第3章印制电路板

第3章印制电路板覆铜板的种类与选用3.1印制电路板的特点和分类3.2印制电路板的手工制作3.3印制电路板生产工艺3.43.1覆铜板的种类与选用提示覆以铜箔的绝缘层压板称为覆铜箔层压板，简称覆铜板。它是用腐蚀铜箔法制作电路板的主要材料。覆铜板的种类很多，按基材的品种可分为纸基板和玻璃布板；按黏结树脂来分有酚醛、环氧酚醛、聚四氟乙烯等。1．覆铜板的种类（1）酚醛纸基覆铜板它是用浸渍过酚醛树脂的绝缘纸或纤维板作为基板，两面加无碱玻璃布，并在一面或两面覆以电解紫铜箔，经热压而成的板状制品。这类层压板价格低廉，但机械强度低，易吸水，耐高温性能差（一般不超过100℃）。主要用于低频和一般民用产品中。标准厚度有1.0mm、1.5mm、2.0mm三种，一般应优先选用1.5mm和2.0mm厚的层压板。（2）环氧酚醛玻璃布覆铜板这是用浸渍过环氧树脂的无碱玻璃布板作为基板，一面或两面覆以电解紫铜箔经热压而成的层压制品，这类层压板的电气和机械性能良好，加工方便，可用于恶劣环境和超高频电路中。（3）环氧玻璃布覆铜板这类层压板由浸渍双氰胺固化剂的环氧树脂的玻璃布板作为基板，一面或两面覆以电解紫铜箔经热压而成。这类层板基材的透明度良好，与环氧酚醛覆铜板相比，具有较好的机械加工性能，防潮性良好，工作温度较高。（4）聚四氟乙烯玻璃布覆铜板这是以无碱玻璃布浸渍聚四氟乙烯分散乳液为基材，覆以经氧化处理的电解紫铜箔，经热压而成的层压板，是一种耐高温和高绝缘的新型材料。具有较宽的耐温范围（−23℃～260℃），在200℃下可长期工作，在300℃下间断工作。它主要用在高频和超高频电路中。此外，还有聚苯乙烯覆铜板、软性聚酯覆铜板等。2．覆铜板的选用覆铜板的性能指标主要有抗剥强度、耐浸焊性（耐热性）、翘曲度（又叫弯曲度），电气性能（工作频率范围、介质损耗、绝缘电阻和耐压强度）及耐化学熔剂性能。覆铜板的选用主要是根据产品的技术要求、工作环境和工作频率，同时兼顾经济性来决定的。在保证产品质量的前提下，优先考虑经济效益，选用价格低廉的覆铜板，以降低产品成本。3.2印制电路板的特点和分类提示印制电路是指在绝缘基板上的印制导线和印制元器件系统。具有印制电路的绝缘基板称为印制电路板。印制电路板用于安装和连接小型化元件、晶体管、集成电路等电路元器件。1．印制电路板的特点使用印制电路板制造的产品具有可靠性高，一致性、稳定性好，机械强度高、耐振、耐冲击，体积小、重量轻，便于标准化、便于维修以及用铜量小等优点。其缺点是制造工艺较复杂，单件或小批量生产不经济。2．印制电路板的分类印制电路板按其结构可分为如下4种。（1）单面印制电路板单面印制电路板通常是用酚醛纸基单面覆铜板，通过印制和腐蚀的方法，在绝缘基板覆铜箔一面制成印制导线。它适用于对电性能要求不高的收音机、收录机、电视机、仪器和仪表等。（2）双面印制电路板双面印制电路板是在两面都有印制导线的印制电路板。通常采用环氧树脂玻璃布铜箔板或环氧酚醛玻璃布铜箔板。由于两面都有印制导线，一般采用金属化孔连接两面印制导线。其布线密度比单面板更高，使用更为方便。它适用于对电性能要求较高的通信设备、计算机、仪器和仪表等。（3）多层印制电路板多层印制电路板是在绝缘基板上制成三层以上印制导线的印制电路板。它由几层较薄的单面或双面印制电路板（每层厚度在0.4mm以下）叠合压制而成。为了将夹在绝缘基板中的印制导线引出，多层印制电路板上安装元器件的孔需经金属化处理，使之与夹在绝缘基板中的印制导线沟通。目前，广泛使用的有四层、六层、八层，更多层的也有使用。多层印制电路板的主要特点：与集成电路配合使用，有利于整机小型化及重量的减轻；接线短、直，布线密度高；由于增设了屏蔽层，可以减小电路的信号失真；引入了接地散热层，可以减少局部过热，提高整机的稳定性。（4）软性印制电路板软性印制电路板也称柔性印制电路板，是以软层状塑料或其他软质绝缘材料为基材制成的印制电路板。它可以分为单面、双面和多层3大类。此类印制电路板除了重量轻、体积小、可靠性高以外，最突出的特点是具有挠性，能折叠、弯曲、卷绕。软性印制电路板在电子计算机、自动化仪表、通信设备中应用广泛。3.3印制电路板的手工制作3.3.1漆图法漆图法的主要步骤如下。①下料。按版图的实际设计尺寸剪裁覆铜板，去四周毛刺。②拓图。用复写纸将已设计好的印制电路板布线草图拓在覆铜板的铜箔面上。印制导线用单线，焊盘用小圆点表示。拓制双面板时，为保证两面定位准确，板与草图均应有3个以上孔距尽量大的定位孔。③打孔。拓图后，对照板与草图检查焊盘与导线是否有遗漏，然后在板上打出样冲眼，按样冲眼定位打出焊盘孔。④调漆。在描图之前应先把所用的漆调配好。通常可以用稀料调配调和漆，也可以用酒精溶泡虫胶漆片，并配入一些甲基紫（使颜色清晰）。要注意稀稠适宜，以免描不上或流淌，画焊盘的漆应比画线用的稍稠一些。⑤描漆图。按照拓好的图形，用漆描好焊盘及导线。应先描焊盘，要用比焊盘外径稍细的硬导线或木棍蘸漆点画，注意与钻好的孔同心，大小尽量均匀。然后用鸭嘴笔与直尺描绘导线，直尺两端应垫起，双面板应把两面的图形同时描好。⑥腐蚀。腐蚀前应检查图形质，修整线条焊盘。腐蚀液一般用三氯化铁溶液，浓度在28%～42%，可以从化工店购买三氯化铁粉剂自己配制。将板全部浸入溶液后，没有被漆膜覆盖的铜箔就被腐蚀掉了。在冬天可以对溶液适当加温以加快腐蚀，但为防止将漆膜泡掉，温度不宜过高（不超过40℃左右）；也可以用软毛排笔轻轻刷扫，但不要用力过猛，以免把漆膜刮掉。待完全腐蚀后，取出板子用水清洗。⑦去漆膜。用热水浸泡板子，可以把漆膜剥掉，未擦净处可用稀料清洗。⑧清洗。漆膜去净后，用布蘸去污粉在板面上反复擦拭，去掉铜箔的氧化膜，使线条及焊盘露出铜的光亮本色。注意在擦拭时应按某一固定方向，这样可以使铜箔反光方向一致，看起来更加美观。擦拭后用水冲洗、晾干。一般来说，在漆膜去净后，一些不整齐的地方、毛刺和粘连等就会清晰地暴露出来，这时还需要用锋利的刻刀再进行修整。⑨涂助焊剂。把已配好的松香酒精溶液立即涂在洗净晾干的印制电路板上作为助焊剂。如果所制作的印制电路板面积不是很大，可以在细砂打磨后的覆铜板上薄薄地喷上一层喷漆，待喷漆干透后将设计好的印制电路图拓到漆的表面，再用装修刀将不需要的部分小心地刮去。这样做可以很方便地使用钢尺等工具，并且可以制作出质量很好的印制电路板，但比较费时。3.3.2贴图法漆图法自制印制电路板的过程中，图形靠描漆或其他抗蚀涂料描绘而成，虽然简单易行，但描绘质量难保证，往往是焊盘大小不均匀，印制导线粗细不匀。如果有条件，采用贴图法是比较省时省力的，而且质量较好，但制作费用比较高。贴图用的材料是一种有各种宽度的导线和有各种直径、形状的焊盘，在它们的一面涂有不干胶，可以直接粘贴在打磨后的覆铜板上。这种抗蚀能力强的薄膜厚度只有几微米，图形种类有几十种，如焊盘、接插头、集成电路引线及各种符号等，如图3.1所示。贴图用导线贴图用焊盘图3.1贴图用的导线和焊盘购买的贴图材料需要放在密封良好的塑料袋中，以免不干胶干燥降低黏性。这些图形贴在一块透明的塑料软片上，使用时，可用刀尖把图形从软片上挑下来，转贴到覆铜板上。焊盘及图形贴好后，再用各种型号的抗蚀胶带连接各焊盘，构成印制导线图样。整个图形贴好后可以立即进行腐蚀。如果贴图图形的胶比较新鲜，黏性强，用这种方法制作的印制电路板效果可以很好，接近照相制板的质量。如果购不到这种现成的薄膜图形，可以自己动手制作，用不干胶带制作导线，用不干胶的标签纸制作焊盘。制作方法如下：先找一块玻璃，用洗衣粉将它洗净，然后将不干胶带撕下一头，贴到玻璃板上，逐渐撕开不干胶带，边撕边贴，这样可以避免在胶带中出现气泡，注意贴好的胶带要尽可能直，贴上的胶带在10cm左右就可以了。这样贴了若干后，就可以用刀片和钢尺将它们割成宽度适合的导线了，在切割时最好先在一张纸上画上它们的宽度，再将它放到玻璃下面与需要切制的胶带对齐。焊盘的制作相对要麻烦一些，需要找一些大小合适的小钢管，管壁应比较薄，并且强度要足够，如坏了的电烙铁的管套、坏钢笔里的墨囊护套等。将管子的边缘磨锋利后就可以成为一个管形的冲子了。将不干胶标签放在木砧上，用小木槌和管形冲冲出一个个小圆片，这就成了焊盘图形贴纸了，使用时只需用尖镊子将它后面的蜡纸撕去就可以贴到覆铜板上了。在使用这种方法时，应先贴焊盘，后贴导线，贴完后应用圆头的钢笔将它们压紧，同时注意在三氯化铁溶液里的时间不能太长，最好不要超过20min（溶液的浓度、温度要合适，腐蚀时要不断晃动，这样腐蚀的时间就比较短）。3.3.3刀刻法对于一些电路比较简单，线条较少的印制电路板，可以用刀刻法来制作。在进行图形设计时，要求形状尽量简单，一般把焊盘与导线合为一体，形成多块矩形图形。刻刀可以用废的钢锯条自己磨制，要求既硬且韧。制作时，按照拓好的图形，用刻刀沿钢尺刻划铜箔，把铜箔划透。然后，把不需保留的铜箔的边角用刀尖挑起来，再用钳子夹住把铜箔撕下来。3.4印制电路板生产工艺印制电路板组装工艺是根据工艺设计文件和工艺规程的要求将电子元器件按一定方向和次序插装（或贴装）到印制电路板规定的位置上，并用紧固或锡焊的方法将其固定的过程。3.4.1印制电路板组装工艺流程和要求根据电子产品生产的性质、生产批量、设备条件等情况的不同，需采用不同的印制电路板组装工艺。常用的组装工艺有手工装配工艺和自动装配工艺，其工艺流程分别如图3.2和图3.3所示。图3.2手工装配工艺流程图3.3自动装配工艺流程印制电路板组装的质量好坏，直接影响到电子产品的电路性能和安全使用性能。因此，印制电路板组装过程中必须遵循以下要求。①各个工艺环节必须严格实施工艺文件的规定，认真按照工艺指导卡操作。②印制电路板应使用阻燃性材料，以满足安全使用性能要求。③组装流水线各工序的设置要均匀，防止某些工序组装件积压，确保均衡生产。④印制电路板元器件的插装（或贴装）要正确，不能有错装、漏装现象。⑤焊点应光滑，无拉尖、虚焊、假焊、连焊等不良现象，使组装的印制电路板的各种功能符合电路的性能指标要求，为整机总装打下良好的基础。⑥做好印制电路板组装元器件的准备工作，包括以下内容。元器件引线成形：为了保证波峰焊焊接质量，元器件插装前必须进行引线整形。印制电路板铆孔：质量比较大的电子元器件要用铜铆钉在印制电路板上的插装孔加固，防止元器件插装、焊接后，因振动等原因而发生焊盘剥脱损坏现象。装散热片：大功率的三极管、功放集成电路等需要散热的元器件，要预先做好散热片的装配准备工作。印制电路板贴胶带纸：为防止波峰焊将不焊接元器件的焊盘孔堵塞，在元器件插装前，应先用胶带纸将这些焊盘孔贴住。3.4.2印制电路板元器件的插装因为电子元器件种类繁多，结构不同，引出线也多种多样，所以必须根据产品的要求、印制电路板的电路结构、装配密度、使用方法以及元器件的特点，采取不同插装形式和工艺方法来插装元器件，才能获得良好的效果。1．印制电路板手工流水线插装电子产品的部件装配中，印制电路板装配元器件的数量多、工作量大，因此电子整机厂的产品在大批量、大规模生产时都采用流水线进行印制电路板组装，以提高装配效率和质量。插件流水线作业是把印制电路板组装的整体装配分解为若干工序的简单装配，每道工序固定插装一定数量的元器件，使操作过程大大简化。印制电路板的插件流水线分为自由节拍和强制节拍两种形式。自由节拍形式是操作者按规定进行人工插装完成后，将印制电路板在流水线上传送到下一道工序，即由操作者控制流水线的节拍。每个工序插装元器件的时间限制不够严格，生产效率低。强制节拍形式是要求每个操作者必须在规定时间范围内把所要插装的元器件准确无误地插到印制电路板上，插件板在流水线上连续运行。强制节拍形式带有一定的强制性，生产中以链带匀速传送的流水线属于该种形式的流水线。一条流水线设置工序数的多少，由产品的复杂程度、生产量、工人技能水平等因素决定。在分配每道工序的工作量时，应留有适当的余量，以保证插件质量，每道工序插装大约为10～15个元器件。元器件量过少势必增加工序数，即增加操作人员，不能