第6章印制电路板的设计与制作

电 工 电 子 技 能 实 训 教 程 2、元器件的安装与布局
（1）元器件的布局 元件的布设应遵循以下几点原则： ① 元件在整个板面上的排列要均匀、整齐、紧凑。单元电路之间 的引线应尽可能短，引出线的数目尽可能少。 ② 元器件不要占满整个板面，注意板的四周要留有一定的空间。 位于印制板边缘的元件，距离板的边缘应该大于2mm。 ③ 每个元件的引脚要单独占一个焊盘，不允许引脚相碰。 ④ 对于通孔安装，无论单面板还是双面板，元器件一般只能布设 在板的元件面上，不能布设在焊接面。 ⑤ 相邻的两个元件之间，要保持一定的间距，以免元件之间的碰 接。个别密集的地方须加装套管。若相邻的元器件的电位差较高， 要保持不小于0.5mm的安全距离。
件的电气符号、文字符号（大多是白色）等，主要用于标示出各
元器件在板子上的位置，因此印制板上有丝印层的一面常称为元 件面。
电 工 电 子 技 能 实 训 教 程 2、印制电路板的种类
印制板根据其基板材质刚、柔强度不同，分为刚性板、柔性 板以及刚柔结合板，又根据板面上印制电路的层数分为单面板、 双面板以及多层板。 （1）单面板（Single-sided） 仅一面上有印制电路的印制板。这是早期电路（THT元件）才
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第 6 章 印制电路板 的设计与制作
印制电路板的设计
印制电路板的制作
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6.1 印制电路板的设计
一、印制电路板的基本概念
1、印制板的组成
印制板主要由绝缘底板（基板）和印制电路（也称导电 图形）组成，具有导电线路和绝缘底板的双重作用。 （1）基板（Base Material） 基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材料所制作成，一般常用 的基板是敷铜板，又称覆铜板，全称敷铜箔层压板。敷铜板的 整个板面上通过热压等工艺贴敷着一层铜箔。 （2）印制电路（Printed Circuit） 覆铜板被加工成印制电路板时，许多覆铜部份被蚀刻处理 掉，留下来的那些各种形状的铜膜材料就是印制电路，它主要 由印制导线和焊盘等组成（如图所示）。
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（4）确定印制板对外连接的方式 印制板是整机的一个组成部分，必然存在对外连接的问题。例 如，印制板之间、印制板与板外元器件、印制板与设备面板之间， 都需要电气连接。这些连接引线的总数要尽量少，并根据整机结 构选择连接方式，总的原则应该使连接可靠、安装、调试、维修 方便，成本低廉。 （5）印制板固定方式的选择 印制板在整机中的固定方式有两种，一种采用插接件连接方式 固定；另一种采用螺钉紧固：将印制板直接固定在基座或机壳上， 这时要注意当基板厚度为1.5mm时，支承间距不超过90mm，而厚 度为2mm时，支承间距不超过120mm，支承间距过大，抗振动或冲 击能力降低，影响整机可靠性。
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（2）确定整机结构 当电路和元器件的电气参数和机械参数得以确定，整机的工艺 结构还仅仅是初步成型，在后面的印制板设计过程中，需要综合 考虑元件布局和印制电路布设这两方面因素才可能最终确定。 （3）确定印制板的板材、形状、尺寸和厚度 ① 板材 对于印制板电路板的基板材料的选择，不同板材的 机械性能与电气性能有很大的差别。确定板材主要是从整机的电 气性能、可靠性、加工工艺要求、经济指标等方面考虑。通常情 况下，希望印制板的制造成本在整机成本中只占很小的比例。对 于相同的制板面积来说，双面板的制造成本一般是单面板的3~4 倍以上，而多层板至少要贵到20倍以上。分立元器件的引线少， 排列位置便于灵活变换，其电路常用单面板。双面板多用于集成 电路较多的电路。
较大元件
正确
合理
不合理
错误
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（2）元器件的安装方式 在印制板上，元器件的安装方式可分为立式与卧式两种，如图所 示。卧式是指元件的轴向与板面平行，立式则是垂直的。 ① 立式安装 立式固定的元器件占用面积小，单位面积上容纳元器件的数量多。 这种安装方式适合于元器件排列密集紧凑的产品。立式安装的元器 件要求体积小、重量轻，过大、过重的元器件不宜使用。 ② 卧式安装 与立式安装相比，元器件具有机械稳定性好、板面排列整齐等优 点，卧式安装使元器件的跨距加大，两焊点之间容易走线，导线布 设十分有利。
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二、印制电路板的设计准备
1、设计目标
（1）功能和性能 表面上看，根据电路原理图进行正确的逻辑连接后其功能就
可实现、性能也可保证稳定，但随着电子技术的飞速发展，信
号的速率越来越快，电路的集成度越来越高，仅仅做到这一步 已远远不够了。目标能否很好完成，无疑是印制板设计过程中
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三、印制电路板的排版布局
1、整机电路的布局原则
（1）就近原则 当板上对外连接确定后，相关电路部分就应该就近安排，避免绕 原路，尤其忌讳交叉。 （2）信号流原则 将整个电路按照功能划分成若干个电路单元，按照电信号的流向， 逐个依次安排各个功能电路单元在板上的位置，使布局便于信号流 通，并使信号流尽可能保持一致的方向：从上到下或从左到右。 ①与输入、输出端直接相连的元器件应安排在输入、输出接插件 或连接件的地方。 ②对称式的电路，如桥式电路、差动放大器等，应注意元件的对 称性，尽可能使其分布参数一致。 ③每个单元电路，应以核心元件为中心，围绕它进行布局，尽量 减少和缩短各元器件之间的引线和连接。如以三极管或集成电路等 元件作为核心元件时，可根据其各电极的位置布排其它元件。
使用的板子，元器件集中在其中一面——元件面（Component
Side），印制电路则集中在另一面上——印制面或焊接面 （Solder Side），两者通过焊盘中的引线孔形成连接。单面
板在设计线路上有许多严格的限制，如布线间不能交叉而必须
绕独自的路径。
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（2）双面板（Double-Sided Boards） 两面均有印制电路的印制板。这类的印制板，两面导线的电气连 接是靠穿透整个印制板并金属化的通孔(through via)来实现的。 相对来说，双面板的可利用面积比单面板大了一倍，并且有效的解 决了单面板布线间不能交叉的问题。 （3）多层板（Multi-Layer Boards） 由多于两层的印制电路与绝缘材料交替粘结在一起，且层间导电图 形互连的印制板。如用一块双面作内层、二块单面作外层，每层板 间放进一层绝缘层后黏牢（压合），便有了四层的多层印制板。板 子的层数就代表了有几层独立的布线层，通常层数都是偶数，并且 包含最外侧的两层。比如大部分计算机的主机板都是4到8层的结构。 目前，技术上已经可以做到近100层的印制板。 在多层板中，各面导线的电气连接采用埋孔（buried via）和盲 孔（blind via）技术来解决。
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印制导线 焊盘
印制电路板图
印制导线（Conductor）：用来形成印制电路的导电通路。 焊盘（Pad）：用于印制板上电子元器件的电气连接、元件固定或 两者兼备。 过孔（Via）和引线孔（Component Hole）：分别用于不同层面的 印制电路之间的连接以及印制板上电子元器件的定位。
不规则排列
规则排列
栅格排列
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四、印制电路的设计
1、焊盘的设计
（1）焊盘的形状 焊盘的形状很多，常见的圆形、岛形、方形以及椭圆形等几种,如 图所示。 （2）焊盘的大小 圆形焊盘的大小尺寸主要取决于引线孔的直径和焊盘的外径（其 它焊盘种类可参考其确定）。 （3）焊盘的定位 总的定位原则是：焊盘位置应该尽量使元器件排列整齐一致，尺 寸相近的元件，其焊盘间距应力求统一。这样，不仅整齐、美观， 而且便于元器件装配及引线弯脚。
的重点，也是难点。
（2）工艺性和经济性 这些都是衡量印制板设计水平的重要指标。设计优良的印
制电路板应该方便加工、维护、测试，同时在生产制造成本上
有优势。这是需要多方面相互协调的，并不是件容易的事。
电 工 电 子 技 能 实 训 教 程 2、设计前准备工作
进入印制板设计阶段前，许多具体要求及参数应该基本确定了， 如电路方案、整机结构、板材外形等。不过在印制板设计过程中， 这些内容都可能要进行必要的调整。 （1）确定电路方案 设计出的电路方案一般首先应进行实验验证,即用电子元器件 把电路搭出来或者用计算机仿真，这不仅是原理性和功能性的， 同时也应当是工艺性的。 ① 通过对电气信号的测量，调整电路元器件的参数，改进电 路的设计方案。 ② 根据元器件的特点、数量、大小以及整机的使用性能要求， 考虑整机的结构尺寸。 ③ 从实际电路的功能、结构与成本，分析成品适用性。即在 进行电路方案实验时，必须审核考察产品在工业化生产过程中的 加工可行性和生产费用，以及产品的工作环境适应性和运行、维 护、保养消耗。
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⑥ 元器件的布设不得立体交叉和重叠上下交叉，避免元器件外壳 相碰，如图所示。 ⑦ 元器件的安装高度要尽量低，一般元件体和引线离开板面不要 超过5mm，过高则承受振动和冲击的稳定性较差，容易倒伏与相邻元 器件碰接。如果不考虑散热问题，元器件应紧贴板面安装。 ⑧ 根据印制板在整机中的安装位置及状态，确定元件的轴线方向。 规则排列的元器件应使体积较大的元器件的轴线方向在整机中处于 竖立状态，这样可以提高元器件在板上的稳定性，如图所示。
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② 印制板的形状 印制电路板的形状由整机结构和内部空间的大小决定，外形应该尽 量简单，最佳形状为矩形（正方形或长方形，长:宽=3:2或4:3），避 免采用异形板。当电路板面尺寸大于200×150mm时，应考虑印制电路 板的机械强度。 ③ 印制板的尺寸 尺寸的大小根据整机的内部结构和板上元器件的数量、尺寸及安装、 排列方式来决定，同时要充分考虑到元器件的散热和邻近走线易受干 扰等因素。 ④ 印制板的厚度 覆铜板的厚度通常为1.0mm、1.5mm、2.0mm等。在确定板的厚度时， 主要考虑对元器件的承重和振动冲击等因素。如果板的尺寸过大或板 上的元器件过重，都应该适当增加板的厚度或对电路板采取加固措施， 否则电路板容易产生翘曲。当印制板对外通过插座连线时，插座槽的 间隙一般为1.5mm，板材过厚则插不进去，过薄则容易造成接触不良。