、经济性四个方面进行考虑。二、印制电路板的设计准备在开始设计印制电路板之前，有很多准备工作要做。设计者应该通过这些工作，尽可能掌握更多的技术资料和产品决策信息，是创造成功设计的必要前提。进入印制电路板设计阶段时产品的整机结构、电路原理、印制电路板的外形、印制电路板的对外连接方式等应就基本确定。准备阶段要确认以下具体要求：1.熟悉电路原理了解电路工作原理和组成、各电路的功能、工作频段，同其它部件电的连接点，及信号流的流向，找出电路中工作时可能产生的干扰源和容易受外界干扰的敏感元器件。2．印制电路板工作环境要考虑工作环境温度的变化，是否有腐蚀性气体以及印制电路板是连续工作还是断续工作。3．电路工作的主要参数印制电路板工作的最高工作电压、最大工作电流及工作频率。4．熟悉原理图中出现的元器件掌握元器件和部件的型号、外形尺寸、封装形式，了解这些元器件的市场状况，是否容易购置，是否能保证批量供应，必要时应取得样品或产品样本。三、板材、形状、尺寸和厚度的确定1.确定板材印制电路板基板材料的选择，不同板材的机械性能和电气性能有很大差别。印制板的种类，一般应选用单面板或双面板。在印制板的选材中，不仅要了解敷铜板的性能指标，还要熟悉产品的特点、才可能在确定板材时获得良好的性能价格比。2.印制板形状印制电路板的形状通常由整机结构和内部空间位置的大小决定。外形应该尽量简单。采用长方形可以简化印制板制作成形的加工量。一般长宽比的尺寸为3∶2或4∶3为最佳，不宜比例过大，否则容易变形并使强度减低。采用异形板，将会增加制板难度和费用成本，应根据具体情况决定。3.印制板尺寸印制电路板尺寸要根据总体设计的要求，从整机的内部结构和板上元器件的数量、尺寸及安装、排列方式来决定，并应接近标准系列值。4.板的厚度在确定板的厚度时，主要考虑印制板尺寸大小和元器件的重量以及振动冲击等因素来决定，如果板的尺寸过大或板上的元器件过重，都应该适当增加板的厚度或对印制板采取加固措施，否则印制板容易产生翘曲。印制电路板设计布局一、印制电路板的布局印制电路板设计的主要内容是把电子元器件在一定的制板面积上合理地布局排版,是印制电路板设计的第一步。印制板布局的基本要求是：第一，保证电路的电气性能。第二，便于产品的生产、使用和维护。第三，印制导线尽可能短。排版布局的一般基本原则：1.按照信号流走向的布局原则2.优先确定特殊元器件的位置3.操作性能对元件位置的要求4.增加机械强度5.元器件的安装布局元器件的布设不能上下交叉相邻的两个元器件之间要保持一定间距（安全间隙b一般不应小于0.5mm）不合理合理bb元件两端焊盘的跨距应该稍大于元件体的轴向尺寸错误正确二、元器件安装及排列1、元器件安装方式在印制板上元器件的安装方式有立式与卧式两种。卧式安装是指元器件的轴线方向与印制板面平行。立式则与印制板面是垂直的。立式安装立式安装的元器件占用面积小，单位面积上容纳元器件的数量多。这种安装方式适合于元器件排列密集紧凑的产品。卧式安装元器件卧式安装具有机械稳定性好，版面排列整齐等优点。卧式安装使元器件的跨距加大，容易从两个焊点之间走线，对于印制导线的布设十分有利。立式卧式2、元器件排列方式元器件应当均匀、整齐、紧凑地排列在印制板上，尽量减少和缩短各个单元电路之间和每个元器件之间的引线连接。元器件在印制板上的排列方式有以下几种：不规则排列元器件不规则排列也称随机排列，其轴线可任意方向排列。这种排列方式在立式安装元器件时常被采纳。规则排列元器件的轴线方向排列一致，并与板的四边垂直、平行。电子仪器中的元器件常采用这种排列方式。三、元器件焊盘的定位元器件的每个引出线都要在印制板上占据一个焊盘，焊盘的位置随元器件的尺寸及其固定方式而改变。焊盘的位置一般要求落在正交网格的交点上。印制电路板上的焊盘及导线元器件在印制板上的固定，是靠元件引脚焊接在上实现的。一、焊盘元器件通过板上的引线孔，用焊锡焊接固定在印制板上，印制导线把焊盘连接起来，实现元器件在电路中的电气连接。引线孔及其周围的铜箔称为焊盘。焊盘的形状岛形焊盘圆形焊盘方形焊盘引线孔的直径引线孔具有电气连接和机械固定的作用。引线孔钻在焊盘中心，孔径应该比所焊接的元器件引线的直径大0.2～0.3mm，才能方便地插装元器件。焊盘的外径在选用焊盘的外径时，应当考虑焊盘的抗剥强度。单面板焊盘的外径一般应当比引线孔的直径大1.5mm以上，即如果焊盘的外径为D，引线孔的孔径为d，应有：D≥(d+1.5)mm对于双面板，焊盘的最小直径可以是：Dmin≥(d+1)mm，二、印制导线1.印制导线的宽度电路板上的印制导线具有一定的电阻，当电流通过时，要产生热量和一定的压降，因此选用合适的印制导线是很重要的。通常印制导线的宽度多选用1～2mm，最窄处不应小于0.5mm。对流过大电流的印制导线可放宽到2～3mm。2.印制导线的间距在设计时，印制导线间距通常采用1～1.5mm。为了保证产品的可靠性，应该尽量使导线间距不要小于1mm。3.避免导线的交叉在设计单面板时，有时可能会遇到导线绕不过去而不得不交叉的情况，此时可以采用绝缘导线跨接交叉点避免导线交叉，但这种跨接线应该尽量少。跨接线连接示意：印制导线的走向与形状印制电路板布线是按照原理图要求将元器件和部件通过印制导线连接成电路，使印制导线“走通”是最基本的要求，走的“好与不好”是掌握技巧和经验的具体表现。不推荐推荐印制导线的干扰和屏蔽1、地线布置引起的干扰2、电源产生的干扰与对策3、磁场的干扰与对策4、热干扰及对策印制板的草图设计草图是指能够准确反映元器件在印制板上的位置与连接的设计图纸。是绘制黑白底图的依据。在草图中，要求焊盘的位置及间距、焊盘间的相互连接、印制导线的走向及形状、整板的外形尺寸等，均应按照印制板的实际尺寸（或按一定比例）绘制出来。1、草图设计的原则在印制电路板上，导线交叉（非等位点）现象是不允许的。所以，在草图设计时，首先要绘制单线不交叉草图。其主要原则是保证印制导线不交叉连通。所以在草图设计时，首先要绘制不交叉草图。解决印制导线交叉的方法：（1）元器件位置的重新排列要使元器件在同一平面上按照电路原理连通，并使连接导线不交叉，要做到这一点是不容易的。因此，在设计的初始阶段，不要过早定死每个元器件的位置。在遇到导线交叉的现象时，可通过重新调整元器件位置与方向，来解决或避免导线的交叉。（2）采用跨接导线（飞线）的方式对于比较复杂的电路，有时要避免导线交叉是很困难的。有时为了保证两条导线不交叉，将一条导线拐弯抹角拉得很长，在设计中，这种现象应尽量避免。因为这不仅增加了印制导线的密度，而且会因导线过长对电路产生干扰。此时可采用跨接导线（飞线）的方式来解决这个问题。但这种方式应尽量少用。2、草图设计的步骤印制电路板草图设计通常先绘制单线不交叉图，所谓单线不交叉图就是将具有一定直径的焊盘和一定宽度的导线分别用一个点和一根单线来表示。1．在网格纸或坐标纸上按草图尺寸画出版面外形尺寸；绘制印制电路板的定位孔和板上特殊元器件的