印制线路板的结构设计及制造工艺

第七章印制线路板的构造设计及制造工艺

在组装工艺技术方面，印制重路板/Y方(printedcircuitboards)产品已

走谩三(0阶段，即通孔插装用PCB、表面安装用户3和芯片封装用PCB。

7.1印制重路板构造设计的壹般原则

元器件布局与布线原则，封印制板上的元器件布局也基本合用。但印制板又

有其自身特黠，如印制导线都是平面布置，罩面印制板上导线不能互相交叉；铜

箔的抗剥离强度较低，接黠不易多次焊接；不适宜采用壹黠接地等。因此印制板

上元器件布局与布线又有其自身特黠。

7.1.1印制重路板的构造布局设计

1.印制雷路板的热设计

由于印制雷路板基材耐温能力和导热系数都比较低，铜箔的抗剥离强度随工

作温度的升高而下降。印制重路板的工作温度宣般不能超谩85℃。

2.印制甯路板的;感振缓冲设计

印制富路板是甯子产品中富路元件和器件的支撑件，它提供甯路元件和器件

之间的重气连接。卷提高印制板的抗振、抗冲击性能，板上的负荷应合理分布以

免产生谩大的应力。

3.印制雷路板的抗雷磁干扰设计

7.印制重路板的板面设计

元器件应按重原理图次序成直线排列，力争紧凑以缩短印制导线是度，并得

到均匀的组装密度。在保证富性能规定的前提下，元器件应平行或垂直于板面，

并和重要板边平行或垂直。在板面上分布均匀整洁。壹般不得将元件重叠安放，

假如确实需要重彝，应采用构造件加以固定。

壹般元器件布置在印制板的壹面。此种布置便于加工、安装和维修。

封于重位器、可谓重感线圈、可变重容器、微关等可调元件的布局应考

虑整机的构造规定。

机内调整，应放在印制板上便于调整的地方；机外调整，其位置与调整旋钮

要在机箱上。

元件的襟识或型号应朝向便于观测的壹面。

7.1.2印制雷路板上的元器件布线的壹般原则

1.雷源线设计

根据印制线路板甯流的大小，尽量加粗重源线宽度，减少环路甯阻。同步使

富源线、地线的走向和数据传递的方向壹致，道样有助于增强抗噪声能力。

2.地线设计

⑴公共地线应布置在板的最边缘，便于印制校安装在机架上，也便于与机架

（地）相连。导线与印制板的边缘应留有壹定的距离（不不不小于板厚），道不仅便

于安装导轨和迤行机械加工，并且遢提高了绝缘性能。

⑵数字地与模拟地应尽量分片机低频甯路的地应尽量采用军钻并联接地，

实际布线有困难畤可部分串联彳令再并联接地。高频雷路宜采用多黠串联就近接

地，地线应短而粗，甯路的工作频率越高，地线应越宽。

⑶印制板上每级重路的地线壹般应自成封闭回路，以保证每级甯路的地富

流重要在本级地回路中流通，减小级间地雷流耦合。如仅由数字重路构成的印制

板，其接地雷路布成封闭环路大多能提高抗噪声能力.但印制板附近有强磁埸畤,

地线不能做成封闭回路，以免成卷壹种闭合线圈而引起感生雷流。

3.信号线设计

⑴低频导线靠近印制板边布置。将雷源、流波、控制等低频和直流导线放

在印制板的边缘。高频线路放在板面的中间，可以减小高频导线封地线和机壳的

分布重容，也便于板上的地线和机架相连。

⑵高重位导线和低重位导线应尽量速离，最佳的布线是使相邻的导线间的

重位差最小。

⑶防止房距离平行走线，印制重路板上的布线应短而直。必要畤可以采用

跨接线。双面印制板两面的导线应垂直交叉。高频雷路的卬制导线的是度和宽度

宜小，导线间距要大。

（4）印制甯路板上同步安装模拟量路和数字甯路贷，宜将造两种甯路的地线

系统完全分隅，它仅J的供雷系统也要完全分闻。

⑸采用恰常的接插形式，如用接插件、插接端和导线引出等几种形式。输入雷路

的导线要速离输出雷路的导线，以免发生反馈耦合。引出线要相封集中设置。布

线畤使输入输出雷路分列于重路板的两边，并用地线隔明。

7.1.3印制导线的尺寸和图形

常元器件构造布局和布线方案确定彳缸就要详细地设计绘制印制导线的图

形。

1.印制导线的宽度

覆铜箔板铜箔的厚度壹般卷0.02mm-0.05nuno印制导线的最小宽度取决于

导线的载流量和容rr•温升。

表7.10.05mm厚的导线宽度与容言午的载流量、雷阻的关系

导线的宽度(mm)0.51.01.52.0

容rf载流量(A)0.81.01.31.9

重阻(Q/m)0.70.410.310.29

2.印制导线的间距

导线的最小间距重要由最悲劣状况下的导线间绝缘甯阻和击穿'宙压决定。壹

般导线间距等于导线宽度，但不不不小于Inmi。封于微型设备，不不不小于0.4mnio

表面贴装板的间距0.12-0.2mm,甚至0.08nlm。详细设计畤应考虑下述三他)原因：

(1)低频低压雷路的导线间距取决于焊接工艺。采用自勤化焊接畤间电要

小些，手工操作畤宜大些。

(2)高压雷路的导线间距取决干工作重氏和基板的抗雷强度.

(3)高频甯路重要考虑分布重容封信号的影响。

表7.2安全工作甯压、击穿甯压与导线间距值

导线间距(mm)0.51.01.52.03.0

工作重压(V)100200300500700

击穿重压(V)10301500180021002400

3.印制导线的图形

元器件在印制板上有两种排列方式：不规则排列、规则排列。不规则排列合

用于高频重路，它可以减少印制导线的畏度和分布参数，但不利于自劲插装。规

则(坐襟格)排列，排列整洁，自重力插装效率高，但引线也^较晨。

同壹印制板上的导线的宽度宜壹致，地线可合适加宽。导线不应有急弯和尖

角，转弯和it渡部分宜用半径不不不小于2mm的圆弧连接或用45度角连线，且

应防止分支线。

常导线宽度超谩3mm畤，最佳在导线中间^槽成两根并联线。大面积铜箔畤,

应做成栅格状。

7.焊盘

焊盘中心孔要比器件引线直径稍大某些。焊盘太大易形成虚焊。壹般焊盘外

径D＞（dH.3）mm,其中d卷引线插孔直径。封高密度的数字霜路，焊盘最小直

径可取D“后（d+1.O）mm0焊盘太小轻易在焊接畤粘断或剥落。

焊盘的形状有岛形焊盘、圆形焊盘、方形焊盘、椭圆焊盘和灵活设计的焊盘。

4.1.4印制板设计环节和措施

1.设计印制板应具有的条件

①已知印制甯路板板面需要容纳的甯路，以及该重路内多种元器件的型号、

规格和重要尺寸。

②明确各元器件和导线在布局、市线畴的特殊规定。如哪些元器件和导线需

要屏蔽；哪些元器件常常更换和调整；哪些是发热元器件和热敏元器件；各元

器件的工作频率和甯压大小；甯路工作畤环境条件（温度、湿度和冲振规定）

等。

③确定印制板在整机（或分机）中的位置及其连接形式。

2.印制板的设计环节和措施

①选定印制板的材料、板厚和板面尺寸。

选择印制板材料必须考虑到基材的重气和机械性能，遢要考虑价格和成

本。

印制板的最佳形状卷矩形，是宽比卷3：2或4：3。将几块小的印制板（矩

形的或异形的）拼成壹种大矩形，待装配、焊接彳会再沿工艺孔裁K1，可减少生

产成本。印制板的外形尺寸已由GB9315-88做了规定，常用系列见表7.3、表

7.4o

表7.3印制板尺寸系列1军位：mm

B55.55100147.45188.9233.55277.80

L100160220280340

注：本表尺寸B、L可任意组合。

表7.4印制板尺寸系列2W：mm

B•50•50•707070•80•80100•100

L80140140240320100140100160

B•100120•120•140•140•160180・200300

L200120200160200260220300300

注：本表尺寸B、L卷壹壹封应，不可任意组合；带有“-”是优选尺

寸。

②设计印制甯路板坐襟尺寸图。

③根据雷原理图绘制排版连线图。

排版连接图是用简朴线条表达印制导线的走向和元件器件的连接。在排

版连接图中应尽量防止导线的交叉，但可在元件处交叉，因元件跨距处可以通

谩印制线。

根据排版连线图，按元器件大小比例，画出印制导线摄影底图和装配图。

7.2印制富路板的制造工艺及检测

制造印制甯路板的工艺措施诸多，其工艺谩程壹般有摄影、图形转移、蚀

刻、钻孔、孔金属化、表面金属涂覆及有机材料涂覆等工序。但制造工艺基本上

分两大类，即减成法（铜箔蚀刻法）和加成法（添加法）o

4.2.1印制重路板的制造工艺流程

1.摄影制版

用摄影的措施封摄影底图拍照以得到摄影底片，摄影底片要接比例缩小（用

绘制摄影底图相反的比例），以得到设计所规定的印制图形尺寸。

2.制重路板的机械加工

印制板的外形和多种用途的孔（引线孔、中继孔、机械安装孔、定位孔、检

测孔等）都是通谩机械加工完毕的，伴随甯子技术的发展其加工尺寸和精度规定

越来越高。

3.孔的金属化

封于多层印制甯路板，卷了把内层印制导线引出和互连，需要将印制导线的

孔金属化。孔金属化就是在孔内量镀壹层金属，形成壹种金属筒，与印制导线连

接起来。孔金属化工艺，就是孔内壁表面化阜沉铜彳灸再通谩全板重镀铜或图形甯

镀来实现层间可靠的互连C

4.图形转移

图形转移就是将甯路图形由摄影底片转移到印制板上去。

5.蚀刻

广义上讲，但凡在覆铜箔印制板生产中，用化阜或量化阜的措施去铜

的谩程都是蚀刻。狭义上讲，蚀刻是将涂有抗蚀剂并^感光显影彳发的印制雷跳板

上未感光部分的铜箔腐蚀掉，在印制重路板上留下所需的重路图形的谩程。

6.印制插5R的重镀

假如印制雷路板是以边缘印制接触片作卷插^插入插座，那么所有导线的

输入输出都必须接到印制板边缘的印制插片上。卷了获得尽量低的接触雷阻，

要在适些印制插^片上镀金。

7.涂（EQ阻焊剂、印字符

阻焊剂或称阻焊油墨，是卬制板最外面的“衣服”。它的作用是防止甯路腐

蚀，防止由于潮湿引起的雷路绝缘性能下降，防止焊锡粘附在不需要的部分，防

止铜封焊锡槽的污染，保证印制板功能等。

油墨的涂覆的方式有帘幕涂布、丝网印刷、静霜涂布、气式喷涂等。

印文字、符号是为了印制板装配和维修以便。它凭壹般印在阻焊油墨上面,

也有的罩面板直接印在基材上。

10.表面涂（镀）覆

假如印制板制造彳麦立即装配，则可不ifi行表面处理。封只储存壹种短H寺期的

印制板，可涂壹层助焊性清漆。但最佳的措施是在印制导线制成彳叁再逛行表面涂

覆。

11.修边

印制甯路板的最终工序就是修整边缘，以到达所规定的尺寸和公差。修边在

高速切割锯，或轮廓加工机（铳切机）上谨行，有的用冲模迤行修边。

4.2.2印制甯路板的质量检查

印制板最常见的故障是导体间的短路和导体内的断路、焊盘上阻焊膜配置不

良，树脂涂抹移位和富镀通孔裂等。因此印制板制成彳爰要通谩如下几项质量检

查，才能组装焊接。

1.目视检查

目视检杳是用肉眼检杳所见到的某些性能。壹般目检能发垣的某些缺陷可分

卷表面缺陷和其他缺陷。

（1）表面缺陷表面缺陷包括凹痕、麻坑、划痕、表面粗糙、空洞、针孔等。

⑵其他缺陷

焊盘的重叠性检查孔与否在焊盘中心。

导线图形的完整性测量导线图形的完整性。用摄影底图制造的底片覆盖在

己加工好的印制板上，测量导线宽度、外形与否处在所规定的范围内。

外形尺寸检查印制板的边缘尺寸与否在所规定的范围内。

2.重性能测试

封多层印制富路板要暹行连通性试验，检查印制甯路图形与否是连通的。

3.绝缘甯阻

测量卬制板绝缘部件封外加直流甯压所展现出的壹种建阻。

4.可焊性

可焊性是用来测量元器件连接到印制板上映，焊接封印制图形的润湿能力,

堂般用：润湿、半润湿、不润湿来表达。

5.镀层的附著力

常用胶带试验法检查镀层附著力。

此外尚有PCB的翘曲和扭曲、抗剥强度、合金成分、孔端抗拉脱强度、金

属化孔的甯流击穿，载流量，用焊料浮起测试和金属切片分别检测甯镀通孔构造

的质量等试验。

7.3印制1®路板的组装工艺

印制雷路板是垣代雷子设备中不可缺乏的关键部件。它不仅卷霜子元器件提

供了固定和装配的机械支撑，并且实琨了重子元器件之间的布线和雷气连接。

4.3.1印制重路板的分类:

印制甯路板的分类方式壹般有两种：按基材分类、按构造分类。基材印制甯

路板可分卷：纸基印制板、玻璃布基印制宜路板、合成纤维印制板、陶瓷基印制

板、金属芯基印制板。按构造印制富路板分卷：刚性印制板、挠性印制甯路板、

刚挠结合印制板。其他类型的印制板尚有：导重胶印制板、载芯片印制板、抗甯

磁波干扰印制板、罩面多层印制板、多重布线印制板、平面雷阻印制板、积层式

多层印制18路板。

4.3.2印制板雷路板组装工艺的基本规定

印制基板的两侧分别叫元件面(CS面)和焊接面(SS)。元件面安装元件，元

件引出线通谩基板的插孔，在焊接面的焊盘处通遇焊接把线路连接起来。

重子元器件诸多，壹般有轴向元件VCD(也称卷可变中心距元件，后”•必小

CenterDistanccComponent)、双列直排封装元件DIP{DualIn-linePackage)>

单列直排封装元件SlP(Sf〃g】eIn-linePackage).辐射状引线元件和表面安装

元器件S^lSurfaceMountedDevice^)端。印制板的组装措施必须根据产品的

构造、装配的密度、使用的措施和规定来决定。元器件插装前，壹般需要谨行加

工处理，然彳菱插装。良好的成形及插装工艺，可使可使元器件稳定、抗振、整洁、

美观。

1.元相件引线的成形

⑴预加工处理

由于生产工艺的限制和包装、贮存、运送等中间环节畤间较是，元器件表

面易产生氧化膜，使引线可焊性下降。引线的预加工处理包括引线的校直、表面

清洁、搪锡三低］环节。

⑵引线成形的基本规定

卷将元器件迅速而精确地插入印制板上的孔内，要根据焊黠之间的距

离，将引线做成需要形状。基本规定如下：

①元件引线^始弯曲处，离元件端面的最小距离不小于1.5mm。

②弯曲半^不小于等于引线直释.的两倍，两根引线打弯彳灸要互相平行。

③焊接畤怕热元件，应将引线绕成环状或用卷发式成形措施，将引线增房,

提高散装面积热能力。

④元件襟称值及文字襟识应处在便于查看的位置，便于检查和维修。

⑤成形彳矍辗机械损伤。

⑶成形措施

在自勤化生产中，成形工序在流水线上用专用工具和成形模具成形。如

采用雷勤、气勤等专用引线成形机。少^元器件可采用手工，用尖嘴钳或镜

子钳等工具成形。

2.元器件的安装的技术规定

①元器件的襟志方向按图纸规定，安装彳灸应能看清元件上襟志。若装配图上

没指明方向，则应按优左到右、优下到上的次序能^出檄志。

②有极性的元器件可加彩色套管以示区别。如晶体管的管脚和甯解重容的正

负端。

③晶体管管脚引线堂般留3〜5mm,管脚谩是减少晶体管的稳定性，谩短畤,

焊接谩热畲损壤晶体管。集成甯路安装畤要先将引线脚与孔位封准，防止弄断或

弄偏引出脚。

④安装高度应符合规定规定，同壹规格的元器件应尽量安装在同壹高度。

⑤安装次序壹般卷先低彳灸高，先轻彳发重、先易彳爰难、先壹般元器件彳爰特殊元

器件。

⑥在印制板上元器件分布均匀、整洁。不容^斜排、立体交叉和重叠排列。

元器件外壳与引线不得相碰，并保证1廊左右间隙，必要畤应套绝缘套管。

⑦某些特殊元器件应做特殊处理。如MOS集成甯路应在等重位工作台上安

装，以免静甯损塌器件；发热元件（如2W以上的雷阻）要悬空安装或直接装在

散热器上，并保证可靠接触，以利于散热；较大元器件（重量不小于28g）应在

印制板面上采用固定措施（弹性固定夹、螺钉螺母、支架等），以减振缓冲。

⑧元器件插好彳灸，其引线外形处理有弯^的，有切断成形的。壹般弯脚的弯

折方向都应与铜箔走线方向相似。如簸印制导线只有焊南畤，可朝距印制导线速

的地方打弯。

4.3.3印制甯路板装配工艺

印制雷路板装配重要包括把元件插入到印制雷路板中并加以焊接两道工

艺。插入元件的工件由手工或高速专用的机械来完毕，前者简朴易行，但效率低,

误装率高。而彳爰者安装速度快，误装率低，但设备