第1章印制电路板材料介绍
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第1章印制电路板材料介绍
印制电路板样板
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第1章印制电路板材料介绍
1.1.3 印制电路板种类
印制电路板的种类很多,根据 元件导电层面的多少可以分为单面 板、双面板、多层板。
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第1章印制电路板材料介绍
1.单面板
单面板所用的绝缘基板上只
有一面是敷铜面,用于制作 铜箔导线,而另一面只印上 没有电气特性的元件型号和 参数等,以便于元器件的安 装、调试和维修,单面板由 于只有一面敷铜面,因此无 须过孔(过孔的概念见双面 板)、制作简单、成本低廉, 功能较为简单,在电路板面 积要求不高的电子产品中得 到了广泛的应用
第1章印制电路板材料介绍
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印制电路板结构
为了实现元器件的安装和管脚连接,我 们必须在电路板上按元件管脚的距离和大 小钻孔,同时还必须在钻孔的周围留出焊 接管脚的焊盘,为了实现元件管脚的电气 连接,在有电气连接管脚的焊盘之间还必 须覆盖一层导电能力较强的铜箔膜导线, 同时为了防止铜箔膜导线在长期的恶劣环 境中使用而氧化,减少焊接、调试时短路 的可能性,在铜箔导线上涂抹了一层绿色 阻焊漆,以及表示元件安装位置的元件标 号。一个制作好并拆除了部分元件的实用 电路板如图所示
第1章印制电路板材料介绍
8. 其它层(Other)
以上介绍的层面基本上都存在和实 际电路板相对应的板面,可以在学习 过程中结合实际电路板理解记忆。在 PCB电路板设计过程中经常用到以上 各层面的概念,因此务必理解清楚。
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第1章印制电路板材料介绍
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§1.3 元件封装概述
第1章印制电路板材料介 绍
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2020/11/25
第1章印制电路板材料介绍
1.1 认识印制电路板
• PCB是英文Printed Circuit Board的缩 写,译为印制电路板,简称电路板或PCB板。 印制电路板是用印制的方法制成导电线路 和元件封装,它的主要功能是实现电子元 器件的固定安装以及管脚之间的电气连接, 从而实现电器的各种特定功能。制作正确、 可靠、美观的印制电路板是电路板设计的 最终目的。
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第1章印制电路板材料介绍
4. 机械层(Mechanical Layer)
机械层没有电气特性,在实际电路板中 也没有实际的对象与其对应,是PCB编 辑器便于电路板厂家规划尺寸制板而设 置,属于逻辑层(即在实际电路板中不 存在实际的物理层与其相对应),主要 为电路板厂家制作电路板时提供所需的 加工尺寸信息,如电路板边框尺寸、固 定孔、对准孔、以及大型元件或散热片 的安装孔等尺寸标注信息,可以支持16 个机械层。
元件封装是指在PCB编辑器中为了将元 器件固定、安装于电路板,而绘制的与 元器件管脚相对应的焊盘、元件外形等, 由于它的主要作用是将元件固定、焊接 在电路板上,因此它对焊盘大小、焊盘 间距、焊盘孔大小、焊盘序号等参数有 非常严格的要求,元器件的封装、元器 件实物、原理图元件引脚序号三者之间 必须保持严格的对应关系,如下页图所 示,否则直接关系到制作电路板的成败 和质量。
1.2.2 电路板软件编辑器常用层面
• 1.信号层(Signal Layers) • (1)底层(Bottom Layer):又称为焊锡面,主要用于制作底
层铜箔导线,它是单面板唯一的布线层,也是双面板和多面板 的主要布线层,注意单面板只使用底层(Bottom Layer),即 使电路中有表面贴装元件也只能安装于底层。
• (2)顶层(Top Layer):主要用在双面板、多层板中制作顶 层铜箔导线,在实际电路板中又称为元件面,元件管脚安插在 本层面焊孔中,焊接在底面焊盘上。由于在双面板、多层板顶 层可以布线,因此为了安装和维修的方便,表面贴装元件尽可 能安装于顶层。
• (3)中间信号层(Mid1~Mid14):在一般电路板中较少采用, 一般只有在5层以上较为复杂的电路板中才采用。
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第1章印制电路板材料介绍
多层板结构图
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第1章印制电路板材料介绍
1.1.4 印制电路板的制作流程
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第1章印制电路板材料介绍
印制电路板的制作流程
• 下料:一般是指选取材料、厚度合适,整个表面铺有较薄 铜箔的整张基板。
• 丝网漏印:为了制作元件管脚间相连的铜箔导线,必须将 多余的铜箔部分利用化学反应腐蚀掉,而使铜箔导线在化 学反应的过程中保留下来,所以必须在腐蚀前将元件管脚 间相连的铜箔导线利用特殊材料印制到铺有较薄铜箔的整 张基板上,该特殊材料可以保证其下面的铜箔与腐蚀液隔 离,将特殊材料印制到基板上的过程就是丝网漏印。
第1章印制电路板材料介绍
元件封装与元件实物、原理图元件的对应关系
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焊盘
其中最关键的组成部分是和元件管脚一一对 应的焊盘,它的形状如图所示,焊盘的作用 是将元件管脚固定焊接在电路板的铜箔导线 上,因此它的各参数直接关系到焊点的质量 和电路板的可靠性
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• 腐蚀和去除印料:接下来将丝网漏印后的基板放置在腐蚀 化学液中,将裸露出来的多余铜箔腐蚀掉,接下来再利用 化学溶液将保留下来铜箔上的特殊材料清洗掉。
以上步骤就制作出了裸露的铜箔导线。
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第1章印制电路板材料介绍
印制电路板的制作流程
• 孔加工:为了实现元件的安装,还必须为元件的管 脚提供安装孔,利用数控机床在基板上钻孔。对于 双面板而言,为了实现上下层导线的互连,还必须 制作过孔,过孔的制作较为复杂,钻孔后还必须在 过孔中电镀上一层导电金属膜,该过程就是孔加工。
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7. 焊锡膏层(Paste Mask Layer)
贴片元件的安装方式比传统的穿插式元 件的安装方式要复杂很多,该安装方式 必须包括以下几个过程:刮锡膏——贴 片——回流焊,在第一步“刮锡膏”时, 就需要一块掩模板,其上就有许多和贴 片元件焊盘相对应的方形小孔,将该掩 模板放在对应的贴片元件封装焊盘上, 将锡膏通过掩模板方形小孔均匀涂覆在 对应的焊盘上,与掩模板相对应的就是 焊锡膏层。
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1.1.1 元件外型结构
元器件是实现电器功能的基 本单元,他们的结构和外型 各异,为了实现电器的功能 它们必须通过管脚相互连接, 并为了确保连接的正确性, 各管脚都按一定的标准规定 了管脚号,并且各元件制造 商为了满足各公司在体积、 功率等方面的要求,即使同 一类型的元件他们又有不同 的元件外型和管脚排列,即 元件外型结构,如图所示, 同为数码管,但大小、外形、 结构却差别很大。
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第1章印制电路板材料介绍
5. 禁止布线层(Keep Out Layer)
禁止布线层在实际电路板中也没有实际 的层面对象与其对应,它起着规范信号 层布线的目的,即在该层中绘制的对象 (如导线),信号层的铜箔导线无法穿 越,所以信号层的铜箔导线被限制在禁 止布线层导线所围的区域内。该层主要 用于定义电路板的边框,或定义电路板 中不能有铜箔导线穿越的区域,如电路 板中的挖空区域,如后面实例章节中的 “电脑P4主电源板”中就有采用。
• 助焊剂和阻焊漆:在经过以上步骤后,电路板已经 初步制作完成,但为了更好的装配元件和提高可靠 性,还必须在元件的焊盘上涂抹一层助焊剂,该助 焊剂有利用焊盘与元件管脚的焊接。而在焊接过程 中为了避免和附近其它导线短接的可能性,还必须 在铜箔导线上涂上一层绿色的阻焊漆,同时阻焊漆 还可保护其下部的铜箔导线在长期恶劣的工作环境 中被氧化腐蚀。
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2.双面板
• 在绝缘基板的上、下二面均有 敷铜层,都可制作铜箔导线, 底面和单面板作用相同,而在 顶面除了印制元件的型号和参 数外,和底层一样可以制作成 铜箔导线,元件一般仍安装在 顶层,因此顶层又称为“元件 面”,底层称为“焊锡面”。 为了解决顶层和底层相同导线 之间的连接关系,人们还制作 了金属化过孔,双面板的采用 有效的解决了同一层面导线交 叉的问题,而过孔的采用又解 决了不同层面导线的连通问题, 与单面板相比,极大的提高了 电路板的元件密度和布线密度。
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第1章印制电路板材料介绍
印制电路板的制作流程
• 印标注:为了元件装配和维修的过程中识 别元件,还必须在电路板上印上元件的编 号以及其它必要的标注。
• 成品分割和检查测试:随后将整张制作完 成的电路板分割为小的成品电路板。最后 还要对电路板进行检查测试。
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第1章印制电路板材料介绍
1.4.1 电阻
电阻是各电路中使用最多 的元件之一,编号一般 以R开头,根据功率不同, 体积也差别很大,如图 所示,小的如1/8W电阻 体积只有米粒大小,而 大的功率电阻,如某些 电器电源部分的限流或 取样电阻的体积超过七 号电池,因此不同体积 的电阻,应根据实际大 小选择合适的封装。
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第1章印制电路板材料介绍
2. 内电层(Internal Plane)
• 内电层(Internal Plane)主要用于放置 电源/地线,编辑器可以支持16个内部电源 /接地层。因为在各种电路中,电源和地线 所接的元件管脚数是最多的,所以在多层 板中,可充分利用内部电源/接地层将大量 的接电源(或接地)的元件管脚通过元件 焊盘或过孔直接与电源(或地线)相连, 从而极大地减少顶层和底层电源/地线的连 线长度。
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第1章印制电路板材料介绍
3. 丝印层(Silkscreen Layer)
丝印层主要通过丝印的方式将元件的 外形、序号、参数等说明性文字印制在 元件面(或焊锡面),以便于电路板装 配过程中插件(即将元件插入焊盘孔 中)、产品的调试、维修等。丝印层一 般分为顶层(Top Overlayer)和底层 (Bottom Overlayer),一般尽量使用 顶层,只有维修率较高的电路板或底层 装配有贴片元件的电路板中,才使用底 层丝印层以便于维修人员查看电路(如 电视机、显示器电路板等)。
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第1章印制电路板材料介绍
3.多层板
• 多层板结构复杂,它由电气导电层和绝缘材料层交 替粘合而成,成本较高,导电层数目一般为4、6、 8等,且中间层(即内电层)一般连接元件管脚数 目最多的电源和接地网络,层间的电气连接同样利 用层间的金属化过孔实现。在多层板中,可充分利 用电路板多层层叠结构解决高频电路布线时的电磁 干扰、屏蔽问题,同时由于内电层解决了电源和地 网络的大量连线,使布线层面的连线急剧减少,因 此,电路板可靠性高,面积小,在电脑主板、内存 条、优盘、MP3等产品上得到广泛的使用。
第1章印制电路板材料介绍
1.4 常用直插式元件封装介绍
由于电子技术的飞速发展,电子元器件的种类 日益增多,每一种又分为很多品牌和系列,而 每个系列的产品封装又不尽相同,即使是同一 类元件,不同的生产厂家提供的产品也可能有 不同的封装,因此,合理选取元器件的封装是 成功制作电路板的前提条件,需要制作者具有 一定的实际经验,这也是初学者容Байду номын сангаас忽视的地 方,应在学习过程中注意总结积累。为了让读 者对各种封装有一个初步的认识了解,下面介 绍常用元器件的元件封装,为电路板的实际制 作打下基础。
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第1章印制电路板材料介绍
6. 阻焊层(Solder Mask Layer)
阻焊层主要为一些不需要焊锡的铜箔 部分(如导线、填充区、敷铜区等)涂 上一层阻焊漆(一般为绿色),用于阻 止进行波峰焊接时,焊盘以外的导线、 敷铜区粘上不必要的焊锡而设置,从而 避免相邻导线波峰焊接时短路,还可防 止电路板在恶劣的环境中长期使用时氧 化腐蚀。因此它和信号层相对应出现, 也分为顶部(Top Solder Mask)、底 部(Bottom Solder Mask)二层。
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1.1.2 印制电路板结构
印制电路板是电子元件装载的基板, 它的生产涉及电子、机械、化工等众多 领域。它要提供元件安装所需的封装, 要有实现元件管脚电气连接的导线,要 保证电路设计所要求的电气特性,以及 为元件装配、维修提供识别字符和图形。 所以它的结构较为复杂,制作工序较为 繁琐,而了解印制电路板的相关概念是 成功制作电路板的前提和基础。
印制电路板样板
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1.1.3 印制电路板种类
印制电路板的种类很多,根据 元件导电层面的多少可以分为单面 板、双面板、多层板。
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1.单面板
单面板所用的绝缘基板上只
有一面是敷铜面,用于制作 铜箔导线,而另一面只印上 没有电气特性的元件型号和 参数等,以便于元器件的安 装、调试和维修,单面板由 于只有一面敷铜面,因此无 须过孔(过孔的概念见双面 板)、制作简单、成本低廉, 功能较为简单,在电路板面 积要求不高的电子产品中得 到了广泛的应用
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印制电路板结构
为了实现元器件的安装和管脚连接,我 们必须在电路板上按元件管脚的距离和大 小钻孔,同时还必须在钻孔的周围留出焊 接管脚的焊盘,为了实现元件管脚的电气 连接,在有电气连接管脚的焊盘之间还必 须覆盖一层导电能力较强的铜箔膜导线, 同时为了防止铜箔膜导线在长期的恶劣环 境中使用而氧化,减少焊接、调试时短路 的可能性,在铜箔导线上涂抹了一层绿色 阻焊漆,以及表示元件安装位置的元件标 号。一个制作好并拆除了部分元件的实用 电路板如图所示
第1章印制电路板材料介绍
8. 其它层(Other)
以上介绍的层面基本上都存在和实 际电路板相对应的板面,可以在学习 过程中结合实际电路板理解记忆。在 PCB电路板设计过程中经常用到以上 各层面的概念,因此务必理解清楚。
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第1章印制电路板材料介绍
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§1.3 元件封装概述
第1章印制电路板材料介 绍
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2020/11/25
第1章印制电路板材料介绍
1.1 认识印制电路板
• PCB是英文Printed Circuit Board的缩 写,译为印制电路板,简称电路板或PCB板。 印制电路板是用印制的方法制成导电线路 和元件封装,它的主要功能是实现电子元 器件的固定安装以及管脚之间的电气连接, 从而实现电器的各种特定功能。制作正确、 可靠、美观的印制电路板是电路板设计的 最终目的。
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第1章印制电路板材料介绍
4. 机械层(Mechanical Layer)
机械层没有电气特性,在实际电路板中 也没有实际的对象与其对应,是PCB编 辑器便于电路板厂家规划尺寸制板而设 置,属于逻辑层(即在实际电路板中不 存在实际的物理层与其相对应),主要 为电路板厂家制作电路板时提供所需的 加工尺寸信息,如电路板边框尺寸、固 定孔、对准孔、以及大型元件或散热片 的安装孔等尺寸标注信息,可以支持16 个机械层。
元件封装是指在PCB编辑器中为了将元 器件固定、安装于电路板,而绘制的与 元器件管脚相对应的焊盘、元件外形等, 由于它的主要作用是将元件固定、焊接 在电路板上,因此它对焊盘大小、焊盘 间距、焊盘孔大小、焊盘序号等参数有 非常严格的要求,元器件的封装、元器 件实物、原理图元件引脚序号三者之间 必须保持严格的对应关系,如下页图所 示,否则直接关系到制作电路板的成败 和质量。
1.2.2 电路板软件编辑器常用层面
• 1.信号层(Signal Layers) • (1)底层(Bottom Layer):又称为焊锡面,主要用于制作底
层铜箔导线,它是单面板唯一的布线层,也是双面板和多面板 的主要布线层,注意单面板只使用底层(Bottom Layer),即 使电路中有表面贴装元件也只能安装于底层。
• (2)顶层(Top Layer):主要用在双面板、多层板中制作顶 层铜箔导线,在实际电路板中又称为元件面,元件管脚安插在 本层面焊孔中,焊接在底面焊盘上。由于在双面板、多层板顶 层可以布线,因此为了安装和维修的方便,表面贴装元件尽可 能安装于顶层。
• (3)中间信号层(Mid1~Mid14):在一般电路板中较少采用, 一般只有在5层以上较为复杂的电路板中才采用。
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多层板结构图
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1.1.4 印制电路板的制作流程
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印制电路板的制作流程
• 下料:一般是指选取材料、厚度合适,整个表面铺有较薄 铜箔的整张基板。
• 丝网漏印:为了制作元件管脚间相连的铜箔导线,必须将 多余的铜箔部分利用化学反应腐蚀掉,而使铜箔导线在化 学反应的过程中保留下来,所以必须在腐蚀前将元件管脚 间相连的铜箔导线利用特殊材料印制到铺有较薄铜箔的整 张基板上,该特殊材料可以保证其下面的铜箔与腐蚀液隔 离,将特殊材料印制到基板上的过程就是丝网漏印。
第1章印制电路板材料介绍
元件封装与元件实物、原理图元件的对应关系
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第1章印制电路板材料介绍
焊盘
其中最关键的组成部分是和元件管脚一一对 应的焊盘,它的形状如图所示,焊盘的作用 是将元件管脚固定焊接在电路板的铜箔导线 上,因此它的各参数直接关系到焊点的质量 和电路板的可靠性
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• 腐蚀和去除印料:接下来将丝网漏印后的基板放置在腐蚀 化学液中,将裸露出来的多余铜箔腐蚀掉,接下来再利用 化学溶液将保留下来铜箔上的特殊材料清洗掉。
以上步骤就制作出了裸露的铜箔导线。
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第1章印制电路板材料介绍
印制电路板的制作流程
• 孔加工:为了实现元件的安装,还必须为元件的管 脚提供安装孔,利用数控机床在基板上钻孔。对于 双面板而言,为了实现上下层导线的互连,还必须 制作过孔,过孔的制作较为复杂,钻孔后还必须在 过孔中电镀上一层导电金属膜,该过程就是孔加工。
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7. 焊锡膏层(Paste Mask Layer)
贴片元件的安装方式比传统的穿插式元 件的安装方式要复杂很多,该安装方式 必须包括以下几个过程:刮锡膏——贴 片——回流焊,在第一步“刮锡膏”时, 就需要一块掩模板,其上就有许多和贴 片元件焊盘相对应的方形小孔,将该掩 模板放在对应的贴片元件封装焊盘上, 将锡膏通过掩模板方形小孔均匀涂覆在 对应的焊盘上,与掩模板相对应的就是 焊锡膏层。
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1.1.1 元件外型结构
元器件是实现电器功能的基 本单元,他们的结构和外型 各异,为了实现电器的功能 它们必须通过管脚相互连接, 并为了确保连接的正确性, 各管脚都按一定的标准规定 了管脚号,并且各元件制造 商为了满足各公司在体积、 功率等方面的要求,即使同 一类型的元件他们又有不同 的元件外型和管脚排列,即 元件外型结构,如图所示, 同为数码管,但大小、外形、 结构却差别很大。
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第1章印制电路板材料介绍
5. 禁止布线层(Keep Out Layer)
禁止布线层在实际电路板中也没有实际 的层面对象与其对应,它起着规范信号 层布线的目的,即在该层中绘制的对象 (如导线),信号层的铜箔导线无法穿 越,所以信号层的铜箔导线被限制在禁 止布线层导线所围的区域内。该层主要 用于定义电路板的边框,或定义电路板 中不能有铜箔导线穿越的区域,如电路 板中的挖空区域,如后面实例章节中的 “电脑P4主电源板”中就有采用。
• 助焊剂和阻焊漆:在经过以上步骤后,电路板已经 初步制作完成,但为了更好的装配元件和提高可靠 性,还必须在元件的焊盘上涂抹一层助焊剂,该助 焊剂有利用焊盘与元件管脚的焊接。而在焊接过程 中为了避免和附近其它导线短接的可能性,还必须 在铜箔导线上涂上一层绿色的阻焊漆,同时阻焊漆 还可保护其下部的铜箔导线在长期恶劣的工作环境 中被氧化腐蚀。
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2.双面板
• 在绝缘基板的上、下二面均有 敷铜层,都可制作铜箔导线, 底面和单面板作用相同,而在 顶面除了印制元件的型号和参 数外,和底层一样可以制作成 铜箔导线,元件一般仍安装在 顶层,因此顶层又称为“元件 面”,底层称为“焊锡面”。 为了解决顶层和底层相同导线 之间的连接关系,人们还制作 了金属化过孔,双面板的采用 有效的解决了同一层面导线交 叉的问题,而过孔的采用又解 决了不同层面导线的连通问题, 与单面板相比,极大的提高了 电路板的元件密度和布线密度。
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印制电路板的制作流程
• 印标注:为了元件装配和维修的过程中识 别元件,还必须在电路板上印上元件的编 号以及其它必要的标注。
• 成品分割和检查测试:随后将整张制作完 成的电路板分割为小的成品电路板。最后 还要对电路板进行检查测试。
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1.4.1 电阻
电阻是各电路中使用最多 的元件之一,编号一般 以R开头,根据功率不同, 体积也差别很大,如图 所示,小的如1/8W电阻 体积只有米粒大小,而 大的功率电阻,如某些 电器电源部分的限流或 取样电阻的体积超过七 号电池,因此不同体积 的电阻,应根据实际大 小选择合适的封装。
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2. 内电层(Internal Plane)
• 内电层(Internal Plane)主要用于放置 电源/地线,编辑器可以支持16个内部电源 /接地层。因为在各种电路中,电源和地线 所接的元件管脚数是最多的,所以在多层 板中,可充分利用内部电源/接地层将大量 的接电源(或接地)的元件管脚通过元件 焊盘或过孔直接与电源(或地线)相连, 从而极大地减少顶层和底层电源/地线的连 线长度。
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3. 丝印层(Silkscreen Layer)
丝印层主要通过丝印的方式将元件的 外形、序号、参数等说明性文字印制在 元件面(或焊锡面),以便于电路板装 配过程中插件(即将元件插入焊盘孔 中)、产品的调试、维修等。丝印层一 般分为顶层(Top Overlayer)和底层 (Bottom Overlayer),一般尽量使用 顶层,只有维修率较高的电路板或底层 装配有贴片元件的电路板中,才使用底 层丝印层以便于维修人员查看电路(如 电视机、显示器电路板等)。
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3.多层板
• 多层板结构复杂,它由电气导电层和绝缘材料层交 替粘合而成,成本较高,导电层数目一般为4、6、 8等,且中间层(即内电层)一般连接元件管脚数 目最多的电源和接地网络,层间的电气连接同样利 用层间的金属化过孔实现。在多层板中,可充分利 用电路板多层层叠结构解决高频电路布线时的电磁 干扰、屏蔽问题,同时由于内电层解决了电源和地 网络的大量连线,使布线层面的连线急剧减少,因 此,电路板可靠性高,面积小,在电脑主板、内存 条、优盘、MP3等产品上得到广泛的使用。
第1章印制电路板材料介绍
1.4 常用直插式元件封装介绍
由于电子技术的飞速发展,电子元器件的种类 日益增多,每一种又分为很多品牌和系列,而 每个系列的产品封装又不尽相同,即使是同一 类元件,不同的生产厂家提供的产品也可能有 不同的封装,因此,合理选取元器件的封装是 成功制作电路板的前提条件,需要制作者具有 一定的实际经验,这也是初学者容Байду номын сангаас忽视的地 方,应在学习过程中注意总结积累。为了让读 者对各种封装有一个初步的认识了解,下面介 绍常用元器件的元件封装,为电路板的实际制 作打下基础。
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6. 阻焊层(Solder Mask Layer)
阻焊层主要为一些不需要焊锡的铜箔 部分(如导线、填充区、敷铜区等)涂 上一层阻焊漆(一般为绿色),用于阻 止进行波峰焊接时,焊盘以外的导线、 敷铜区粘上不必要的焊锡而设置,从而 避免相邻导线波峰焊接时短路,还可防 止电路板在恶劣的环境中长期使用时氧 化腐蚀。因此它和信号层相对应出现, 也分为顶部(Top Solder Mask)、底 部(Bottom Solder Mask)二层。
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1.1.2 印制电路板结构
印制电路板是电子元件装载的基板, 它的生产涉及电子、机械、化工等众多 领域。它要提供元件安装所需的封装, 要有实现元件管脚电气连接的导线,要 保证电路设计所要求的电气特性,以及 为元件装配、维修提供识别字符和图形。 所以它的结构较为复杂,制作工序较为 繁琐,而了解印制电路板的相关概念是 成功制作电路板的前提和基础。