电工与电子技术6电子教案.ppt

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1、 电工与电子技术6 4.1.1PCB 的结构布局设计的结构布局设计1PCB 的热设计的热设计4.1PCB 结构设计的一般原则结构设计的一般原则PCB 的的工工作作温温度度 2 mm。4.1PCB 结构设计的一般原则结构设计的一般原则3PCB的抗电磁干扰设计的抗电磁干扰设计高高、低低频频，高高、低低电电位位电电路路的的元元器器件件不不能能靠靠得得太太近近。输输入入和和输输出出应应尽尽量量远远离离，缩缩短短高高频频元元器器件件之之间间的的连连接接。电电感感器器件件、有有磁磁芯芯的的元元件件要要注注意意磁磁场场方方向向。线线圈圈的的轴轴线线应应垂垂直直于于印印制制板板面面。接接触触器器、继继电电器器

2、等等须须采采用用 RC 电电路路来来吸吸收收放放电电电电流流。导导线线之之间间的耦合和干扰作用会带来串扰或噪音。消除方法：的耦合和干扰作用会带来串扰或噪音。消除方法：（1）隔隔离离。信信号号线线与与地地线线交交错错排排列列或或地地线线（层层）包包围围信信号线。号线。（2）斜斜交交。相相邻邻的的两两层层信信号号线线垂垂直直、斜斜交交。应应以以圆圆角角走走弧线与斜线。弧线与斜线。4.1PCB 结构设计的一般原则结构设计的一般原则（3）减减少少信信号号线线的的长长度度。高高密密度度走走线线缩缩短短信信号号传传输输线线的的最有效的方法是采用多层板。最有效的方法是采用多层板。（4）靠靠边边。把把最最调调

3、频频信信号号尽尽量量接接近近输输入入输输出出处处，使使传传输输最短。最短。（5）选选件件。对对调调频频组组件件的的引引脚脚，应应用用 BGA 结结构构，不不采采用用QFP。（6）CSP。CSP（裸裸芯芯片片封封装装）比比 SMT 的的 BGA 互互联联传传输线长度更短。输线长度更短。4.1PCB 结构设计的一般原则结构设计的一般原则4PCB 的板面设计的板面设计（1）元元器器件件按按原原理理图图顺顺序序直直线线排排列列，力力求求紧紧凑凑、均均匀匀，平行或垂直于板面。平行或垂直于板面。（2）元器件布置在印制的一面。）元器件布置在印制的一面。（3）必必须须将将电电路路分分成成几几块块，应应每每一一

4、块块为为独独立立功功能能电电路路，引出线应最少。引出线应最少。（4）电电位位器器等等可可调调元元件件的的布布局局应应考考虑虑结结构构要要求求，元元件件的的标记应标记应便于便于观观察。察。4.1PCB 结构设计的一般原则结构设计的一般原则4.1.2元器件布线的一般原则元器件布线的一般原则1电源线设计电源线设计加粗电源线宽度，以减少加粗电源线宽度，以减少环路电阻，走向应和数据传递环路电阻，走向应和数据传递的方向一致。的方向一致。2地线设计地线设计（1）公共地线布置在板）公共地线布置在板的边缘，导线与印制板的边的边缘，导线与印制板的边缘应留有不小于板厚的距离缘应留有不小于板厚的距离以绝缘。以绝缘。4

5、.1PCB 结构设计的一般原则结构设计的一般原则（2）数数字字地地与与模模拟拟地地应应尽尽量量分分开开。低低频频电电路路应应尽尽量量采采用用单点并联接地。高频电路宜采用多点串联就近接地。单点并联接地。高频电路宜采用多点串联就近接地。（3）每每级级电电路路的的地地线线应应自自成成封封闭闭回回路路，以以减减小小级级间间地地电电流耦合，但附近有强磁场除外。流耦合，但附近有强磁场除外。3信号线设计信号线设计（1）低频导线靠近印制板边布置。）低频导线靠近印制板边布置。（2）高、低电位导线应尽量远离。）高、低电位导线应尽量远离。（3）避免）避免长长距离平行走距离平行走线线，必要，必要时时可跨接。可跨接。4

6、.1PCB 结构设计的一般原则结构设计的一般原则（4）同时安装模拟和数字电路时供电与地线系统要分开。）同时安装模拟和数字电路时供电与地线系统要分开。（5）采采用用恰恰当当的的接接插插形形式式。几几种种形形式式使使输输入入输输出出分分列列于于电电路板两路板两边边，并用地，并用地线线隔开。隔开。印制电路板输入、输出线布设印制电路板输入、输出线布设 4.1PCB 结构设计的一般原则结构设计的一般原则4.1.3印制导线的尺寸和图形印制导线的尺寸和图形 1导线宽度导线宽度取决于导线的载流量和允许温升。取决于导线的载流量和允许温升。集成电路线宽集成电路线宽 0.02 0.03 mm，SMT 线宽线宽 01

7、2 0.15 mm2线距线距由导线间绝缘电阻和击穿电压决定。由导线间绝缘电阻和击穿电压决定。（1）间距与焊接工艺有关。）间距与焊接工艺有关。（2）高压电路取决于工作电压和基板的抗电强度。）高压电路取决于工作电压和基板的抗电强度。（3）高频电路主要考虑颁布电容对信号的影响。）高频电路主要考虑颁布电容对信号的影响。微型设备微型设备 0.4 mm，SMT 0.08 0.2 mm。应考虑的因素：应考虑的因素：4.1PCB 结构设计的一般原则结构设计的一般原则3导线图形导线图形（1）排列方式：）排列方式：不规则排列不规则排列 适于高频电路，但不利于自动插装。适于高频电路，但不利于自动插装。规则排列规则排

8、列 排列整齐，自动插装效率高，但引线较长。排列整齐，自动插装效率高，但引线较长。4.1PCB 结构设计的一般原则结构设计的一般原则4焊盘焊盘d 引线插孔直径引线插孔直径（2）形状）形状岛岛形、形、圆圆形、方形、形、方形、椭圆椭圆、灵活、灵活焊盘焊盘，如，如图图所示。所示。外径外径 D（d+1.3）mm；对一般电路；对一般电路（d+1.0）mm；对高密度数字电路；对高密度数字电路 4.1PCB 结构设计的一般原则结构设计的一般原则 4.1PCB 结构设计的一般原则结构设计的一般原则4.1.4PCB 设计步骤和方法设计步骤和方法 1设计条件设计条件（1）已知电路元器件的型号、规格和主要尺寸。）已知

9、电路元器件的型号、规格和主要尺寸。（2）明确各元器件和导线在布局、布线时的特殊要求。）明确各元器件和导线在布局、布线时的特殊要求。（3）确定印制板在整机中的位置及其）确定印制板在整机中的位置及其连连接形式。接形式。2设计步骤设计步骤（1）选材料和尺寸）选材料和尺寸（2）设计设计坐坐标标尺寸尺寸图图 用典型元器件作布局基本单元，如图所示。用典型元器件作布局基本单元，如图所示。4.1PCB 结构设计的一般原则结构设计的一般原则图图中中A（d+1.5）mm；l L l+（45）mm。安安装装孔孔的圆心必须在坐标交点上。的圆心必须在坐标交点上。（3）绘制排版连线图）绘制排版连线图 4.1PCB 结构设

10、计的一般原则结构设计的一般原则（4）根根据据排排版版连连线线，绘绘出出排排版版设设计计草草图图（选选 2:1）并并画画出出印制导线的照相底图。印制导线的照相底图。4.2PCB 的制造工艺及检测的制造工艺及检测 4.2.1工艺流程工艺流程*4.2.2质量检验质量检验 4.2PCB 的制造工艺及检测的制造工艺及检测4.2.1工艺流程工艺流程 1照相底照相底图图2:1、4:1 或或 8:1 的放大比例的放大比例绘绘制。制。制作方法：制作方法：（1）自）自动动 CAD 笔笔绘绘法法 打印法打印法 4.2PCB 的制造工艺及检测的制造工艺及检测 光光绘绘法法将将 CAD 设设计计的的 PCB 图图形形数

11、数据据送送入入光光绘绘机机的的计计算算机机系系统统，控控制制光光绘绘机机，利利用用光光线线直直接接在在底底片片上上绘绘制制图图。速速度快，精度高，度快，精度高，质质量好。量好。（2）手工）手工 描图法描图法 贴图法贴图法2照相制版照相制版工艺流程：对光工艺流程：对光 曝光曝光 显影显影 定影定影 水洗水洗 修复修复 4.2PCB 的制造工艺及检测的制造工艺及检测3机械加工机械加工（1）孔加工）孔加工圆孔加工：冲、钻两种方法。异形孔用冲、铣。圆孔加工：冲、钻两种方法。异形孔用冲、铣。设备：高速台钻，数控钻床。设备：高速台钻，数控钻床。4孔的金属化孔的金属化作用：内层印制导线引出和互连。作用：内层

12、印制导线引出和互连。方法：孔内壁表面化学沉方法：孔内壁表面化学沉铜铜再再电镀铜电镀铜。5图形转移图形转移作用：将作用：将电电路路图图形由照相底片形由照相底片转转移到印制上。移到印制上。4.2PCB 的制造工艺及检测的制造工艺及检测方法：方法：（1）光化学法）光化学法在在铜铜箔箔涂涂覆覆光光敏敏抗抗蚀蚀剂剂，然然后后照照相相底底片片放放在在上上面面曝曝光光、显显影影；保保留留线线路路图图，其其余余抗抗蚀蚀剂剂洗洗掉掉。目目前前有有液液态态感感光光法法和和感感光光干膜法两种方法。干膜法两种方法。（2）丝网漏印法）丝网漏印法将将图图形形制制在在丝丝网网上上，用用丝丝网网漏漏印印的的方方式式将将线线路

13、路图图形形印印到到板板面形成保面形成保护层护层，经蚀经蚀刻留下所需的印制刻留下所需的印制电电路路图图。4.2PCB 的制造工艺及检测的制造工艺及检测制作丝网图形的方法：制作丝网图形的方法：直接法直接法工艺流程：准备丝网工艺流程：准备丝网 涂感光胶涂感光胶 曝光曝光 显影显影 检查检查 间接法间接法工工艺艺流流程程：准准备备工工作作 刷刷涂涂敏敏化化液液 转转移移到到临临时时片片基基 曝光曝光 显影显影 转网转网 直间接法直间接法工工艺艺流流程程：丝丝网网准准备备 刷刷涂涂敏敏化化液液 贴贴菲菲林林膜膜 烘烘干干 曝光曝光 显显影影 修网修网 封网封网 4.2PCB 的制造工艺及检测的制造工艺及

14、检测6蚀刻蚀刻用用化化学学或或电电化化学学的的方方法法去去铜铜的的过过程程，即即将将涂涂有有抗抗蚀蚀剂剂并并经经感感光光显显影影后后的的印印制制电电路路板板上上未未感感光光部部分分的的铜铜箔箔腐腐蚀蚀掉掉，在在PCB留下所需的电路图形的过程。留下所需的电路图形的过程。工工艺艺流流程程：预预蚀蚀刻刻 蚀蚀刻刻 水水洗洗 干干燥燥 去去抗抗蚀蚀膜膜 热水洗热水洗 冷水冲洗冷水冲洗 干燥（吹干或晾干）干燥（吹干或晾干）修板修板常用蚀刻剂：三氯化铁、氯化铜等。常用蚀刻剂：三氯化铁、氯化铜等。蚀蚀刻方法：刻方法：摇动摇动槽法、浸槽法、浸蚀蚀法、高法、高压喷压喷淋淋蚀蚀法。法。4.2PCB 的制造工艺及检

15、测的制造工艺及检测7插头的电镀插头的电镀为获得尽可能低的接触电阻，要镀金。厚度是为获得尽可能低的接触电阻，要镀金。厚度是0.005 mm。8涂（印）阻焊剂、印字符涂（印）阻焊剂、印字符（1）阻焊剂）阻焊剂 作用作用防止电路腐蚀，防止焊锡粘附在不需要的部分。防止电路腐蚀，防止焊锡粘附在不需要的部分。涂覆方式涂覆方式丝网印制等。丝网印制等。（2）印文字、符号为装配和维修方便。）印文字、符号为装配和维修方便。4.2PCB 的制造工艺及检测的制造工艺及检测9表面涂（镀）覆表面涂（镀）覆作用：涂（镀）可焊性涂镀层。作用：涂（镀）可焊性涂镀层。10修修边边 4.2PCB 的制造工艺及检测的制造工艺及检测*

16、4.2.2质量检验质量检验 1目视检验目视检验（1）表面缺陷）表面缺陷包括凹痕、麻坑、划痕、表面粗糙、空洞、针孔。包括凹痕、麻坑、划痕、表面粗糙、空洞、针孔。（2）其他缺陷）其他缺陷 焊盘的重合性焊盘的重合性 导线图形的完整性导线图形的完整性 外形尺寸外形尺寸 4.2PCB 的制造工艺及检测的制造工艺及检测3绝缘电阻绝缘电阻2电性能测试电性能测试（1）作用：检验多层印制电路图形是否是连通。）作用：检验多层印制电路图形是否是连通。（2）方法：接触式、）方法：接触式、夹夹具具针针床、非接触、床、非接触、电电子束、激光。子束、激光。4可焊性可焊性5镀层镀层的附着力的附着力 4.3PCB 的组装工艺的

17、组装工艺 4.3.1PCB 分类分类4.3.2组装工艺的基本要求组装工艺的基本要求4.3.3装配工装配工艺艺 4.3.4组装工艺流程组装工艺流程 4.3PCB 的组装工艺的组装工艺4.3.1PCB 分类分类按按基基材材：纸纸基基板板、玻玻璃璃板板、合合成成纤纤维维板板、陶陶瓷瓷板板、金金属属芯芯基板。基板。接结构：刚性板、挠性板、刚挠结合板。接结构：刚性板、挠性板、刚挠结合板。挠挠性性板板可可弯弯曲曲折折叠叠，用用于于计计算算机机外外设设（例例与与打打印印头头相相连连）、仪器仪表。仪器仪表。4.3PCB 的组装工艺的组装工艺4.3.2组装工艺的基本要求组装工艺的基本要求1引线成形引线成形（1）

18、预加工处理）预加工处理包括引线的校直、表面清洁、搪锡。包括引线的校直、表面清洁、搪锡。（2）基本要求）基本要求 离端面离端面 1.5 mm。弯曲半径弯曲半径 R 2 引线直径。引线直径。怕热元件将引线增长，提高散热能力。怕热元件将引线增长，提高散热能力。标记应便于查看。标记应便于查看。4.3PCB 的组装工艺的组装工艺 无机械损伤。如图所示。无机械损伤。如图所示。（3）成形方法）成形方法自自动动化生化生产产用用专专用工具。手工用用工具。手工用鸭鸭嘴嘴钳钳或或镊镊子等。子等。4.3PCB 的组装工艺的组装工艺2元器件安装的技术要求元器件安装的技术要求 从左到右、从上到下。从左到右、从上到下。注意

19、极性。注意极性。管脚引线适中。管脚引线适中。同规格元器件安装同一高度。同规格元器件安装同一高度。安安装装顺顺序序为为先先低低后后高高，先先轻轻后后重重、先先易易后后难难、先先一一般般后后特殊。特殊。分布均匀，引线不得相碰。分布均匀，引线不得相碰。特殊元器件应做特殊处理。特殊元器件应做特殊处理。引线外形处理如图。引线外形处理如图。4.3PCB 的组装工艺的组装工艺 4.3PCB 的组装工艺的组装工艺4.3.3装配工艺装配工艺1作用作用把元件插入到印制板加以焊接。把元件插入到印制板加以焊接。2方法方法手工或专用的机械。手工或专用的机械。3元器件的安装方法元器件的安装方法（1）贴板安装）贴板安装 4

20、.3PCB 的组装工艺的组装工艺（2）悬悬空安装空安装（3）垂直安装）垂直安装 4.3PCB 的组装工艺的组装工艺（4）埋头安装）埋头安装（5）有高度限制的安装）有高度限制的安装 4.3PCB 的组装工艺的组装工艺（6）支架固定安装）支架固定安装 4.3PCB 的组装工艺的组装工艺4.3.4组装工艺流程组装工艺流程1通孔类元件通孔类元件工艺流程：工艺流程：把把印印制制板板装装入入夹夹具具中中，插插入入所所有有波波峰峰焊焊接接的的元元件件，进进行行波峰焊接。波峰焊接。插入、焊接所有人工焊接的元件。插入、焊接所有人工焊接的元件。插入和固定所有余下非焊元件。插入和固定所有余下非焊元件。（1）自动插装

21、工艺）自动插装工艺 4.3PCB 的组装工艺的组装工艺如图，第一个自动插入站是（如图，第一个自动插入站是（DIP）插装机。）插装机。第第二二个个插插入入站站是是轴轴向向元元件件插插装装机机。包包括括电电阻阻器器、电电容容器器以以及二极管。及二极管。（2）手工插入与半自动插装工艺流程）手工插入与半自动插装工艺流程（3）机器人插装工艺流程）机器人插装工艺流程仅仅用来插入非用来插入非标标准元件。准元件。4.3PCB 的组装工艺的组装工艺2表面安装器件表面安装器件（1）表表面面安安装装元元件件和和器器件件特特点点：无无引引线线或或引引线线极极短短，元元器件体积小。器件体积小。（2）工）工艺艺流程流程图

22、图（3）装配方式：）装配方式：单单面混合装配、双面混合装配、完全表面装配。面混合装配、双面混合装配、完全表面装配。如如图图。*4.4PCB 的计算机辅助设计过程简介的计算机辅助设计过程简介 4.4.1PCB CAD 软件系统软件系统4.4.2印制板印制板 CAD 设计流程图设计流程图4.4.3软软件介件介绍绍*4.4PCB 的计算机辅助设计过程简介的计算机辅助设计过程简介4.4.1PCB CAD 软件系统软件系统（1）建库工具）建库工具包包括括各各类类元元器器件件符符号号库库和和物物理理库库以以及及各各种种设设计计规规则则和和后后处处理库。理库。（2）交互和自动布局工具）交互和自动布局工具（3

23、）自动布线工具和交互布线工具）自动布线工具和交互布线工具（4）后处理工具）后处理工具（5）生成各类报告的工具）生成各类报告的工具（6）设计验证工具）设计验证工具（7）高速电路分析工具）高速电路分析工具（8）工具间的接口）工具间的接口（9）二次开发工具）二次开发工具*4.4PCB 的计算机辅助设计过程简介的计算机辅助设计过程简介4.4.2印制板印制板 CAD 设计流程图设计流程图 如图所示。如图所示。*4.4PCB 的计算机辅助设计过程简介的计算机辅助设计过程简介1原理图的设计原理图的设计（1）建立原理图）建立原理图确确定定电电路路的的逻逻辑辑符符号号与与物物理理器器件件的的映映射射，编编制制元

24、元件件表表，建建立线网表。立线网表。（2）逻辑仿真）逻辑仿真对原理图进行逻辑仿真、时序分析。对原理图进行逻辑仿真、时序分析。2印制板图的设计印制板图的设计（1）布局原则：）布局原则：按按功功能能进进行行布布局局 将将同同功功能能的的元元件件（如如存存储储单单元元电电路）布在一起。路）布在一起。*4.4PCB 的计算机辅助设计过程简介的计算机辅助设计过程简介 按按电电路特性路特性进进行布局行布局 相同相同电电路特性的路特性的电电路布在一起。路布在一起。表面贴装元件（表面贴装元件（SMT）布局。）布局。参照布局网格布局，标准元件的两管脚间距为参照布局网格布局，标准元件的两管脚间距为0.1 in。参

25、照产品结构、元件温度布局。参照产品结构、元件温度布局。整体元件布局重量均衡。整体元件布局重量均衡。布局布局检查检查。（2）PCB 设计中的布线设计中的布线包括：单面布线、双面布线、双层布线。包括：单面布线、双面布线、双层布线。布线的方式：自动布线、交互式布线。布线的方式：自动布线、交互式布线。*4.4PCB 的计算机辅助设计过程简介的计算机辅助设计过程简介布布线线规规则则可可预预先先设设定定：电电源源、地地线线的的处处理理；数数字字电电路路与与模模拟拟电电路路的的共共地地处处理理。一一般般先先探探索索式式布布线线，把把短短线线连连通通再再进进行行迷迷宫宫式布式布线线。设计验证：设计验证：距离是

26、否合理。距离是否合理。电源与地线的宽度。电源与地线的宽度。关键线的最佳设计。关键线的最佳设计。是否有短路。是否有短路。阻焊与字符标记是否影响电装质量。阻焊与字符标记是否影响电装质量。（3）生成生）生成生产产数据数据 *4.4PCB 的计算机辅助设计过程简介的计算机辅助设计过程简介4.4.3软件介绍软件介绍实用性较强的有：实用性较强的有：PROTEL、OrCAD 和和 PADS 2000 等。等。PROTEL 澳澳大大利利亚亚 PROTEL 科科技技公公司司 90 年年代代推推出出的的，与与 TANGO 兼容，包括兼容，包括1Advanced Schematic用来绘制电路图，编辑文件库，编译成

27、网络表文件。用来绘制电路图，编辑文件库，编译成网络表文件。2Advanced PCB Design设计印制电路板。设计印制电路板。3Advanced PLD/FPGA Design设计设计 PLD 和和 FPGA 及其他的模拟程序。及其他的模拟程序。*4.4PCB 的计算机辅助设计过程简介的计算机辅助设计过程简介敷敷铜铜层层有有上上层层面面、下下层层面面、14 个个中中间间层层、4 个个电电源源地地线线层层。非非敷敷铜铜层层有有 1 个个禁禁止止布布线线层层、上上下下丝丝印印层层、4 个个机机械械层层。上下阻焊层、上下阴粘层、钻孔图层。工作流程如图。上下阻焊层、上下阴粘层、钻孔图层。工作流程如

28、图。*4.4PCB 的计算机辅助设计过程简介的计算机辅助设计过程简介*4.4PCB 的计算机辅助设计过程简介的计算机辅助设计过程简介 本章小结本章小结印印制制电电路路板板是是现现代代电电子子设设备备中中不不可可缺缺少少的的关关键键部部件件。它它不不仅仅为为电电子子元元器器件件提提供供了了固固定定和和装装配配的的机机械械支支撑撑，而而且且实实现现了了电电子子元元器器件件之之间间的的布布线线和和电电气气连连接接、电电绝绝缘缘；为为电电子子装装配配提提供供了了识识别别字字符符和和图图形形，为为波波峰峰焊焊提提供供了了阻阻焊焊提提供供了了阻阻焊焊图图形形等等。本本节主要介绍了以下内容：节主要介绍了以下

29、内容：现现代代印印制制电电路路板板结结构构设设计计的的方方法法，根根据据第第二二章章介介绍绍的的物物理设计内容，对印制电路板上元器件、导线进行排列布置。理设计内容，对印制电路板上元器件、导线进行排列布置。印制电路板的制造工艺流程和检测方法。印制电路板的制造工艺流程和检测方法。印印制制电电路路板板组组装装工工艺艺，重重点点介介绍绍了了分分立立式式元元器器件件的的组组装装要求与方法。要求与方法。简单介绍了计算机辅助设计简单介绍了计算机辅助设计 PCB 软件及其主要功能。软件及其主要功能。本章内容中渗入了本章内容中渗入了较较新的新的 PCB 制造技制造技术术和工和工艺艺知知识识。此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢