讲座二：印制电路板设计

1、讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 印制电路板的设计原则和 方法 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 2.1印制电路板的加工流程 一、设计过程包括： 1）印制电路板的绘制设计：它的主要任务是采用 eda开发工具来绘制印制电路板。 2）印制电路板的加工设计：主要任务是根据绘制的印 制电路板，由厂商在工厂内生产实际的印制电路板。 3）印制电路板的装配设计：主要任务是在加工好的印 制电路板上焊接或安装相应的元器件等。 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 加工的前期备料 印制电路板的内层加工 印制板层的压合 印制

2、电路板的钻孔 印制电路板的通孔镀铜 印制电路板的外层加工 印制电路板的二次镀铜 防焊绿漆 丝印层的加工 接点加工 成型切割、出厂检查 二、加工流程： 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 1、加工的前期备料：、加工的前期备料：主要任务是根据客户送来的图纸和 客户的具体要求来准备相应的生产资料。 2、印制电路板的内层加工：、印制电路板的内层加工：分为四个小步骤： 1）前处理 加工人员首先将铜箔基板切割成适合进行加 工生产的尺寸大小。 2）无尘室 为确保图形转移的高质量，加工时控制室内温 度在（21正负1）c,相对湿度为55%到60%，目的是保证 基板和底片的尺寸稳定。

3、 3）蚀刻线 包括显影段、蚀刻段和剥膜段。 4）aoi 自动光学检验（automatic optical inspection） 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 3、印制板层的压合 完成上面加工步骤的内层基板需要采 用玻璃纤维树脂胶片与外层的铜箔进行粘合，目的是形成多 层板。 4、印制电路板的钻孔 是采用钻孔机完成的，它是一种精密 数控机床。 5、印制电路板的通孔镀铜 目的是完成电路板中间层电路的 导通。 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 分成两个阶段：分成两个阶段： 1）化学沉铜 它是采用某种金属的催化作用将溶液中 的铜离子沉

4、积到不导电的孔壁上。 2）电镀铜 首先将待镀板作为阴极，电镀液作为阳极； 然后进行通电操作，这时电镀液中的铜离子便会向待镀 板上进行沉积；当孔壁上的铜层加厚到足够抵抗后续加 工和使用环境冲击的厚度时，就可完成镀铜的操作了。 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 6、印制电路板的外层加工 外层加工的电路影像转移 的制作与内层加工是完全相同的，但是在蚀刻线阶段 则分为负片和正片两种生产方式。负片的生产方式与 内层加工完全相同；正片的生产方式则是在显影后再 加镀二次铜和锡铅操作。 7、印制电路板的二次镀铜 是在正片的生产方式下使 用的。 8、防焊绿漆 外层加工完成后，加工

5、人员需再次对板 子涂覆绝缘的树脂层来保护电路避免氧化和焊接短路。 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 9、丝印层的加工 用来在顶层和底层表面绘制元器件封装的外 观轮廓和放置字符串等。 丝印层的绘制应遵循以下的原则： 1）丝印层上的封装外观轮廓和字符串等要清晰、整齐、美观， 可读性要强。 2）丝印层上的文体字体一般采用eda工具支持的默认字体。 3）丝印层上要能够清楚的标明元器件安装的位置和方向 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 4）极性元件、指示灯、开关、匹配端子、插座和配线 要有明确的丝印标识。 5）丝印字符不能覆盖在焊盘或者过孔

6、上，同一层的丝印层字符 或图形不能相互重叠。 6）元器件的编号字符和丝印图形一般标注在元器件的安装面上。 7）连接器的编号字符和丝印图形一般标注在连接器的安装面上。 8）当丝印字符由于元器件密集而不能放在有效位置上时，可以 将部分的丝印字符放在相应的空白区域，但要有明确的指示。 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 10、接点加工、接点加工 分为四个部分：分为四个部分： 1）镀金 在电路板的插接端点上镀上一层高硬度耐磨 损的层和高化学纯性的金层。 2）喷锡 在电路板的焊接端点上采用热风整平的方式 涂覆一层锡铅合金层。 3）预焊 在电路板的焊接点上采用浸染的方式涂覆上

7、 一层抗氧化预焊皮膜。 4）碳墨 在电路板的接触端点上采用网版印刷的方式 印上一层碳膜。 11、成型切割、出厂检查、成型切割、出厂检查 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 2.2印制电路板的设计流程印制电路板的设计流程 原理图 （sch）的 设计 网络报表 （net）的 生成设计 印制电路板 （pcb）的 设计 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 2.2.1印制电路板的总体设计流程 （1）原理图的设计 （2）原理图的仿真 （3）网络报表的生成 （4）印制电路板的设计 （5）信号完整性分析 （6）文件存储及打印 讲座二印制电路板的设计原

8、则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 2.2.2原理图的设计流程 （1）启动原理图编辑器 （2）设置原理图图纸 （3）设置工作环境 （4）装载元件库 （5）放置元器件并布局 （6）原理图布线 （7）原理图的电气检查 （8）网络报表及其它报表的生成 （9）文件存储及打印 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 2.2.3电路板的设计流程 （1）启动印制电路板编辑器 （2）设置工作环境 （3）添加网络报表 （4）设置pcb的设计规则 （5）元器件的布局 （6）pcb的布线 （7）设计规则检查 （8）各种报表的生成 （9）文件存储及打印 讲座二印制电路板的设计原则和方法

9、讲座二印制电路板的设计原则和方法 2.3印制电路板的基本设计方法 2.3.1印制电路板设计的基本工艺 1、层压多层板工艺、层压多层板工艺 基本加工过程： 首先：采用减成法来制作相应的电路层； 然后：通过层压 机械钻孔 化学沉铜 电镀铜等工艺使各 层电路互连； 最后：涂覆阻焊剂、喷锡、丝印层加工和接点加工。 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 2、积层法多层板工艺、积层法多层板工艺 以传统工艺制造刚性核心内层，同时在一面或者双面 再积层上更高密度互连的一层或者两层，它最多为四 层。 与层压多层板工艺相比，其最大优点在于它的积层可 以很薄，导线间距和导通孔径可以很小，

10、互连密度很 高，因此可以用于芯片级的高密度封装。 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 2.3.2表面贴装技术 元器件的三种安装方式： （1）传动的插入式安装工艺 （2）表面贴装工艺 （3）芯片直接安装工艺 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 表面贴装技术的优点： （1）可提高印制电路板的布线密度和面积，可降低印制电 路板的设计层数和成本。 （2）缩小了电子产品的体积，并减轻了重量。 （3）提高了产品的抗振性能、产品质量和可靠性。 （4）减少了寄生电容和寄生电感。 （5）大大减少板子的电磁干扰和射频干扰。 （6）易实现自动化，提高元器件

11、的安装速度和生产效率。 （7）可以保证印制电路板较低的焊点缺陷率，有利于实现 电路的稳定性和可靠性。 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 表面贴装技术的未来发展趋势表面贴装技术的未来发展趋势： （1）表面贴装技术生产线的发展。 （2）表面贴装技术设备的发展。 （3）表面贴装元器件的快速发展。 （4）表面贴装技术工艺材料的发展。 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 2.4印制电路板的基本设计原则 2.4.1印制电路板的抗干扰设计原则印制电路板的抗干扰设计原则 1、电源线的设计： 1）主要有功率、电位、频率要求等。 2）确定电源线的导线宽

12、度。 3）保证电源线、地线的走向与数据传输的方向一致。 4）关键地方需用抗干扰元器件。 5）电源输入端口应接上相应的上拉电阻和去耦电容。 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 2、地线的设计 1）模拟地和数字地应尽量分开。 2）低频电路中尽量用单点接地，高频电路中多点接地。 3）地线加宽使它能通过3倍于pcb板上的允许电流。 4）敏感电路应连接到稳定的接地参考源上。 5）分区时应把高带宽的噪声电路和低频电路分开，尽量使 干扰电流不通过公共的接地回路。 6）尽量减小接地环路的面积。 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 3、元器件的配置 1

13、）保证pcb板中的相邻板之间、同一板相邻层之间、同一层面 相邻布线之间不能有过长的平行信号线。 2）保证pcb板中的时钟发生器、晶振和cpu的时钟输入端等尽 量靠近，同时远离其它低频元件。 3）pcb中的元器件应该围绕电路中的核心器件来进行配置，同 时尽量减少各元器件的引线和连接。 4）应对pcb板按照频率和电流开关特性进行分区，同时保证噪 声元器件和非噪声元器件有一定的距离。 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 5）应合理考虑pcb板在机箱中的位置和方向，保证发 热量大的元器件处在上方。 6）应尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少分布参数和 相互间的电磁干扰

14、。 4、去耦电容的配置 1）每10片左右的集成电路要加一片充放电电容。 2）引线式电容适用于低频电路，贴片式电容适用于高频。 3）每个集成电路芯片都应布置一个0.01uf的陶瓷电容。 4）对于抗噪声能力弱、关断时电源变化大的器件，应在电源线地 线间接入高频去耦电容。 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 5）电容之间不要共用过孔。 6）去耦电容的引线不能太长。 5、降低噪声和电磁干扰的原则 1）设计人员尽量采用45折线而不采用90折线。 2）可采用串联一个电阻的方法来降低控制电路 上下沿的跳变速率。 3）石英晶振的外壳一般要接地。 4）闲置不用的门电路输出端不要悬空

15、。 5）时钟线垂直于i/o线比平行于i/o线干扰小。 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 6）尽量让时钟信号电路周围的电动势趋近于0. 7）i/o驱动电路尽量靠近pcb板的边缘，同时总线、 时钟要尽量远离i/o线和接插件。 8）pcb板中的任何信号都不要形成环路。 9）电感的分布电容和电容的分布电感不可忽略。 10）功率线、交流线尽量布置在和信号线不同的板上。 6、其他设计原则 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 2.4.2印制电路板的热设计原则 1、散热的基本概念、散热的基本概念 （1）传导 直接接触的两个物体之间热量由温度高的 一方传递给温度低的一方。 （2）对流 借助流体的流动性来传递热量，是一种存 在于液体和气体之间的热量传递方式。 （3）辐射 是高温物体直接向四周空间释放热量。 2、散热的解决方案、散热的解决方案 （1）被动散热 （2）主动散热 （3）综合散热 讲座二印制电路板的设计原则和方法讲座二印制电路板的设计原则和方法 2.4.3印制电路板的抗振设计原则 振动现象对振动现象对pcb板的影响主要体现在三个方面：板的影响主要体现在三个方面： 1）破坏pcb板的结构完整性。 2）破坏pcb板的功能。 3）会引起工艺方面的故障。 抗振设计