讲座一印制电路板概述

印制电路板概述１．１印制电路板基础一般来说，设计人员把按照预定设计在绝缘材料上制成的印制线路、印制元件或是两者组合而成的导电图形称为印制电路。而把在绝缘材料上提供元器件之间电气连接的导电图形称为印制线路。这样对于上面印制电路或者印制线路的成品板来说，就将它们称之为印制电路板，也可以称为印制板。发展历史近七十年的历史１、诞生期（1936年至40年代末期）：制造方法是加成法。即在绝缘板表面添加导电材料来形成导电图形。２、试产期（50年代）：减成法。采用覆铀箔纸基酚醛树脂层压板，然后采用化学药品来溶解除去不需要的铜箔。这样就形成了电路。３、实用期（60年代）：新的加成法制造工艺。解决以前的一些存在问题，并提高基材。４、发展期（70年代）：用过孔来实现电路板之间的层间互连。开始使用三层板。５、高速发展期（80年代）：广泛应用于各领域，多层板飞速发展，可生产出62层的玻璃陶瓷基印刷电路板６、革命期（90年代至今）：主要表现在机械化，工业化专业化，标准化，和智能化等方向印刷电路板的分类１、按覆铜板导电层数来进行分类A.单层板：一面有覆铜，另一面没有的较为简单的印制电路板Ｂ.双层板：两面都有覆铜，两面都可以进行布线操作的电路板。C.多层板：是指包含了多个工作层面的印制电路板，除了顶层底层外还包含信号层，中间层，内部电源和接地层等按照印制电路板的基材性质进行分类分为：有机印制电路板和无机印制电路板按照印制电路板的基材强度来进行分类分为：刚性印制电路板，挠性印制电路板和刚挠性印制电路板1.1.3印制电路板的基板选择具备以下的几个特征：１）具有良好的机械强度，能够承受一定的振动，撞击和扭曲等作用。２）具有足够的平面度，能够适应自动化的组装工艺要求：３）具备承受组装工艺中热处理和冲击的能力。４）具备承受多次返修的能力，能够进行多次的拆除和焊接等操作。５）能够满足印制电路板厂商的制造工艺６）具有良好的电气性能，例如阻抗和介电常数等。未来基板的发展方向１、基板具有更细的引线和间距工艺。２、基板具有较小的温度膨胀系数３、基板具有更好的热传导性能４、基板具有更好的尺寸、较多的层数和较好的温度稳定性。５、基板阻抗可以进行控制。1.2印制电路板的元素主要元素包括：包括工作层面、元器件封装、铜膜导线、焊盘和过孔等1.2.1工作层面１）信号层：主要是用来放置信号有关的对象，分为顶层，底层和中间层。２）内部电源／接地层：用来放置电源和接地线，目的是为电路提供电源和接地点。３）机械层：放置物理边界和放置尺寸标注等信息，目的是起到相应的提示作用。４）防护层：包括锡膏层和阻焊层两大类。锡膏层用于将表面贴装元件粘贴在PCB上，阻焊层用于防止焊锡镀在不应该焊接的地方。５）丝印层：在印制电路板的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。６）其他工作层面：是为了满足设计的需要。1.2.2元器件封装元件封装是指：实际电子元器件或者集成电路的外观尺寸，例如元器件引脚的分布，直径以及引脚之间的距离等，它是使元件引脚和印制电路板上的焊盘保持一致的重要保证。分类分为：针脚式元器件封装和表面贴装元件封装编号：原则：“元器件类型＋引脚距离（或是引脚数）＋元器件外形尺寸”常见的封装类型：1.2.3铜膜导线1)导线宽度：原则是：在不违反实际电气连接特性的前提下，尽量设计宽度较大的导线。２）导线间距：相邻导线之间的间距必须足够宽，目的是用来满足电气连接的具体需要，另一方面，为了便于操作和进行生产加工，导线之间的间距也应该宽一些，此外还要考虑导线之间的电压大小。飞线作用：１）通过飞线来观察该布局情况下的网络连接情况。２）通过飞线来查看哪些网络没有布通，然后通过手工布线来对未布通的网络进行布线操作。1.2.4焊盘一种是非过孔焊盘：主要用于表面帖装元件的焊接另一种是元器件孔焊盘：主要用于双层板和多层板中针脚式元器件的焊接。１）圆形焊盘２）矩形焊盘３）八角形焊盘1.2.5过孔三种：穿透式过孔、盲过孔、埋过孔１）过孔孔径：它一般与印制电路板的板厚和密度相关。２）过孔外径：它是指导最小镀层宽度过孔的使用遵循的几个原则：１）尽可能地少使用过孔，一旦使用要处理好它与周围电路之间的关系。２）过孔孔径要比实际元器件孔的孔径要小。３）过孔尺寸不宜太大，否则将会增加成本，同时也会给生产加工带来困难。４）过孔需要的载流量越大，过孔的尺寸也会越大，例如电源层／接地层与其他层进行连接的过孔尺寸一般要大一些。1.3印制电路板的阻燃性和电气性能一、印制电路板的阻燃性如果做的不好，就有可能因为通电而起火，从而将会损坏整个电子系统或者设备。如果设计做的好，这样将会保证整个电子系统或者设备的安全性，从而延长使用寿命。一般通过二方面来设计：一种是选择的材料和元器件应该尽可能地降低在某些情况下起火的可能性。另一种方法是能够以对一定的燃烧情况进行一定程度的控制，使燃烧不致蔓延出印制电路板或者负责制电路板组装件，避免损坏整个电子系统或者设备。印制电路板的固有安全性主要体现在以下两种情况。１）电路板上的电能量不足以引起元器件过热或者铜膜导线间产生飞弧。２）对于电路板或是组装件来说，由于外部火源而发生燃烧现象几乎是不可能的，这主要是因为设计上经常会采用屏蔽等保护措施，而且印制电路板或者印制电路板组装件一般不会存在外部火源。实际设计过程中一些具体的阻燃性设计措施１）尽量增大相信铜膜导线间或者铜膜导线与印制电路板上其他元器件中间的距离，这样能够避免短路或者飞弧现象的发生。２）采用添加熔丝的方法来保护保护印制电路板上的重要电路，这样在发生故障时能够在燃烧前切断电路，从而避免燃烧现象的发生。３）可以采用热屏蔽的方法，可以防止印制电路板因为火焰或者元器件燃烧而引起的过热现象。４）应该选择在过载情况下能够使电路断开的元器件。５）可以通过安装起热屏蔽作用的元器件实现。６）铜膜导线的宽度应该大于满足载流量要求的铜膜导线宽度。７）严格设置印制电路板和危险元件之间的距离，使之大到足以防止负责制电路板发生燃烧现象。８）采用散热器防止负责制电路板发生燃烧现象。1.3.2印制电路板的电气性能主要包括电阻、电容和阻抗、耐压及载流量等。１、电阻：分为：导线电阻、过孔电阻、互连电阻和绝缘电阻。导线电阻：尤其是高频电路的影响，重要依据是欧姆定律，大小不仅与导线的长度，宽度和厚度有关还与构成导线的材料电阻率密切有关。过孔电阻：特别是镀铜埋孔的印制板，加热后，过孔电阻将会增加，反之会减小，过程是可逆的。互连电阻：指的是多层印制电路板上两个过孔之间的电阻，它显示了厂家的加工质量。绝缘电阻：指印制电路板上没有导电图形位置的具体电阻，包括外层绝缘电阻、内层绝缘电阻和层间绝缘电阻。２、电容和阻抗电容直到谐振频率之前依然能够保持它的电容特性，如果频率超过它的谐振频率，那么这时电容将会出现电感特性，电容主要应用于以下三个方面：１）去耦：去除器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量。２）旁路：用来从器件或者电费中转移出不想要的共模RF能量，主要是通过产生交流旁路来消除无用的能量进入到电路中敏感的部分来实现。３）体电容：引脚信号在最大电容负载状态下同步切换时，用来保持器件的直流电压和电流恒定。３、耐压：是指印制电路板中导线之间或者工作层而之间所允许的电压范围。包括两大类：外层耐压和层间耐压。１）外层耐压：导线之间允许的电压主要取决于导线间距、基材类型、涂覆层以及环境条件等因素，同时还取决于特定的安全规则。２）层间耐压：是指导相邻工作层面之间所允许的电压。它取决于两个重要因素，分别是绝缘层的厚度和介电常数，因此层间耐压可以通过有关绝缘规定的数值直接计算出来。４、载流量：是印制电路板和板上的印制铜膜导线本身所能随最大电流的能力。由于印制电路板上的印制铜膜导线的电流增大对应着相应功耗的增大，进而会引起整个印制电路板的温度上升，因此印制电路板的载流量主要体现在印制电路板最高工作温度的确限制。设计时要考虑电路板上瞬间电流的限制，另外如导线熔化