线路板基础知识设计过程

核心提示线路板使电路迷你化、直观化,对于固定电路的批量生产和优化用电器布局起重要作用。那么你对线路板了解多少呢?以下是由我整理关于线路板知识的内容,希望大家喜欢!  线路板的组成 线路板主要由焊盘、过孔、安装孔、导线、元器件、接插件、填充、电气

线路板使电路迷你化、直观化,对于固定电路的批量生产和优化用电器布局起重要作用。那么你对线路板了解多少呢?以下是由我整理关于线路板知识的内容,希望大家喜欢!

 线路板的组成

线路板主要由焊盘、过孔、安装孔、导线、元器件、接插件、填充、电气边界 等组成,各组成部分的主要功能如下:

焊盘:用于焊接元器件引脚的金属孔。

过孔:有金属过孔 和 非金属过孔,其中金属过孔用于用于连接各层之间元器件引脚。

安装孔:用于固定线路板。

导线:用于连接元器件引脚的电气网络铜膜。

接插件:用于线路板之间连接的元器件。

填充:用于地线网络的敷铜,可以有效的减小阻抗。

电气边界:用于确定线路板的尺寸,所有线路板上的元器件都不能超过该边界。

 线路板的主要分类

线路板系统分类为以下三种:

单面板

Single-Sided Boards

我们刚刚提到过,在最基本的PCB上,零件集中在其中一面,导线则集中在另一面上。因为导线只出现在其中一面,所以我们就称这种PCB叫作单面板(Single-sided)。因为单面板在设计线路上有许多严格的限制(因为只有一面,布线间不能交*而必须绕独自的路径),所以只有早期的电路才使用这类的板子。

双面板

Double-Sided Boards

这种线路板的两面都有布线。不过要用上两面的导线,必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的「桥梁」叫做导孔(via)。导孔是在PCB上,充满或涂上金属的小洞,它可以与两面的导线相连接。因为双面板的面积比单面板大了一倍,而且因为布线可以互相交错(可以绕到另一面),它更适合用在比单面板更复杂的电路上。

多层板

多层板在较复杂的应用需求时,电路可以被布置成多层的结构并压合在一起,并在层间布建通孔电路连通各层电路。

内层线路

铜箔基板先裁切成适合加工生产的尺寸大小。基板压膜前通常需先用刷磨、微蚀等 方法 将板面铜箔做适当的粗化处理,再以适当的温度及压力将干膜光阻密合贴附其上。将贴好干膜光阻的基板送入紫外线曝光机中曝光,光阻在底片透光区域受紫外线照射后会产生聚合反应(该区域的干膜在稍后的显影、蚀铜步骤中将被保留下来当作蚀刻阻剂),而将底片上的线路影像移转到板面干膜光阻上。撕去膜面上的保护胶膜后,先以碳酸钠水溶液将膜面上未受光照的区域显影去除,再用盐酸及双氧水混合溶液将裸露出来的铜箔腐蚀去除,形成线路。最后再以氢氧化钠水溶液将功成身退的干膜光阻洗除。对于六层(含)以上的内层线路板以自动定位冲孔机冲出层间线路对位的铆合基准孔。

四层线路板

Multi-Layer Boards

为了增加可以布线的面积,多层板用上了更多单或双面的布线板。多层板使用数片双面板,并在每层板间放进一层绝缘层后黏牢(压合)。

板子的层数就代表了有几层独立的布线层,通常层数都是偶数,并且包含最外侧的两层。大部分的主机板都是4到8层的结构,不过技术上可以做到近100层的PCB板。大型的超级计算机大多使用相当多层的主机板,不过因为这类计算机已经可以用许多普通计算机的集群代替,超多层板已经渐渐不被使用了。因为PCB中的各层都紧密的结合,一般不太容易看出实际数目,不过如果您仔细观察主机板,也许可以看出来。

线路板的自动检测技术随着表面贴装技术的引入而得到应用,并使得线路板的封装密度飞速增加。因此,即使对于密度不高、一般数量的线路板,线路板的自动检测不但是基本的,而且也是经济的。在复杂的线路板检测中,两种常见的方法是针床测试法和双探针或飞针测试法。

 线路板的设计过程

1、线路板的基本设计过程可分为以下四个步骤:

(1)电路原理图的设计

电路原理图的设计主要是利用Protel的原理图编辑器来绘制原理图。

(2)生成网络报表

网络报表就是显示电路原理与中各个元器件的链接关系的报表,它是连接电路原理图设计与线路板设计(PCB设计)的桥梁与纽带,通过电路原理图的网络报表,可以迅速地找到元器件之间的联系,从而为后面的PCB设计提供方便。

(3) 印刷线路板的设计

印刷线路板的设计即我们通常所说的PCB设计,它是电路原理图转化成的最终形式,这部分的相关设计较电路原理图的设计有较大的难度,我们可以借助Protel的强大设计功能完成这一部分的设计。

(4) 生成印刷线路板报表

印刷线路板设计完成后,还需生成各种报表,如生成引脚报表、线路板信息报表、网络状态报表等,最后打印出印刷电路图。

2、电路原理图的设计是整个电路设计的基础,它的设计的好坏直接决定后面PCB设计的效果。一般来说,电路原理图的设计过程可分为以下七个步骤:

(1) 启动Protel原理图编辑器

(2) 设置电路原理图的大小与版面

(3) 从元件库取出所需元件放置在工作平面

(4) 根据设计需要连接元器件

(5) 对布线后的元器件进行调整

(6) 保存已绘好的原理图文档

(7) 打印输出图纸

3、图纸大小、方向和颜色主要在“documents Options”对话框中实现,执行Design→Options命令,即可打开“documents Options”对话框,在Standard styles区域可以设置图纸尺寸,单击 按钮,在下拉列表框中可以选择A4~ OrCADE的纸型。图纸方向的设置通过“documents Options”对话框中Options部分的Orientation选项设置,单击 按钮,选中Landscape,设置水平图纸;选中Portrait,设置竖直图纸。图纸颜色的设置在图纸设置对话框中的Options部分实现,单击Border Color色块,可以设置图纸边框颜色,单击Sheet Color色块,可以设置图纸底色。

4、执行Design→Options→Change System Font命令,弹出“Font”对话框,通过该对话框用户可以设置系统字体,可以设置系统字体的颜色、大小和所用的字体。

5、设置网格与光标主要在“Preferences”对话框中实现,执行Tools→Preferences命令即可打开“Preferences”对话框。

设置网格:在打开的“Preferences”对话框选择Graphical Editing选项卡,在其中的Cursor Grid Options部分的Visible Grids(显示网格)栏,选Line Grid选项为设定线状网格,选Dot Grid选项则为点状网格(无网格)。

设置光标:选择Graphical Editing选项卡中的Cursor Grid Options的Cursor Type(光标类型)选项,该选项下有三种光标类型:Large Cursor90、Small Cursor90和Small Cursor45,用户可以选择任意一种光标类型。

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pcb电路板的制作流程:

一、内层;主要是为了制作PCB电路板的内层线路;制作流程为:

1,裁板:将PCB基板裁剪成生产尺寸。

2,前处理:清洁PCB基板表面,去除表面污染物。

3,压膜:将干膜贴在PCB基板表层,为后续的图像转移做准备。

4,曝光:使用曝光设备利用紫外光对附膜基板进行曝光,从而将基板的图像转移至干膜上。

5,DE:将进行曝光以后的基板经过显影、蚀刻、去膜,进而完成内层板的制作。

二、内检;主要是为了检测及维修板子线路。

1,AOI:AOI光学扫描,可以将PCB板的图像与已经录入好的良品板的数据做对比,以便发现板子图像上面的缺口、凹陷等不良现象。

2,VRS:经过AOI检测出的不良图像资料传至VRS,由相关人员进行检修。

3,补线:将金线焊在缺口或凹陷上,以防止电性不良。

三、压合;顾名思义是将多个内层板压合成一张板子。

1,棕化:棕化可以增加板子和树脂之间的附着力,以及增加铜面的润湿性。

2,铆合:,将PP裁成小张及正常尺寸使内层板与对应的PP牟合。

3,叠合压合、打靶、锣边、磨边。

四、钻孔;按照客户要求利用钻孔机将板子钻出直径不同,大小不一的孔洞,使板子之间通孔以便后续加工插件,也可以帮助板子散热。

五、一次铜;为外层板已经钻好的孔镀铜,使板子各层线路导通。

1,去毛刺线:去除板子孔边的毛刺,防止出现镀铜不良。

2,除胶线:去除孔里面的胶渣;以便在微蚀时增加附着力。

3,一铜(pth):孔内镀铜使板子各层线路导通,同时增加铜厚。

六、外层;外层同第一步内层流程大致相同,其目的是为了方便后续工艺做出线路。

1,前处理:通过酸洗、磨刷及烘干清洁板子表面以增加干膜附着力。

2,压膜:将干膜贴在PCB基板表层,为后续的图像转移做准备。

3,曝光:进行UV光照射,使板子上的干膜形成聚合和未聚合的状态。

4,显影:将在曝光过程中没有聚合的干膜溶解,留下间距。

七、二次铜与蚀刻;二次镀铜,进行蚀刻。

1,二铜:电镀图形,为孔内没有覆盖干膜的地方渡上化学铜;同时进一步增加导电性能和铜厚,然后经过镀锡以保护蚀刻时线路、孔洞的完整性。

2,SES:通过去膜、蚀刻、剥锡等工艺处理将外层干膜(湿膜)附着区的底铜蚀刻,外层线路至此制作完成。

八、阻焊:可以保护板子,防止出现氧化等现象。

1,前处理:进行酸洗、超声波水洗等工艺清除板子氧化物,增加铜面的粗糙度。

2,印刷:将PCB板子不需要焊接的地方覆盖阻焊油墨,起到保护、绝缘的作用。

3,预烘烤:烘干阻焊油墨内的溶剂,同时使油墨硬化以便曝光。

4,曝光:通过UV光照射固化阻焊油墨,通过光敏聚合作用形成高分子聚合物。

5,显影:去除未聚合油墨内的碳酸钠溶液。

6,后烘烤:使油墨完全硬化。

九、文字;印刷文字。

1,酸洗:清洁板子表面,去除表面氧化以加强印刷油墨的附着力。

2,文字:印刷文字,方便进行后续焊接工艺。

十、表面处理OSP;将裸铜板待焊接的一面经涂布处理,形成一层有机皮膜,以防止生锈氧化。

十一、成型;锣出客户所需要的板子外型,方便客户进行SMT贴片与组装。

十二、飞针测试;测试板子电路,避免短路板子流出。

十三、FQC;最终检测,完成所有工序后进行抽样全检。

十四、包装、出库;将做好的PCB板子真空包装,进行打包发货,完成交付。

要使电子电路获得最佳性能,元器件的布局及导线的布设是很重要的。为了设计质量好、造价低的PCB.应遵循以下一般原则:

布局

首先,要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大,印制线条长,阻抗增加,抗噪声能力下降,成本也增加;过小,则散热不好,且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后,再确定特殊元件的位置。最后,根据电路的功能单元,对电路的全部元器件进行布局。

在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则:

①尽可能缩短高频元器件之间的连线,设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近,输入和输出元件应尽量远离。

②某些元器件或导线之间可能有较高的电位差,应加大它们之间的距离,以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。

③重量超过15 g的元器件、应当用支架加以固定,然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件,不宜装在印制板上,而应装在整机的机箱底板上,且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。

④对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节,应放在印制板上方便于调节的地方;若是机外调节,其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。?

根据电路的功能单元,对电路的全部元器件进行布局时,要符合以下原则:

①按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽可能保持一致的方向。

②以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地拉剜在PCB上,尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。

③在高频下工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样,不但美观,而且装焊容易,易于批量生产。

④位于电路板边缘的元器件,离电路板边缘一般不小于2 mm。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3:2或4:3。电路板面尺寸大于200 mm?150 mm时,应考虑电路板所受的机械强度。

布线

其原则如下:

①输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线,以免发生反馈耦合。

②印制板导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。

当铜箔厚度为0.05 mm、宽度为1~15 mm时,通过2 A的电流,温度不会高于3℃,因此导线宽度为1.5 mm可满足要求。对于集成电路,尤其是数字电路,通常选0.02~0.3 mm导线宽度。当然,只要允许,还是尽可能用宽线,尤其是电源线和地线。

导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路,尤其是数字电路,只要工艺允许,可使间距小至5~8 um。?

③印制导线拐弯处一般取圆弧形,而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外,尽量避免使用大面积铜箔,否则,长时间受热时,易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时,最好用栅格状,这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。

焊盘

焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于d+1.2 mm,其中d为引线孔径。对高密度的数字电路,焊盘最小直径可取d+1.0 mm。

 
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