印制电路板的设计与制作

  这是设计工作开始时首先应该明确的，同时也是在整个设计中需要时刻关注的，主要有以下方面：

  表面上看，依据电路原理图进行正确的逻辑连接后其功能就可实现、性能也可保证稳定，但随着电子技术的快速的提升，信号的速率慢慢的变快，电路的集成度慢慢的升高，仅仅做到这一步已远远不足了。目标能否很好完成，无疑是印制板设计过程中的重点，也是难点。

  2．实现各种电子元器件之间的布线和电气连接（信号传输）或电绝缘。提供所要求的电气特性，

  3．为自动装配提供阻焊、助焊图形，为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。

  印制电路板的应用降低了传统方式下的接线工作量，简化了电子科技类产品的装配、焊接、调试工作；缩小了整机的体积，降低了产品的成本，提高了电子设备的质量和可靠性。另外，印制电路板拥有非常良好的产品一致性，能够使用标准化设计，有利于生产的全部过程中实现机械化和自动化，也便于整机产品的互换和维修。随着电子工业的快速的提升，印制板的使用已日趋广泛，可以说它是电子设备的关键互联件，任何电子设备均需配备。因此，印制电路板的设计与制作已是我们学习电子技术和制作电子装置的基本功之一。

  设计出的电路方案一般首先应进行实验验证——用电子元器件把电路搭出来或者用计算机仿真，这不仅是原理性和功能性的，同时也应当是工艺性的。

  （2）根据元器件的特点、数量、大小和整机的使用性能要求，考虑整机的结构尺寸。

  在印制电路板的焊盘表面可看到许多比之略大的各浅色斑痕，这就是为提高可焊性能而涂覆的助焊膜。

  印制电路板的形状由整机结构和内部空间的大小决定，外形应该尽可能简单，最佳形状为矩形（正方形或长方形，长:宽=3:2或4:3），避免采用异形板。当电路板面尺寸大于200×150mm时，应考虑印制电路板的机械强度。

  印制板根据其基板材质刚、柔强度不同，分为刚性板、挠性板以及刚挠结合板，又根据板面上印制电路的层数分为单面板、双面板以及多层板。

  仅一面上有印制电路的印制板。这是早期电路（THT元件）才使用的板子，元器件集中在其中一面——元件面（Component Side），印制电路则集中在另一面上——印制面或焊接面（Solder Side），两者通过焊盘中的引线孔形成连接。单面板在设计线路上有许多严格的限制，如布线间不能交叉而必须绕独自的路径。

  这是一种最简单、廉价而可靠的连接方式，不需要任何接插件，只要用导线将印制板上的对外连接点与板外的元器件或其他部件直接焊接（如图3所示）。它的优点是成本低，可靠性高，能够尽可能的防止因接触不良而造成的故障，缺点是维修不够方便，一般适用于对外引线比较少的场合。

  在电子产品设计中，电路原理图不过是设计思想的初步体现，而要最终实现整机功能无疑则要通过印制电路板这个实体。印制电路板的设计，就是依据电路原理图设计出印制电路板图，但这决不意味着设计工作仅仅是简单地连通，它是整机工艺设计的重要一环，也是一门综合性的学科，需要考虑到如选材、布局、抗干扰等诸多问题。对于同一种电子科技类产品，采用的电路原理图尽管相似，但各自不同的印制板设计水平会带来非常大的差异。

  尺寸的大小依据整机的内部结构和板上元器件的数量、尺寸及安装、排列方式来决定，同时要充分考虑到元器件的散热和邻近走线易受干扰等因素。

  ①面积应尽量小，面积太大则印制线条长而使阻抗增加，抗噪声能力变弱，成本也高。

  基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材料所制作成，一般常用的基板是敷铜板，又称覆铜板，全称敷铜箔层压板。敷铜板的整个板面上通过热压等工艺贴敷着一层铜箔。

  覆铜板被加工成印制电路板时，许多覆铜部份被蚀刻处理掉，留下来的那些各种形状的铜膜材料就是印制电路，它主要由印制导线所示）。

  （一）印制导线断路的修复（二）印制导线．双面板（Double-Sided Boards）

  两面均有印制电路的印制板。这类的印制板，两面导线的电气连接是靠穿透整个印制板并金属化的通孔(through via)来实现的。相对来说，双面板的可利用面积比单面板大了一倍，并且有效的解决了单面板布线．多层板（Multi-Layer Boards）

  在选定了印制板的板材、形状、尺寸和厚度后，还需要注意查看铜箔面有无气泡、划痕、凹陷、胶斑，以及整块板是否过分翘曲等质量问题。

  印制板是整机的一个组成部分，必然存在对外连接的问题。例如，印制板之间、印制板与板外元器件、印制板与设备面板之间，都需要电气连接。这些连接引线的总数要尽量少，并根据整机结构选择连接方式，总的原则应该使连接可靠、安装、调试、维修方便，成本低廉。

  在电路方案实验的时候，必须审核考察产品在工业化生产的全部过程中的加工可行性和生产费用，和产品的工作环境适应性和运行、维护、保养消耗。

  （1）电路原理。整个电路的工作原理和组成，各功能电路的相互关系和信号流程。

  表面黏贴式安装也称为表面安装，适用于短管脚的表面黏贴式封装的元件。安装时管脚与元件是焊在印制电路板的同一面。这种方式无疑将非常大地节省印制板的面积，同时表面黏贴式封装的元件较之插入式封装的元件体积也要小许多，因此SMT技术的组装密度和可靠性都很高。当然，这种安装技术因为焊点和元件的管脚都非常小，要用人工焊接确实有一定的难度。

  ④板的净面积确定后，还要向外扩出5—10mm，便于印制板在整机中的安装固定。

  覆铜板的厚度通常为1.0mm、1.5mm、2.0mm等。在确定板的厚度时，主要考虑对元器件的承重和振动冲击等因素。如果板的尺寸过大或板上的元器件过重，都应该适当增加板的厚度或对电路板采取加强固定措施，否则电路板易产生翘曲。当印制板对外通过插座连线所示），插座槽的间隙一般为1.5mm，板材过厚则插不进去，过薄则易引起接触不良。

  确定板材主要是从整机的电气性能、可靠性、加工工艺技术要求、经济指标等方面考虑。

  通常情况下，希望印制板的制造成本在整机成本中只占很小的比例。对于相同的制板面积来说，双面板的制造成本是一般单面板的3—4倍以上，而多层板至少要贵到20倍以上。分立元器件的引线少，排列位置便于灵活变换，其电路常用单面板。双面板多用于集成电路较多的电路。

  在多层板中，各面导线的电气连接采用埋孔（burຫໍສະໝຸດ Baidued via）和盲孔（blind via）技术来解决。

  印制电路板的安装技术能说是现代发展最快的制造技术，目前常见的主要有传统的通孔插入

  通孔插入式安装也称为通孔安装，适用于长管脚的插入式封装的元件。安装时将元件安置在印制电路板的一面，而将元件的管脚焊在另一面上。这种方式要为每只管脚钻一个洞，其实占掉了两面的空间，并且焊点也比较大。显然这一方式难以满足电子科技类产品高密度、微型化的要求。

  印制电路板（Printed circuit board，PCB）也称为印制线路板、印刷电路板，简称印制板。印制电路的概念是1936年由英国Eisler博士首先提出，他首创了在绝缘基板上全方面覆盖金属箔，涂上耐蚀刻油墨后再将不需要的金属箔腐蚀掉的印制板制造基本技术。

  印制电路板上非焊盘处的铜箔是不能粘锡的，因此印制板上焊盘以外的各部位都要涂覆绿色或

  棕色的一层涂料——阻焊膜。这一绝缘防护层，不仅能防止铜箔氧化，也可以有效的预防桥焊的产生。

  为了方便元器件的安装和维修等，印制板的板上有一层丝网印刷面（图标面）——丝印层，这上面会印上标志图案和各元器件的电气符号、文字符号（大多是白色）等，大多数都用在标示出各元器件在板子上的位置，因此印制板上有丝印层的一面常称为元件面。

  印制电路板的设计现在有两种方式：人工设计和计算机辅助设计。尽管设计方法不一样，设计方法也不同，但设计原则和基本思路都是一致的，都一定要符合原理图的电气连接和产品电气性能、机械性能的要求，同时考虑印制板加工工艺和电子装配工艺的基本要求。

  印制板主要由绝缘底板（基板）和印制电路（也称导电图形）组成，具有导电线路和绝缘底板的双重作用。

  当电路和元器件的电气参数和机械参数得以确定，整机的工艺结构还仅仅是初步成型，在后面的印制板设计过程中，需要考虑元件布局和印制电路布设这两方面因素才可能最终确定。

  对于印制板电路板的基板材料的选择，不同板材的机械性能与电气性能有很大的差别。目前国内常见覆铜板的种类见表一。

  这些都是衡量印制板设计水平的重要指标。设计优良的印制电路板应该方便加工、维护、测试，同时在生产制造成本上有优势。这是需要多方面相互协调的，并不是件容易的事。

  进入印制板设计阶段前，许多具体实际的要求及参数应该基本确定了，如电路方案、整机结构、板材外形等。不过在印制板设计过程中，这一些内容都可能要做必要的调整。

  由多于两层的印制电路与在允许电压下不导电的材料交替粘结在一起，且层间导电图形互连的印制板。如用一块双面作内层、二块单面作外层，每层板间放进一层绝缘层后黏牢（压合），便有了四层的多层印制板。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。比如大部分计算机的主机板都是4到8层的结构。目前，技术上已能做到近100层的印制板。