PCB设计与制作XXXX(培训用).pdf
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1、印制电路板(PCB)的设计与制作 杨兴华杨兴华 一一 概述概述 1.印制电路板印制电路板(PCB)(PCB)的概念的概念 印制板的由来印制板的由来:元器件相互连接需要一个载体载体 印制板的作用:印制板的作用:依照电路原理图上的元器件、集成电路、开关、连接器和其它 相关元器件之间的相互关系和连 接,将他们用导线的连接形式相 互连接到一起。PCB是英文是英文(Printed Circuit Board)印制线路板的简称。印制线路板的简称。PCB是英文是英文(Printed Circuit Board)印制线路板的简称。印制线路板的简称。航天航天 汽车汽车 通信通信 计算机计算机 家用电器家用电器
2、PCBPCB的应用的应用的应用的应用 苹果手机苹果手机 iPhone4S 苹果手机苹果手机 iPhone4S 拆解图拆解图 电路板电路板 后盖后盖 电池电池 前盖前盖 其它零配件其它零配件 苹果手机苹果手机 iPhone4S 拆解图拆解图 液晶屏液晶屏 主板主板A面面 16G内存内存 主板主板B面面 光传感器和光传感器和 LED指示灯指示灯 苹果笔记本苹果笔记本MacBook Air 苹果笔记本苹果笔记本MacBook Air 苹果笔记本苹果笔记本MacBook Air 整机拆解图整机拆解图 底盖底盖 电路板等电路板等零部件零部件 电池电池 键盘键盘 液晶屏液晶屏 苹果笔记本苹果笔记本MacB
3、ook Air 拆解图拆解图 电池电池 PCB板板 苹果笔记本苹果笔记本MacBook Air 内存内存 硬盘硬盘 散热片散热片 输入输出接口输入输出接口 扬声器扬声器 主板主板 原理图原理图 C1 元器件图形元器件图形 e b c Rb1 V Re1 Rc C3 C2 Rb2 如何将原理图设计成PCB图?印制板图印制板图 C2 2.印制电路板发展过程印制电路板发展过程 印制电路板随着电子元器件的发展而发展,由此可以分为下面几个发展阶段:电子管分立器件 导线连接 半导体分立器件 单面印刷板 集 成 电 路 双面印刷板 超大规模集成电路 多层印刷板 电子管体积大、重量重、耗电高,使用导线连接。电
4、解电容 接线端子接线端子 电阻电阻 2.印制电路板发展过程印制电路板发展过程 相对于电子管,半导体器件体积小、重量轻、耗电小、排列密集适用于单面印制板 三极管三极管 电子管电子管 电阻电阻 电解电容电解电容 2.印制电路板发展过程印制电路板发展过程 2.印制电路板发展过程印制电路板发展过程 单面板单面板 元件面(顶层)元件面(顶层)焊接面(底层)焊接面(底层)集成电路的出现使布线更加复杂,此时单面板已经不能满足布线的要求,由此出现了双面板双面布线。2.印制电路板发展过程印制电路板发展过程 元件面(顶层)元件面(顶层)焊接面(底层)焊接面(底层)集成电路集成电路 过孔过孔 焊盘焊盘 A面走线面走
5、线 B面面布布线线 2.印制电路板发展过程印制电路板发展过程 图例图例 双面布线示意图双面布线示意图 随着超大规模集成电路、BGA等元器件的出现,双面板也不能适应布线的要求,出现了多层板。目前技术上可以作出50层以上的电路板,当前产品多数用到的是48层板 超大规摸集超大规摸集成电路成电路 2.印制电路板发展过程印制电路板发展过程 设计电路板时,要根据实际情况,选择不同设计电路板时,要根据实际情况,选择不同形式的电路板。形式的电路板。1.电路简单,元件少,空间大选单面板单面板 2.电路复杂,元件多,空间有限双面板双面板 3.电路复杂,元件多,集成电路管脚多,空间有限选多层板多层板 4.电路复杂,
6、元件少,集成电路管脚多,空间很小选多层板多层板 目前中国目前中国PCB的使用情况的使用情况 单面板、双面板:单面板、双面板:电话传真、PC机、遥控器、一般 电子用品 汽车电子、低端板、主板;46层板:层板:计算机、游戏机、汽车电子、光电板;68层板:层板:适配器、存储器、笔记本、汽车电子、光电板、中端板、通讯;8层层 以上:以上:服务器、基地台、手机、航天军工。目前国内企业产品主要集中在单、双面板和46层板等中低端板,单、双面板发展趋缓,6层以上的多层板、软板等快速发展 二二 PCBPCB设计设计(一)准备工作(一)准备工作(二)布线设计(二)布线设计(三)常见错误(三)常见错误(四)设计工艺
7、要求(四)设计工艺要求 (一)准备工作(一)准备工作 1.PCB的分类的分类 2.确定与板外元器件连接方式确定与板外元器件连接方式 3.确认元器件安装方式确认元器件安装方式 4.阅读分析原理图阅读分析原理图 1.PCBPCB的分类的分类 按结构分类按结构分类 单面板单面板 双面板双面板 多面板多面板 印制电路板的层数是以印制电路板的层数是以 铜箔的层数为依据。例铜箔的层数为依据。例 如六层板则表示有如六层板则表示有6 6层铜层铜 箔。箔。1.PCBPCB的分类的分类 埋孔埋孔 Buried Via 盲孔盲孔 Blind Via 盲孔盲孔 Blind Via 按孔导通状态分:按孔导通状态分:埋孔
8、板,盲孔板,通孔板埋孔板,盲孔板,通孔板 通孔通孔 Drilled Through Via 1.PCBPCB的分类的分类 按成品软硬区分按成品软硬区分:硬板硬板 Rigid PCB (刚性板)刚性板)软板软板 Flexible PCB(挠性板)(挠性板)见左下图见左下图 软硬板软硬板 Rigid-Flex PCB(刚挠结合板)见右下图(刚挠结合板)见右下图 硬板硬板 软硬板软硬板 挠性挠性板板 1.PCBPCB的分类的分类 按板材类型分:按板材类型分:FRFR-4 4板板板板 :基材为:基材为:基材为:基材为“环氧树脂环氧树脂环氧树脂环氧树脂+玻璃纤维布玻璃纤维布玻璃纤维布玻璃纤维布”(最常用
9、最常用最常用最常用)常用:生益系列常用:生益系列常用:生益系列常用:生益系列 型号举例:型号举例:型号举例:型号举例:S S11411141 1 1.6 6 2 2/2 2 高频板高频板高频板高频板 :PTFEPTFE、陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷(低介电损耗等低介电损耗等低介电损耗等低介电损耗等)常用:常用:常用:常用:RogersRogers系列系列系列系列、ArlonArlon系列系列系列系列、CotanicCotanic系列系列系列系列 国产国产国产国产F F4 4B/FB/F4 4BKBK 金属基板:铝基金属基板:铝基金属基板:铝基金属基板:铝基、铜基铜基铜基铜基(散热性好散热性好散热性好散热性
10、好、尺寸稳定尺寸稳定尺寸稳定尺寸稳定)铝基板常用:贝格斯铝基板常用:贝格斯铝基板常用:贝格斯铝基板常用:贝格斯、国产国产国产国产 1.PCBPCB的分类的分类的分类的分类 R R-4 4板板板板 :高频板高频板高频板高频板 :金属基板:金属基板:金属基板:金属基板:2.确定对外连接方式确定对外连接方式 印制板对外连接方式有两种:直接焊接 简单、廉价、可靠,不易维修 接插式 维修、调试、组装方便;产品成本提高,对印制板制造精度及工艺要求高。2.确定对外连接方式确定对外连接方式 2.确定对外连接方式确定对外连接方式 软驱端口软驱端口 PCI插座插座 电源端口电源端口 电源开关、指示灯等端口电源开关
11、、指示灯等端口 硬盘端口硬盘端口 内存插槽内存插槽 打印机打印机端口端口 显示器显示器端口端口 网络端口网络端口 3.确认元器件安装方式确认元器件安装方式 表面贴装 通孔插装 4.阅读分析原理图阅读分析原理图 线路中是否有高压、大电流、高频电路,对于元器件之间、线与线之间通常耐压200V/mm;印制板上的铜箔线载流量,一般可按1A/mm估算;高频电路需注意电磁兼容性设计以避免产生干扰。了解电路中所有元器件的形状、尺寸、引线 不同型号、规格元器件尺寸差异很大,需要了解其体积大小,设计电路板时要注意留有足够的安装空间;对于IC要注意引脚的排列顺序及各引脚的功能。4.阅读分析原理图阅读分析原理图 了
12、解所有附加材料 原理图中没有体现而设计时必备的器材,如:散热器、连接器、紧固装置 4.阅读分析原理图阅读分析原理图 4.阅读分析原理图阅读分析原理图 显示主芯片显示主芯片的散热器的散热器 CPU散热器散热器 CPU散热器风扇散热器风扇 三端直流稳压器三端直流稳压器散热器散热器(二)布线设计(插装)(二)布线设计(插装)1.分层布线分层布线 2.元件面布设要求元件面布设要求 3.印制导线设计要求印制导线设计要求 4.焊盘设计要求焊盘设计要求 顶层 顶层丝印层 底层 底层丝印层 阻焊层(非布线层)1.分层布线分层布线 1.分层布线分层布线 顶层 顶层丝印 单面板单面板 双面板双面板 1.分层布线分
13、层布线 底层 底层丝印层 单面板单面板 双面板双面板 1.分层布线分层布线 阻焊 没有阻焊没有阻焊 有阻焊有阻焊 1.分层布线分层布线 阻焊的作用:阻焊的作用:防止印制板在装配焊接时引起线路桥接,提高焊接质量和节约焊料等作用。它也是印制板的永久性保护层 能起到防潮、防腐蚀、防霉和机械擦伤等作用。2.元件面布设要求元件面布设要求 整齐、均匀、疏密一致 整个印制板要留有边框,通常510mm 元器件不得交叉重叠 单脚单焊盘。每个引脚有一个焊盘对应,不允许共用焊盘 不推荐 3.印制导线设计要求印制导线设计要求 导线应尽可能少、短、不交叉 可接受可接受 不可接不可接受受 3.印制导线设计要求印制导线设计
14、要求 导线宽度 导线宽度通常由载流量和可制造性决定,一般 要求PCB设计的导线宽度 0.2mm(8mil),由于制作工艺的限制,设计时导线不易过细。(0.1英寸100mil2.54mm,0.1mm4mil,头发丝的直径23mil)布线时,遇到折线最好不要走直角。例如例如:3.印制导线设计要求印制导线设计要求 不建议使用不建议使用 建议使用建议使用 不建议使用不建议使用 建议使用建议使用 建议走建议走45角角 3.印制导线设计要求印制导线设计要求 导线间距,一般 0.2mm(8mil)电源线和地线尽量粗。与其它布线要有明显区别。对于双面板,正反面的走线不要平行,应垂直布设。3.印制导线设计要求印
15、制导线设计要求 设计图例1 3.印制导线设计要求印制导线设计要求 设计图例2 3.印制导线设计要求印制导线设计要求 设计图例3 3.印制导线设计要求印制导线设计要求 设计图例4 3.印制导线设计要求印制导线设计要求 4.焊盘设计要求焊盘设计要求 孔和焊盘的设计 引线孔引线孔 如:元器件引线直径为d1,焊盘孔经为d 则:d(d1+0.3)mm。焊盘焊盘 如:焊盘孔为d,焊盘直径为D 则:D(d+1.5)mm 过孔过孔 通常过孔的直径取0.6mm0.8mm,密度高时可减少到0.4mm d1 元器件引线元器件引线 D d 焊盘焊盘 引线孔引线孔 4.焊盘设计要求焊盘设计要求 灵活掌握焊盘形状 对于I
16、C器件,可以将圆形焊盘改为长圆形,以增大焊盘间的距离便于走线。4.焊盘设计要求焊盘设计要求 可靠性 焊盘间距要足够大,通常0.2mm,如间距过小,可以改变焊盘的形状以得到足够的焊盘间距 4.焊盘设计要求焊盘设计要求 1.板面允许的情况下,导线尽量粗一些。2.导线与导线之间的间距不要过近。3.导线与焊盘的间距不得过近。4.板面允许的情况下,焊盘尽量大一些。初学者设计时需掌握的基本原则是:初学者设计时需掌握的基本原则是:(三)常见错误(三)常见错误 可挽回性错误 多余连接切断 丢失连线导线连接 不可挽回性错误 IC引脚顺序错误(相差1800)元件安装方向、外形尺寸、引脚方向错误。本章节总结:本章节
17、总结:重点掌握重点掌握 1.元器件的封装 2.电路原理图的分析 3.连接方式的选择 4.电路板的分层设计 5.元器件的布局 6.布线原则 7.焊盘的设置(一)工厂批量生产(一)工厂批量生产 三三 PCBPCB的制作的制作 PCB的生产流程 电面板生产 双面板生产(重点讲解)多层板生产 菲林文件处理菲林文件处理 开料开料 刷板刷板 打孔打孔 全板电镀全板电镀 擦板擦板 图形转移图形转移 曝光曝光 字符字符 化学沉铜化学沉铜 喷锡喷锡 去膜去膜 蚀刻蚀刻 退锡退锡 AOIAOI检查检查 擦板擦板 阻焊阻焊 外型外型(冲、V-cut)电测试电测试 包装包装 图形电镀图形电镀 去毛刺去毛刺 终检终检
18、涂覆涂覆 (一)工厂批量生产(一)工厂批量生产 双面板工艺流程图双面板工艺流程图 内层电路制作内层电路制作 开料开料 刷板刷板 打靶位孔打靶位孔 黑化黑化 图形转移图形转移 层压层压 内层蚀刻内层蚀刻 (一)工厂批量生产(一)工厂批量生产 多层板工艺流程图多层板工艺流程图 AOIAOI检查检查 打靶位孔打靶位孔 1.菲林文件处理菲林文件处理(光绘光绘)(一)工厂批量生产(一)工厂批量生产 文件处理文件处理:供应商收到传给的菲林资料时,需要进行资料审核、修供应商收到传给的菲林资料时,需要进行资料审核、修 改,以利于提高改,以利于提高PCBPCB加工的良品率。加工的良品率。输出相关的菲林图片、制定
19、开料拼板方式、拟制单价。输出相关的菲林图片、制定开料拼板方式、拟制单价。光绘的成本问题。光绘的成本问题。成本的计算是以每“平方厘米”的单价为准,成本的计算是以每“平方厘米”的单价为准,即:即:实际电路板的面积实际电路板的面积单价单张菲林的成本单价单张菲林的成本 (一)工厂批量生产(一)工厂批量生产 光绘光绘 光绘机光绘机 菲林(底层)菲林(底层)菲林(阻焊层)菲林(阻焊层)1.开料开料(一)工厂批量生产(一)工厂批量生产(多层)(多层)目的目的:将大块的覆铜板剪裁成生产板 加工尺寸,方便生产加工 流程流程:选料 量取尺寸 剪裁 流程原理流程原理:利用机械剪床,将板裁剪成加工尺寸大小 注意事项注
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