电子产品制造技术(第3章)

《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作中等职业学校机电类规划教材《电子产品制造技术》（陈振源主编）教学演示课件《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作第3章印制电路板制作印制电路板是电子设备中重要的组成部分，掌握印制电路板的基本设计方法和制造工艺流程，是学习电子工艺技术的基本要求。本章首先介绍印制电路板的作用、种类、设计步骤和设计要求；其次，介绍印制电路板的制造工艺流程和手工制作印制板的常用方法；最后简要介绍用Protel99进行电路原理图绘制和印制板设计。3.1概述3.3印制电路板CAD软件简介3.2印制电路板的制造3.4实践项目《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作3.1概述3.1.1印制电路板的制造１.提供各种电子元器件固定、装配的机械支撑印制电路板是组装电子元器件的基板，提供各种电子元器件固定、装配的机械支撑。图3.1印制电路板的固定支撑作用《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作２.实现各种电子元器件之间的电气连接印制电路板上所形成的印制导线，将各种电子元器件有机地连接在一起，使其发挥整体功能．一个设计精良的印制电路板，不但要布局合理，满足电气要求，还要充分体现审美意识，这也是印制电路设计的新理念。(a)单面板的电气连接(b)双面板的电气连接图3.2印制的布线和电气连接《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作３.提供所要求的电气特性，保证电路的可靠性在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法，遵守印制电路板设计的一般原则，并应符合抗干扰设计的要求。４.提供阻焊图形、识别字符和图形印制电路板除了提供机械支撑和电气连接之外，还提供阻焊图形和丝印图形。阻焊图是在印制板的焊点外区域印制一层阻止锡焊的涂层，防止焊锡在非焊盘区桥接。丝印图包括元器件字符和图形、关键测量点、连线图形等，为印制电路板的装配、检查和维修提供了极大的方便。《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作3.1.2印制电路板的种类印制电路板的种类很多，分类方式也有多种。１.按所用的绝缘基材分类按印制电路板所用的绝缘基材可分为：纸基印制电路板、玻璃布印制电路板、挠性基材印制电路板、陶瓷基印制电路板、金属基印制电路板等几种类型。《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作２．按印制电路板的强度分类按印制电路板的强度可分为：刚性印制电路板、挠性印制电路板、刚挠结合印制电路板等。图3.3挠性印制电路板图3.4刚挠结合印制电路板《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作３．按印制电路的导电结构来分类按印制电路的分布可分为：单面印制电路板、双面印制电路板和多层印制电路板。(a)印制板的正面(b)印制板的反面图3.5双面印制电路板《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作电视机、收录机、收音机等家用电器内部的电路板大多是单面印制电路板。手机、影碟机、单片机等含数字电路和CPU控制的电路板一般采用双面印制电路板。常见的电脑板卡基本上是环氧树脂玻璃布基双面印制线路板，内存条的电路板则是多层板。《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作3.1.3印制电路板设计步骤１.选定印制板的材料、板厚和板面尺寸在设计选用时应根据产品的电气性能和机械特性及使用环境选用不同的敷铜板。根据电路的功能和产品的设计要求，确定印制板的外形和尺寸。在实际生产过程中，为了降低生产成本，通常将几块小的印制板拼成一个大矩形板，待装配、焊接后再沿工艺孔裁开。图3.6几块小的印制板拼成大板《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作２．合理安排好元器件的位置根据所需板面的大小，在一张方格坐标纸上画出印制板的形状和尺寸。根据电路原理图并考虑元器件外形尺寸和布局布线要求，合理安排好元器件的位置。３．绘制排版设计草图对照电路原理图在方格纸上画出印制导线。一般先画出主要元器件的连线，然后画出其它元器件的连线，最后画地线。在排版布线中应避免连线的交叉，但可在元器件处交叉，因元器件跨距处可以通过印制导线。如图3.7、图3.8所示。绘图工作不一定一次就能成功，往往需要多次的调整和修改。《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作图3.7连线可在元器件处交叉图3.8排版设计草图《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作印制电路不允许有交叉电路，对于可能交叉的线条，可用“钻”与“绕”两种办法解决。即让某引线从别的电阻、电容、三极管等元器件脚下的空隙处“钻”过去，或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去。特殊情况下如果电路很复杂，为了简化设计也允许用导线跨接，解决交叉问题。电阻、二极管、管状电容等元器件有“立式”、“卧式”两种安装方式，对于这两种方式上的元器件孔距是不一样的。《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作４．绘制印制电路板图根据排版设计草图选择合适的焊盘和适当的印制导线形状，画出印制电路板图。如图3.9所示。印制电路板图设计完成后，即可绘制照相底图，进行批量生产。制作一块标准印制电路板，根据不同的加工工序，还应提供不同的制版工艺图，如机械加工图、字符标记图、阻焊图等。图3.9印制电路板图《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作3.1.4印制电路板设计要求１．印制电路板的布局结构设计（1）印制电路板的热设计印制电路板的工作温度一般不能超过850C，过高的温度会导致电路板损坏和焊点开裂，降温的方法采用对流散热，根据情况采用自然通风或强迫风冷。因此，元器件的排列方向和疏密要有利于空气对流，发热量大的元器件应放置在便于散热的位置。如果工作温度超过400C，应加装散热器。热敏元器件应远离高温区域或采用热屏蔽结构。（2）印制电路板的减振缓冲设计为提高印制板的抗振、抗冲击性能，板上的负荷应合理分布以免产生过大的应力。较重的元器件应排在靠近印制板的支撑点处。重量超过15g的元器件，应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件，不宜装在印制板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。位于电路板边缘的元器件，离边缘一般不小于２mm。在板上要留出固定支架、定位螺丝和连接插座所用的位置。《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作（3）印制电路板的抗电磁干扰设计为使印制板上的元器件的相互影响和干扰最小，高低频电路、高低电位电路的元器件不能靠得太近。输入输出元器件应尽量远离，高频元器件之间的连线尽可能短，减少它们的分布参数和相互的电磁干扰。元器件排列方向与相邻的印制导线应垂直，特别是电感元器件的线圈轴线应垂直于印制板面，这样对其他元器件的干扰最小。（4）印制电路板的板面设计对电路的全部元器件进行布局时，应按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。同时以每个功能电路的核心元器件为中心，围绕它来进行布局。在保证电气性能要求的前提下，元器件应平行或垂直板面，并和主要的板边平行或垂直。元器件在板面上分布应尽量均匀，密度一致。这样，不但美观，而且装焊容易，易于批量生产。《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作２．印制电路板上布线的一般原则（1）电源线设计根据印制电路板电流的大小，尽量加粗电源线的宽度，减小回路电阻。同时电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，有助于增强抗噪声能力。电路板上同时安装模拟电路和数字电路的，它们的供电系统要完全分开。《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作（2）地线设计公共地线应布置在板的最边缘，便于印制板安装在机架上。数字地和模拟地尽量分开。如图3.10所示，低频电路的地尽量采用单点并联接地，高频电路的地采用多点串联就近接地，地线应短而粗，频率越高，地线应越宽。每级电路的地电流主要在本级地回路中流通，减小级间地电流耦合。(a)低频电路的单点并联接地(b)高频电路的多点串联接地《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作（3）信号线设计将高频线放在板面的中间，印制导线的长度和宽度宜小，导线间距要大，避免长距离平行走线。双面板的两面走线应垂直交叉，如图3.11所示。高频电路的输入输出走线应分列于电路板的两边。如图3.12所示。图3.11双面板两面走线图3.12输入输出电路分列于电路板的两边《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作（4）印制导线的对外连接印制电路板间的互连或印制电路板与其它部件的互连，可采用插头座互连或导线互连。采用导线互连时，为了加强互连导线在印制板上的连接可靠性，印制板一般设有专用的穿线孔，导线从被焊点的背面穿入穿线孔，图3.13印制电路板的互连导线《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作３．印制导线的尺寸和图形当元器件的结构布局和布线方案确定后，就要具体设计绘制印制导线的图形。（１）印制导线的宽度印制导线的最小宽度取决于导线的载流量和允许温升（印制板的工作温度不能超过850C）。根据经验，印制导线的载流量可按20A/mm2计算，即当铜箔厚度为0.05mm，线宽为1mm的印制导线允许通过1A电流，即导线宽度的毫米数值等于负载电流的安培数。目前，印制导线的线宽已经标准化，建议采用0.5mm的整数倍。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选0.2～0.3mm的导线宽度。用于表面贴装的印制板，线宽为0.12～0.15mm。（２）印制导线的间距印制导线的间距将直接影响电路的电气性能，必须满足电气的安全要求，需要考虑导线之间的绝缘强度、相邻导线之间的峰值电压、电容耦合参数等。一般导线间距等于导线宽度，但不小于1mm。对于微型设备，不小于0.4mm。表面贴装板的间距0.12～0.2mm，甚至0.08mm。为了便于操作和生产，导线间距也应尽可能宽些。《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作（３）印制导线的图形印制导线宽度应尽可能保持一致（地线除外），并避免出现分支。印制导线的走向应平直，不应有急弯和夹角，印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。如图3.14所示。(b)优先采用的印制图形图3.14印制导线图形(a)避免采用的印制图形《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作（４）焊盘焊盘在印制电路中起固定元器件和连接印制导线的作用，焊盘线孔的直径一般比引线直径大0.2～0.3mm。常见的焊盘形状有岛形焊盘、圆形焊盘、方形焊盘、椭圆焊盘、泪滴式焊盘、开口焊盘和多边形焊盘，如图3.15所示。(a)岛形b)圆形(c)方形(d)椭圆形(e)泪滴(f)开口焊盘(g)多边形图3.15各种形状的焊盘岛形焊盘常用于元器件密集固定的情况，当元器件采用立式安装时更为普遍；方形焊盘设计制作简单，手工制作时常采用；椭圆焊盘常用于双列值插式器件，泪滴式焊盘用于高频电路。《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作3.2印制电路板的制造3.2.1印制电路板的制造工艺流程1．印制电路板制造过程的基本环节（1）底图制版在印制电路板设计完成后，就要绘制照相底图，可采用手工绘制或计算机辅助设计（CAD），按1:1、2:1或4:1比例绘制，它是制作印制板的依据。然后再由照相底图获得底图胶片，确定印制电路板上要配置的图形。获得底图胶片有两个基本途径：一是先绘制黑白底图，再经照相制版得到，二是利用计算机辅助设计系统和激光绘图机直接绘制出来。（2）机械加工印制电路板的外形和各种用途的孔（如引线孔、中继孔、机械安装孔等）都是通过机械加工完成的。机械加工可在蚀刻前进行，也可在蚀刻后进行。（3）孔的金属化孔的金属化就是在孔内电镀一层金属，形成一个金属筒，与印制导线连接起来。双面和多层印制电路板两面的导线和焊盘的连接就是通过金属化孔来实现的。《电子产品制造技术》第3章印制电路板制作（4）图形转移图形转移就是将电路图形由照相底版转移到覆铜板上去。常见的方法有丝网漏印法和光化学法。（5）蚀刻蚀刻就是将电路板上不需要的铜箔腐蚀掉，留下所需的铜箔线路。常用的蚀刻溶液有三氯化铁、酸性氯化铜、碱性氯化铜、过硫酸铵、氨水等。（6）金属涂覆在印制板的铜箔上涂覆一层金属，可提高印制电路的导电性、可靠性、耐磨性，延长印制板的使用寿命。金属镀层的材料有：金、银、锡、铅锡合金等，方法有电镀和化学镀两种。（7）涂阻焊剂、印字符涂阻焊剂的作用是限定焊接区域，防止焊接时造成短路，防止电路腐蚀，常见的阻焊剂是绿油。印字符是为了电路板元