电子产品装配与调试课件：印制电路板的设计、制作与检测

印制电路板的设计、制作与检测§4—1印制电路板的结构设计§4—2印制电路板的制作与检测1§4—1印制电路板的结构设计学习目标：1.了解印制电路板的基本知识。2.熟悉印制电路板设计时应考虑的因素。3.了解印制电路板的设计步骤与要求。印制电路板（PrintedCircuitBoard，PCB）在电子领域中有着广泛的应用，是电子信息制造业的重要基础和组成部分。一个电路的实现必须依赖于其载体，即PCB板。电路的设计功能能否有效地实现，是由PCB的设计与制造决定的。2第四章印制电路板的设计、制作与检测1.印制电路板的作用（1）对各种电子元器件进行固定与支撑。印制电路板是组装电子元器件的基板，对各种电子元器件进行固定与支撑，如图所示。一、印制电路板的基本知识3（2）实现各种电子元器件之间的电气连接。由图可以看到，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。第四章印制电路板的设计、制作与检测4单面板的电气连接与双面板的电气连接有什么异同？想一想第四章印制电路板的设计、制作与检测（3）提供阻焊图和丝印图印制电路板除了提供机械支撑和电气连接之外，还提供阻焊图和丝印图。阻焊图是在印制电路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。（4）满足电气安全要求，保证电路的可靠性在设计印制电路板时，应遵循印制电路板设计的一般原则，特别是高电压、大电流区域必须满足电气安全标准，并符合抗干扰设计的要求。第四章印制电路板的设计、制作与检测6第四章印制电路板的设计、制作与检测2.印制电路板的分类（1）按所用的绝缘基材分类纸基印制电路板（如图）使用的基材以纤维纸作为增强材料，浸上树脂溶液（酚醛树脂、环氧树脂等）经干燥加工后，覆以涂胶的电解铜箔，在高温下经高压压制而成。7第四章印制电路板的设计、制作与检测复合基材印制电路板（如图）使用的基材面料和芯料是由不同的增强材料构成的。8第四章印制电路板的设计、制作与检测特种基材印制电路板（如图）使用的基材主要为金属基材（铝基、铜基、铁基）和陶瓷基材。9第四章印制电路板的设计、制作与检测（2）按印制电路板的强度分类。挠性印制电路板（如图）是以软层状塑料或其他软质绝缘材料为基材制成的。10第四章印制电路板的设计、制作与检测刚挠结合印制电路板（如图）是由刚性板材和挠性板材组合而成的。11第四章印制电路板的设计、制作与检测（3）按印制电路的分布分类。按印制电路的分布可以分为单面印制电路板、双面印制电路板（如图）和多层印制电路板。12电视机、收音机等电子产品内部的电路板大多是单面印制电路板。手机、DVD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。常见的计算机板卡基本上是环氧树脂玻璃布基双面印制电路板，内存条的电路板则是多层印制电路板。读一读第四章印制电路板的设计、制作与检测二、印制电路板设计时应考虑的因素1.正确性2.可靠性第四章印制电路板的设计、制作与检测143.合理性4.经济性三、印制电路板的设计步骤与要求第四章印制电路板的设计、制作与检测151.印制电路板的设计步骤

印制电路板设计的基本流程如图所示。第四章印制电路板的设计、制作与检测16现以一个简单的单面印制电路板的设计为例进行说明，其电路原理图如图所示。第四章印制电路板的设计、制作与检测17（1）选定印制电路板的材料、板厚和板面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电路板拼成一个大矩形板，如图所示，待装配、焊接后再沿工艺孔裁开。第四章印制电路板的设计、制作与检测（2）元器件的布局（3）绘制排版设计草图在排版和布线时应避免连线交叉，但可以在元器件处交叉（元器件跨距处可以通过印制导线），如图所示。18印制电路不允许有交叉电路，对于可能交叉的线条，可以用“钻”与“绕”两种方法解决，即让某引线从别的电阻、电容、三极管等元器件引脚下的空隙处“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，也允许采用导线跨接来解决交叉问题。读一读第四章印制电路板的设计、制作与检测第四章印制电路板的设计、制作与检测20（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，绘制印制电路板图，如图所示。第四章印制电路板的设计、制作与检测21（1）印制电路板的布局结构设计1）印制电路板的热设计2）印制电路板的减振与缓冲设计3）印制电路板的抗电磁干扰设计4）印制电路板的板面设计2.印制电路板的设计要求

第四章印制电路板的设计、制作与检测22（2）在印制电路板上布线的一般原则1）电源线设计2）地线设计。低频电路的接地尽量采用单点并联接地，高频电路的接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，如图所示。第四章印制电路板的设计、制作与检测233）信号线设计。双面板两面的走线应垂直交叉，如左图所示。高频电路的输入与输出走线应分列于电路板的两边，如右图所示。第四章印制电路板的设计、制作与检测244）印制导线的对外连接。采用导线互连时，为了加强互连导线在印制电路板上的连接可靠性，印制电路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，如图所示。第四章印制电路板的设计、制作与检测25（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尺寸和图形。1）印制导线的宽度。2）印制导线的间距。3）印制导线的图形。如图所示。第四章印制电路板的设计、制作与检测26（4）焊盘。常见的焊盘形状有岛形焊盘、圆形焊盘、方形焊盘、椭圆形焊盘、泪滴式焊盘、开口焊盘和多边形焊盘等，如图所示。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，常用于手工制作；椭圆形焊盘常用于双列直插式元器件；泪滴式焊盘常用于高频电路。读一读第四章印制电路板的设计、制作与检测1.简述印制电路板的作用及分类。2.印制电路板在设计时应考虑哪些因素？3.简述印制电路板的设计步骤与要求。思考与练习§4—2印制电路板的制作与检测学习目标：1.熟悉印制电路板的制造工艺。2.掌握手工制作印制电路板的方法。3.能进行印制电路板的质量检验。印制电路板的设计和制造质量直接影响电子产品的成本和竞争能力，也直接影响电子产品的可靠性。本节主要介绍印制电路板的制造工艺、手工制作方法以及质量检验方法。28第四章印制电路板的设计、制作与检测1.印制电路板制造过程的基本环节一、印制电路板的制造工艺29（1）底图胶片制版1）照相制版法。照相制版法工艺现在已经被淘汰，仅在少数制版厂还保留着相应的设备，其工艺流程如图所示。2）CAD光绘法（2）图形转移。1）丝网漏印法。如右图所示为手动丝网印刷机。2）直接感光法。直接感光法适用于多品种、小批量的印制电路板生产，其尺寸精度高，工艺简单，对单面板或双面板都能应用，其工艺流程如下图所示。第四章印制电路板的设计、制作与检测303）光敏干膜法光敏干膜法的感光材料不是液体感光胶，而是一种由聚酯薄膜、感光胶膜、聚乙烯薄膜三层材料组成的薄膜类光敏干膜，其工艺流程如图所示。（3）化学蚀刻第四章印制电路板的设计、制作与检测31（4）钻孔、孔金属化及金属涂覆1）钻孔2）孔金属化3）金属涂覆①电镀法可以使镀层致密、牢固，厚度均匀、可控，但设备复杂、成本高，一般用于要求较高的印制电路板和镀层，如插头部分的镀金等。②化学镀法虽然具有设备简单、操作方便、成本低等优点，但镀层厚度有限，且牢固性差，因而只适用于改善可焊性的表面涂覆，如板面镀银等。第四章印制电路板的设计、制作与检测32（5）涂助焊剂与阻焊剂印制电路板经表面金属涂覆后，根据不同需要可以进行助焊或阻焊处理。（6）印字与修边为了装焊方便，印制电路板上印有表示各元器件位置、名称等的文字及符号。第四章印制电路板的设计、制作与检测33专业生产单面印制电路板、双面印制电路板和多层印制电路板最常用的制作工艺流程分别如图（1、2、3）所示。2.印制电路板的工艺流程第四章印制电路板的设计、制作与检测34图1单面印制电路板的制作工艺流程第四章印制电路板的设计、制作与检测35图2双面印制电路板的制作工艺流程第四章印制电路板的设计、制作与检测36图3多层印制电路板的制作工艺流程1.雕刻法

对于一些线条较少的印制电路板，可以用雕刻法来制作。具体方法是，将印制电路板图用复写纸复写到覆铜板的铜箔面，使用如图a和图b所示的钢锯片磨制的特殊雕刻刀具或美工刀，直接在覆铜板上用力刻划，尽量切割到深处，然后再撕去图形以外不需要的铜箔，保留电路图的铜箔走线。此方法要求刻画的力度要够，容易手酸，适合制作一些铜箔走线比较平直、走线简单的小电路板，如图c所示。第四章印制电路板的设计、制作与检测37利用雕刻法制作印制电路板，在进行布局和排版设计时，要求导线尽量简单，一般反面焊盘与导线合为一体，形成多块矩形。制作出来的印制电路板铜箔走线比较平直、简单。读一读第四章印制电路板的设计、制作与检测随着数控技术的发展，出现了印制电路板雕刻机（如图）。第四章印制电路板的设计、制作与检测392.漆图法

与雕刻法一样，先将印制电路板图用复写纸复写到覆铜板的铜箔面，然后用鸭嘴笔（如右图）蘸虫胶酒精溶液在电路走线上涂上一层保护漆。此方法较简单，但铜箔走线的精度比较低，不适合制作走线密集的电路板。漆图法制作印制电路板的工艺流程如左图所示。第四章印制电路板的设计、制作与检测403.油印法4.贴图法5.使用预涂布感光覆铜板6.热转印法

热转印法制作印制电路板的工艺流程如图所示。（1）裁板。第四章印制电路板的设计、制作与检测41（2）出片。出片是指将Protel软件画出的印制电路板图直接打印到热转印纸上，如图所示。第四章印制电路板的设计、制作与检测42（3）热转印。具体步骤是，将热转印纸平铺在覆铜板上，用胶带固定两边，然后将电熨斗的温度调到最高，用电熨斗在热转印纸上方加温、加压3～5min，待覆铜板完全冷却后，再揭去热转印纸，如图所示。第四章印制电路板的设计、制作与检测43（4）腐蚀。（5）钻孔。（6）清洗。用天那水（乙酸异戊酯，又叫香蕉水）将电路板上的黑色碳粉清洗干净后，一块高精度的印制电路板就制作完成了，如图所示。第四章印制电路板的设计、制作与检测44热转印纸使用前应将上层的保护贴纸揭去，然后将印制电路板图打印在光滑面上，千万不要弄错了，否则无法转印。热转印纸也可以采用不干胶的衬底，其热转印效果与热转印纸差不多，但价格更便宜，在一般的文具商店都可以买到。打印机不能采用喷墨打印机，应采用激光打印机。因为激光打印机和复印机的碳粉是含磁性物质的塑料微粒，受热后容易转移，转印效果较好，而且对腐蚀液具有良好的抗腐蚀性。为了保证良好的热转印效果，转印前应将覆铜板表面的污垢和杂质清洗干净，加强它对碳粉的附着性。用电熨斗加热和加压时，应将热转印纸和覆铜板固定。电熨斗应朝同一方向运动，不可以来回运动，以防转印图形错位。读一读第四章印制电路板的设计、制作与检测1.外观检查2.显微剖切断面检查3.尺寸检查4.电气性能检查（1）连通性能对于大批量生产的印制电路板，在出厂前采用专门的工具、仪器进行检验，甚至专门为这种印制电路板设计测试针床用于检验，如图所示。（2）绝缘性能。三、印制电路板的质量检验第四章印制电路板的设计、制作与检测46（1）可焊性。检验焊料对导电图形的润湿性能。（2）镀层附着力。检验镀层附着力，可以采用简单的胶带试验法。将质量良好的透明胶带贴到要测试的镀层上，按压均匀后快速掀起胶带一端并扯下，镀层无脱落为合格。此外，还有铜箔抗剥离强度、镀层成分、金属化孔抗拉强度等多项指标，应根据对印制电路板的要求选择检测内容。第四章印制电路板的设计、制作与检测5.工艺性能检查47采用各种试验装置进行耐高低温度循环性、耐热冲击性（气相/液相，如浮焊试验）、耐温湿度循环性、互连应力试验等的测试与评价。采用各种试验装置进行耐燃烧性、耐溶剂性、清洁度、可焊性、焊接耐热性（回流焊、再流焊等）、耐迁移性等的测试与评价。近几年来，由于电子产品迅速向信号高速传输和数字化、多功能化方向发展，使基材、PCB产品的使用大环境和安装技术等发生了显著变化。第四章印制电路板的设计、制作与检测6.老化（使用期可靠性）试验7.其他试验48第四章印制电路板的设计、制作与检测1.印制电路板制造过程有哪几个基本环节？2.单面印制电路板与双面印制电路板的制作工艺有何异同?3.手工制作印制电路板的方法有哪些?4.应从哪些方面进行印制电路板的质量检验？思考与练习实训7手工制作印制电路板41.了解热转印法制作印制电路板的基本流程。2.掌握制作印制电路板各步骤的工艺技术。一、实训目的5051热转印机1台快速腐蚀机1台热转印纸若干覆铜板1张三氯化铁若干激光打印机1台二、实训所需器材计算机1台微型电钻1个手锯1把锉刀1套细砂纸若干实训7手工制作印制电路板41.将利用Protel设计好的PCB图用激光打印机打印到热转印纸上。2.覆铜板的下料与处理（1）用手锯根据PCB规划设计时的尺寸对覆铜板进行下料，并用锉刀将四周边缘的毛刺去掉。（2）用细