《光伏电子产品设计与实践》课件-第12章 印制电路板的设计与制作

第12章印制电路板的设计与制作理论知识点（1）电子线路的基本元器件知识；（2）电子线路的基本理论知识；（3）印制电路板的设计原则与一般方法；（4）印制电路板的制作工艺知识。

技能点（1）Protel的使用操作技巧；（2）印制电路板的布局、布线、元器件库的制作技能；（3）读图与打印设置的技巧。12.1印制电路板的设计原则

1.元件的安装数据及其获得的途径 要将一定数量的元件按原理图中的电气连接关系安装在印制电路板上，必须事先知道各元件的安装数据，以便元件布局。一般采用下述方法确定元件的安装数据。1）设计者提供元件正确的安装资料。2）若没有提供元件安装数据，应通过元件型号查手册找出元件的安装数据。3）.想办法找到元件样品，实测元件，确定元件安装数据。如果是利用计算机设计印制板图，这此数据将用于制作印制板元件库。印制电路板的设计原则2.元件排列的原则1）按信号流向排列，一般从输入级开始，到输出级终止。2）发热量较大的元件，应加装散热器，或尽可能放置在有利于散热的位置以及靠近机壳处。3）对于比较大、重的元件，要另加支架或紧固件，不能直接焊在印制电路板上。4）热敏元件要远离发热元件。5）某些元件或导线间有较大电位差，应加大它们之间的距离.6）尽可能缩短高频元件的连接线，设法减小它们的分布参数和相互间的干扰。易受干扰的元件应加屏蔽。7）可调元件布置时，要考虑到调节方便。8）对称式的电路，如推挽功放、差动放大器、桥式电路等，应注意元件的对称性。尽可能使其分布参数一致。印制电路板的设计原则9）每个单元电路，应以其核心器件为中心，围绕它进行布局。10)元件排列应均匀、整齐、紧凑。单元电路之间的引线应尽可能短，引出线数目尽可能少。11)位于边缘的元件，离印制电路板边缘的距离至少应大于2mm。12）元件外壳之间的距离，应根据它们之间的电压来确定，不应小于

0.5mm。个别密集的地方应加套管。13)线路板需要固定的，应留有紧固的位置或打上螺丝孔。14）若有引出线，最好使用接线插头。15）有铁心的电感线圈，应尽量相互垂直放置且远离以减小相互间的耦合。16）如果有元件与机壳、面板有联系，如各种显示器件、调节器件，它们均要与机壳相连，因此它们应当在印制板上有固定的安装位置，这个位置不能被其它元件占了。印制电路板的设计原则3.布线的原则1）布线要短。尤其是晶体管的基极、高频引线、电位差比较大而又相邻近的引线，要尽可能的短，间距要尽量大。2）一般将公共地线布置在边缘部位，以便于将印制电路板安排在机壳上。3）高频元件和高频导线一般布置在中间，以减小它们对地和机壳的分布电容。4）导线拐弯要圆。5）在条件允许的情况下，线条可适当加粗，间距可适当加大。6）大面积要开“天窗”。大面积铜箔下，受热后产生的气体不便排出，易使铜箔膨胀、脱落。7）单面印制电路板上的印导线不能交叉。遇此情况，可绕着走线或平行走线。交叉导线较多时，可采用双面板或多面板。8）一般情况下，双面板两面的导线应相互垂直布线。9）走线正确、布线均匀。§12.2用PROTEL设计印制电路板

1.原理图的设计

原理图的设计主要是利用PROTEL99的原理图设计系统（AdvancedSchematic）绘制一张（多张）电路原理图。电路原理图设计的一般步骤，（1）PROTEL99SE电路原理图编辑器的启动。（2）电路图版面的设置。（3）在图上放置元器件的方法。（4）元器件的布局布线和调整方法。（5）文档的打印和输出方法。

2.产生网络表

（1）网络表是电路的所有元件的信息及元件与元件之间的引脚连接关系的描述，通常由PROTEL通过扫描所绘制的电路原理图或者印制板图来产生的。（2）网络表是电路原理图设计（Sch）与印制电路板设计（PCB）之间的桥梁和纽带，也是印制板设计中自动布局和布线的基础和灵魂。用PROTEL设计印制电路板用PROTEL设计印制电路板3.印制电路板的设计

印制电路板的设计主要是利用PROTEL提供的设计印制板系统完成印制板的设计。由它来产生符合要求的电路板文档，再交印制板厂生产出印制板。它的作用是由用户根据网络表采用其自动布局和自动布线功能绘制出印制电路板图来，当然它也可以由手工直接完成印制板设计（当印制板上元件较少时）。4.制作过程需要注意：元器件布局的规则连线、交叉、跳线的方法焊盘和焊点的绘制方法安装孔的绘制方法12.2.2PROTEL设计印制电路板示例设计一块利用555电路构成的多谐振荡器的PCB板。1．原理图的设计利用PROTEL99SE画出其原理图如图12-1所示。

图12-1555电路多谐振荡器2．输出网络表（1）元件声明格式[ 元件声明开始C1 元件名称RAD0.2 元件封装图名2μF 元件注释文字] 元件声明结束（2）网络定义格式：( 网络定义开始NetQ1_1 网络名称（没有设置网络标号的格式）Q1-1 网络的连接点（元件Q1的第1引脚）R3-1 网络的连接点（元件R3的第1引脚）) 网络定义结束( 网络定义开始VO 网络名称（设置了网络标号的格式）J2-1 网络的连接点（元件J2的第1引脚）Q1-2 网络的连接点（元件Q1的第2引脚）R4-1 网络的连接点（元件R4的第1引脚）) 网络定义结束3．印制板的设计（1）利用PROTEL99SE建立一PCB文档，并且在KeepOutLayer层上规划好电路板的边框及外形。（2）调入网络表

将前面原理图中得出的网络表文件装入到PCB图中。（3）自动布局

图12-2自动布局图（4）自动布线

自动布线完成后，需要检查网络是否全部布通，有无错误。如果没有全部布通，需要人工将其布通。

图12-3印制电路板图12-4焊接面印制导线图（5）单面板的设计

在自动布线之前，必须要对布线层进行设置，方法如下：执行菜单【Design】/【Rules】，选择Routing选项卡，单击RoutingLayers，并在下面的Enabled框内打“√”，按下Properties…按钮，将TopLay层设置为NotUsed，再按OK，再按Close按钮即设置完毕。（6）三维图形

图12-5三维图12.3印制电路板的制作

1.印刷电路板的专业制作适用于：设计出来的印制电路板图如果是要进行大批量生产，应该由印制板专业厂家来生产(简称为专业制作)。2.印刷电路板的手工制作适用于：在实验阶段和样品生产，或者不要求较高的制作精度时，可以考虑手工制作印制电路板,或者借助相对较简单的设备来制作印制板,以降低成本。本节先分别对印制板的手工与专业制作的基本步骤作一介绍,然后以VP-108K电路板制作系统为例介绍一种介于纯手工与专业制作之间的，比较适合于学生实习用的印制电路板的制作步骤和方法。12.3.1印制电路板制作的基本步骤与方法首先在敷铜板上画好电路图形，再将要保留的部分涂上抗腐材料，然后放到腐蚀液中腐蚀掉多余的铜，最后除去抗腐蚀材料、钻孔、涂助焊剂即可作为焊接电路元件使用了。

1.印制电路板的手工制作过程与方法 1)选择敷铜板，清洁板面 2)复制印制电路图案 3)描板 4)腐蚀电路板 5)修板 6)钻孔 7)涂助焊剂3.印制电路板的专业制作过程一般过程是：PCB文件处理→裁板→钻孔→抛光→孔金属化→压膜→曝光→显影→蚀刻→脱膜→阻焊、字符印刷→焊盘防氧化处理。①PCB文件处理。②裁板。通过PCB裁板机按板图的形状和尺寸进行下料。③钻孔。④抛光。⑤孔金属化。⑥压膜。覆膜是在覆铜板表面通过覆膜机压上一层干膜，作为图形转移的载体。⑦曝光。把底片上的线路转移到压好干膜的覆铜板上。⑧显影。将未聚合的干膜洗掉，使未发生聚合反应的干膜露出铜面。印制电路板的专业制作过程⑨蚀刻。用碱性\酸性蚀刻液以加温+高压喷淋方式进行铜面蚀刻。

⑩脱膜。用强碱以高温高压进行冲洗，将聚合干膜去除干净。

⑾阻焊、字符印刷。在高密度的印制电路板上，为使板面得到保护，确保焊接的准确性，在板面上加阻焊剂，使焊盘裸露，其他部分均在阻焊剂下，防止焊接时的桥焊现象，同时将印制板上需要的字符说明信息印刷出来。

⑿焊盘防氧化处理等后处理

采用喷锡（有铅）或者化学沉锡（无铅），OSP（OrganicSolderabilityPreservatives的简称，中译为有机保焊膜，又称护铜剂）工艺来对裸露的焊盘以及铜箔进行防氧化处理。12.3.2VP-108K电路板制作系统1.概述

VP-108K系统特点：可在1小时内制作出一块高精度的单/双面电路板节省90%的样板开发费用线径宽度最小可达4mil（0.1mm）系统含所有专业应用设备，可马上动手制作制作简单，保证100%制作成功系统主要部件均为进口材料完整的光碟制作说明完全适合电子开发、军工及大中专院校印制电路板的制作2.制作过程

（1）打印菲林纸

①修改PCB图。

②设置及打印。

（2）曝光

（3）显影

①调制显影液。

②试板。

③显影。

（4）腐蚀

（5）打孔

（6）穿孔及沉铜

技能训练12－1

印制电路板的设计与制作

一.训练目的1.通过绘制具体电路的印制电路板图，初步掌握利用计算机绘制印制电路板图的基本方法及设计原则;2.通过制作具体电路的印制电路板,掌握利用VP-108K电路板制作系统制作印刷电路板的工艺。二.工具器材安装有PROTEL99SE的计算机一