印制板设计及制作工艺

1、南京信息职业技术学院毕业设计论文作者胡伟学号 21222P18系部机电学院专业电子组装技术与设备（SMT）题目印制板设计与制作工艺指导教师陈星崔桂仁评阅教师完成时间： 2015 年 4月 15日毕业设计(论文)中文摘要印制板设计与制作工艺摘要：本文主要对印制板在设计与制作工艺上的规范性以及可制造性做了一定的分析与研讨。分成四个部分去完善与阐明。分别是PCB外形及加工工艺设计要求；SMT焊盘设计；元器件布局设计；基准点标记(Fiducial Marks)制作的要求，每一个环节都是印制板设计与制作工艺的重要部分。一个高质量的印制板必然对合理的PCB外形尺寸，焊盘图形设计的科学性，元器件布局的条理性

2、以及基准点设计的可行性。这环环相扣的步骤都是为生产一块优质的印制板而做下的充分准备。关键词：PCB外形焊盘元器件布局基准点标记毕业设计(论文)外文摘要Title :Design and fabrication of printed circuit boardAbstract:This paper focuses on the standard in the design and fabrication process of the manufacturing and made some analysis and discussion. It divides into four parts to

3、 improve and clarity.Are PCB shape and process design;SMT pad design;layout design;fiducial marks production requirements,each link is an important part of design and manufacturing process of printed board. A hign quality printed circuit board is bound to PCB size reasonable,pad scientific graphic d

4、esign,layout clarity and reference point of the feasibility of the design. The interlocking steps are fully prepared for the production of a hign quality printed circuit board. keywords:The shape of PCB PadLayoutFiducial Marks目录1 引言.12 PCB外形及加工工艺的设计要求.13 SMT焊盘设工艺.34 元器件布局设计.55 基准点标记(Fiducial Marks)制

5、作的要求.86 结论.10致谢.10参考文献.11第一章前言印制电路板英文缩写即PCB（Printed Circuit Board)，也被称为印刷电路板，它是当下电子产业的重要组成部分之一。印制电路板制造的电子产品具有可靠性高，一致性强，而且机械强度高，重量轻，易于标准化等特征。未来电子将向产品小，重量轻，速度快，更精确的方向的方向发展，无论是板或PCB板本身将遵循一系列参数，同步性能改进。 PCB板的抗干扰性能力的设置是特别重要的，以及它们的生产要求，及其生产的染色和清洁生产还应该改善的同步。中国现在是世界上生产印制板的主要国家，PCB品种从原来的单一化到现在的多元化，已经达到4-24层胶合

6、板的水平。如今，大量的电子产品被广泛应用于我们的日常工作和生活中，它们需要确保可靠性和稳定性。广大的印刷电路板的电子系统，电子设备必须有合理的设计原理图和正确印刷电路板，则可以改善其根本的可靠性。第二章 PCB外形及加工工艺的设计要求在PCB设计中，应当先要考虑PCB的外形尺寸。当PCB的外形尺寸过大时，会引起阻抗增加，抗噪声的能力下降；在外形尺寸过小时，会导致散热不好，且相邻的线条易受左右线条的干扰。2.1 PCB的外形设计（1） PCB夹持边在SMT的生产工艺中，如果插件超出了波峰焊的范围，在这个时候就需要在PCB上留出一部分边缘用来夹持设备装置。其中边缘的宽度在4.9mm到5.1mm范围

7、之内。（2） PCB外形一般的PCB形状为矩形，当长宽比例较大时容易产生变形，最佳的长宽比为3比2或者4比3。在日常的设计中尽量是PCB尺寸标准化，这样可以优化加工工艺，减少成本。在波峰焊上，PCB的外形只可以是矩形。应考虑在设计过程中采用不规则形状作矩形形状的拼图版。（3） PCB尺寸不同的SMT设备对PCB尺寸要求是不相同的，在PCB设计时一定要考虑SMT设备的PCB最大和最小贴装尺寸要求，一般尺寸在50*60-350*260mm。（4）定位孔设计一般定位孔的位置位于印制板的四角，一般以椭圆和圆形为主，定位孔的内壁需要光滑设计，定位孔的周围2mm范围之内不可以有铜箔的出

8、现。为了确保PCB可以精准牢固的安置在表面表面设备的夹具上，需要设置一对定位孔，定位孔的标准尺寸为5.0mm到5.1mm。如果想定位迅速则可以将其中的一个定位孔设计成椭圆的形状。其中一些设备使用的是孔定位形式，为保证PCB能精准的固定在设备夹具上，必须预留出一定的定位孔。定位孔周围5mm范围内是不允许有贴片元件。注意好各个部分的细节是什么重要的。（5)PCB厚度指的是其标称厚度，即绝缘层加铜箔的厚度。要求PCB厚度为0.5-4mm，推荐采用1.6-2mm。PCB厚度应考虑对PCB板机械强度要求以及PCB单位面积上原件重量，一般在0.3-6mm。常用的PCB厚度是0.5mm、0.7mm、0.8m

9、m、1mm、1.5mm、1.6mm、2mm、2.4mm、3.2mm、4.0mm、6.4mm（6）PCB缺槽 PCB的一些边缘区域内不能有缺槽，以避免PCB定位或传感器检测时出现错误，具体位置因设备的不同而有所变化。（7）拼板设计要求当单个PCB尺寸较小,PCB上元器件较少，且为刚性板时，为了适应SMT生产设备的要求，经常讲若干个相同或者不相同的PCB进行有规则的拼合，把他们拼合成长方形或正方形。这种设计可以采用一块模板，节省编程、生产设备时间，提高生产效率和设备利用率。拼板之间采用V形槽、邮票孔、冲槽等手段进行组合，要求既有一定的机械强度，又便于组装后分离。若表面贴装PCB面积较小时，充分利用

10、板材，高效率地制造、安装、调试表面即可。一般原则是：当PCB单板的尺寸小于50mm*50mm时，必须做拼板。建议当PCB的尺寸小于160mm*120mm时，采用拼板设计时，使之转换为符号生产要求的理想尺寸，以便插件和焊接，提高生产效率和设备利用率。但注意拼板尺寸要求不能太大，而且要符合设备要求。拼板之间可以采用v形槽、邮票孔和冲槽等。2.2 观点分析PCB的外形设计对于一个电子产品来说是十分重要的，好的PCB外形设计可以充分的利用空间，在散热，间距保留，以及拼板要求上都有很大的帮助。所以合理的分析和优化PCB的外形是非常有必要的。第三章 SMT焊盘工艺SMT是一个综合复杂的系统工程，

11、是众多技术的复合技术之一。 SMT表面贴装设计是其中许多技术的桥梁和关键技术。 SMT焊盘图案的设计是在PCB设计之中，它确定了元器件在印刷电路板的焊盘位置而且对焊点缺陷和可靠性，可测试性，可清洗性，它起着在维护量的显著作用。焊盘图形设计是决定表面贴装元件制造的关键因素之一。然而，目前表面组装元器件SMC/SMD品种繁多，结构多种多样，生产厂家众多，实现同样功能的元件，其封装形式可能有多种多样，而对于某一特定的封装类型，其规格尺寸也存在一定的差异，所以焊盘图形的设计实际上是复杂的。因此，应尽量使焊盘图形的设计标准化，对降低焊盘图形设计时的复杂性、提高焊点可靠性是有很大好处的。设计表面组装焊盘图

12、形和适当元器件的选择过程是密切相关的，合理的焊盘图形要与元器件尺寸互相匹配，可用于不同厂家各自差异的元件，能适应各种不同工艺标准，最大程度地满足印制板在布局和布线上的要求。3.1焊盘的相关规范3.1.1 焊盘的单边长度一般最小为0.25mm，整个焊盘的最大直径不大于元件孔径的3倍。一般情况下，焊盘的直径是插孔的1.8倍以上；单面板的焊盘直径一般不小于2mm；而双面板的直径和通孔的直径比例为1比2.5。焊盘的各个部分的长度规范都是要精准的定位，否则在产生误差之后会对焊盘的质量产生直接的影响。3.1.2 应尽量保证两个焊盘边缘的距离不小于0.4mm，与波峰方向垂直的一排焊盘边缘

13、的距离不大于0.5mm在布线较密的情况下，一般采用椭圆形与长圆形连接焊盘。3.2 焊盘圈形设计中的关键技术3.2.1 表面组装元器件的选择与焊盘设计的关系选择适当的元器件的原则是：根据对电路原理以及系统工艺的要求，在确保了元器件功能和性能的基础之上，确定好供应商合适的元器件。这样就可以降低焊盘设计时的可能出现的公差，减轻焊盘图形设计的复杂程度。3.2.2 矩形无源元件焊盘图形设计无源元件可以使用波峰焊技术进行焊接，由于各种焊接方法在工艺和热分布上存在差异，若从优化焊盘图形的角度出发，不同的工艺有不同大小的焊盘图形，其主要原因是焊接期间元器件容易发生移动和直立。在波峰焊过程当中，由于元件是使用粘

14、合剂粘合的，故元件移动问题就基本得到解决。于是便为再流焊设计最佳焊盘图形打下基础。典型的矩形无源元件焊盘图形为长方形（如图3.1所示）。图3.1典型的矩形无源元件焊盘图形3.2.3焊盘设计要点决定焊盘尺寸的主要因素有一下五个方面：元件的外形尺寸规范、基板种类和质量、组装设备的能力、所采用的工艺种类和能力、要求的品质水品和标准。在考虑焊盘设计时必须配合以上五个因素做整体的考虑。保证良好的焊盘设计的条件：（1）建立元件封装资料的档案；（2）对每个SMD建立元器件的封装尺寸库；（3）确定不同供应商的尺寸误差；（4）建立基板的规范；（5）制定厂内工艺和设备能力规范；（6）对各制造工艺的问题和知识有足够

15、的了解和认识。第四章元器件布局设计4.1 通常考虑因素由于SMT是一门将基板、元器件通过有效的工艺材料和工艺组装起来的，并确保有较长寿命的技术，故而在SMT中包含了许多种不同的组装形式和相应的工艺方法。要做好SMT的布局，除了掌握PCB布局的基本原则之外，还应了解不同焊接方式以及组装工艺对SMT布局的要求，以便将后续可能产生的制造缺陷降至最低。4.2 元件装配4.2.1元件排列相类似的元器件应按照同一方向整齐地排列在PCB板上以方便SMT贴片、检查、焊接。（如图4.1所示）。同类元器件尽可能按相同的方向排列，特征方向是基本一致的，以便于元器件的贴装、焊接和检测，电解电容极性。图4.1类似元器件

16、排列4.2.2元件手焊、补焊要求由于大多数元器件在手工焊接的过程当中极易受到热冲击的影响而损坏，因此不允许对材料进行手工焊接，在生产当中出现的不良状况应尽量在低温下进行焊接以保证质量。4.2.3 SMT料应远离PCB定位边缘5mm（如图4.2所示）图4.2 SMT料定位位置4.3 元器件布局的三种方法4.3.1 自动布局法采用自动布局方式进行元器件布局时，系统往往只兼顾到某些设计规则，而常常忽略一些电路设计的基本常识。4.3.2 手工布局法采用手工布局时，设计者可以完全按照实际电路和装配的需要，进行元器件的布局，所生成的元器件布局也是更加符合实际生产的应用需求，对后面的布线操作有很大帮助。4.

17、3.3 交互式布局法对自动布局和手工布局的特点分析可以看出，手工布局和自动布局各自有各自的优点和缺点，从全局角度来看，如果将二者结合起来灵活使用，将是一个比较合理的布局方法。4.4 元器件布局的七大原则（1）首先要考虑PCB尺寸的大小。PCB尺寸过大时，印制线条会越长，阻抗增加，抗噪声能力就会下降，成本也随之增加；过小则会导致散热不好，且临近线条易受干扰。电路板最佳形状为矩形，长宽比为3:2或者是4:3，位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。（2）放置器件时要考虑将来的焊接，不能过于密集。（3）以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行线路布局。元器件应均匀、整齐、

18、紧凑地排列在PCB上，尽量减少和缩短元器件之间的引线和连接方法。（4）在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数大小。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观，而且装焊简单，易于进行批量生产。（5）根据电路的流程，安排各个功能电路单元的位置，使布局有利于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。（6）布局的首要原则是保证线路的通率，移动器件时注意飞线的连接，把有连线关系的器件放在一起布局。（7）尽可能地减小环路面积。4.5生活中常用的元器件名称以及其简称表4.1简写对照表SOT:小外形封装晶体管 SOP:小外形封装集成电路PLCC：塑封有引脚芯片载体 LCCC:无引脚陶瓷芯片载体QE

19、P：方形扁平封装 PBGA：塑封球栅阵列CBGA：陶瓷球栅阵列 TBGA：载带球栅阵列CCGA:陶瓷柱栅阵列 PQFN：塑封方形扁平无引脚阵列CSP:芯片尺寸封装 COB：数载芯片FC:倒装焊 MCM:多芯片组件4.6 观点分析元器件的布局我们应该充分的结合三种布局方法的优缺点来布置局面，合理的布局可以减少密集型布局带来的元器件寿命缩短问题，在板面温度控制上也有很大的帮住。对于环路面积的减少也是很有好处的。第五章基准点标记(Fiducial Marks)制作的要求5.1 基准点的应用基准点的应用有三种情况：用于PCB整板之间的定位、用于拼板的PCB子板之间的定位、用于细间距器件之间的

20、定位。5.2 基准点的数量对于两个全局基准点标记，一般位于PCB对角线的相对位置，并尽可能地远离；每块拼板上的单板至少两个基准点标记，位于PCB对角线位置，且尽量相互远离。5.3 拼板的基准点设计每块单板上设计至少一对基准点，整拼板设计至少一对基准点；无论整版的基准点还是单板的基准点，板的正反面，相对于PCB拼板左下角的对应基准点的坐标必须严格一致，否则会引起贴片错误。5.4 实际生产中的设计规范性整理（1）PCB必须在板长边对角线上有一对应整板定位的mark点，板上集成电路引脚中心距小于0.65mm的芯片需在集成电路长边对角线上有一对对应芯片定位的mark点；PCB双面都有贴片件时

21、，则PCB的双面都按此条加mark点。（2）PCB边需留5mm工艺边，同时应保证集成电路引脚中心距小于0.65mm的芯片要距离板边大于13mm；PCB采用拼板方式，从目前的PCB翘曲程度考虑，最佳拼接长度约为200mm，在宽度方面尽量不拼防止在生产过程中弯曲。图5.1 PCB拼板长度（3）Mark类别分为：a.形状（建议mark点标记为直径R=1.0mm实心圆）；b.组成一个完整的mark点包括：标记点和空旷区域。c.位置:mark点位于单板或拼板上的对角线相对位置且尽可能地距离分开d.为保证贴装精度的要求，SMT要求：每块PCB内必须至少有一对符合设计要求的可供SMT机器识别的mark点，同

22、时必须有单板mark，拼板mark或组合mark只起辅助定位的作用。e.拼板时，每一单板的mark点相对应位置必须一样。不能因为任何原因而挪动拼板中任一单板上mark点的位置，而导致各单板mark点位置不对称。结论本文主要从四个方面介绍和阐明了印制板设计与制作工艺上的性质特点，想要设计与制作出高质量的印制板，就必须考虑以上四个方面的工艺规范性。在PCB的外形及加工工艺上，PCB的外形、尺寸、厚度以及缺槽等都是主要考虑和衡量的因素；在焊盘工艺上，对焊点可靠性、焊接过程中可能出现的缺陷都是必须考虑的因素，元器件的选择以及焊盘的设计也是这个环节最重要的因素之一；在元器件布局设计上，三种布局方法的灵活

23、运用会使得元器件的设计更为优质与合理；在基准点的制作要求上，不同类型的板材如何去定位是十分重要的，实际生产中的mark点确定往往影响到整个印制板的制作结果。致谢大学三年学习时光飞逝如梦，有过开心，有过悲伤，有过激动，有过哀愁，但不管如何，我都想想对我的母校，我的父母、亲人们，老师和同学们表达我最真诚的谢意。因为父母的支持我才有机会来学校继续学习文化知识，让我遨游在知识的海洋，为我提供物质与精神上的支持；因为老师让我学习到了更多的文化知识，让我在自己的专业上有了更大的提高与进步；因为同学，让我在学习和生活还上得到了更多的帮助；是你们让我在人生的路上不孤单。其中我的论文老师陈老师也是予以我莫大的帮

24、助，每次在遇到困难的时候，我第一个想到的就是陈老师，老师也是会很耐心地和我讲解与分析问题，让我觉得格外的开心。心里也默默的在想一定要好好学习。在我写论文的这段时间里面，同学老师对我的帮住真的都是很大很大，没有他们的帮住，我的论文真的很难去完成。从选择论文题目开始，到拟定提纲再去搜集资料并向老师提交开题报告，到后来的撰写论文正文，然后和老师同学交流修改论文，直至老师满意并通过审核。整个过程陈老师对我的帮住都是巨大的，没有陈老师悉心的讲解，我更本无法完成论文的撰写，在这里真的十分感谢陈老师对我的巨大帮住。当然本篇论文也得到了王伟伟，项春杰等同学的帮助。他们在很多细节上也给了我很多意见，让我不断进步

25、与提高，在这里真的很感谢你们莫大的帮助。在此，再一次的向你们表示最诚意的谢意。参考文献1. 韩满林，郝秀云，王玉鹏，舒平生，表面组装技术(SMT工艺）第一版北京人民邮电出版社2. 彭琛，赵雄明，PCB可制造性设计（提高篇） 第一版江苏3. 黄智伟，印制电路板设计技术与实践第二版北京电子工业出版社4. 辜小兵，PCB设计与制作上海高等教育出版社5. 田广锟，高速电路PCB设计电子工业出版社6. 黄玲玲，电路仿真与PCB设计北京北京航空航天大学出版社7. 曾峰，印刷电路板设计与制作电子工业出版社8. 黄志伟，现代印制电路基础电子工业出版社9. 刘志国，印制电路技术北京北京电子工业出版和10. 钟名

26、湖，电子产品结构与工艺高等教育出版社指    标剽窃文字表述1.外形及加工工艺的设计要求 在PCB设计中，应当先要考虑PCB的外形尺寸。当PCB的外形尺寸过大时，会引起阻抗增加，抗噪声的能力下降；在外形尺寸过小时，会导致散热不好，且相邻的线条易受左右线条的干扰。2.牢固的安置在表面表面设备的夹具上，需要设置一对定位孔，定位孔的标准尺寸为5.0mm到5.1mm。如果想定位迅速则可以将其中的一个定位孔设计成3.一般原则是：当PCB单板的尺寸小于50mm*50mm时，必须做拼板。建议当PCB的尺寸小于160mm*120mm时，采用拼板设计时，使之转换为符号生产

27、要求的理想尺寸，以便插件和焊接，提高生产效率和设备利用率。但注意拼板尺寸要求不能太大，而且要符合设备要求。拼板之间可以采用v形槽、邮票孔和冲槽等。 2.24.焊盘图形设计是决定表面贴装元件制造的关键因素之一。 然而，目前表面组装元器件SMC/SMD品种繁多，结构多种多样，生产厂家众多，实现同样功能的元件，其封装形式可能有多种多样，而对于某一特定的封装类型，其规格尺寸也存在一定的差异，所以焊盘图形的设计实际上是复杂的。因此，应尽量使焊盘图形的设计标准化，对降低焊盘图形设计时的复杂性、提高焊点可靠性是有很大好处的。 设计表面组装焊盘图形和适当元器件的选择过程是密切相关的，合理的焊盘图形要与元器件尺寸互相匹配，可用于不同厂家各自差异的元件，能适应各种不同工艺标准，最大程度地满足印制板在布局和布线上的