第8章_PCB印制电路板基础

布局设计原则包括电路分区、信号完整性和电磁兼容性等方面。
PCB的材料
PCB的常用材料
常用的PCB材料包括FR4、铝基板、陶瓷基板等。
PCB材料的特性与适用场景
不同的PCB材料具有不同的导电性、热传导性、阻燃性等特性，适用于不同的场景。
PCB制造的基本工艺
PCB制造的基本工艺包括图形化、光刻、蚀刻、钻孔、电镀等。
PCB的案例分析
PCB的行业应用案例分析
通过分析行业应用案例，了解PCB在不同领域的具体应用。
PCB的创新技术案例分析
探讨PCB领域的创新技术与应用，展示未来的发展趋势。
PCB的以人为本设计案例分析
从用户体验角度，分析以人为本的PCB设计案例，提升产品的易用性和可靠性。
结束语
PCB基础知识的总结
PCB的设计基础
PCB设计流程
PCB设计流程包括需求分析、电路设计、布局设计、走线设计和最终验证等阶段。
PCB设计软件介绍
常用的PCB设计软件包括Altium Designer、Cadence Allegro等。
PCB设计规范
PCB设计应遵循一定的规范，包括电路布局、引脚分布、走线规则等。
PCB的制造工艺
PCB广泛应用于电子设备、通信设备、汽车电子、医疗设备等领域。
PCB的种类
常见的PCB种类包括单面板、双面板、多层板、刚性板和柔性板等。
PCB的结构
PCB的组成部分
PCB由电路层、基底材料、连接线路、元件焊盘等组成。
PCB的层次结构
PCB的层次结构包括背板、内层、外层和覆盖层等。
PCB的布局设计原则
《PCB基础知识》PPT课 件
本PPT课件将介绍PCB的基础知识，包括PCB的定义、应用场景、结构、材 料、设计基础、制造工艺、质量控制、应用与发展等内容。

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流程：
磨板 除胶渣孔金属化 全板电镀 下工序
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（1）磨板：
入板 机械磨板 超声波清洗 高压水洗 烘干 出板
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作用：
在机械磨刷的状态下，去除板材表 面的氧化层及钻孔毛刺。
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（2）除胶渣：
膨胀剂 水洗 除胶渣 水洗 中和 水洗
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作用：
除胶渣属于孔壁凹蚀处理（Etch back ），印制板在钻孔时产生瞬时高温，而 环氧玻璃基材（主要是FR-4）为不良导 体，在钻孔时热量高度积累，孔壁表面 温度超过环氧树脂玻璃化温度，结果造 成环氧树脂沿孔壁表面流动，产生一层 薄的胶渣（Epoxy Smear），如果不除去 该胶渣，将会使多层板内层信号线联接 不通，或联接不可靠。
8mil、10mil、12mil、14mil、20mil、24mil、 28mil、30mil、32mil、40mil等等。
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锔板：
锔板目的：1. 消除板料在制作时产生的内应力。 提高材料的尺寸稳定性.
2. 去除板料在储存时吸收的水份， 增加材料的可靠性。
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锔板条件： 1.温度：现用的材料: Tg低于135 OC。
(干菲林储存的要求，曝光机精度的要求，底片储存减 少变形的要求等等。）
2. 洁净度要求： 达到万级以下。
（主要是图形转移过程中完全正确的将图形转移到板面 上，而不允许出现偏差。）
3. 抽真空要求：图形转移的要求，使图形转移过程中不 失真。
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Roller coating简介
Roller coat是一种代替干菲林的液态感光油墨。由于 干菲林上有用的只是中间一层感光材料，而两边的保护 膜最终需要去掉，从而增加了原材料的成本，所以出现 了这种液态感光油墨。它是直接附着在板面上，没有保 护膜，从而大大提高了解像度，提高了制程能力。但同 时也提高制作环境的要求。

二、画面的放大、缩小及相关操作
1、当前窗口画面的放大和缩小 （1）菜单命令:放大—“View/Zoom In”，缩小—“View/Zoom Out”； （2）键盘上的快捷键：放大—[PageUp]，缩小—[PageDown]； （3）主工具栏中的按钮：放大——，缩小——。
2、在当前窗口中显示整张图纸 （1）菜单命令：“View/Fit Document”； （2）先后击键盘上的V、D键； （3）主工具栏中的按钮：。
对于手工绘制双面印制电路板来说，使用最多的是Top Layers (顶层铜箔布线)、Bottom Layers（底层铜箔布线）和Top Silkscreen (顶层丝引层)。一般顶层用红色、底层用蓝色、文字及符号用绿色 或白色、焊盘和过孔用黄色。
PCB绘图工具
绘图工具是由一系列“放置命令”所组成。 在工作窗口中的层面上绘图，其实就是 放置各种图形对象，这些图形对象有： 焊盘、过孔和文本等。
二、Internal Planes(内部电源/接地层) Protel99提供了Plane1-Plane4(4个内部电源/接地层)。
内部电源/接地层主要用于4层以上印制电路板作为电源和 接地专用布线层，双面板不需要使用。
三、Mechanical Layers(机械层) 机械层一般用来绘制印制电路板的边框(边界)，
2、规划电路版，主要是确定电路版的边框，包括电路版 的尺寸大小等等。在需要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘。 对于3mm 的螺丝可用6.5~8mm 的外径和3.2~3.5mm 内径的 焊盘对于标准板可从其它板或PCB izard 中调入。
注意：
在绘制电路版地边框前，一定要将当前层设置成Keep Out层，即禁止布线层。
焊盘是Protel99提供的一种图形属性， 因此在多个层面上有图形放置时不需要 选择当前层面，属于哪一层的图形就 自动绘制在哪一层。

11）外层干膜
◆目的：经钻孔及通孔电镀后, 内外层已连通, 本制程为制作外层线路, 以达导电性的完整。
12)图形电镀
◆目的：加厚线路及孔内铜厚，使产品达到客户要求；并在铜面上镀上一层锡，以便在外层蚀刻时保护铜面。◆流程：上板→除油→水洗→微蚀→水洗→酸浸→镀铜→水洗→酸浸→镀锡→水洗→下板→炸辊→水洗→下板
◆环境控制
除设置无尘室外，还要控制室内温、湿度：温度：20±2℃；湿度：50±5RH% 。以及干膜区的照明必须为黄色光源以避免对干膜于正式曝光前感光。
5）DES
◆ 流程：显影→水洗→蚀刻→水洗→褪膜→水洗→烘干→冲孔◆显影：利用碳酸钠的弱碱性将干膜上未经紫外线辐射的部分用碳酸钠溶液溶解，已经紫外线辐射而发生聚合反应的部分保留。◆蚀刻：将溶解了干膜（湿膜）而露出的铜面用酸性氯化铜溶解腐蚀，此过程叫蚀刻。◆褪膜：去除抗蚀层，得到所需的电路图形。◆冲孔：冲出预排板所需的定位孔（包括热熔合与铆合所用的定位孔）。
10）PTH（沉铜电镀）
◆沉铜目的：使孔壁上的非导体部份的树脂及玻璃纤维进行金属化，以进行后来的电镀铜制程,完成足够导电及焊接之金属孔壁。◆PTH流程：磨板→沉铜→板面电镀→烘干。◆磨板：即去除钻孔后的毛刺。 流程：磨板→超声波水洗→高压水洗→烘干→收板。◆沉铜流程：上板→膨胀→三级水洗→除胶→三级水洗→中和→二级水洗→除油→二级水洗→微蚀→二级水洗→预浸→活化→二级水洗→加速→一级水洗→化学沉铜→下板◆板面电镀流程：上板→除油→水洗→酸浸→镀铜→水洗→下板→炸辊→水洗→下板
钻孔工艺说明：利用机械切削、激光烧蚀方法给PCB板不同层上需要连接的线路提拱连接通道并给后续生产流程提拱定位、安装孔。钻孔方式：钻孔孔径在0.2mm以上的孔多用机械切削方法进行钻孔；钻孔孔径在0.2mm以下的孔多用激光烧蚀方法钻孔。多层板钻孔流程：输资料→打Pin钉→上板（底板、多层板、铝片、贴胶纸）→钻孔→下板→检查（测孔径、拍红胶片、X-RAY检查）钻刀：是由碳化钨、钴粉、有机粘着剂高温烧结而成。具有硬度高、耐磨性能好、适于高度切削、但其韧性差，较脆。

图8-18所示。
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放置矩形填充
调整完毕, 再次单击鼠标确定, 完毕矩形填充放置。 双击所放置矩形填充, 会打开如图8-19所示【填充】对话框。在该对话框内,
可以详细设置矩形填充有关属性。
图8-19 矩形填充属性设置
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放置敷铜
敷铜放置是PCB板设计中一项重要操作, 一般在完毕了元件布局和布线之后进 行, 把PCB板上没有放置元件和导线地方都用铜膜来填充, 以增强电路板工作 时抗干扰性能。敷铜只能放置在信号层, 可以连接到网络, 也可以独立存在。 与前面所放置多种图元不一样样, 敷铜在放置之前需要对即将进行敷铜进行有 关属性设置。
图8-24 最终敷铜成果
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放置直线
这里直线, 我们一般多指与电气网络无关线, 可以放置在不一样样工作层面, 例如在机械 层绘制PCB板外形轮廓, 在严禁布线层绘制 电气边界, 在丝印层绘制阐明图形等。
执行【放置】/【直线】命令, 或者单击【实 用工具】下拉工具栏中 图标, 都可以开 始直线放置操作, 详细过程以及属性设置与 上面简介导线基本相似。
仍处在放置焊盘命令状态, 移动到新位置, 可进行持续放置, 如图8-2所示。单 击鼠标右键或按Esc键可退出放置状态。
图8-2 放置焊盘
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放置焊盘
双击所放置焊盘, 或者在放置过程中按Tab键, 可以打开如图8-3所示【焊盘】 属性对话框。
图8-3 【焊盘】属性对话窗 第5页
放置导线
放置导线操作在PCB设计中使用最为频繁, 在进行 手工布线或者布线调整时, 最重要工作就是对于导 线放置和调整。导线一般放置在信号层, 用来实现 不一样样元件焊盘间电气连接。
双击所放置过孔, 或者在放置过程中按Tab键, 可以打开如图8-15所示【过 孔】属性对话框。

6.孔
板厚和孔径比最好应不大于3：1，大的比值会使生产困难，成本增加， 当过孔只用做贯穿连接或内层连接时，孔径公差，特别是最小孔径公 差一般是不重要的，所以不用规定，由于导通孔内不插元件，所以它 的孔径可以比元件孔的孔径小。
当过孔作为元件孔时，过孔的最小孔径要适应元件或组装件的引脚尺 寸，设计者要采用给出的标称孔径和最小孔径作为过孔的推荐值。过 孔的最大孔径取决于镀层厚度和孔径的公差。推荐孔壁镀镀铜层的平 均厚度不小于25μm（0.001in），其小厚度为15μm（0.0006in）。
的信号交错问题，数量太多是不可取的。而且，硬要把所有线路都排在 有限的两个面上，又要降低电磁感应、电阻效应、电容效应，使得布线 设计的任务十分艰巨。线太细太密，不但加工困难、干扰大，而且烧断 和发生断路故障。若保证了和线间距，电路板的面积就可能太大，不利 于精密设备的小型化。这些问题的出现促使印刷电路板设计和制作工艺 的发展。
❖ 最原始的电路板——以一块板子为基础，用铆钉、接线柱 做接点，用导线把接点依电路要求，在板的一面布线，另 一面装元件。
❖ 单面敷铜板的发明，成为电路板设计与制作新时代的标志。
❖ 随着电子产品生产技术的发展，人们发明了双面电路板和
多层电路板
•印制电路板设计与制作
•1
2.印制电路板的功能及术语
印制电路在电子设备中具有如下功能： ⑴提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑；
安装孔和定位孔按实际需要尺寸确定
•印制电路板设计与制作
•11
7.电磁干扰及抑制
电路的布线不是把元件按电路原理简单连接起来就可
⑴ 电磁干扰的产生 平行线效应、天线效应、电磁感应
⑵ 电磁干扰的抑制 ① 容易受干扰的导线布设要点 ② 设置屏蔽地线 ③ 设置滤波去耦电容

有设封装，此错误可以忽略，PCB设计师增加4个焊盘用于连接灯管。
图8-17 执行更改载入个封装元件和网络连接
图8-18 装入电路板的PCB封装元件
图8-19 文件垂直分离界面
图8-20 原理图中选中要布局的元件
图8-21 用“在矩形区域内排列”功能布局元件
图8-22 手工完成的PCB布局
图8-23 PCB布局3D图
浏览封装库选定新封装弹出如图812所示添加封装对话框单击浏览按钮弹出封装库浏览对话框如图813所示单击浏览按钮弹出封装库浏览对话框如图814所示在库下拉列表中选择vicesintlibfootprintview并浏览选择电解电容c1的封装rb7615单击确认按钮回到图815所示的属性设置对话框可以看到已经更改好的封装设置单击确认按钮完成封装设置
（3）为了便于缩小体积或提高机械强度，可设置“辅助底板”，将一些笨重的元件，如变压器、继 电器等安装在辅助底板上，并利用附件将其固定。 （4）板的最佳形状是矩形，板面尺寸大于200x150mm时，要考虑板所受的机械强度，可以使用 机械边框加固。
（5）要在印制板上留出固定支架、定位螺孔和连接插座所用的位置，在布置接插件时，应留有
(3)在保证电器性能的前提下，元件应放置在栅格上且相互平行或垂直排列，以求其整齐、 美观，一般情况下不允许元件重叠，元件排列要紧凑，输入和输出元件尽量远离。 (4)同类型的元件应该在X或Y方向上一致，以便于生产局。 （5）集成电路的去耦电容应尽量靠近芯片的电源脚，以高频最靠近为原则，是之与电源和地
之间形成回路最短。潘璐电容应均匀分布在集成电路周围。
（6）元件布局时，使用同一种电源的元件应考虑尽量放在一起，以便于将来的电源分割。 （7）某些元件或导线之间可能存在较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免因放电、击 穿引起意外短路。带高压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。

• 在设计焊盘时，要考虑到元件形状、引脚大
小、安装形式、受力及振动大小等情况。例
如，如果某个焊盘通过电流大、受力大并且
易发热，可设计成泪滴状（后面章节会介
绍）。
图3-7 常见焊盘
5．助焊膜和阻焊膜
• 为了使印制电路板的焊盘 更容易粘上焊锡，通常在 焊盘上涂一层助焊膜。另 外，为了防止印制电路板 不应粘上焊锡的铜箔不小 心粘上焊锡，在这些铜箔
（l）元件封装的分类
• 按照元件安装方式，元件封装可以分为直插 式和表面粘贴式两大类。
• 典型直插式元件封装外型及其PCB板上的焊 接点如图3-5所示。直插式元件焊接时先要将 元件引脚插入焊盘通孔中，然后再焊锡。由 于焊点过孔贯穿整个电路板，所以其焊盘中 心必须有通孔，焊盘至少占用两层电路板。
图3-5 穿孔安装式元件外型及其PCB焊盘
1 印制电路板的基础知识
• 印制电路板英文简称为 PCB（Printed Circle Board）如图3-2所示。 印制电路板的结构原理 为：在塑料板上印制导 电铜箔，用铜箔取代导 线，只要将各种元件安 装在印制电路板上，铜 箔就可以将它们连接起 来组成一个电路。
图3-2 PCB板
1．印制电路板的种类
6．过孔
• 双面板和多层板有两个以上的导电层，导电 层之间相互绝缘，如果需要将某一层和另一 层进行电气连接，可以通过过孔实现。过孔 的制作方法为：在多层需要连接处钻一个孔， 然后在孔的孔壁上沉积导电金属（又称电 镀），这样就可以将不同的导电层连接起来。
3-8 所示。穿透式过孔从顶层一直通到底层，而 盲过孔可以从顶层通到内层，也可以从底层 通到内层。
• 根据层数分类，印制电路板可分为单面板、 双面板和多层板。
• （l）单面板

▪ 双层板中，导孔(via)比较容易处理，只需打穿整 个板子即可。但对多层板而言，则复杂许多，比 如只想连接其中一些线路，那么使用导孔可能会 浪费一些其它层的线路空间，因此，埋孔 (Buried vias)和盲孔(Blind vias)技术便应运而 生了，因为它们只穿透其中几层，其中盲孔是将 几层内部PCB与表面PCB连接，不须穿透整个板 子，而埋孔则只连接内部的PCB，所以光是从表 面是看不出来的。
▪ 这些线路被称作导线(conductor pattern)或 称布线，并用来提供PCB上元器件的电路连接。
PCB中的导线(Conductor Pattern)
二．PCB上元器件的安装
▪ 为了将元器件固定在PCB上面，需要它们的 接脚直接焊在布线上。
▪ 在最基本的PCB(单面板)上，元器件都集中 在其中一面，导线则都集中在另一面。这么一来 就需要在板子上打洞，以便接脚才能穿过板子到 另一面，所以元器件的接脚是焊在另一面上的。 因为，PCB的正反面分别被称为元器件面 (Component Side)与焊接面(Solder Side)。
一．什么是印刷电路板？
▪ 印刷电路板(PCB : Printed Circuit Board) 除了固定各种元器件外，PCB的主要作用是提供 各项元器件之间的连接电路。
▪ 电路板本身是由绝缘隔热、并无法弯曲的材 质制作而成，在表面可以看到的细小线路材料是 铜箔。
▪ 在被加工之前，铜箔是覆盖在整个电路板上 的，而在制造过程中部份被蚀刻处理掉，留下来 的部份就变成网状的细小线路了。因这个加工生 产过程，多是通过印刷方式形成供蚀刻的轮廓， 故尔才得到印刷电路板的命名。
表面安装的元器件焊在PCB上的同一面。
▪ SMT比THT的元器件要小，和使用THT元器 件的PCB比起来，使用SMT技术的PCB板上元器 件要密集很多。相比较而言，SMT封装元器件也 比THT的要便宜，因此如今的PCB上大部分都是 SMT。

(DES) 内层蚀刻
AOI 自动光学检测
Drilling 钻孔
Black Oxide (Oxide Replacement)
黑氧化(棕化）
外层制作流程
PTH/Panel Plating
沉铜/板电
Laying- up/ Pressing 排板/压板
Dry Film 干菲林
Pattern Plating /Etching 图电/蚀刻
要求排板,压合成多层板。
曲翘产生原因
• 排板结构不对称
因芯板与 P 片的张数及厚度上下不对称，产生不平衡的应力。
‧ 结构应力
多层板 P/P 与芯板之经纬方向未按经对经、纬对纬的原则叠压，则结构应力
会造成板翘曲。
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‧ 热应力造成板翘
ATDG PCB 基础知识培训知识
Component Mark 白字
Middle Inspection 中检
Hot Air Levelling
喷锡
Solder Mask 湿绿油
Profiling 外形加工
FQC 最后品质控制
FA 最后稽查
内层制作
10 OF 51 5/30/2007
Packing 包装
Inner Dry Film 内层干菲林
硬板 Rigid PCB
• 软板 Flexible PCB 见图1.3 • 软硬板 Rigid-Flex PCB 见图1.4
图1.1
图1.2
C. 以结构分 a.单面板 见图1.3
b.双面板 见图1.4
3 OF 51 5/30/2007
c.多层板 见图1.7
ATDG PCB 基础知识培训知识
D. 依用途分： 通信/耗用性电子/军用/计算机/半导体/电测板…,见图1.8 BGA. 另有一种射出成型的立体PCB，使用少。