电路板设计与制作.ppt

印制电路板的设计与制作 印刷电路板的基础知识介绍 一 什么是印刷电路板 二 怎样制作电路板 印刷电路板图例1 印刷电路板图例2 印刷电路板图例3 一 印刷电路板知识介绍 1 印刷电路板 印刷电路板也称PCB PrintedCircuitBoard 板 它是在敷铜板上用腐蚀的方法除去多余的铜箔而得到的可焊接电子元件的电路板 PCB的主要功能是提供各项零件的相互电气连接 腐蚀后留下的可焊接元件的铜箔电路 绝缘基板 敷铜板 绝缘基板 铜箔 敷铜板 也叫覆铜板 全称应为敷铜箔层压板 它是在绝缘基板上敷上电解铜箔经热 压而成 绝缘基板的材料有 酚醛纸质 环氧酚醛玻璃布 环氧玻璃布和聚四氟乙烯玻璃布等 一般厚度为0 1mm 3 0mm等 国产电路板的铜箔厚度为35 m 国外 18 m 10 m和5 m等超薄铜箔 铜箔薄 加工时刻蚀时间短 易钻孔 还可以节约铜材 什么是敷铜板呢 常用敷铜板种类及特点 1 酚醛纸敷铜板易潮 不阻燃 便宜 做收音机等 2 环氧纸敷铜板耐潮 耐高温 价偏高 做仪器 仪表等 3 环氧玻璃布敷铜板基板透明 优于前者 价较高 做高档电器 4 聚四氟乙烯敷铜板介质损耗低 价高 用于高频电路 2 印刷电路板的结构 电路板的层 Layer 电路板中的层不是虚拟的而是印刷板材料本身实实在在的铜箔层 除了常用的单层电路板之外 由于一些较新的电子产品电子线路的元件密集中 所用的印刷板不仅有上下两面双层走线 在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔 例如计算机主板所用的印板材料多在4层以上 顶层Top 中间层Mid 绝缘层 底层Bottom 过孔Via 单面板 双面板 多面板 根据敷铜层的层数 可以分为单面板 双面板和多面板 它们分别用在不同的场合 单面板 Single SidedBoards 在最基本的PCB上 零件集中在其中一面 导线则集中在另一面上 因为导线只出现在其中一面 所以我们就称这种PCB叫作单面板 Single sided 双面板 Double SidedBoards 双面板在绝缘基板上两面都敷上铜箔 因此PCB图中两面都可以布线 并且可以通过过孔在不同工作层中切换走线 多层板 Multi LayerBoards 多层板是在绝缘基板上制成三层以上的印制电路板 在最基本的PCB 单面板 上 零件都集中在其中一面 导线则都集中在另一面 PCB的正反面分别被称为零件面 componentside 与焊接面 solderside 软性印制电路板 软性印制电路板也称挠性印制电路板或柔性印制电路板 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 双面和多层三大类 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 自身可端接以及三维空间排列 焊盘印制导线过孔阻焊层助焊层丝印层 3 电路板的相关术语 焊盘 Pad 焊盘是印刷电路板用来焊接电子元件的连接媒介 它将电子元件与电路按照设计要求接合在一起 从而使电路功能得以实现 焊盘的形式按要求有不同大小和形状的 如圆形 方形 八角形 泪滴形等焊盘 焊盘 一般而言 自行编辑焊盘时除了以上所讲的外 还要考虑以下原则 1 形状上长短不一致时 要考虑连线宽度与焊盘边长的大小差异不能过大 2 需要在元件引脚之间走线时 选用长短不对称的焊盘往往事半功倍 3 各元件焊盘内孔的大小要按元件引脚粗细分别编辑确定 原则上内孔的尺寸比引脚直径大0 2 0 4mm 焊盘直径取决于内孔直径 焊盘内孔直径与焊盘直径对照 焊盘 涂助焊层 过孔 印制导线 涂阻焊层 丝印层 焊盘 阻焊膜 SolderMask 丝印膜 Silkscreen 助焊膜 PastMask 各种膜 Mask 示意图 助焊 层 膜和阻焊 层 膜助焊 层 膜是涂于焊盘上的助焊材料 其作用是提高可焊性能 阻焊层为了使制成的板子适应波峰焊 自动化焊接 等焊接形式 要求板子上没有焊盘处的铜箔不能粘锡 在焊盘外的各部位涂覆一层绿色阻焊剂 阻焊剂是一种耐高温涂料 除了焊盘和元器件的安装孔外 印制电路板的其它部位均在阻焊层之下 阻焊层的作用就是把不需要焊接的地方保护起来 过孔 过孔 Via 的主要作用是实现不同板层间的电气连接 过孔主要有3种 穿透式过孔 Through 从顶层一直打到底层的过孔 盲孔 Blind 从顶层遇到某个中间层的过孔 或者是从某个中间层通到底层的过孔 用于多层电路板中 埋孔 Buried 只在中间层之间导通 而没有穿透到顶层或底层的过孔 用于多层电路板中 一般而言 设计线路时对过孔的处理有以下原则 尽量少用过孔 一旦选用了过孔 务必处理好它与周边各实体的间隙 特别是容易被忽视的中间各层与过孔不相连的线与过孔的间隙 需要的载流量越大 所需的过孔尺寸就越大 如电源层 地层与其他层连接所用的过孔就要大一些 丝印层 为方便电路的安装和维修 在印制板的上下两表面印上所需要的标志图案和文字代号等 用于标注元件的安装位置 例如 元件标号和参数 元件轮廓形状等 这就称为丝印层 SilkscreenTop BottomOverlay 印制电路板设计的基本原则和要求 一 印刷电路板图设计的基本原则二 印刷板图设计中注意事项 印制电路板设计首先需要完全了解所选用元件及各种插座的规格 尺寸 面积等 当合理地 仔细地考虑各部件的位置安排时 主要是从电磁兼容性 抗干扰性的角度 以及走线要短 交叉要少 电源和地线的路径及去耦等方面考虑 印制电路板元件布线的基本原则 一 印制电路板上各元件之间的布线应遵循以下基本原则 1 印制电路中不允许有交叉电路 对于可能交叉的线条 可以用 钻 绕 两种办法解决 2 电阻 二极管 管状电容器等元件有 立式 和 卧式 两种安装方式 3 同一级电路的接地点应尽量靠近 并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上 4 总地线必须严格按高频 中频 低频一级级地按弱电到强电的顺序排列 切不可随便乱接 5 强电流引线 公共地线 功放电源引线等 应尽可能宽些 以降低布线电阻及其电压降 减小寄生耦合而产生的自激 6 阻抗高的走线尽量短 阻抗低的走线可长一些 因为阻抗高的走线容易发射和吸收信号 引起电路不稳定 布线方向 从焊接面看 组件的排列方位尽可能保持与原理图相一致 布线方向最好与电路图走线方向相一致 2 各元件排列 分布要合理和均匀 力求整齐 美观 结构严谨 电阻 二极管的放置方式分为平放和竖放两种 在电路中元件数量不多 而且电路板尺寸较大的情况下 一般是采用平放较好 3 电位器 电位器的安放位置应当满足整机结构安装及面板布局的要求 因此应尽可能放在板的边缘 旋转柄朝外 二 印刷板图设计中注意事项 4 IC座 设计印制板图时 在使用IC座的场合下 一定要特别注意IC座上定位槽放置的方位是否正确 并注意各个IC脚位是否正确 5 进出接线端布置 相关联的两引线端不要距离太大 一般为2 10 3 10英寸左右较合适 进出线端尽可能集中在1 2个侧面 不要太过离散 6 要注意管脚排列顺序 元件引脚间距要合理 如电容两焊盘间距应尽可能与引脚的间距相符 7 在保证电路性能要求的前提下 设计时应力求走线合理 少用外接跨线 并按一定顺序要求走线 走线尽量少拐弯 力求线条简单明了 8 设计应按一定顺序方向进行 例如 可以按左往右和由上而下的顺序进行 9 线宽的要求 导线的宽度决定了导线的电阻值 而在同样大的电流下 导线的电阻值又决定了导线两端的电压降 电路板的设计与制作 一 计算机辅助软件设计介绍二 PCB设计流程三 电路板的制作 随着计算机在国内的逐渐普及 EDA ElectronicDesignAutomatic 电路设计自动化 软件在电路行业的应用也越来越广泛 但和发达国家相比 我国的电路设计水平仍然存在着相当大的差距 中国已走到了WTO的门口 随着WTO的加入 电路行业将会受到较大的冲击 许多从事电路设计工作的人员对EDA软件并不熟悉 通过讲述的目的就是让这些同学们对此有些了解 并以此提高他们利用电脑进行电路设计的水平 以下是一些国内最为常用的EDA软件 一 印刷电路板的计算机辅助设计 PROTEL电路自动设计PROTEL是PORTEL公司在20世纪80年代末推出的电路行业的CAD软件 它当之无愧地排在众多EDA软件的前面 是电路设计者的首选软件 它较早在国内使用 普及率也最高 有些高校的电路专业还专门开设了课程来学习它 ProtelforWindowsv1 0sch电路原理图自动设计版本虽低 但是功能强大 对操作系统及硬件要求较低 486及以上机型即可 安装后文件较小约14 2MB 用它绘制的 sch格式图纸文件特别小 与其它设计软件兼容性极好 是一个难得的优秀软件 ORCADEDA软件ORCAD是由ORCAD公司于20世纪80年代末推出的EDA软件 它是世界上使用最广的EDA软件 每天都有上百万的电路工程师在使用它 相对于其它EDA软件而言 它的功能也是最强大的 由于ORCAD软件使用了软件狗防盗版 在国内它并不普及 知名度也比不上PROTEL 只有少数的电路设计者使用它 PSPICE电路仿真PSPICE是较早出现的EDA软件之一 1985年就由MICROSIM公司推出 在电路仿真方面 它的功能可以说是最为强大 在国内被普遍使用 EWB电路仿真EWB ELECTRONICSWORKBENCHEDA 软件是交互图像技术有限公司在20世纪90年代初推出的EDA软件 但在国内开始使用却是近几年的事 1 电路设计与制版软件Protel2 组成特点 1 原理图设计系统 2 印刷电路板设计系统 3 电路仿真系统3 设计流程图 设计电路原理图 形成网络表 设计印刷电路板 4 交印刷电路板制作工厂制作 PROTEL电路自动设计 电路设计与制版软件Protel 设计电路原理图 最终PCB图 PCB板是所有设计过程的最终产品 PCB图设计的好坏直接决定了设计结果是否能满足要求 PCB图设计过程中主要有以下几个步骤 1 规划PCB在正式绘制之前 要规划好PCB板的尺寸 这包括PCB板的边沿尺寸和内部预留的用于固定的螺丝孔 也包括其他一些需要挖掉的空间和预留的空间 二 PCB板的设计流程 2 将原理图信息传输到PCB中规划好PCB板之后 就可以将原理图信息传输到PCB中了 3 元件布局元件布局要完成的工作是把元件在PCB板上摆放好 布局可以是自动布局 也可以是手动布局 4 布线根据网络表 在ProtelDXP提示下完成布线工作 这是最需要技巧的工作部分 也是最复杂的一部分工作 5 检查错误 撰写文档布线完成后 最终检查PCB板有没有错误 并为这块PCB板撰写相应的文档 文档可长可短 视需要而定 三 电路板的制作 手工 基本工序 1 绘制电路接线图2 下料 准备敷铜板3 复印电路4 涂覆保护层5 腐蚀 清洗 钻孔8 涂助焊剂9 涂阻焊剂 1 绘制电路图 A 手工绘制B 计算机软件绘制原则 元件布局合理 美观 方便 线条不能交叉 电路原理图 PCB图 2 下料 准备敷铜板 根据需要选用敷铜板裁剪敷铜板对敷铜板表面进行清洁处理 去掉污迹和氧化层 3 复印电路 用新复写纸将电路接线图复写到敷铜板上 注意方向 如果所绘制的原理图是在元件面绘制的 复写时 一定要将图纸反过来复写 4 描线 可用如下几种方法 用油漆描线 记号笔覆盖法市面上有一种耐腐蚀的油性记号笔 用来描涂电路板十分方便 如图所示 记号笔的笔尖有粗细若干规格 可根据线条宽度选用 还可用美工刀将笔尖切削至符合自己的要求 记号笔配合直尺能够描涂出十分平直的线条 还能够在敷铜板铜箔面上书写字符 制作出漂亮的电路板 涤纶胶带覆盖法将透明涤纶胶带粘贴到敷铜板铜箔面上 用美工刀沿复印的线路细心刻制 然后揭去空余部位的涤纶胶带 只保留线路部位的涤纶胶带 如图所示 制作中应确保涤纶胶带粘贴紧密 无气泡 所有电路线条均被严密覆盖 5 腐蚀 有两种腐蚀液 三绿化铁腐蚀液双氧水 盐酸腐蚀液前者花费的时间较长 但比较好控制 后者花费的时间短 但易腐蚀过头 钻孔 腐蚀结束后 对电路板钻孔 注意钻孔前 一定要先用定位钉定位 既在钻孔处先钉一个小凹坑 以免钻孔时钻头打滑 将孔钻偏或将钻头折断 清洗 小电钻 制作实例1 原理图 PCB图 制作实例2 十路电子抢答器原理图 制作实例2 电路板的制作 电路板 电路板 电路板 就是把电子元件焊接成为电路的绝缘板 它一般由绝缘基板 焊盘或焊接片等组成 元件与元件之间用导线连接 元件面 电路原理图 制作实例1 制作实例 元器件的安装与调试 一 元器件引脚的处理二 元器件的安装方式三 元器件的焊接四 电路调试 一 元器件引脚的处理 所有元器件的引脚和连接导线的线头 在焊入电路板之前 都必须清洁后镀上锡 有的元器件出厂时引脚已镀锡的 若因长期存放而氧化了 也应重新清洁后镀锡 元器件引脚的处理清洁元器件引脚可用橡皮擦 如图所示 对于氧化严重的元器件引脚 可用小锯条等利器将其刮净 左手捏住电阻或其他元件的本体 右手用锯条轻刮元件脚的表面 左手慢慢地转动 直到表面氧化层全部去除 清洁后的元器件引脚应及时镀上锡 以防再度氧化 如图所示 电烙铁头部蘸锡后 在松香的助焊作用下 沿元器件引脚拖动 即可在引脚上镀上薄薄的一层焊锡 元器件的规格多种多样 引脚长短不一 制作时应根据需要和允许的安装高度 将所有元器件的引脚适当剪短 剪齐 如图所示 有些元器件的引脚在安装焊接到电路板上时需要折转方向或弯曲 但应注意所有元器件的引脚都不能像图16那样齐根部折弯 以防引脚齐根折断 塑封半导体器件若齐根折弯其引脚 还可能损坏管芯 元器件引脚需要改变方向或间距时 应采用图所示的正确的方法来折弯 元器件在电路板上的安装方式主要有立式和卧式两种 1 立式安装 元器件直立于电路板上 应注意将元器件的标志朝向便于观察的方向 以便校核电路和日后维修 元器件立式安装占用电路板平面面积较小 有利于缩小整机电路板面积 二 元器件的安装方式 2 卧式安装卧式安装如图所示 元器件横卧于电路板上 同样应注意将元器件的标志朝向便于观察的方向 元器件卧式安装时可降低电路板上的安装高度 在电路板上部空间距离较小时很适用 根据整机的具体空间情况 有时一块电路板上的元器件往往混合采用立式安装和卧式安装方式 3 直接搭焊对于一些较简单的电路 也可以将元器件直接搭焊在电路板的铜箔面 如图所示 采用元器件搭焊方式可以免除在电路板上钻孔 简化了制作工艺 4 螺钉固定对于金属大功率管 变压器等自身份量较重的元器件 仅仅直接依靠引脚的焊接已不足以支撑元器件自身重量 应用螺钉固定在电路板上 如图所示 然后再将其引脚焊人电路板 5 元器件焊接要求 1 电阻器尽可能使每个电阻器的高低一致 并要求标记向上 方向一致 2 电容器特别注意有极性电容器的极性 一定不能接反 标记方向容易看见 3 二极管特别注意二极管的阳极和阴极 焊接时问一般不能超过2s 型号标记易看 4 三极管注意b c e三脚引线位置插接正确 焊接时问尽可能短 焊接时用镊子夹住引线脚以便于散热 焊接大功率三极管时 若需加装散热片 应将接触面平整 磨光滑后再固紧 若要求加绝缘薄膜垫时 切记不能忘记 否则将出现烧毁的事故 管脚与电路板上需连接时 要用带绝缘的塑料导线 5 集成电路先检查集成电路的型号 引脚位置是否符合要求 焊接时先焊对角的两只引脚定位 然后再从左至右自上而下逐个焊接 焊接时电烙铁头一次沾锡量以能焊2 3只引脚为准 电烙铁先接触印制电路板上的饲箔 等焊锡熔人集成电路管脚底部时 电烙铁头再接触引脚 接触时间不宜超过3s 并且要让焊锡均匀包住引脚 焊后要检查有否漏焊 碰焊 虚焊之处 清理焊点 在焊接场效应管 集成电路时一般要求电烙铁要可靠接地 或用烙铁余热焊接 三 元器件的焊接 焊接技巧关系到焊接的质量 因此焊接过程中必须方法得当 焊点合格 要焊接出合格的焊点 重点要掌握以下几点 1 蘸锡量恰当2 焊接方法得当3 焊点符合要求 四 电路调试 数字万用表的使用它可以很方便地测量交 直流电压 交 直流电流 电阻及晶体管 值等 已讲 示波器用示波器可以测量直流电位 正弦波 三角波和脉冲等波形的各种参数 用双踪示波器还可同时观察两个波形的相位关系 这在数字系统中是比较重要的 调试中所用示波器频带一定要大于被测信号的频率 仪器的使用 3 信号发生器因为经常要在加信号的情况下进行测试 则在调试和故障诊断时最好备有信号发生器 它是一种多功能的宽频带函数发生器 可产生正弦波 三角波 方波及对称性可调的三角波和方波 必要时自己可用元器件制作简单的信号源 以上三种仪器是调试和故障诊断时必不可少的 三种仪器配合使用 可以提高调试及故障诊断的速度 根据被测电路的需要还可选择其他仪器 比如逻辑分析仪 频率计等 调试方法 调试包括测试和调整两个方面 测试是在安装后对电路的参数及工作状态进行测量 调整就是指在测试的基础上对电路的参数进行修正 使之满足设计要求 为了使调试顺利进行 设计的电路图上应当标出各点的电位值 相应的波形图以及其他数据 调试方法有以下两种 第一种是采用边安装边调试的方法 也就是把复杂的电路按原理框图上的功能分块进行安装和调试 在分块调试的基础上逐步扩大安装和调试的范围 最后完成整机调试 另一种方法是整个电路安装完毕 实行一次性调试 这种方法一般适用于定型产品和需要相互配合才能运行的产品 如果电路中包括模拟电路 数