印制电路的设计与制作课件.ppt

第11章 印制电路的设计与制作,11.1 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。它通常分为单面板和双面板两种（在目前使用的表面安装元器件中，覆铜板可有多种形式，如单层板和多层板等）。,1铜箔,（1）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。铝虽然价格便宜，且易贴附到绝缘基板上，但焊接非常困难，故不能采用。纯镍或铜镍合金，虽然焊接性能较好，但电气性能较差（特别是导电性和电阻方面）。镍一铁一铝材料虽焊接性能和附着力均好（镍帮助焊接，铁起热转换作用，铝为结合层），但成本太高，腐蚀困难。因此，也不能采用。,（2）铜箔的类型印制板所采用的铜箔一般有压延铜箔和电解铜箔两种。压延铜箔是将铜板碾压而成，其规格为：外观：连续成卷，表面不得有砂眼、凹隙、轧皱等。厚度：0.050.005mm纯度：不小于99.7电解铜箔是通过电解法制造。即将一光亮不锈钢的鼓形电极置于硫酸铜电解槽中滚动，铜便会在鼓形电极上电解析出。铜箔和鼓形极接触的一面很光亮，其反而较粗糙。其规格为：外观：连续成卷，表面光洁，不得有明显的氧化斑迹，磨迹及刻印等。厚度：0.050.005mm电阻率：不大0.02mm2/m纯度：不小于99.9%强度：抗拉强度不小于15kg/cm2长度：一般不小于100m,（3）铜箔的厚度铜箔的厚度要适中。铜箔越厚，抗剥能力越强，即越可靠。但给铜箔的腐蚀和打眼造成一定困难。部分国家关于铜箔厚度的规定见表11-1。表11-1 铜箔厚度的规定,2、粘接剂,粘接剂采用聚乙烯醇缩醛胶（如JSF-4胶），用乙醇作溶剂。该胶用聚乙烯醇缩丁醛加入酒精和酚醛树脂组成。粘合力强，冲击性能好，能耐大气腐蚀，但耐热性不高，适用于粘合各种材料，如金属、玻璃、塑料等。在制作环氧酚醛覆铜板时，铜箔一面涂上JSF-4胶，然后同绝缘基板一起加热加压成型。在制作酚醛纸质覆铜板时，铜箔两面都不涂胶，而在铜箔和基板材料间放一张浸渍了JSF-4胶的玻璃丝布（半固化），然后再一起加热加压，铜箔和酚醛板材即可粘合在一起。,3绝缘基板,（1）绝缘基板的组成绝缘基板由两部分组成，一部分是高分子合成树脂，它是基板的主要成份，决定电气性能。另一部分是增强材料，主要用于提高机械性能。（2）增强材料的类型增强材料主要分为布质（编织物）增强材料和纸质增强材料。纸质增强材料包括牛皮纸、亚硫酸盐纸、纤维素纸和棉花（废布）纸。,（3）合成树脂的类型 合成树脂主要分为热固性合成树脂和热塑性树脂两种。热固性合成树脂包括酚醛树脂、环氧树脂、三氯氰胺树脂和有机硅树脂。热塑性树脂包括聚乙烯、线链型聚酯树脂和氟树脂。酚醛树脂纸质绝缘基板价格低廉，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。国外常用来作平面印制电路板的材料。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。,二、覆铜板的类型,根据国际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11-2。表11-2 覆铜板型号及特性,三、覆铜板的性能参数,1抗弯强度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耐热性能耐热性能是指材料能够长期工作，而不引起性能降低所承受的的最高温度。,4吸水性 吸水性主要用来考虑潮湿环境对敷铜板电气性能的影响。5翘曲度 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。6介电常数当双面板的两面各印制出一定面积的铜箔时，利用中间的绝缘基板作为介质就组成了一个电容器。介电常数不同，电容量不同。表11-3 绝缘基板的介电常数（腐蚀铜箔之后）,7损耗因素损耗因素表示绝缘板材作为印制电容器的介质时，或者在覆铜板上所印制线圈时，在绝缘介质上的功率损耗。一般用介质损耗角正切tg表示.8表面电阻和体积电阻表面电阻与体积电阻用于衡量绝缘基板的绝缘性能。随着温湿度的升高，材料的绝缘电阻降低。国标（GB4723-84）给出了不同型号覆铜板的电气性能。分别见表11-4（a）和表11-4（b）表11-4（a）不同型号覆铜板的电性能,四、覆铜板的厚度,根据国标GB4723-84规定，覆铜板的厚度见表11-5所示。,五、覆铜板的大小,根据国际GB4723-84规定，覆铜板的推荐标称面积应符合表11-6的规定。,11.2 印制电路排版设计前的准备,印制电路设计的主要任务为排版设计。但排版前必须考虑如下内容：覆铜板的板材、规格、尺寸、形状、对外连接方式等，这些工作称为排版前的准备工作。,一、设计前的一般考虑,1可靠性印制电路板的可靠性是影响电子设备可靠性的一个重要因素。影响印制电路板可靠性的因素很多，有基材方面的，也有工艺方面的。单从设计角度考虑，则影响印制电路板可靠性的因素，首先是印制板的层数。长期使用印制电路板的经验证明，单面板和双面板能很好地满足电气性能的要求，可靠性较高。随着层数的增多，可靠性会降低。但在计算机系统中，从抗干扰方面考虑，增加一层地线层还是很有必要的（它既便于布线，又有层间屏蔽作用）。,2工艺性印制电路板的制造工艺尽可能简单。一般来说，制造层数少而强度高的印制电路板比制造层数较多而密度较低的印制电路板要困难得多。一般在金属孔互连工艺比较成熟的条件下，宁可设计层数较多、导线和间距较宽的印制电路板，而不要设计层数少、布线密度很高的印制电路板。这正和可靠性的要求是相矛盾的。3经济性印制电路板的经济性与其制造工艺、方法直接相关。复杂的工艺必然增加制造费用。所以，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。,二、板材、板厚、形状、尺寸的确定,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。不同的板材，其机械性能与电气性能有很大差别，故应仔细选择。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2印制电路板形状的选择印制电路板的形状通常由整机的外形确定，一般采用长宽比例不太悬殊的长方形。它可以大大简化成形加工，节省板材。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整矩形。待装焊后沿工艺孔掰开，分别装在整机的不同部位上。,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510mm（单边），以便于印制电路板在整机中的固定。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。（1）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。（2）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。,三、印制电路板对外连接方式的选择,1导线焊接方式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。其优点是成本低、可靠性高，避免了因接触不良而造成的故障。缺点是维修不方便。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：（1）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。（2）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。（3）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。接插件连接方式中。使用最多的是印制电路板插座形式，即把印制电路板的一端做成插头。插头部分按插座尺寸、接点数、接点距离、定位孔位置等进行设计。设计中应严格控制引线间的距离，保证与插座的引线间距一致。同时，引线部分需进行镀金处理，以提高耐磨性，减小接触电阻。其优点是装配简单，维修方便。缺点是可靠性差，常因插头部分氧化或插座簧片老化等，而接触不良。,11.3 印制板上的干扰及抑制,一、地线布置引起的干扰 任何电路都存在自身的接地点，接地点在电位的概念中表示零电位。但印制电路板上的地线并不能保证是绝对零电位，往往存在一定的值。虽然电位可能很小，但由于电路中的放大作用，这小小的电位就可能成为产生影响电路性能的干扰源。,电路和电路共用地线AB段。从理论上讲，A、B点电位相同，均为零电位。但实际上，A、B两点间因有导线存在，故存在一定的阻抗。如印制导线AB长为10cm，宽为1.5mm，铜箔厚度为0.05cm，根据材料电阻的计算公式：可求得该段铜箔的电阻为：,电路,电路,I1,I2,I1+I2,图11-1 地线产生干扰,A,B,虽然此电阻较小，但当有大电流通过时，就会产生一定的压降，此电压经放大后便成为影响电路性能的干扰信号。减小地线干扰的措施是尽量避免不同回路的电流同时流经某一段共用地线。特别是高频电路和大电流回路更要讲究地线的接法。在地线布设中，首先要处理好各级的内部接地，同级电路的几个接地点要尽量集中，称为一点接地。以避免其它回路的交流信号窜入本级，或本级的交流信号窜入其它回路中去。其次，要布好整个印制板上的地线，防止各级之间相互干扰，主要采取以下措施。,1并联分路式,如图11-2所示，将印制板上各部分的地线分别通过各自的在实际设计时，印制电路的公共地线一般布设在印制电路板的四周，并比一般印制导线宽，各级电路采取就近并联接地。如果印制板上或附近有强磁场，则公共地线不能做成封闭回路，以免地线环路接受电磁感应。,电路,电路,图11-2 并联分路式接地,电路,2大面积覆盖接地 大面积覆盖接地是指尽量扩大印制电路板上的地线面积。这样，既可以有效地减小地线中的感抗，削弱在地线上产生的高频信号，又可以对电场干扰起到屏蔽作用。3模拟和数字电路的地线分开布设 在同一块印制电路板上，如果同时布设模拟电路和数字电路，两种电路的地线要完全分开，供电也要完全分开，以抑制它们间的相互干扰。,二、电源干扰,电子仪器的供电大多数是由交流电通过降压、整流、稳压后供给。供电电源的质量直接影响整机的性能指标。印制电路板设计不合理或工艺布线不合理，就会使交直流回路彼此相连，造成交流信号对直流产生干扰，使电源质量下降。,三、磁场干扰,印制电路板的特点是使元器件安装紧凑，连线密集。但若设计不当，则会给整机带来麻烦，如分布参数造成干扰，元器件间的磁场干扰等。1印制导线间的寄生耦合两条相距很近的平行导线，它们间的分布参数可等效为相互耦合的电感和电容。当其中一条线中流过信号时，另一条线中便会产生出感应信号。感应信号的大小与原始信号的功率和频率有关，感应信号便是产生的干扰源。,消除感应信号的措施主要有以下几条：,（1）排版前应仔细分析电路原理图，区别强弱信号线。使弱信号线尽量短，并避免与其它信号线（尤其是强信号线）平行靠近。（2）不同回路的信号线要尽量避免相互平行。双面板上两面的印制导线要相互垂直，切不可相互平行。（3）当信号线密集、平行且无法摆脱较强信号的干扰时，可采用屏蔽线，将弱信号屏蔽，使其所受干扰得到抑制。（4）使用高频电缆直接传送信号时，电缆的屏蔽层应接地。,2磁性元器件间的相互干扰,扬声器、电磁铁等磁性元件会产生恒定磁场，高频变压器、继电器等会产生交变磁场。这些磁场既干扰周围元器件，也影响周围的印制导线。因此，在排版设计时应注意以下几点（1）减少磁力线对印制导线的切割。（2）两个磁性元件间的相互位置应使两个磁场方向相互垂直，以减小彼此间的相互耦合。（3）对干扰源进行磁屏蔽，屏蔽盒应良好接地。,四、热干扰,晶体管（特别是锗材料半导体器件）为温度敏感器件。随着温度的改变，工作点发生漂移，影响整个电路性能。因此，在排版设计时，应尽量把发热元件安装在板上通风处或置于板外。当必须安装在印制电路板上时，切莫紧贴印制电路板安装，要加足够大的散热片，防止温度过高，对周围元器件产生热传导或热辐射。,11.4 印制电路设计的一般原则,印制电路的设计原则是装焊方便，整齐美观，牢固可靠，无自身干扰。目前，虽无固定模式，但也应遵循一定的原则进行设计，以求得最佳效果。,一、元器件的安装与布局,1安装方式元器件在印制电路板上的安装方式一般分为立式安装和卧式安装两种。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，,2元器件排列方式,元器件在印制电路板上的排列方式分为不规则排列和规则排列两种。不规则排列是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。,3元器件布设原则,（1）元器件在整个板面应布设均匀，疏密一致。（2）元器件不要占满板面四周，一般每边应留有510mm。（3）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。（4）元器件间应留有一定的间距。间隙安全电压为200V/mm。（5）元器件的布设不可上下交叉。（6）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，易倒伏或与相邻元件碰接。（7）规则排列的元器件其轴线方向在整机中处于竖立状态。（8）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。,二、焊盘与印制导线,1焊盘焊盘也叫做连接盘，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。（1）焊盘的尺寸（2）焊盘的形状,2印制导线,（1）印制导线的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：a印制导线以短为佳，能走捷径，决不绕远。b走向以平滑自然为佳，避免急拐弯和尖角。c公共地线应尽量增大铜箔面积。d根据安装需要，可设置多种工艺线。其目的只是为增加抗剥强度，不担负导电作用。,（2）印制导线的宽度,印制导线的宽度与通过的电流有关，应宽窄适度，与板面焊盘谐调，一般在0.31.5mm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。,（3）印制导线间的间距,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。表11-8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。,11.5 印制电路的排版设计,印制电路排版设计的任务是既要将元器件通过印制电路彼此按原理图连接起来，又要采取一定的抗干扰措施，遵循一定的设计原则，按原理图合理布局，使整机能够稳定、可靠地工作。排版设计主要是印制电路草图的设计。草图是指制作黑白图（亦称墨图，用于照像制版）的依据，要求图中的焊盘位置，焊盘间距、焊盘间的相互连接、印制导线的走向及形状、整图外形尺寸等均应按印制板的实际尺寸（或按一定比例）绘制出来，以作为生产印制电路板的依据。草图设计的步骤有以下几条。,一、分析电路原理图,1找出线路中可能产生的干扰源，以及易受外界干扰的敏感器件。2熟悉原理图中出现的每个元器件，掌握每个元器件的外形尺寸、封装形式、引线方式、管脚排列顺序、各管脚功能及其形状等。确定哪些元件需要安装散热片，哪些元件安装在板上，哪些元件安装在板外。,一、分析电路原理图,3确定印制电路板的种类：单面板或双面板单面板：常用于分立元器件电路。因为分立元器件引线少，排列位置便于灵活改变。双面板：多用于集成电路较多的电路，尤其是双列直插式封装器件。因为集成电路器件引线间距小，数目多（少则8脚，多则40脚或更多），单面板难于布设。4确定元器件的安装方式、排列方式及焊盘走线形式，一般对应关系为：元件卧式安装规则排列圆形焊盘;元件立式安装不规则排列岛形焊盘。5确定对外连接方式,二、单面板的排版设计,1绘制单线不交叉草图原理图的绘制一般是以信号流经过程及反映元器件在图中作用为原则，便于对线路的分析与阅读，而不考虑元器件的尺寸、形状以及引出线的排列顺序。原理图中走线交叉现象很多。排版设计时，首先要绘制单线不交叉图，即通过重新排列元器件位置，使元器件在同一平面上彼此间的连线不交叉。如遇交叉，可通过重新排列元器件位置与方向来解决。当为了解决两条引线不交叉而使一条拐弯抹角变得很长时，可采用“飞线”解决。飞线即短接线，是指在印制导线的交叉处，切断一根，从板的元件面用短接线连接。但应尽量少。,2绘制排版草图,不交叉草图基本完稿后，可在坐标纸上绘制排版草图。排版草图要求元器件在版上的位置及尺寸固定，印制导线排定，并尽量做到短、少、疏。通常需要几经反复，多次调整，方能达到满意结果。,三、双面板的排版设计,双面板的排版设计还应考虑以下几点：1元器件布在一面，主要印制导线布在另一面。两面印制导线应相互垂直，避免平行，以减小干扰。2绘制两面印制导线时，应在纸的两面绘制，若在一面绘制，应用不同颜色区分。3两面对应的焊盘要严格一一对应。4在绘制元件面印制导线时，要避开元件外壳或屏蔽罩等。5两面彼此间需互连的印制导线，采用金属化孔来实现。,四、正式排版草图的绘制,1图纸要求版面尺寸、焊盘位置、印制导线的连接与布设、版上各孔的尺寸及位置等均需与实际板相同并明确标出。同时，应在图中注明线路板的各项技术要求，图的比例可根据印制电路板图形的密度和精度要求而决定，可按1:1、2:1、4:1等不同比例进行设计。,2草图绘制步骤,（1）按草图尺寸取方格纸或坐标纸（有一定余量）。（2）画出版面轮廓尺寸，并在轮廓下留出一定空间，用于图纸技术要求的说明。（3）版面内四周留出一定空白间距（一般为510mm），不设置焊盘与导线，绘制板上各工艺孔（包括印制电路板及板上各元器件的固定孔等）。,2草图绘制步骤,（4）用铅笔先画出各元器件的外形轮廓（应按单线不交叉草图上元器件的位置顺序）。注意应使各元器件轮廓尺寸与实际对应，元器件的间距要均匀一致。使用较多的小型元器件可不画出轮廓图，如电阻、小电容、小功率晶体管，但要做到心中有数。（5）确定并标出各焊盘位置，有精度要求的焊盘要严格按尺寸标出，无尺寸要求的应尽量使元器件排列均匀、整齐，布设焊盘位置不要考虑焊盘间距是否整齐一致，而应根据元器件大小形状而定，最终保证元器件装配后间距均匀、整齐，疏密适中。,2草图绘制步骤,（6）勾画印制导线：导线只需用细线标明走向及路径，不需按印制导线的实际宽度画出，但应考虑导线间的距离。（7）将铅笔绘制的草图反复绘制无误后，用绘图笔重描焊点及印制导线，描后擦掉元件实物轮廓图，使草图清晰明了。（8）双面印制电路板草图可在图的两面分别画出，也可用两种颜色在同一面画出。（9）标明焊盘尺寸及线宽，注明印制电路板的技术要求。,3印制电路板技术要求的内容：,（1）焊盘外径、内径、线宽、焊盘间距及公差；（2）材料及板厚、板的外形尺寸及公差；（3）板面镀层要求（指镀金、银、锡铅合金等）；（4）板面助焊剂、阻焊剂的使用；（5）其它技术要求等。,11.6 SMT印制板,用于SMT印制板的PCB与普通印制电路板在材料、设计等方面都有所不同。材料方面，SMT印制板还可以使用陶瓷基板、硅基板、被釉钢基板、柔性基板等；设计方面，它的布局、线宽、焊盘形状、连接方式等都有特殊的要求。,11.6.1 SMT印制板基板材料,SMT印制板的基板材料主要分为无机材料和有机材料两类。无机材料常选用陶瓷基板，有机材料常选用环氧玻璃纤维。另外，还出现了一种组合机构的电路基板，现已得到广泛应用。,1陶瓷电路基板,陶瓷电路基板材料为96%的氧化铝，在要求基板强度很高的情况下，可采用99的纯氧化铝材料。但高纯氧化铝的加工困难，成品率低，价格高。氧化铍也是陶瓷基板的材料，它是金属氧化物，具有良好的电绝缘性能和优异的热导性，可作为高功率密度电路的基板，但氧化铍粉尘对人体有害。陶瓷电路基板主要用于厚、薄膜混合集成电路、多芯片微组装电路中，它具有有机材料电路基板无法比拟的优点。,2环氧玻璃纤维电路基板,环氧玻璃纤维电路基板在制作时，先将环氧树脂渗透到玻璃纤维布中制成层板。同时，还加入其他化学物品，如固化剂、稳定剂、防燃剂、粘合剂等。在层板的单面或双面粘压铜箔制成覆铜的环氧玻璃纤维层板作为印制电路板的原材料，可制成单面板、双面板或多层板。环氧玻璃纤维电路基板结合了玻璃纤维强度高和环氧树脂有韧性的优点，得到了广泛的应用。,3组合机构的电路基板,组合机构的电路基板是将金属、陶瓷、树脂等材料组合起来，提高基板的性能，以满足设计的需要。组合机构的电路基板一般有以下几种。,1)瓷釉覆盖的钢基板,瓷釉覆盖的钢基板可以克服陶瓷基板存在的外形尺寸受限制和介电常数高的缺点，已开始用于某些照相机的批量生产中。新开发的瓷釉覆盖铜-殷钢电路基板，降低了热膨胀系数，可作为高速电路的基板。,2)金属板支撑的薄电路基板,这种基板采用一般电路板制造工艺，把双面覆铜的极薄的电路板粘贴在金属支撑板上，也可在金属支撑板的两面都贴上双面覆铜电路板。两个面上的电路板可以分别制作两个独立的电路。支撑板可作为接地和散热用，实际上相当于多层电路板的作用,3)柔性层结构的电路基板,柔性层是指由多片未加固的树脂片层压而成的树脂层，可以吸收焊点的部分应力，提高焊点的可靠性。树脂片的厚度约为0.05mm。柔性层越厚则焊点应力越小，其结构如图11.10所示。,4)约束芯板结构的电路基板,这种电路基板主要用于高可靠性的军事产品中，作为表面组装电路板组装全密封的LCCC器件用。约束芯板首先由美国德克萨斯仪表公司采用，由铜、殷钢、铜3层金属组成的“三明治”L结构，简称CIC(见图11.11)。由于约束芯板和有机基板粘合在一起，因而整个电路基板的热膨胀系数就受到CIC约束芯板的控制。殷钢是一种铁镍合金，其热膨胀系数接近于零，而铜的热膨胀系数远高于殷钢，所以通过改变铜箔和殷钢箔间的相对厚度比，就可以调整电路基板的热膨胀系数。,11.6.2 SMT印制板设计,1基板选择表面组装用电路基板的材料和种类很多，性能、价格差别较大，只有选择合适的基板，才能既满足电路设计要求，又降低成本。表11-11为几种基板材料的常见应用。,2SMT电路板面划分,较复杂的电路常常需要分为多块电路板来实现，单块电路板也需要划分为不同的区域，以降低干扰。,电路板区域划分一般应考虑以下几个问题：(1)按照电路各部分的功能划分，把电路的输入/输出端子尽量集中靠近电路板的边缘，以便与连接器相连接，并设置相应的测试点供调试使用。(2)模拟和数字两部分电路分开排版。(3)高频和中、低频电路分开。如有必要，高频部分要加装屏蔽罩，防止电磁场的干扰。(4)大功率电路和其他电路隔开，要为大功率器件的散热器设计空间。(5)预防电路自身中的相互干扰和串扰现象，特别注意高增益放大电路的周围环境。,3SMT电路板布线,SMT电路板布线宽度和线距比普通THT(长引线元器件通孔安装)电路板要小一些。一般情况下，线宽越小制造成本越高。常用线宽和线距见表11-12和表11-13。,4SMT电路板焊盘,SMT电路板焊盘设计要比一般THT电路要求严格，它的大小、形状、引出线设置将直接影响到电路板的焊接质量和可靠性。SMT电路板焊盘的引出线原则上可以在任意位置，可根据需要设定。但引出线的布置将直接影响再流焊中元件泳动、翘板及焊锡的迁移，如图11.12所示。,泳动现象是指在再流焊中，由于焊盘设计不合理，焊锡溶化后在表面张力的作用下，元器件随焊锡流动，偏移正常位置的现象。翘板现象是指在再流焊中，由于焊盘设计不合理或元器件下方的阻焊膜过厚等原因，一些片式元件一端的焊膏溶化后，在表面张力的作用下，元件的另一端翘起的现象，如图11.13所示。,5SMT电路板阻焊膜,在SMT电路板上，阻焊膜的作用更加明显。它除了可以防止邻近布线或焊盘间桥接、抵御机械损伤和污染外，还可以防止元器件的泳动、焊锡沿导线的迁移，在波峰焊中防止焊剂由通孔溅射到电路板的另一面。,常用的阻焊膜有丝网漏印阻焊膜、干膜和光图形转移湿膜等。针对具体的电路板可选用不同类型的阻焊膜。(1)丝网漏印的阻焊膜用于布线密度低的电路板，焊盘间不允许有布线导体。在焊盘间距较小时，阻焊膜可能沾污焊盘造成焊接缺陷。,(2)干膜的对准精度好、分辨率高、无流动性，不会污染焊盘，而且能覆盖通孔。但干膜在贴压过程中容易在电路板面与膜之间留存气隙，高温下容易使膜层破裂；干膜较厚，不宜涂覆在小型片式元件下方，否则易出现翘板现象，另外干膜的价格要比其他阻焊膜贵。(3)光图形转移湿膜是用光刻工艺在电路板上形成阻焊膜图形。它的对准精度高，适用于高密度电路板。另外，湿膜与环氧玻璃纤维板、锡铅层以及裸铜层有很好的粘合力，分辨率高且价格适中。,11.7 印制电路板的制作,一、绘制照像底图照像底图是用来进行照像制板的、比例精确的图纸。它是依据预先设计好的布线草图绘制而成的。制作一块标准的印制电路板，一般需要绘制三种不同的照像底图：（1）制作导电图形的底图（2）制作印制电路板表面阻焊层的底图（3）制作标志印制电路板上所安装元器件的位置及名称等文字符号的底图,一、绘制照像底图,对于结构简单、元器件数量较少的印制电路板，或者元器件有规律排列的印制电路板，文字符号底图和导电图形底图可合并，一起蚀刻在印制电路板上。,一、绘制照像底图,1绘制照像底图的要求（1）底图尺寸一般应与布线草图相同。对于高精度和高密度的印制电路板底图，可适当扩大比例，以保证精度要求。（2）焊盘大小、位置、间距、插头尺寸、印制导线宽度、元器件安装尺寸等均应按草图所标尺寸绘制。（3）版面清洁，焊盘、导线应光滑，无毛刺。（4）焊盘之间，导线之间，焊盘与导线之间的最小距离不应小于草图中注明的安全距离。（5）注明印制电路板的技术要求。,一、绘制照像底图,2绘制照像底图的步骤（1）确定图纸比例，画出底图边框线。（2）按比例确定焊盘中心孔，确保孔位及孔心距尺寸。（3）绘制焊盘，注意内外径尺寸应按比例画。（4）绘制印制导线。（5）绘制或剪贴文字符号。,一、绘制照像底图,3绘制照像底图的方法（1）手工绘图：用墨汁在白铜板纸上绘制照像底图。其优点是方法简单，绘制灵活。缺点是导线宽度不均匀，图形位置偏大，效率低。常用于新产品研制或小批量试制。（2）贴图：利用专制的图形符号和胶带，在贴图纸或聚酯薄膜上，依据布线草图贴出印制电路板的照像底图。贴图需在透射式灯光台上进行，并用专制的贴图材料。贴图法速度快、修改灵活、线条连续、轮廓清晰光滑、易于保证质量，尤其是印制导线贴制比绘制更为方便，故应用较广。,二、照像制版,用绘制好的底图照像制版，版面尺寸应通过调整像机焦距准确达到印制电路板的尺寸，像版要求反差大，无砂眼。制版过程为：软皮剪裁曝光显影定影水洗干燥修版。其程序同普通照像基本一致。,三、图形转移,图形转移是指把像版上的印制电路图形转移到覆铜板上。常用的方法有丝网漏印和光化学法等。,1丝网漏印,丝网漏印是一种古老的工艺，它是在丝网上粘附一层漆膜或胶膜，然后按技术要求将印制电路图制成镂空图形，漏印时只需将覆铜板在底图上定位，将印制料倒在固定丝网的框内，用像皮板刮压印料，使丝网与覆铜板直接接触，即可在覆铜板上形成由印料组成的图形，漏印后需要烘干、修版。其优点是操作简单，生产效率高，质量稳定，成本低廉。缺点是精度较差，要求操作者技术熟练。目前广泛应用于印制电路板的制造之中。,2、直接感光法,直接感光法是光化学法之一，其步骤为覆铜板表面处理上胶曝光显影固膜修版。（1）表面处理：用有机溶剂去除铜箔表面的有机污物，如油脂等；用酸去掉其氧化层。通过表面处理后，可使铜箔表面与胶牢固结合。（2）上胶：在覆铜板表面涂上一层可以感光的材料，如感光胶等。（3）曝光：也称晒版，将照像底板置于上胶后的覆铜板上，光线通过像版，使感光胶发生化学反应，引起胶薄理化性能的变化。,2、直接感光法,（4）显影：曝光后的板浸入显影液中，未感光部分溶解、脱落，感光部分留下。显影后，再将板浸入染色溶液中，将感光部分染色，显示出印制电路板图形，以便于检查线路是否完整。（5）固膜：显影后的感光胶并不牢固，易脱落，故要进行固化，即将染色后的板浸入固膜液中，停留一定时间后，捞出水洗并烘干，燃后再置于烘箱中烘固,使感光膜得到进一步强化。（6）修版：固膜后的板应在蚀刻前进行修版，以便将粘连部分、毛刺、断线部分、砂眼等修正，补修材料必须耐腐蚀。,3光敏干膜法,光敏干膜法也是光化学法之一，但感光材料不再是液体感光胶，而是由聚酯薄膜、感光胶膜、聚乙烯薄膜三层材料组成的薄膜。其步骤为覆铜板表面处理贴膜曝光显影。（1）覆铜板表面处理：清除表面油污，使干膜牢固贴于板上。（2）贴膜：揭去聚乙烯薄膜，把胶膜贴在覆铜板上。,3光敏干膜法,（3）曝光：将像版按定位孔位置准确地置于贴膜后的覆铜板上进行曝光，曝光时应控制电源的强弱、时间、温度。（4）显影：曝光后，显影前揭去聚酯薄膜，再浸入显影液中。显影后去除表面残胶。显影时也要控制好显影液的浓度、温度及时间。,四、蚀刻,蚀刻在生产线上也称烂板，它是利用化学方法去除板上不需要的铜箔，留下组成图形的焊盘、印制导线及符号等。,1蚀刻液,（1）常用蚀刻液的种类常用蚀刻液有酸性氯化铜、碱性氯化铜和三氯化铁等。a酸性氯化铜蚀刻液是以氯化铜和盐酸为主要成份的蚀刻液，呈酸性，对人的皮肤和衣服都有强腐蚀性。其优点是成本低，易再生，在连续再生情况下，具有恒定的刻蚀温度，回收铜容易和污染小。主要用于单面板、孔掩蔽的双面板以及多层板内层的蚀刻。,（1）常用蚀刻液的种类,b碱性氯化铜蚀刻液是以氯化铜、氯化铵、氢氧化铵、碳酸铵为主要成份的蚀刻液。它具有蚀刻速度快、不腐蚀锡铅合金等优点。广泛用于电镀锡铅合金的双面板和多层板的蚀刻加工。c三氯化铁蚀刻液是将固体的三氯化铁用水溶解而形成。具有蚀刻速度快、质量好、溶铜量大、溶液稳定、价格低廉等优点。但再生和回收困难，不易清洗，易产生沉淀。一般用于实验室中少量印制电路板的加工。,（2）三氯化铁蚀刻液的浓度,腐蚀铜箔的三氯化铁的浓度一般为2842%，其中浓度为3438%时，腐蚀效果最好。,（3）蚀刻方式,印制电路板常用的蚀刻方式有浸入式、泡沫式、喷淋式、泼溅式等四种。a浸入式：将印制电路板浸入蚀刻液中，用排笔轻轻刷扫即可。本方法简单易行，但效率低，侧腐严重，常用于数量少的手工操作。b泡沫式：以压缩空气为动力，将蚀刻液吹成泡沫，对印制电路板进行腐蚀。其特点是工效高，质量好，适用于批量生产。,（3）蚀刻方式,c喷淋式：用塑料泵将蚀刻液送到喷头，喷成雾状微粒，并以高速喷淋到覆铜板上，板由传送带运送，可进行连续蚀刻。此方法是蚀刻方式中较为先进的技术。d泼溅式：利用离心力作用，将蚀刻液泼溅到印制板上，达到蚀刻的目的。该方法生产效率高，但仅适用于单面板。,（4）腐蚀后的清洗,腐蚀后的清洗目前有流水冲洗法和中和清洗法两种办法。a流水冲洗法：把腐蚀后的板子立即放在流水中冲洗30分钟。若有条件，可采用冷水热水冷水热水，这样的循环冲洗过程。b中和清洗法：把腐蚀后的板子用流水冲洗一下后，放入82、10%的草酸溶液中处理，拿出来后用热水冲洗，最后再用冷水冲洗。也可用10%的盐酸处理2分钟，水洗后用碳酸钠中和，最后再用流水彻底冲洗。,五、金属化孔,1金属化孔的作用金属化孔是利用化学镀技术，即氧化还原反应，把铜沉积在两面导线或焊盘的孔壁上，使原来非金属化的孔壁金属化。金属化后的孔称为金属化孔。这是解决双面板两面的导线或焊盘连通的必要措施。,2金属化孔的步骤,首先在孔壁上沉积一层催化剂金属（如钯），作为化学镀铜沉淀的结晶核心。然后浸入化学镀铜溶液中，化学镀铜可使印制电路板表面和孔壁上产生一层很薄的铜，这层铜不仅薄，而且附着力差，一擦即掉，故只能起到导电作用。化学镀铜后进行电镀铜，使孔壁的铜层加厚，并附着牢固。3金属化孔的方法金属化孔的方法很多，常用的有板面电镀法、图形电镀法、反镀漆膜法、堵孔法、漆膜法等。,六、金属涂覆,1金属涂覆的目的金属涂覆是为了提高印制电路的导电性、可焊性、耐磨性、装饰性，延长印制板的使用寿命，提高电气的可靠性，而在印制电路板的铜箔上涂敷一层金属膜。,2金属涂覆的方法,金属涂覆的方法常用的有电镀法和化学镀法两种。a电镀法：镀层致密、牢固、厚度均匀可控，但设备复杂，成本较高。多用于要求高的印制电路板和镀层，如插头部分镀金等。b化学镀法：设备简单，操作方便，成本低，但镀层厚度有限，牢固性差。只适用于改善可焊性的表面涂覆，如板面镀银等。,3金属涂覆的材料,金属涂覆材料一般为金、银、锡、铅锡合金等。银：银层易发生硫化而变黑，降低了可焊性和外观质量。铅锡合金：热熔后的铅锡合金印制电路板具有可焊性好，抗腐蚀性强，长时间放置不变色等优点。同时，热熔后铅锡合金与铜箔之间能获得一层铜锡合金过渡界面，大大增强了界面结合的可靠性。,七、涂助焊剂和阻焊剂,印制电路板经表面金属涂覆后，根据不同需要可进行助焊和阻焊处理。1助焊剂的使用在镀银表面喷涂助焊剂（如酒精、松香水），既可保护银层不氧化，又可提高银层可焊性。,2阻焊剂的使用,在高密度铅锡合金板上，为了使版面得到保护，并确保焊接的准确性，可在版面上加阻焊剂（膜），使焊盘裸露，其它部位均在阻焊层下。阻焊印料分热固化型和光固化型两种，色泽为深绿或浅绿色。,