项目四 印制电路板制作工艺 电子课件电子装配工艺实训——项目教程.ppt
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1、项目四印制电路板制作工艺电子课件高教版电子装配工艺实训项目教程项目说明 印制电路板是重要的电子部件,是电子电路的载体,任何的电路设计都需要将电子元器件安装在电路板上,才可以实现其功能。本项目主要安排了认识印制电路板、印制电路板的设计流程、印制电路板的制作工艺等内容,旨在使学生对印制电路板相关知识有一个初步认识。项目要求 1.了解印制电路板的类型与基材。2.熟悉印制电路板的相关术语、设计流程与要求。3.了解印制电路板专业生产工艺流程,学会业余制作印制电路板。项目计划 时间:6课时。地点:电子工艺实训室或装配车间。方法:实物展示、查阅资料、实际操作。任务1 认识印制电路板 相关知识 印制电路板(P
2、rintedCircuitBoard,PCB)是按照电路设计要求,在覆铜板(在绝缘基板上镀上铜薄膜,专门用来制作印制电路板的材料)上刻蚀出印制导线、焊盘等导电图形,并钻出安装孔而制成的。由于印制电路板上的导电图形、元件图形以及文字标识等都是通过印刷方法实现的,因此又称印刷电路板。一、印制电路板的类型 1按导电结构分类单面、双面、多层印制电路板(1)单面板 仅有一面有导电图形的印制电路板。单面板是在绝缘基板上一面覆有铜箔,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,无覆铜的一面放置元器件。(2)双面板 两面均有导电图形的印制电路板。双面板是由两面都覆有铜箔的层压板经印制和腐蚀加工
3、而成。由于两面都有铜箔,因此上下两面都可以印制导电图形,而两面的铜箔印制导线的连接可通过金属化孔实现。(3)多层板 由3层或3层以上导电图形与绝缘材料(半固化片)交替粘接在一起,层压而制成的印制电路板。如果用一块双面板作内层、二块单面板作外层,或二块双面板作内层、二块单面板作外层的印制电路板,通过定位系统及绝缘粘结材料压制在一起,就成为四层、六层印制电路板了,也称为多层印制电路板。2按机械性能分类(1)刚性印制电路板:由不易变形的基板材料制成,在使用时始终处于平展状态,多数电子设备中使用的都是这种印制电路板。(2)柔性印制电路板:用柔性材料制成的印制电路板,又称软性印制板。它是利用聚酯薄膜或其
4、他软质绝缘材料为基板与铜箔压制而成的,使用时可以将其弯曲。主要用来制作柔性的印制电缆,用于可移动部件与电路板之间的连接。(3)刚柔性印制电路板:利用柔性基材,并在不同区域与刚性基材结合制成的印制电路板。多层刚柔性印制电路板是在柔性印制电路板上再粘接两个(或两个以上)刚性外层,刚性层上的电路与柔性层上的电路通过金属化孔相互连通。每块刚柔性印制电路板有一个或多个刚性区和一个或多个柔性区。柔性与刚柔性印制板 3根据印制电路板表面涂覆制作工艺分类(1)上松香板:在孔和贴装焊盘铜表面铺上一层助焊剂(松香)的印制板。主要适用于单面板。(2)喷锡板:在孔和贴装焊盘铜表面采取热风整平工艺(上锡)的印制电路板。
5、(3)全板电金板:在覆铜箔层压板面上采取电化学工艺分别镀上一层一定厚度的镍、金的印制电路板。(4)插头镀金板:该类型制作工艺主要适用于插卡板(如电脑网卡板、显卡板等),板上连接插槽的部分(金手指区)电镀一层一定厚度的镍、金,其余在孔和贴装焊盘铜表面区域采取喷锡工艺的印制电路板。(5)防氧化板:在孔和贴装焊盘铜表面铺上一层有机防氧化物层的印制电路板。(6)沉金板:在孔和贴装焊盘铜表面采取化学反应机理镀上一层一定厚度的镍、金的印制电路板。4根据印制板孔的制作工艺分类(1)非孔化印制板:此类印制电路板采用丝网印刷,然后蚀刻出印制电路板的方法生产。非孔化印制电路板主要使用于单面板的生产,也有部分使用于
6、双面板(也叫假双面板)。(2)孔化印制电路板:在已经钻孔的覆铜箔层压板上,采用化学镀和电镀等方法,使两层或两层以上的导电图形之间的孔由绝缘成为电气连接。孔化印制板主要用于双面和三层以上多层板的生产。二、印制电路板的材料 1覆铜板的构成 覆铜板是制作印制电路板的主要材料,主要由铜箔、树脂和增强材料等部分组成。它是在绝缘基板的单面或双面覆以铜箔,由木浆纸或玻璃布作为增强材料,浸入树脂(粘合剂),经过热压等工艺制成的。绝缘基板是高分子合成树脂和增强材料的绝缘层压板。合成树脂的种类比较多,常用的有酚醛树脂、环氧树脂、聚四氟乙烯等,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
7、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,其铜纯度不低于99.8%。2覆铜板的种类(1)酚醛纸质层压板 酚醛纸质层压板又称纸铜箔板,它是由纸浸以酚醛树脂,在一面或两面覆以电解铜箔,经热压而成。这种板的缺点是机械强度低、易吸水、不耐高温,但价格便宜。(2)三氯氰胺树脂板 三氯氰胺树脂板具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,一般用于特殊电子仪器和军工产品的印制电路板。(3)环氧玻璃布层压板 它是以环氧树脂浸
8、渍无碱玻璃丝布为原料,经热压制成板并在其表面敷上铜箔做成的。这种板工作频率可达100MHz,耐热性、耐湿性、机械强度等都比较好。(4)聚四氟乙烯板 它是用聚四氟乙烯树脂烧结压制成的板材。它的工作频率可高于100MHz,有良好的高频特性、耐热性和耐湿性,但其价格比较贵。任务评价 项目 考核内容配分评价标准评分记录印制电路板的类型与材料1印制电路板类型、材料及规格的识别2印制电路板的性能特点及用途10101识别错误,每块扣2分2能说出其主要性能特点及用途,每错一项扣2分任务2 印制电路板的设计 工作项目 工作内容(要点)备注相关术语基本原则设计流程布局布线相关知识 印制电路板的设计是将电路原理图转
9、化成印制电路板图,并确定加工技术要求的过程。它是电子产品整机工艺设计中的重要一环,也是一项极其繁琐、复杂的工作,一般由专业设计人员来完成。印制电路板设计有两种方法,即人工设计和计算机辅助设计。无论采用哪种方法,都必须符合电路原理图的电气连接和电气性能、机械性能的要求。一、相关术语 1元件面:安装有主要器件(IC等主要器件)和大多数元器件的印制电路板一面,其特征表现为器件复杂,对印制电路板组装工艺流程有较大影响,通常以顶面定义。2焊接面:与印制电路板的元件面相对应的另一面,其特征表现为元器件较为简单。通常以底面定义。3金属化孔:孔壁沉积有金属的孔,主要用于层间导电图形的电气连接。4非金属化孔:没
10、有用电镀层或其它导电材料涂覆的孔。5引脚孔(元件孔):印制电路板上用来将元器件引脚电气连接到印制电路板导体上的金属化孔。6过孔:从印制板的一个表层延展到另一个表层的金属化孔。7盲孔:多层印制电路板外层与内层层间导电图形电气连接的金属化孔。8埋孔:多层印制电路板内层层间导电图形电气连接的金属化孔。9测试孔:设计用于印制电路板及印制电路板组件电气性能测试的电气连接孔。10安装孔:为穿过元器件的机械固定脚,固定元器件于印制电路板上的孔,可以是金属化孔,也可以是非金属化孔,形状因需要而定。11塞孔:用阻焊油墨阻塞通孔。12阻焊:指印制电路板表面不需焊接零件的区域,以永久性的覆膜加以覆盖,此覆膜通常为绿
11、色,除了具有防焊功能外,也能对被覆盖的线路起到保养与绝缘的作用。二、基本原则 1电气连接的准确性 电气连接的准确性是印制电路板设计最基本、最重要的要求。印制电路板应准确实现电原理图的连接关系,避免出现短路和断路等错误;应使用电原理图所规定的元器件,印制板和电原理图上元器件序号必须一一对应,非功能跳线除外。这一基本要求在手工设计绘制和用简单CAD软件设计印制电路板中并不容易做到,较复杂的产品都要经过试制修改、完善,功能较强的CAD软件则有校验功能,可以保证电气连接的准确性。2可靠性和安全性 印制电路板设计应符合电磁兼容和电器安全规范标准要求。影响印制板可靠性的因素很多,印制板的结构、基材的选用、
12、印制板的制造和装配工艺以及印制板的布线、导线宽度和间距等都会影响到印制板的可靠性。设计时必须综合考虑以上的因素,按照规范的要求,并尽可能的保留余量,以提高可靠性。3合理性 一个印制板组件,从印制板的制造、装配、调试到整机装配、维修,直到使用,都与印制电路板设计的合理与否关系甚大,如印制电路板形状选得不好将使加工困难,引脚孔太小将使装配困难,没预留测试点将使调试困难,板外连接选择不当将使维修困难等,这些困难都可能导致成本增加,工期延长。因此,在印制电路板设计时,应考虑制造工艺和电控装配工艺的要求,尽可能有利于制造、装配和维修,使之合理化。4经济性 印制电路板设计在满足使用性能、安全性和可靠性要求
13、的前提下,应充分考虑其设计方法、选择的基材、制造工艺等成本最低的原则,力求经济适用。三、印制板设计流程及工艺要求 1前期准备(1)审读原理图和工艺文件 接受设计任务后,首先要仔细阅读原理图和工艺文件,全面了解电路组成、工作原理和技术要求,印制电路板工作环境和结构图,元器件的型号、外形等内容。对于原理图中不符合硬件原理图设计规范的地方,要协助原理图设计者进行修改。特别注意印制电路板结构图标明的外形尺寸、安装孔大小及定位尺寸、接插件定位尺寸、禁止布线区等相关数据,以及元件封装资料。对于新器件,即无MRPII编码的器件,需要根据所选器件的标准尺寸自己制作元件库。(2)绘制原理图 将用户提供的电原理图
14、电子文档导入PCB设计环境中。若用户没有提供电原理图电子文档,则需要按照图纸进行绘制。然后,创建网络表。2PCB板结构设计 在绘制印制电路板之前,需要对电路板的尺寸、层数、厚度、单面板还是双面板、各元件采用何种封装形式及其安装位置等进行设置,这项工作称为PCB板结构设计。(1)选择印制电路板 印制电路板板层:一般能用单面板就不要用双面板设计。印制电路板材料:常用的有纸板、环氧树脂板、玻璃纤维板及复合材料板等,选用时根据设计的电气特性、机械要求和成本综合考虑。印制电路板形状尺寸:在满足空间布局与线路的前提下,力求形状规则、简单,最好能做成长宽比例不太悬殊的长方形,最佳长宽比参考为3:2或4:3。
15、印制电路板厚度:常见的印制电路板厚度有0.5mm、1mm、1.5mm、2mm等。应在能满足要求的前提下,尽量选用薄的印制板。一般而言,带强电的印制电路板,应选择1.2mm以上的厚度,只有弱电且板型规则面积较小的可选用1mm以下的印制电路板。(2)绘制印制电路板板面 根据已经确定的电路板尺寸和各项机械定位,在PCB设计环境下绘制印制电路板板面。元器件离板边缘的距离要遵循以下两点:一是画定布线区域距印制电路板板边1mm的区域内,以及安装孔周围1mm内,禁止布线;二是所有的元器件均放置在离板的边缘3mm以内或至少大于板厚;如果印制电路板上元器件过多,不得已要超出3mm范围时,可以在板的边缘加上3mm
16、的辅边,辅边开V形槽,在生产时用手掰断即可。3布局 所谓布局就是将元器件摆放在印制电路板上。布局的工作包括:根据结构图设置板框尺寸,按结构要素布置安装孔、接插件、按键/开关等需要定位的器件,给这些器件赋予不可移动属性,按工艺设计规范的要求进行尺寸标注;根据结构图和生产加工时所须的夹持边设置印制电路板的布线区域和非布线区域;摆放其他元器件等。布局应遵循以下原则:(1)按电气性能合理分区。(2)遵循“先大后小,先主后次”的布置原则。(3)定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm 内不得贴装元器件,螺钉等安装孔周围3.5mm内不得贴装元器件;卧装电阻、电感、电解电容等元件的下方避免布过孔,以免波峰焊
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