PCB印刷電路板設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程

1、由于柔性板主要用于需要彎折的場合，若設(shè)計(jì)或工藝不合理，容易產(chǎn)生微裂紋、開焊等缺陷。下面就是關(guān) 于柔性電路板的結(jié)構(gòu)及其在設(shè)計(jì)、工藝上的特殊要求。柔性板的結(jié)構(gòu)按照導(dǎo)電銅箔的層數(shù)劃分，分為單層板、雙層板、多層板、雙面板等。單層板的結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)的柔性板是最簡單結(jié)構(gòu)的柔性板。通常基材+透明膠 +銅箔是一套買來的原材料，保護(hù)膜 +透明膠是另一種買來的原材料。 首先， 銅箔要進(jìn)行刻蝕等工藝處理來得到需要的電路，保護(hù)膜要進(jìn)行鉆孔以露出相應(yīng)的焊盤。清洗之后再用滾壓法把兩者結(jié)合起來。然后再在露出的焊盤部分電鍍金或錫等 進(jìn)行保護(hù)。這樣，大板就做好了。一般還要沖壓成相應(yīng)形狀的小電路板。也有不用保護(hù)膜而直接在銅箔上印

2、阻焊層的，這樣成本會低一些，但電路板的機(jī)械強(qiáng)度會變差。除非強(qiáng)度 要求不高但價(jià)格需要盡量低的場合，最好是應(yīng)用貼保護(hù)膜的方法。雙層板的結(jié)構(gòu)：當(dāng)電路的線路太復(fù)雜、單層板無法布線或需要銅箔以進(jìn)行接地屏蔽時(shí)，就需要選用雙層板 甚至多層板。多層板與單層板最典型的差異是增加了過孔結(jié)構(gòu)以便連結(jié)各層銅箔。一般基材+透明膠 + 銅箔的第一個(gè)加工工藝就是制作過孔。先在基材和銅箔上鉆孔，清洗之后鍍上一定厚度的銅，過孔就做好了。之后的制作工 藝和單層板幾乎一樣。雙面板的結(jié)構(gòu)：雙面板的兩面都有焊盤，主要用于和其他電路板的連接。雖然它和單層板結(jié)構(gòu)相似，但制 作工藝差別很大。它的原材料是銅箔，保護(hù)膜+透明膠。先要按焊盤位置要

3、求在保護(hù)膜上鉆孔，再把銅箔貼上，腐蝕出焊盤和引線后再貼上另一個(gè)鉆好孔的保護(hù)膜即可。材料的性能及選擇方法(1) 、基材：材料為聚酰亞胺 (POLYMIDE) ，是一種耐高溫，高強(qiáng)度的高分子材料。它是由杜邦發(fā)明的高分子材料，杜 邦出產(chǎn)的聚酰亞胺名字叫 KAPTON 。另外還可買到一些日本生產(chǎn)的聚酰亞胺，價(jià)錢比杜邦便宜。它可以承受 400 攝氏度的溫度 10 秒鐘，抗拉強(qiáng)度為 15，000-30 ， 000PSI 。25厚的基材價(jià)格最便宜，應(yīng)用也最普遍。如果需要電路板硬一點(diǎn)，應(yīng)選用50 gm的基材。反之，如果需要電路板柔軟一點(diǎn)，則選用13gm的基材。(2) 、基材的透明膠：分為環(huán)氧樹脂和聚乙烯兩種，

4、都為熱固膠。聚乙烯的強(qiáng)度比較低，如果希望電路板比較柔軟，則選擇聚乙烯。基材和其上的透明膠越厚，電路板越硬。如果電路板有彎折比較大的區(qū)域，則應(yīng)盡量選用比較薄的基材和透明膠來減少銅箔表面的應(yīng)力，這樣銅箔出現(xiàn)微裂紋的機(jī)會比較小。當(dāng)然，對于這樣的區(qū)域，應(yīng)該盡 可能選用單層板。(3) 、銅箔：分為壓延銅和電解銅兩種。壓延銅強(qiáng)度高，耐彎折，但價(jià)格較貴。電解銅價(jià)格便宜得多，但強(qiáng)度差，易折 斷，一般用在很少彎折的場合。銅箔厚度的選擇要依據(jù)引線最小寬度和最小間距而定。銅箔越薄，可達(dá)到的最小寬度和間距越小。選用壓延銅時(shí)，要注意銅箔的壓延方向。銅箔的壓延方向要和電路板的主要彎曲方向一致。(4) 、保護(hù)膜及其透明膠：

5、13 gm5- 2gm，同樣，25gm的保護(hù)膜會使電路板比較硬，但價(jià)格比較便宜。對于彎折比較大的電路板，最好選用 的保護(hù)膜。透明膠同樣分為環(huán)氧樹脂和聚乙烯兩種，使用環(huán)氧樹脂的電路板比較硬。當(dāng)熱壓完成后，保護(hù)膜的邊緣會 擠出一些透明膠，若焊盤尺寸大于保護(hù)膜開孔尺寸時(shí)，此擠出膠會減小焊盤尺寸并造成其邊緣不規(guī)則。此 時(shí)，應(yīng)盡量選用 13gm 厚度的透明膠。(5) 、焊盤鍍層：對于彎折比較大又有部分焊盤裸露的電路板，應(yīng)采用電鍍鎳+化學(xué)鍍金層、鎳層應(yīng)盡可能?。?0化學(xué)金層 0.05-0 1gm。焊盤及引線的形狀設(shè)計(jì)(1) SMT 焊盤： 普通焊盤：防止微裂紋的發(fā)生。 加強(qiáng)型焊盤：如果要求焊盤強(qiáng)度很高或做

6、加強(qiáng)型設(shè)計(jì)。 LED 焊盤： 由于 LED 的位置要求很高并且往往在組裝過程中受力，故其焊盤要做特殊設(shè)計(jì)。也許可以看出來 我們剛剛提到的導(dǎo)孔( via )，如果應(yīng)用在雙面板上，那么一定都是打穿整個(gè)板子。不過在多層板當(dāng)中，如果您只想連接其中一些線路， 那么導(dǎo)孔可能會浪費(fèi)一些其它層的線路空間。 埋孔(Buried vias )和盲孔(Blind vias )技術(shù)可以避免這個(gè)問題，因?yàn)樗鼈冎淮┩钙渲袔讓?。盲孔是將幾層?nèi)部PCB與表面PCB連接，不須穿透整個(gè)板子。埋孔則只連接內(nèi)部的 PCB，所以光是從表面是看不出來的。在多層板 PCB 中，整層都直接連接上地線與電源。 所以我們將各層分類為信號層 (S

7、ignal ) ，電源層( Power ) 或是地線層( Ground )。如果 PCB 上的零件需要不同的電源供應(yīng)，通常這類 PCB 會有兩層以上的電源與 電線層。零件封裝技術(shù)插入式封裝技術(shù)( Through Hole Technology )將零件安置在板子的一面，并將接腳焊在另一面上，這種技術(shù)稱為插入式(Through Hole Technology ，THT )封裝。這種零件會需要占用大量的空間，并且要為每只接腳鉆一個(gè)洞。所以它們的接腳其實(shí)占掉 兩面的空間，而且焊點(diǎn)也比較大。但另一方面， THT 零件和 SMT(Surface Mounted Technology ，表面黏 著式)零件

8、比起來，與 PCB 連接的構(gòu)造比較好，關(guān)于這點(diǎn)我們稍后再談。像是排線的插座，和類似的界面 都需要能耐壓力，所以通常它們都是 THT 封裝。表面黏貼式封裝技術(shù)( Surface Mounted Technology )使用表面黏貼式封裝( Surface Mounted Technology ， SMT )的零件，接腳是焊在與零件同一面。這種技 術(shù)不用為每個(gè)接腳的焊接，而都在 PCB 上鉆洞。表面黏貼式的零件，甚至還能在兩面都焊上。SMT 也比 THT 的零件要小。和使用 THT 零件的 PCB 比起來，使用 SMT 技術(shù)的 PCB 板上零件要密集很 多。 SMT 封裝零件也比 THT 的要便宜

9、。所以現(xiàn)今的 PCB 上大部分都是 SMT ，自然不足為奇。因?yàn)楹更c(diǎn)和零件的接腳非常的小， 要用人工焊接實(shí)在非常難。 不過如果考慮到目前的組裝都是全自動的話， 這個(gè)問題只會出現(xiàn)在修復(fù)零件的時(shí)候吧。設(shè)計(jì)流程在 PCB 的設(shè)計(jì)中，其實(shí)在正式布線前，還要經(jīng)過很漫長的步驟，以下就是主要設(shè)計(jì)的流程：系統(tǒng)規(guī)格首先要先規(guī)劃出該電子設(shè)備的各項(xiàng)系統(tǒng)規(guī)格。包含了系統(tǒng)功能，成本限制，大小，運(yùn)作情形等等。 系統(tǒng)功能區(qū)塊圖 接下來必須要制作出系統(tǒng)的功能方塊圖。方塊間的關(guān)系也必須要標(biāo)示出來。將系統(tǒng)分割幾個(gè)PCB將系統(tǒng)分割數(shù)個(gè)PCB的話，不僅在尺寸上可以縮小，也可以讓系統(tǒng)具有升級與交換零件的能力。系統(tǒng)功能方塊圖就提供了我們

10、分割的依據(jù)。像是計(jì)算機(jī)就可以分成主機(jī)板、顯示卡、聲卡、軟盤驅(qū)動器和電源等等。決定使用封裝方法，和各 PCB的大小當(dāng)各PCB使用的技術(shù)和電路數(shù)量都決定好了，接下來就是決定板子的大小了。如果設(shè)計(jì)的過大，那么封裝技術(shù)就要改變，或是重新作分割的動作。在選擇技術(shù)時(shí)，也要將線路圖的品質(zhì)與速度都考量進(jìn)去。繪出所有PCB的電路概圖概圖中要表示出各零件間的相互連接細(xì)節(jié)。所有系統(tǒng)中的PCB都必須要描出來，現(xiàn)今大多采用CAD （計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，Computer Aided Design ）的方式。下面就是使用 CircuitMakerTM設(shè)計(jì)的范例。PCB的電路概圖初步設(shè)計(jì)的仿真運(yùn)作為了確保設(shè)計(jì)岀來的電路圖可以正常

11、運(yùn)作，這必須先用計(jì)算機(jī)軟件來仿真一次。這類軟件可以讀取設(shè)計(jì)圖，并且用許多方式顯示電路運(yùn)作的情況。 這比起實(shí)際做出一塊樣本 PCB，然后用手動測量要來的有效率多了?；貜?fù)舉報(bào)收藏評分yipin個(gè)人主頁。給TA發(fā)消息 A加TA為好友 發(fā)表于：2010-08-21 11:05:21 1 樓好的工程師可以光看主機(jī)板設(shè)計(jì)，就知道設(shè)計(jì)品質(zhì)的好壞。您也許自認(rèn)沒那么強(qiáng)，不過下次您拿到主機(jī)板或是顯示卡時(shí)，不妨先鑒賞一下PCB設(shè)計(jì)之美吧！PCB分類、特點(diǎn)和工藝流程1 PCB分類可按PCB用途、基材類型、結(jié)構(gòu)等來分類，一般采用PCB結(jié)構(gòu)來劃分。單面板非金屬化孔雙面板金屬化孔銀（碳）漿貫孔四層板常規(guī)多層板六層板多層板剛

12、性印制板埋/盲孔多層板積層多層板平面板單面板 印制板 撓性印制板 雙面板多層板剛-撓性印制板 高頻（微波）板特種印制板 金屬芯印制板特厚銅層印制板陶瓷印制板埋入無源元件集成元件印制板 埋入有源元件埋入復(fù)合元件2 特點(diǎn) 過去、現(xiàn)在和未來 PCB 之所以能得到越來越廣泛地應(yīng)用，因?yàn)樗泻芏嗟莫?dú)特優(yōu)點(diǎn)，概栝如下?？筛呙芏然?。 100 多年來，印制板的高密度能夠隨著集成電路集成度提高和安裝技術(shù)進(jìn)步而發(fā)展著。高可靠性。通過一系列檢查、測試和老化試驗(yàn)等可保證PCB長期（使用期，一般為 20年）而可靠地工作著?？稍O(shè)計(jì)性。對PCB的各種性能（電氣、物理、化學(xué)、機(jī)械等）的要求，可以通過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化等 來實(shí)

13、現(xiàn)印制板設(shè)計(jì)，時(shí)間短、效率高?？缮a(chǎn)性。采用現(xiàn)代化管理，可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模（量）化、自動化等生產(chǎn)、保證產(chǎn)品質(zhì)量一致性?？蓽y試性。建立了比較完整的測試方法、測試標(biāo)準(zhǔn)、各種測試設(shè)備與儀器等來檢測并鑒定PCB產(chǎn)品的合格性和使用壽命?？山M裝性。 PCB 產(chǎn)品既便于各種元件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化組裝，又可以進(jìn)行自動化、規(guī)?；呐可a(chǎn)。同時(shí)，PCB 和各種元件組裝的部件還可組裝形成更大的部件、系統(tǒng)，直至整機(jī)?？删S護(hù)性。由于PCB產(chǎn)品和各種元件組裝的部件是以標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與規(guī)?；a(chǎn)的，因而，這些部件也是標(biāo)準(zhǔn)化的。所以，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，可以快速、方便、靈活地進(jìn)行更換，迅速恢服系統(tǒng)工作。當(dāng)然，還可以舉例說得更多些。如使系

14、統(tǒng)小型化、輕量化，信號傳輸高速化等。3 PCB 生產(chǎn)工藝流程PCB 生產(chǎn)工藝流程是隨著 PCB 類型（種類）和工藝技術(shù)進(jìn)步與不同而不同和變化著。同時(shí)也隨著 PCB 制 造商采用不同工藝技術(shù)而不同的。這就是說可以采用不同的生產(chǎn)工藝流程與工藝技術(shù)來生產(chǎn)出相同或相近 的 PCB 產(chǎn)品來。但是傳統(tǒng)的單、雙、多層板的生產(chǎn)工藝流程仍然是 PCB 生產(chǎn)工藝流程的基礎(chǔ)。3.1 單面板生產(chǎn)工藝流程 參見現(xiàn)代印制電路基礎(chǔ)一書中第 6 頁。CAD 或 CAMCCL 開料、鉆定位孔開制沖孔模具制絲網(wǎng)版電圖形、固化丨蝕刻、去除印料、清潔印刷阻焊圖形、固化I 1己字符、固化II JI 1刷元件位置字符、固化IJ1位孔、沖

15、孔落料電路檢查、測試 涂覆阻焊劑或 OSP 檢查、包裝、成品3.2 孔金屬化雙面板生產(chǎn)工藝流程 參見現(xiàn)代印制電路基礎(chǔ)一書中第 8 頁。CAD 和 CAMCCL 開料/磨邊ash; NC 鉆孔I JI孔金屬化I （圖形電鍍）J （全板電鍍）I干膜或濕膜法掩孔或堵孔 （負(fù)片圖形）（正片圖形） 電鍍銅 /錫鉛圖形轉(zhuǎn)移去膜、蝕刻蝕刻 退錫鉛、鍍插頭去膜、清潔 印刷阻焊幾劑 /字符 熱風(fēng)整平或 OSP 銑/沖切外形 檢驗(yàn)/測試 包裝/成品3.3 常規(guī)多層板生產(chǎn)工藝流程 參見現(xiàn)代印制電路基礎(chǔ)一書中第 9 頁。CAD或CAMCCL開料/磨邊IJI微蝕、清潔、干燥I JI干膜、濕膜、沖定位孔I J1、蝕刻I

16、JI去膜、清潔、干燥I J1電路檢驗(yàn)、沖定位孑LI JI氧化處理I JI半固化粘結(jié)片一-開料、沖定位孔一-定位、疊層、層壓I JI X-光鉆定位孔I J1數(shù)控鉆去毛刺、清潔去鉆污、孔金屬化以下流程同雙面板常規(guī)多層板是內(nèi)層電路制造加上層壓，然后按孔金屬化的雙面板生產(chǎn)工藝流程。3.3埋/盲孔多層板生產(chǎn)工藝流程先把埋孔板和盲孔板形成 芯板”（相當(dāng)于常規(guī)的雙面板或多層板）T層壓T以下流程同雙面板。3.4積層多層板生產(chǎn)工藝流程芯板（塞孔的雙面板和各種多層板）制造 T層壓RCC激光鉆孔T孔化電鍍T圖形轉(zhuǎn)移T蝕刻、退膜T層 壓RCC反復(fù)進(jìn)行形成a+n+b結(jié)構(gòu)的積層板。3.5集成元件印制板生產(chǎn)工藝流程開料T內(nèi)

17、層制造T平面元件制造-以下流程同多層板。印制板基礎(chǔ)知識PCB概念 PCB=Printed Circuit Board 印制板 PCB在各種電子設(shè)備中有如下功能。1. 提供集成電路等各種電子元器件固定、裝配的機(jī)械支撐。2. 實(shí)現(xiàn)集成電路等各種電子元器件之間的布線和電氣連接(信號傳輸)或電絕緣。提供所要求的電氣特 性，如特性阻抗等。3. 為自動裝配提供阻焊圖形，為元器件插裝、檢查、維修提供識別字符和圖形。按基材類型分類引用yipin基個(gè)人主頁 寸給TA發(fā)消息、加TA為好友 發(fā)表于：2010-08-21 11:06:01 2 樓PCB技術(shù)發(fā)展概要從1903年至今，若以PCB組裝技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展角度來

18、看，可分為三個(gè)階段通孔插裝技術(shù)(THT)階段PCB1. 金屬化孔的作用：(1) .電氣互連-信號傳輸(2) .支撐元器件引腳尺寸限制通孔尺寸的縮小a. 引腳的剛性b. 自動化插裝的要求2. 提高密度的途徑(1) 減小器件孔的尺寸，但受到元件引腳的剛性及插裝精度的限制，孔徑 0.8mm(2) 縮小線寬 / 間距：0.3mm 0.2mm 0.15mm 0.1mm(3) 增加層數(shù)：單面 一雙面一4層一6層一8層一10層一12層一64層表面安裝技術(shù)(SMT )階段PCB1. 導(dǎo)通孔的作用：僅起到電氣互連的作用，孔徑可以盡可能的小，堵上孔也可以。2. 提高密度的主要途徑 .過孔尺寸急劇減?。?0.8mm

19、 0.5mm 0.4mm 0.3mm 0.25mm .過孔的結(jié)構(gòu)發(fā)生本質(zhì)變化：a. 埋盲孔結(jié)構(gòu) 優(yōu)點(diǎn)：提高布線密度1/3以上、減小PCB尺寸或減少層數(shù)、提高可靠性、 控制，減小了串?dāng)_、噪聲或失真(因線短，孔小)b. 盤內(nèi)孔(hole in pad )消除了中繼孔及連線 薄型化：雙面板：1.6mm 1.0mm 0.8mm 0.5mm PCB平整度：a. 概念：PCB板基板翹曲度和PCB板面上連接盤表面的共面性。b. PCB翹曲度是由于熱、機(jī)械引起殘留應(yīng)力的綜合結(jié)果c. 連接盤的表面涂層：HASL、化學(xué)鍍 NI/AU、電鍍NI/AU芯片級封裝(CSP)階段PCB回復(fù)舉報(bào)評分改善了特性阻抗CSP以開

20、始進(jìn)入急劇的變革PCB 表面涂覆技術(shù)PCB 表面涂覆技術(shù)是指阻焊涂覆 (兼保護(hù) )層以外的可供電氣連接用的可焊性涂(鍍)覆層和保護(hù)層。按用途分類：1. 焊接用：因銅的表面必須有涂覆層保護(hù)，不然在空氣中很容易氧化。2. 接插用：電鍍Ni/Au或化學(xué)鍍Ni/Au (硬金，含P及Co)3. 線焊用： wire bonding 工藝熱風(fēng)整平( HASL 或 HAL)從熔融Sn/Pb焊料中出來的PCB經(jīng)熱風(fēng)(230 C)吹平的方法。1. 基本要求：(1) . Sn/Pb=63/37 (重量比)(2) .涂覆厚度至少 3um(3) 避免形成非可焊性的 Cu3Sn 的出現(xiàn)， Cu3Sn 出現(xiàn)的原因是錫量不足，如 Sn/Pb 合金涂覆層太薄，焊點(diǎn)組成由可焊的 Cu6Sn5 -Cu4Sn3 Cu3Sn2 不可焊的Cu3Sn