印制电路板的设计与制作培训课件

4.印制电路板对外连接方式的选择 ① 导线焊接方式：是指用导线将印制电路板上的对外 连接点与板外元器件或其他部件直接焊接，不需要任何 接插件。常用于对外连接较少的场合。
采用导线焊接方式时，应注意以下几点： ➢印制电路板的对外焊点应尽可能引至整板的边缘，并 按一定尺寸排列，以利于焊接和维修。 ➢引线应通过印制电路板上的穿线孔从电路板的元件面 穿过，再进行焊接，避免将导线拽掉。 ➢将导线排列或捆扎整齐，用线卡或其它紧固件将线与 板固定，避免导线因移动而折断。
② 印制电路板形状的选择
➢印制电路板的形状通常由整机结构和内部空间的大小 确定。（原则） ➢一般采用长方形（3：2或4：3），尽量不用异形板。 ➢根据整机的安装要求确定特形的电路板。（收音机） ➢在一些批量生产中，为了降低线路板的制作成本，提 高线路板的自动装焊率，常把两、三块面积小的印制电 路板和主印制电路板共同设计成一个矩形。待装焊后沿 工艺孔掰开，分别装在整机的不同部位上。
④ 板厚的确定
根据国标GB2473-84规定，覆铜板的标称厚度有0.2， 0.5，0.8，1.0，1.2，1.6，2.0，2.4，3.2，6.4，0.7， 1.5mm等多种。在确定板厚时，主要考虑以下因素： ➢当印制板对外通过直接式插座连接时，过厚插不进去， 过薄接触不良。一般应选1.5mm左右。 ➢要考虑板的尺寸、板上元器件的体积、重量等。板的 尺寸及元器件重量过大，都应适当增加板厚，否则容易 产生翘曲。
例：
② 接插件连接方式 接插件连接是指通过插座将印制电路板上对外连接
点与板外元器件进行连接。其优点是调试方便，缺点是 因接触点多，可靠性较差。
二、印制电路板的排版布局
1. 印制电路板布局的一般原则 ➢ 按照信号流走向的布局原则； ➢ 以核心元器件为中心，围绕它来进行布局； ➢ 优先确定特殊元器件的位置。
一般在元器件规则排列的单 面及双面电路板中使用。
方形焊盘：
常用于表示元器件的正 极或第一脚。
其它类型的焊盘： 椭圆焊盘 矩形焊盘 多边形焊盘 泪滴焊盘 异形焊盘 灵活设计的焊盘
二、过孔
实现电路板的层之间的电气连接。用于双层或多层 电路板中。比焊盘小，不焊装元器件。
三、印制导线 1. 印制导线的宽度
③ 印制电路板的尺寸的选择 ➢选择印制电路板的尺寸选择要考虑整机的内部结构 及印制电路板上元器件的数量及尺寸。 ➢板上元器件排列彼此间要留有一定的间隔。特别是 在高压电路中，更要注意留有足够的间距。 ➢在考虑元器件所占面积的同时，还要考虑发热元器 件所需散热片的尺寸。 ➢在确定了板的面积后，四周还应留出5~10mm（单 边），以便于印制电路板在整机中的固定。 ➢确定电路板的固定孔的位置及大小。
操作性能对元器件位置的要求： 考虑电位器、可变电容器或可调电感线圈等调节元 件的布局。 为了保证调试、维修的安全，特别要注意带高电压 的元器件（例如显示器的阳极高压电路元件），尽量 布置在操作时人手不易触及的地方。
2.一般元器件的安装与排列 元器件的布设原则： ➢元器件在Biblioteka Baidu个板面应布设均匀，疏密一致。 ➢元器件不要占满板面四周，一般每边应留有5~10mm 。 ➢元器件布设在板的一面，每个元器件的引出脚单独占 用一个焊盘。 ➢元器件间应留有一定的间距。间隙安全电压为 200V/mm。 ➢元器件安装高度应一致，且尽量矮，一般引线不超过 5mm，过高则稳定性变差，易倒或与相邻元件碰接。
➢印制导线以短为佳，能走捷径，决不绕远。 ➢走向以平滑自然为佳，避免急拐弯和尖角。 ➢公共地线应尽量增大铜箔面积。
(a)
(a)
不合理
(b)
合理
4. 导线的布局
➢优先布设信号线； ➢电源线（注意合适的线宽）； ➢地线（可以使用大面积铜箔，有屏蔽作用）； ➢导线之间不能交叉（可以使用“跳线”）； ➢相邻两层的布线采用垂直布线（双面板）； ➢特殊器件的布线需参考器件的数据手册。
引线孔
一、焊盘
焊盘也称为连接盘，是指元器件的每个引出脚都要
在印制电路板上单独占据一个孔位，通过焊锡固定在
板上，此孔及周围的铜箔称为焊盘。 铜箔
1. 引线孔的直径
绝缘基板
元器件引线孔的直径应该比引线的直径大0.2～
0.3mm，优先采用0.6mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm
等尺寸。
在同一块电路板上，孔径的尺寸规格应当少一些。
的一个重要因素。 ➢ 工艺性：印制电路板的制造工艺尽可能简单；根据电
路的复杂程度确定电路板的形状，充分考虑生产的需 求。 ➢ 经济性：在设计印制电路板时，应考虑和通用的制造 工艺、方法相适应。此外，应尽可能采用标准的尺寸 结构，选用合适的基板材料，运用巧妙的设计技术来 降低成本。
3. 板材、形状、尺寸和厚度的确定 ① 板材的确定 ➢常用的覆铜板有酚醛纸板、酚醛玻璃布板，环氧玻 璃布板等。 ➢选择板材的依据是整机的性能要求、使用尺寸、整 机价格等。选择时要统筹考虑，既要了解覆铜板的性 能指标，又要熟悉电子产品的特点，以获得良好的性 能价格比。 ➢若电路板面积较小、元器件不多、印制线较宽、产 品售价较低，可选用酚醛纸板。否则用环氧玻璃布板。 ➢分立元件多的用单面板，集成电路多的用双面或多 面板。
印制导线的宽度与通过的电流有关，应宽窄适度， 与板面焊盘协调。一般在0.3~2.5mm之间。
印制导线的载流量可按20A/mm2计算，即当铜箔厚 度为0.05mm时，1mm宽的印制导线允许通过1A的电 流，即线宽的毫米数就是载流量的安培数。 一般采用：8mil，15mil，30mil，50mil，100mil等。
四、印制导线的抗干扰和屏蔽
1. 地线布置引起的干扰
原因：
I1
I2
如印制导线AB长为10cm
要尽可能避免异形孔，以便降低加工成本。
2. 焊盘的外径
d
普通单面板： D≥d+1.3mm
高密度的单面电路板： Dmin＝d+1mm
双面电路板： Dmin≥2d
D
3. 焊盘的形状
岛形焊盘：
适用于元器件密集、不规则 排列的电子产品。由于焊盘面 积大，抗剥离强度增大，可以 降低覆铜板的档次。
圆形焊盘：
防止电磁干扰的考虑： 相互可能产生影响或干扰的元器件，应当尽量分开
或采取屏蔽措施。 由于某些元器件或导线之间可能有较高电位差，应
该加大它们的距离，以免因放电、击穿引起意外短 路。
抑制热干扰的设计： 装在板上的发热元器件（如功耗大的电阻）应当布置 在靠近外壳或通风较好的地方，以便利用机壳上开凿 的通风孔散热。 对于温度敏感的元器件，如晶体管、集成电路和其他 热敏元件、大容量的电解电容器等，不宜放在热源附 近或设备内的上部。 增加机械强度的考虑： 对于那些又大又重、发热量较多的元器件，一般不要 直接安装固定在印制电路板上。 当印制电路板的版面尺寸大于200mm×150mm时， 考虑到电路板所承受重力和震动产生的机械应力，
§4.1 覆铜板
一、覆铜板的结构 覆铜板是把一定厚度的铜箔通过粘接剂热压在一定厚
度的绝缘基板上而构成。 它通常分为：单面覆铜板、双面覆铜板、多层覆铜板
铜箔
绝缘 基板
1．绝缘基板 绝缘基板的组成： ➢高分子合成树脂：基板的主要成份，决定电气性能。 ➢增强材料：主要用于提高机械性能。
① 增强材料的类型 ➢布质（编织物）增强材料。 ➢纸质增强材料。纸质增强材料包括牛皮纸、亚硫酸盐 纸、α纤维素纸和棉花（废布）纸。
2. 印制导线的间距 印制导线间应保持一定的间距，导线间的间隙安全
电压为200V/mm。下表给出了导线间距与安全电压之 间的关系。
在一般情况下，导线间的最小间隙不要小于0.3mm ，以消除相邻导线间的电压击穿及飞弧。在板面允许 情况下，导线间隙一般不小于1mm。
3. 印制导线的走向和形状
印制导线是印制电路板上连接元器件，电流流通 的导线。其布设应遵循以下原则：
② 合成树脂的类型
➢酚醛树脂绝缘基板：价格低廉，机械性能和电气性能均可，主 要用于民用设备。缺点是易吸水，吸水后电气性能降低，工作 温度不超过100℃，在恶劣环境中不适宜采用。 ➢环氧树脂绝缘基板：对各种材料有良好的粘合性，硬化收缩小， 能耐化学药品、溶济和油类，电气绝缘性能好，是印制电路绝 缘基板中的优质材料，一般用于军品或高可靠性场合。 ➢三氯氰胺绝缘基板：抗热性能、电气性能均较好，但较脆。表 面很硬，耐磨性很好，介质损耗小，适用于军工或特殊电子仪 器。 ➢有机硅树脂绝缘基板：抗热性能特别好，介质损耗小，但铜箔 和基板的附着力不大。
4.元器件排列方式 不规则排列：指元器件轴线方向不一致，在板上的排列 顺序无规则。其优点是印制导线短而少，减小了印制电 路板间的分布参数，抑制了干扰。尤其是对于高频电路 有利。但看起来杂乱无章，不太美观。
规则排列：是指元器件轴线方向排列一致，并与印制 电路板的四周垂直或平行。其优点是元器件排列规范 ，板面美观整齐，安装、调试、维修方便。但导线布 设较为复杂，印制导线相应增多。
第四章 印制电路板的设计与制作
印制电路板（PCB、印刷电路板）： 它可实现各元器件之间的电器连接，并可作为各元
器件固定、支撑的载体。 印制电路板由绝缘基板、印制导线、焊盘等构成，
是现代电子产品的基本组成部分之一。
教学要求：通过本章的学习，使学生了解印制电路板的 基本性能，掌握印制电路板的基本设计方法和常见的几 种制作工艺。
3. 粘合剂 4. 粘合剂采用聚乙烯醇缩醛胶（如JSF-4胶），用
乙醇作溶剂。
4. 覆铜板的生产工艺流程
二、覆铜板的类型
根据《印制电路用覆铜箔酚醛纸层压板》 （GB4723-84）规定，覆铜板的型号及特性见表。
三、覆铜板的性能参数 1．抗弯强度：表示材料能承受弯曲、冲击、振动的能 力，以单位面积受的力来计算，单位为kg/cm2（英美 国家为磅/ 平方英寸）。 2．抗剥强度：是指在覆铜板上，剥开1cm宽度的铜箔 所需要的力，用kg/cm来表示。它用来衡量铜箔与基 板之间的结合力。 3．耐浸焊性：指覆铜板置入一定温度的熔融焊锡中停 留一段时间（大约10s）后，所能承受的铜箔抗剥能 力。 5．翘曲度：用来衡量板材的翘曲程度，双面印制电路 板的翘曲度比单面的好，厚的比薄的好。
➢元器件的布设不可上下交叉。 ➢规则排列的元器件其轴线方向在整机中处于竖立状态 。 ➢元器件两端的跨距应稍大于元器件的轴向尺寸，弯脚 时不要齐跟弯，应留有一定距离（至少2mm），以免 损坏元件。
3. 元器件的安装固定方式 立式安装：是指元器件的轴线方向与印制电路板垂直。 卧式安装：是指元器件的轴线方向与印制电路板平行。
四、覆铜板的厚度 根据国标GB4723-84规定，覆铜板的厚度见下表所示。
§4.2 印制电路板的排版设计
评价印制电路板的设计质量，通常考虑下列因素： ➢线路的设计是否给整机带来干扰； ➢电路的装配与维修是否方便； ➢制板材料的性能价格比是否最佳； ➢电路板的对外引线是否可靠； ➢元器件的排列是否均匀、整齐； ➢版面布局是否合理、美观。
5. 元器件焊盘的定位 ➢焊盘的中心（即引线孔的中心）距离印制板的边缘不 能太近，一般距离应在2.5mm以上，至少应该大于板 的厚度。 ➢焊盘的位置一般要求落在正交网格的交点上，如图415所示。在国际IEC标准中，正交网格的标准格距为 2.54mm（0.1in）；国内的标准是2.5mm。
§4.3 印制电路板上的焊盘及导线
2．铜箔 选用铜箔的依据：
当金属箔用于印制线路板时，必须具有较高的导电 率、良好的焊接性能和延展性能、以及与绝缘基板牢 固的附着力等。铜在所有金属中是比较符合要求的。
对铜箔的要求： ➢外观：连续成卷，表面光亮不得有砂眼、凹隙、轧 皱等。 ➢纯度：不小于99.8% ➢厚度：0.05±0.005mm（铜箔的厚度要适中）。部分 国家关于铜箔厚度的规定见下表。
一、设计印制电路板的准备工作
1.印制电路板的设计前提 ➢确定设计方案，完成电路设计； ➢元器件的选择； ➢仿真验证； ➢电路方案试验； ➢对电路试验结果的分析及对电路设计的改进； ➢考虑整机的机械结构和安装使用。
2. 印制电路板的设计目标 ➢ 准确性：元器件和印制导线的连接关系必须符合印制
板的电气原理图。 ➢ 可靠性：印制电路板的可靠性是影响电子设备可靠性