电子产品装配与检测技术（第二版）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2§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

实训7手工制作印制电路板3§4-1印制电路板的结构设计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。学习目标4§4-1印制电路板的结构设计一、印制电路板的基本知识二、印制电路板设计时应考虑的因素三、印制电路板的设计步骤与要求5§4-1印制电路板的结构设计一、印制电路板的基本知识1.印制电路板的作用在绝缘基板的覆铜面上按预定设计，用印制的方法制成印制电路、印制元件或两者组合而成的电路，称为印制电路。完成印制电路或印制线路工艺加工的成品板，称为印制电路板，也称为印制板或印刷电路板。6§4-1印制电路板的结构设计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。印制电路板对元器件的固定与支撑作用7§4-1印制电路板的结构设计1.印制电路板的作用（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。印制电路板的电气连接a）单面板的电气连接b）双面板的电气连接8§4-1印制电路板的结构设计1.印制电路板的作用（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。9§4-1印制电路板的结构设计2.印制电路板的分类印制电路板的种类很多，分类方式也有多种，常见的有以下几种。（1）按所用的绝缘基材分类。按印制电路板所用的绝缘基材可以分为纸基印制电路板、环氧玻纤布印制电路板、复合基材印制电路板、特种基材印制电路板。10§4-1印制电路板的结构设计2.印制电路板的分类1）纸基印制电路板（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。纸基印制电路板11§4-1印制电路板的结构设计2.印制电路板的分类2）环氧玻纤布印制电路板使用的基材以环氧或改性环氧树脂作为黏合剂，以玻纤布作为增强材料。3）复合基材印制电路板（图）使用的基材面料和芯料是由不同的增强材料构成的。复合基材印制电路板12§4-1印制电路板的结构设计2.印制电路板的分类4）特种基材印制电路板（图）使用的基材主要为金属基材（铝基、铜基、铁基）和陶瓷基材。特种基材印制电路板13§4-1印制电路板的结构设计2.印制电路板的分类（2）按印制电路板的强度分类。1）刚性印制电路板是用刚性基材制成的印制电路板，具有一定的机械强度，用它装成的部件具有一定的抗弯能力，在使用时处于平展状态。2）挠性印制电路板（图）是以软层状塑料或其他软质绝缘材料为基材制成的。挠性印制电路板14§4-1印制电路板的结构设计2.印制电路板的分类3）刚挠结合印制电路板（图）是由刚性板材和挠性板材组合而成的。刚挠结合印制电路板15§4-1印制电路板的结构设计2.印制电路板的分类（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（图）和多层印制电路板。双面印制电路板16§4-1印制电路板的结构设计2.印制电路板的分类1）单面印制电路板是在厚度为0.2～5.0mm绝缘基板的一面上敷有铜箔，通过印制和腐蚀的方法，在铜箔上形成印制电路。2）双面印制电路板在绝缘基板（0.2～5.0mm）的两面上均覆有铜箔，可以在两面制成印制电路，适用于电子元器件数量较多而体积较小的电子产品，如电子计算机、电子仪器和仪表等。3）多层印制电路板是指在绝缘基板上制成三层及以上印制电路的印制电路板。17§4-1印制电路板的结构设计二、印制电路板设计时应考虑的因素1.正确性印制电路板中元器件和印制电路的连接关系必须符合电路原理图，这是印制电路板设计最基本、最重要的要求。准确实现电路原理图的连接关系，避免出现“短路”和“断路”这两个简单而致命的错误。这一基本要求在手工设计和用简单CAD软件设计的PCB中并不容易做到，一般的产品都要经过两轮以上试制修改。功能较强的CAD软件有检验功能，可以保证电气连接的正确性。18§4-1印制电路板的结构设计2.可靠性印制电路板的可靠性是影响电子产品整机可靠性的一个重要因素，这是印制电路板设计中较高一层的要求。连接正确的印制电路板可靠性不一定好，如板材选择不合理、板厚及安装固定不正确、元器件布局与布线不当等都可能导致电路不能可靠地工作，甚至根本不能正确工作。19§4-1印制电路板的结构设计3.合理性这是印制电路板设计中更深一层、更不容易达到的要求。一个印制电路板组件，从印制电路板的制造、检验、装配、调试到整机装配、调试，直到使用与维修，无不与印制电路板的合理与否息息相关。20§4-1印制电路板的结构设计4.经济性印制电路板的经济性与前面几个方面的内容密切相关。复杂的工艺必然增加制造费用，所以在设计印制电路板时，应考虑与通用的制造工艺、方法相适应。应进行成本分析，从生产制造的批量、生产者的技术水平及工艺要求等方面，选择覆铜板的基材、规格型号和印制电路板层面。21§4-1印制电路板的结构设计三、印制电路板的设计步骤与要求1.印制电路板的设计步骤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2所示。印制电路板设计的基本流程22§4-1印制电路板的结构设计1.印制电路板的设计步骤（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。（2）元器件的布局。将几块小的印制电路板拼成大板23§4-1印制电路板的结构设计1.印制电路板的设计步骤（3）绘制排版设计草图。对照电路原理图，在方格纸上画出印制导线。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。排版设计草图24§4-1印制电路板的结构设计1.印制电路板的设计步骤（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。印制电路板图25§4-1印制电路板的结构设计2.印制电路板的设计要求（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。26§4-1印制电路板的结构设计2.印制电路板的设计要求3）信号线设计。将高频线放在板面的中间，印制导线的长度和宽度宜小，导线间距要大，避免长距离平行走线。双面板两面的走线应垂直交叉，如图1所示。高频电路的输入与输出走线应分列于电路板的两边，如图2所示。高频电路的输入、输出走线分列于电路板的两边1-双面板两面的走线a）正确b）不正确27§4-1印制电路板的结构设计2.印制电路板的设计要求4）印制导线的对外连接。印制电路板间的互连或印制电路板与其他部件的互连，可以采用插头座互连或导线互连。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。印制电路板的导线互连28§4-1印制电路板的结构设计2.印制电路板的设计要求（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。具体如图所示。印制导线的图形29§4-1印制电路板的结构设计2.印制电路板的设计要求（4）焊盘。焊盘在印制电路中起固定元器件和连接印制导线的作用，焊盘线孔的直径一般比引线直径大0.2mm。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。各种形状的焊盘a）岛形b）圆形c）方形d）椭圆形e）泪滴式f）开口g）多边形30§4-2印制电路板的制作与检测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。学习目标31§4-2印制电路板的制作与检测一、印制电路板的制造工艺二、印制电路板的手工制作三、印制电路板的质量检验32§4-2印制电路板的制作与检测一、印制电路板的制造工艺1.印制电路板制造过程的基本环节印制电路板的制造工艺发展很快，不同类型和不同要求的印制电路板要采用不同的制造工艺，但其基本环节是类似的。（1）底图胶片制版。在印制电路板的生产过程中，无论采用什么方法，都需要使用符合质量要求的1∶1的底图胶片，并在生产时将它翻拍成生产底片。制作底图胶片的基本方法有以下两种。33§4-2印制电路板的制作与检测1.印制电路板制造过程的基本环节1）照相制版法。这种方法是先绘制黑白底图，再经过照相制版得到底图胶片。照相制版法现在已经被淘汰，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。这种方法是在应用CAD软件布线后，用获得的数据文件来驱动光学绘图机，使感光胶片曝光，再经过暗室操作制成原版底片。照相制版法的工艺流程34§4-2印制电路板的制作与检测1.印制电路板制造过程的基本环节（2）图形转移。1）丝网漏印法。图所示为手动丝网印刷机。2）直接感光法。其工艺流程如图2所示。1-手动丝网印刷机2-直接感光法的工艺流程35§4-2印制电路板的制作与检测1.印制电路板制造过程的基本环节3）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。光敏干膜法的工艺流程36§4-2印制电路板的制作与检测1.印制电路板制造过程的基本环节（3）化学蚀刻。蚀刻在生产线上俗称烂板。它是利用化学方法去除板上不需要的铜箔，留下组成焊盘、印制导线及符号等的图形。为确保质量，蚀刻过程应严格按照操作步骤进行，在这一环节中造成的质量事故将无法挽救。37§4-2印制电路板的制作与检测1.印制电路板制造过程的基本环节（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。（5）涂助焊剂与阻焊剂。（6）印字与修边。38§4-2印制电路板的制作与检测2.印制电路板的工艺流程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工艺流程分别如图1～图3所示。单面印制电路板的工艺流程双面印制电路板的工艺流程多层印制电路板的工艺流程39§4-2印制电路板的制作与检测二、印制电路板的手工制作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。如图。雕刻印制电路板的工具及电路板实物a）雕刻刀具b）美工刀c）刀刻电路板40§4-2印制电路板的制作与检测1.雕刻法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。随着数控技术的发展，出现了印制电路板雕刻机（图）。印制电路板雕刻机41§4-2印制电路板的制作与检测2.漆图法与雕刻法一样，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（图1）蘸虫胶酒精溶液在电路走线上涂上一层保护漆。用漆图法制作印制电路板的工艺流程如图2所示。2-用漆图法制作印制电路板的工艺流程1-鸭嘴笔42§4-2印制电路板的制作与检测3.油印法此方法类似于工业上的丝网漏印法，如图所示。油印法43§4-2印制电路板的制作与检测4.贴图法目前有一种“标准的预切符号及胶带”的产品，预切符号都是印制电路板上常见的图形，有各种焊盘、接插件、集成电路引线和各种符号等。先将印制电路板图复写到覆铜板的铜箔面，然后根据电路设计板图，选用对应的符号及胶带，粘贴到覆铜板的铜箔面上，粘贴好后就可以进行腐蚀工序了。44§4-2印制电路板的制作与检测5.使用预涂布感光覆铜板预涂布感光覆铜板是一种专用的覆铜板，其铜箔表面预先涂布了一层感光材料，也叫感光板。制作方法是，用打印机打印出1∶1的黑白图纸；用玻璃板或塑料透明板把图纸与感光板压紧，在阳光下曝光5～10min；用附带的显影药水1∶20配水进行显影；当曝光部分（不需要的覆铜皮）完全裸露出来时，用水冲净，即可用三氯化铁进行腐蚀。此方法从原理上说是最简单、实用的方法，制作精度高，可以制作出精度达0.1mm的走线。45§4-2印制电路板的制作与检测6.热转印法这种方法工艺简单，制版速度快，制作精度高，便于使用计算机CAD设计。用热转印法制作印制电路板的工艺流程如图所示。具体步骤如下。用热转印法制作印制电路板的工艺流程46§4-2印制电路板的制作与检测6.热转印法（1）裁板。裁板是指将覆铜板裁切成所需的尺寸。（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1所示。（3）热转印。如图2所示。1-将印制电路板图打印到热转印纸上2-电熨斗热转印法47§4-2印制电路板的制作与检测6.热转印法（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。制作完成的印制电路板48§4-2印制电路板的制作与检测三、印制电路板的质量检验1.外观检查采用目视或放大镜检查产品（原、辅材料与PCB等）表面有无异常，如损伤、污染物、残留物、明显的开路与短路等。随着高密度化和精细化的发展，可以采用自动光学检查机来检查产品的外观情况，甚至可以采用扫描电镜来检查与测量铜箔表面的微腐蚀、内层表面的氧化处理和钻孔孔壁的粗糙度等情况。49§4-2印制电路板的制作与检测2.显微剖切断面检查采用金相显微镜观察电镀通孔、导通孔内部和外层图形等有无异常，或对钻孔孔壁粗糙度的情况、去污的情况、镀层厚度分布与缺陷的情况、层间对位与结构的情况及各种老化试验后的情况等进行评价。在检测电镀通孔截面时可能遇到的镀铜缺陷有凹蚀、分层、钻孔偏位、孔壁剥落、柱分离、角部和孔壁裂纹等。50§4-2印制电路板的制作与检测3.尺寸检查采用显微镜、坐标测量仪及各种测量工具进行外形、孔径、孔位置、导线宽度与间距、焊盘等的尺寸、位置关系和板面平整度（翘曲度、变形）的测量与评价。51§4-2印制电路板的制作与检测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。测试针床52§4-2印制电路板的制作与检测5.工艺性能检查（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。53§4-2印制电路板的制作与检测6.老化（使用期可靠性）试验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）