电子工艺实习03印制电路板的设计与制作.ppt

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印制电路板的设计
印制电路板的制作
本章小结
本章内容
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印制电路板(PrintedCircuitBoard,PCB,简称印制板或线路板),是由绝缘基板、连接导线和装配焊接电子元器件的焊盘组成的,具有导线和绝缘底板的双重作用。它可以实现电路中各个元器件的电气连接,代替复杂的布线,减少传统方式下的工作量,简化电子产品的装配、焊接、调试工作;缩小整机体积,降低产品成本,提高电子设备的质量和可靠性;印制电路板具有良好的产品一致性,它可以采用标准化设计,有利于在生产过程中实现机械化和自动化;使整块经过装配调试的印制电路板作为一个备件,便于整机产品的互换与维修。由于具有以上优点,印制电路板已经极其广泛地应用在电子产品的生产制造中。
印制电路板是实现电子整机产品功能的主要部件之一,其设计是整机工艺设计中的重要一环。印制电路板的设计质量,不仅关系到电路在装配、焊接、调试过程中的操作是否方便,而且直接影响整机的技术指标和使用、维修性能。
印制电路板的成功之作,不仅应该保证元器件之间准确无误的连接,工作中无自身干扰,还要尽量做到元器件布局合理、装焊可靠、维修方便、整齐美观。
一般说来,印制电路板的设计不像电路原理设计那样需要严谨的理论和精确的计算,布局排版并没有统一的固定模式。对于同一张电路原理图,因为思路不同****惯不一、技巧各异,不同的设计者会有不同的设计方案。
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随着电子产品的发展,尤其是电子计算机的出现,对印制板技术提出了高密度、高可靠、高精度、多层化的要求,到20世纪90年代,国外已能生产出超高密度(,布线达4条以上,~),而印制板的生产水平达到42层。随着电子产品向小型化、轻量化、薄型化、多功能和高可靠性的方向发展,对印制电路板的设计提出了越来越高的要求。从过去的单面板发展到双面板、多层板、挠性板,其精度、布线密度和可靠性不断提高。不断发展的印制电路板制作技术使电子产品设计、装配走向了标准化、规模化、机械化和自动化的时代。掌握印制电路板的基本设计方法和制作工艺,了解其生产过程是学****电子工艺技术的基本要求。
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一、印制电路板的类型和特点
印制电路板按其结构可分为以下5种。

~,另一面没有覆铜,通过印制和腐蚀的方法,在铜箔上形成印制电路,无覆铜一面放置元器件,因其只能在单面布线,所以设计难度较双面印制电路板和多层印制电路板的设计难度大。它适用于一般要求的电子设备,如收音机、电视机等。

在绝缘基板(~)的两面均覆有铜箔,可在两面制成印制电路,它两面都可以布线,需要用金属化孔连通。它适用于一般要求的电子设备,如电子计算机、电子仪器、仪表等。由于双面印制电路的布线密度较高,所以能减小设备的体积。

在绝缘基板上制成三层以上印制电路的印制板称为多层印制电路板。它是由几层较薄的单面板或双层面板粘合而成,~。目前应用较多的多层印制电路板为4~6层板。为了把夹在绝缘基板中间的电路
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引出,多层印制板上安装元件的孔需要金属化,即在小孔内表面涂敷金属层,使之与夹在绝缘基板中间的印制电路接通。它的特点是;(1)与集成电路块配合使用,可以减小产品的体积与重量;(2)可以增设屏蔽层,以提高电路的电气性能;(3)电路连线方便,布线密度高,提高了板面的利用率。

软印制板也称挠性印制板,基材是软的层状塑料或其他质软膜性材料,如聚脂或聚亚***的绝缘材料,~1mm。此类印制板除了质量轻、体积小、可靠性高以外,最突出的特点是具有挠性,能折叠、弯曲、卷绕。它也有单层、双层及多层之分,被广泛用于计算机、笔记本电脑、照相机、摄像机、通信、仪表等电子设备上。

印制电路板的印制导线嵌入绝缘基板,与基板表面平齐。一般情况下在印制导线上都电镀一层耐磨金属层,通常用于转换开关、电子计算机的键盘等。

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二、印制电路板板材

印制板是在覆铜箔板上腐蚀制作出来的。覆铜箔板就是把一定厚度的铜箔通过粘接剂经过热压,贴附在一定厚度的绝缘基板上。基板不同,厚度不同,粘接剂不同,生产出的覆铜箔板性能不同。覆铜箔板的基板是由高分子合成树脂和增强材料的绝缘层压板。合成树脂的种类较多,常用的有酚醛树脂、环氧树脂、聚四***乙烯等。这些树脂材料的性能,决定了基板的物理性质、介电损耗、表面电阻率等。增强材料一般有纸质和布质两种,它决定了基板的机械性能,如浸焊性、抗弯强度等。
铜箔是覆铜板的关键材料,必须有较高的导电率和良好的可焊性。铜箔质量直接影响到铜板的质量,要求铜箔不得有划痕、沙眼和皱折。%,厚度均匀误差不大于±5。铜箔厚度选用标准系列为18、25、35、50、70、105。目前较普遍采用的是35和50厚的铜箔。

根据覆铜箔板材料的不同可分为4种。
1)酚醛纸质层压板(又称纸铜箔板)
它是由纸浸以酚醛树脂,在一面或两面敷以电解铜箔,经热压而成。这
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种板的缺点是机械强度低、易吸水及耐高温较差,但价格便宜。一般用于低频和一般民用产品中,如收音机等。
2)环氧玻璃布层压板
它是以环氧树脂浸渍无碱玻璃丝布为材料,经热压制成板并在其单面或双面敷上铜箔做成的。这种板工作频率可达100MHz,耐热性、耐湿性、耐药性、机械强度都比较好。常用的有两种,一种是***类作固化剂,环氧树脂浸渍,板质透明度较好,机械加工性能、耐浸焊性都比较好。另一种是用环氧酚醛树脂浸渍,拉弯强度和工作频率较高。
3)聚四***乙烯板
它是用聚四***乙烯树脂烧结压制成的板材。工作频率可高于100MHz,有良好的高频特性、耐热性、耐湿性,但价格比较贵。
4)三*********树脂板
该板有良好的抗热性和电性能,基板介质损耗小,耐浸焊性和抗剥强度高,是一种高性能的板材。适合于特殊电子仪器和军工产品的印制电路板。

覆铜箔板的选用,主要是根据产品的技术要求、工作环境和工作频率,同时兼顾经济性来决定的。其基本原则大体如下。
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1)根据产品的技术要求
就是产品的工作电压的高低,决定了印制板的绝缘强度。机械强度的要求是由板材的材质和厚度决定的。不同的材质其性能差异较大。设计者选用覆铜板时在对产品技术分析的基础上,合理选用。一味选用挡次较高的材质,不但不经济,也是一种资源的浪费。如产品工作电压高,选用绝缘性能较好的环氧玻璃布层压板就可满足要求。一般军工产品、矿用产品就属这一类。一般民用产品如收音机、录音机、VCD等工作电压低,绝缘要求一般,可选用酚醛纸质层压板。
2)根据产品的工作环境要求选用
在特种环境条件下工作的电子产品,如高温、高湿、高寒条件下的产品,整机要求防潮处理等,这类产品的印制板就要选用环氧玻璃布层压板,或更高挡次的板材,如宇航、遥控遥测、舰用设备、武器设备等。
3)根据产品的工作频率选用
电子线路的工作频率不同,印制板的介质损耗也不同。工作在30MHz~100MHz的设备,可选用环氧玻璃布层压板。工作在100MHz以上的电路,各种电气性能要求相对较高,可选用聚四***乙烯铜箔板。
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4)根据整机给定的结构尺寸选用
产品进入印制板设计阶段,整机的结构尺寸已基本确定,安装及固定形式也应给定。设计人员明确了印制板的结构形状是矩形、还是圆形或不规则几何图形。板面尺寸的大小等一系列问题要综合全面考虑。、、、、、、、、。如印制板尺寸较大,有大体积的电解电容、较重的变压器、高压包等器件装入,板材要选用厚一些的,以加强机械强度,以免翘曲。如果电路板是立式插入,且尺寸不大,又无太重的器件,板子可选薄些。如印制板对外通过插座连接时,,若板材过厚则插不进去,过薄则容易造成接触不良。电路板厚度的确定还和面积及形状有直接关系,选择不当,产品进行例行实验时,在冲击、振动和运输试验时,印制板容易损坏,整机性能的质量难以保证。
5)根据性能价格比选用
设计挡次较高产品的印制板时,一般对覆铜板的价格考虑较少,或可不予考虑。因为产品的技术指标要求很高,产品价格十分昂贵,经济效益是不言而喻的。对一般民用产品在设计时,在确保产品质量的前提下,尽量采用价格较低的材料。如袖珍收音机的线路板尺寸小,整机工作环境好,市场价格低廉,
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选用酚醛纸质板就可以了,没有必要选用环氧玻璃布层压板一类的板材。一般这类产品的经济效益极低,利润是靠批量、靠改进工艺材料挤出来的。再如微型电子计算机等产品,产品印制板器件密度大,印制线条窄,印制板成本占整机成本的比例小,印制板的选用应以保证技术指标为主,由于产品效益可观,设计时没有必要一定选用低价位的覆铜板。
总之,印制板的选材是一个很重要的工作,选材恰当,既能保证整机质量,又不浪费成本,选材不当,要么白白增加成本,要么牺牲整机性能,因小失大,造成更大的浪费。特别在设计批量很大的印制板时,性能价格比是一个很实际而又很重要的问题。
三、印制板对外连接方式的选择
印制电路板只是整机的一个组成部分,必然在印制电路板之间、印制电路板与板外元器件、印制电路板与设备面板之间,都需要电气连接。当然,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。
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