《电子装备设计技术》课件第4章

第4章印制电路板设计技术4.1印制电路板设计概要4.2印制电路板设计4.3印制电路板其他设计4.4印制电路板制板工艺4.5印制电路板制作新技术

4.1印制电路板设计概要

印制电路的设计是现代电子设备或系统设计中极为重要的部分，通常可通过微型电子计算机及相应的软件进行设计。印制板的设计质量不仅关系到元器件在焊接、装配、调试中的方便与否，而且直接影响到整机的技术性能，关系到电子设备的整机质量。

在印制电路板设计前，必须掌握印制电路板各方面的知识，熟悉相关的技术标准，具备较强的策划设计能力，在元器件布局和印制板布线中考虑电磁兼容性，使其美观、合理，只有这样，才能设计出较高质量的印制电路板。4.1.1印制电路板设计要求

1.掌握电子线路原理

印制电路板设计应具有一定的电子线路知识，掌握电子线路的基本原理，了解基本的电子设计工艺，具有较强的实践性。

进行印制电路板设计时，首先应对所需设计的电原理图进行分析，确定电路中的电压高低、电路工作的功率状况、散热要求、电路的工作频率范围、可能存在的电磁干扰等方面的情况。对于不同的电子线路，不同的性能要求，印制板的设计方法也不相同。进行印制电路板设计时，必须熟悉电路对元器件的要求，了解所选用的电子元器件的基本情况，包括元器件的品种、规格、型号、尺寸及引脚分布，集成电路的引线情况，微小型器件的使用情况等，根据具体情况考虑印制电路板的尺寸、类型及元器件的布局。

进行印制电路板设计时，还应该考虑电子设备整机使用的环境条件，确定印制电路板的设计和选材。

2.符合相关技术标准

印制电路板图纸的设计是工程图纸设计的重要组成部分，设计过程中应按照相关技术标准的要求，控制印制电路板的设计质量，获得较高的性能价格比。

印制电路板的制作是按图纸要求进行敷铜板加工的过程，必须掌握相关的技术标准，掌握单面敷铜板、双面板、多层板的构成和制作的相关内容。

印制电路板设计不但应确保组装后的电子设备整机性能良好、维护方便，而且应在满足标准要求的情况下，考虑艺术性，设计出布局合理、美观的印制电路板。

3.符合生产条件要求

设计印制电路板图纸时，应考虑印制电路板生产厂家和电子设备生产厂家的设备状况、生产条件和工艺水平，考虑印制板导线的疏密、孔化要求、焊接条件和工艺水平，确保印制电路板产品的质量。

4.印制板设计要求

印制电路板设计应做到正确、可靠、合理和经济。

（1）印制电路板设计的正确性是印制板设计最基本、最重要的要求。

印制电路板应准确实现电原理图的连接关系，避免出现短路和断路等错误。复杂的产品都要经过试制、修改、完善，并进行检验，以保证电气连接的正确性。（2）印制电路板设计的可靠性是PCB设计中较高一层的要求。

连接正确的电路板不一定可靠性好，如板材选择不合理、板厚及安装固定不正确、元器件布局布线不当等都可能导致PCB不能可靠地工作。

从可靠性的角度考虑，结构越简单，使用元件越小，板子层数越少，可靠性越高。

（3）印制电路板设计的合理性是PCB设计中更深一层的要求。

从印制板的制造、检验、装配、调试到整机装配、调试，直到使用、维修，都与印制板设计的合理与否关系甚大，例如，印制板形状选得不好将使加工困难，引线孔太小将使装配困难，没留测试点将使调试困难，板外连接选择不当将使维修困难等。（4）印制电路板设计的经济性是一个必须达到的目标。

通常情况下，应从所选择的板材、印制板的尺寸、连接导线的选用、表面涂覆材料等方面考虑印制板设计的经济性，降低印制板的造价。但应注意，廉价的选择可能造成工艺性、可靠性变差，使制造费用、维修费用上升，总体经济性不一定合算。

以上设计要求既相辅相成，又相互矛盾，不同用途、不同要求的产品侧重点不同，设计时应做到具体问题具体分析，具体产品具体对待，综合考虑以求最佳方案。4.1.2印制电路基板的选用

1.印制电路基板的构成

印制电路基板即敷铜箔层压板，又称敷铜板或覆铜板，是将一定厚度的铜箔通过黏接剂经热压，贴附在一定厚度的绝缘基板上。基板材料不同、厚度不同，使用的黏接剂不同，生产出的敷铜板的性能也不相同。

敷铜箔板的基板是由高分子合成树脂和绝缘材料组成的绝缘层压板。合成树脂中常用的有酚醛树脂、环氧树脂、聚四氟乙烯等，树脂材料的性能决定了基板的介电损耗、表面电阻率等物理性质。增强材料包括纸质和布质，其性能决定了基板的浸焊性、抗弯强度等机械性能。铜箔是敷铜板的关键材料，必须有较高的导电率和良好的可焊性，其质量直接影响到敷铜板的质量，纯度要求大于99.8％，厚度为18～105μm，常用35～50μm，均匀误差应小于±5μm，优选标准系列为18、25、35、70、105μm，目前普遍采用35μm厚的铜箔。

铜箔与基板之间是黏合剂层。黏合剂经高温高压固化后，将铜箔牢固地黏合在基板上，黏合剂的优劣直接影响敷铜板的抗剥离强度的性能指标。

2.印制电路基板的种类、特点和应用

印制电路基板包括覆铜箔酚醛纸层压板、酚醛玻璃布层压板、环氧玻璃布层压板、聚四氟乙烯层压板、三氯氰胺树脂板等，其特点和应用如表4.1所示。表4.1常用印制电路基板的特点及应用

3.敷铜板的主要技术指标

敷铜板的性能指标包括机械性能、电气性能、化学性能和物理性能，在工程使用中其机械焊接性能主要包括抗剥强度、耐焊性、翘曲度、抗弯强度等。

（1）抗剥强度：指铜箔对绝缘基板的剥离力，是衡量铜箔和基板之间的结合力的指标，它取决于黏合剂及制造工艺。

抗剥离强度不够，将造成印制电路板在承受冲击、振动、高温、高湿的可靠性试验中，或在产品的焊接或成品的使用过程中，出现印制板导线及焊盘与基板脱离的现象。（2）耐焊性：

印制电路板在焊接过程中，其局部或全部导线、焊盘及绝缘基板都要在熔锡中浸一定的时间，要求铜箔经过焊接后仍然能够牢固地黏附在基板上，无分层、起泡、脱开等现象。这就是印制板的耐浸焊性，即敷铜板应具有足够的耐热性，它取决于基板材料与黏合剂。（3）翘曲度：

又称弯曲度，是指敷铜板的平直度，即印制板在单位长度上允许翘曲的程度，它取决于板材及其厚度。

在电子设备中，印制电路板通常是固定在机箱的框架构件上，或插装在机箱中的导向件上，若弯曲度较大，印制板会发生上翘或下陷，严重时甚至会造成焊点开裂、印制导线崩断等现象，从而将影响电子产品的质量。（4）电气性能：印制板的导线印制在基板的表面上，导线相距很近并裸露在外，印制线路板在制作过程中受高温、高湿的影响会引起电气性能的变化，造成电路工作不稳定，因此，印制电路板必须具有一定的工作频率范围、较小的介质损耗、绝缘电阻和耐压强度等性能指标，保证良好的电气性能。

（5）耐化学溶剂性能：耐化学溶剂性能是指敷铜板在制图和装配过程中，应能承受一系列化学药品和溶剂影响的能力，在受到化学溶剂影响后，要求铜箔的黏附强度和绝缘性能不受影响。

（6）抗弯强度：指敷铜板承受弯曲的能力，它取决于基板材料和厚度。4.1.3印制电路板的版面控制

1.印制板的形状、尺寸和厚度

印制板的形状、尺寸通常与整机的外形、内部结构和印制板上元器件的数量及尺寸等因素有关。印制板上元器件的排列应考虑机械结构上的间距和电气性能的要求，同时还应考虑成本、工艺等方面的其他要求。

（1）形状：印制电路板的形状通常采用长、宽比例不太悬殊的长方形，这样可以大大简化印制板的成型、加工过程。（2）尺寸：确定印制电路板的尺寸，应考虑电子设备整机的内部结构以及印制板上元器件的数量和尺寸，元器件的排列应留有一定的间隙，特别是在高压电路中，更应注意留有足够的间距。考虑元器件所占面积时，应注意发热元器件的散热器的尺寸。

印制板的净面积确定后，还应按单边向外扩出5～10mm，以便印制板在机内的固定安装。当电子设备内部设计有多块印制电路板，特别是这些印制板通过导轨和插座固定时，应使各块印制板尺寸一致。（3）厚度：印制板的标称厚度有0.2mm、0.3mm、0.5mm、0.7mm、0.8mm、1.5mm、1.6mm、2.4mm、3.2mm、6.4mm等多种规格。

确定板厚时，应考虑下列因素：当印制板对外连接采用直接式插座连接，则必须考虑插座间隙，板厚一般选1.5mm，过厚则插不进，过薄会引起接触不良；对非插入式的印制板，应考虑安装在印制板上的元器件的体积与重量等因素，以避免因挠度而影响电气性能；多层板使用场合可选用厚度为0.2mm、0.3mm、0.5mm等的敷铜板。

2.印制电路板的种类

印制电路板按照其结构形式可分为单面印制板、双面印制板、多层印制板、软印制板、平面印制板等五类，每种印制电路板可应用于不同的设备和使用场合。

（1）单面印制电路板。单面印制电路板只在印制板绝缘基板的一面有印制导线，其板厚为2～5mm，适用于一般要求的电子设备。

（2）双面印制电路板。双面印制电路板的绝缘基板的两面都有印制导线，其板厚为0.2～5mm，适用于要求较高的电子设备，如计算机、电子仪器、仪表等。双面印制电路板上布线密度较高，能减小印制电路板自身的面积和电子设备的体积。（3）多层印制电路板。

多层印制板是指由三层或三层以上的印制导线和绝缘材料层压合成的印制板，其厚度为1.2～2.5mm。多层板安装的元器件容量大，导线短而直，有利于减小电子设备的体积，有利于屏蔽和提高电路的电气性能，但其制造工艺复杂，金属化孔的可靠性差，损坏时难以修复。（4）软性印制电路板。

具有挠性的印制电路板称为软性印制电路板，其基板是软性塑料厚膜或其他软性绝缘材料，在其一面或两面覆盖导电层而制成印制电路板。软性印制电路板也有单层、双层和多层之分，可以卷曲成螺旋形，其绝缘材料包括聚脂、聚酰亚胺、聚四氟乙烯薄膜等，厚度为0.25～1mm之间。

（5）平面印制电路板。平面印制电路板的印制导线嵌入绝缘基板，与基板表面平齐，通常在印制导线上电镀一层耐磨金属，可用于转换开关、电子计算机的键盘等。

4.2印制电路板设计

4.2.1设计综合考虑

根据所要设计的电子线路的具体情况，在设计前应考虑下列几个方面的内容：

（1）根据印制板的面积和元器件的数量，确定选用单面板、双面板还是多层板。

（2）根据电路的工作频率高低，确定元器件选用卧式、立式还是混合式的安装方式，选用圆形焊盘、岛形焊盘还是方形焊盘。

（3）根据印制板的整体布局要求，先确定体积大、形状特殊、发热量大等主要元器件的位置，其他相关元器件的排列应根据主要元器件的位置就近安放。

（4）有极性的元器件，如电解电容器、二极管、三极管和集成电路等元器件的引脚排列方向在外观上应该保持方向一致，这样有利于简化元器件的装配，方便电路的检查和维修，可使印制板较为美观。

（5）元器件排列应整齐、美观，若在一块印制板上准备横向排列元器件，每行元器件应保持同一中心线。

（6）元器件不能占满整个版面，注意四周应留有一定的空隙，以便固定印制电路板，空隙的大小应根据印制板的大小和固定方式决定。4.2.2元器件布局和布线原则

印制电路板上导电图形是依据电原理图设计的，不同的电原理图有各自的布局、布线规律。合理地布局、准确地布线是印制电路板设计中较为重要的技术，将直接影响到电路性能指标的实现。

1.元器件的布局原则

（1）元器件应按电原理图顺序成直线排列，并力求密集、紧凑，缩短引线。如果需要将整个电路分成几块印制板安装时，应使每块印制板成为独立功能的电路，以便单独调试、检验和维修。

（2）元器件排列应整齐、美观，横平竖直，不重叠排列。（3）元器件应分布均匀，密度一致。

（4）元器件应避免互相影响和干扰，元器件间不允许立体交叉、重叠排列，元器件放置方向应与印制线交叉。

（5）电感器件、铁芯器件应注意防止电磁干扰，磁场方向最好与印制板垂直。

（6）高频电路与低频电路、高电位电路与低电位电路的元器件不宜靠得太近。

（7）发热元器件应安排在有利于散热的位置，必要时应单独放置或装散热器。

（8）大而重的元器件如变压器、扼流圈、大电容器、继电器等，可安装在辅助底板上，并用附件将其固定。这些器件若安装在印制板上，应靠近固定端的位置安放，并降低重心，以提高耐振、抗冲击能力，减小印制板的负荷和变形。

2.元器件的排列方式

印制电路板上元器件的排列包括不规则排列、坐标排列和坐标网格排列三种方式。

不规则排列方式主要从电性能方面考虑，可以减小印制导线和元器件的接线长度，从而减小电路的分布参数，但这种方式使得外观不整齐，不利于机械化装配。这种排列方式多用于30MHz以上的高频电路中。

坐标排列方式是指元器件与印制电路板的一条边平行或垂直，排列整齐，但这种排列中引线可能比较长，适用于1MHz以下的低频电路中。

坐标网格排列方式不仅要求元器件的排列与印制电路板的一条边平行或垂直，还要求元器件的焊接点位于坐标格的交点上，这种方式中元器件排列整齐，便于机械化打孔和装配。

3.印制电路板的布线原则

（1）公共地线应尽可能布置在印制电路板的最边缘，便于地线与机架连接。

（2）各级电路的地线通常应自成封闭电路，以减小级间耦合和引线电感，便于接地。但如果电路工作在强磁场中，则地线不能布置成封闭回路，以避免产生电磁感应现象。

（3）频率越高，地线应越宽，以减小地阻抗。可采用大面积地线和全地线，但会使分布电容增加。

（4）电源、滤波、控制等低频导线和直流导线应靠近边缘布置。（5）高频导线宜布置在印制板中间，以减小对地和机壳的分布电容。

（6）高电位导线与低电位导线应尽量分离，使相邻印制线间的电位差最小。

（7）布线时应使导线最短，避免平行走线，以避免寄生耦合。双面印制板两面的导线应避免平行。

（8）高频电路中的高频导线、晶体管各电极引线、输入/输出线应尽量短而直，不得平行。高频电路不能用外接线。

（9）布线时应按信号顺序进行排列，输入与输出线应尽可能远离，并采用地线隔开。

（10）输入线与电源线的距离应大于1mm。（11）电源部分的印制导线应与地线紧密布置在一起，以避免电源线耦合干扰。

（12）对外连接的插接端即印制板插头应注意：输入/输出线应远离，并用地线隔开；其他导线分别布置在输入、输出线两边；输入线与电源线间的距离应大一些；插口导线间距应与插座一致，并定位；不用插接形式时，其转接端也放在印制板一边。

4.电源印制板的布局与布线

电源是每个电子设备必不可少的能源供给电路，通常包括整流、稳压、滤波等电路部分，电源电路中包含变压器、整流管、电容器和电感器等体积较大、重量较重的器件。印制板的布局首先应考虑到重心的位置，保证电子设备整机的稳定性，然后应考虑器件固定方式的防振和抗冲击能力。

电源电路和功率电路应考虑的重要问题是散热问题，散热量大的器件应设置在散热较好的位置。电源电路布线时应考虑电流密度，确定导线的宽度时应严格满足导线的电流密度要求，尽量放大裕量，避免电路发热造成铜箔脱落。同时，电源电路的高电压部分的导线间距应考虑线间绝缘，避免高压击穿；高压器件的设置应注意安装、维护人员的安全。

5.放大器的布局与布线

放大电路是电子设备的重要组成部分，其作用是将小信号不失真地放大到所要求的信号幅度，应保证其放大倍数和失真度要求。设计图上的放大器与实际在印制电路板上安装调试的放大器有很大差异，这是由于个别器件在焊接时参数会发生变化，主要原因是在印制板设计时器件的布局、布线会产生寄生耦合、分布电容等。

因此，在印制电路板设计时，合理的布局、布线可有效地抑制各种寄生耦合，减小失真度，获得满意的放大信号。在放大器的布局、布线中应作以下几个方面考虑。

（1）放大器的输入、输出级应按电路图直线布置。

输入/输出级相距较远可以减小寄生反锁，印制板上直线布局的放大器，输入/输出线较短，可大大减小线间平行靠近，有利于抑制寄生耦合。多级放大器的布局不能采用垂直型、平行型、锯齿型的结构安排，它们产生的寄生电容、电感较大，信号失真较大，采用直线布局效果较好。（2）放大器的高频、高电位器件应安排在纵轴向，高频、低电位和直流器件应安排在横轴向，这样可避免低电位和直流器件受高电位器件的干扰。

推挽放大器、桥式对称电路的印制板布局应考虑其对称性，采用对称布线。

地线设计应适当放宽，各级放大器应就近接地，可采用大面积接地。

（3）放大器的印制板导线，尤其是输入、输出线，应尽可能短而直。线短可以减小信号的衰减，也可减小干扰信号的耦合，减小线间寄生电容、电感的存在。

6.高频系统的布局与布线

高频电路包括高频接收电路、高频放大电路、混频电路及振荡电路等，工作频率在几十兆赫兹到几百兆赫兹的高频区段。

设计此类电路的印制板时，布局应尽可能紧凑，引线应短而宽，导线间距应尽可能大。高频电路中高频感性、容性器件的容量都较小，线间产生的很小的分布电容（小至几微微法）都可能造成电路不起振或频率偏移。

高频电路中的屏蔽及去耦设施应布局合理，电感器、互感器、振荡线圈大都有屏蔽罩，其接地应靠近大地，布局中应使磁力线方向互相垂直，以避免电磁辐射干扰。4.2.3孔和焊盘的设计

1.孔的设计

印制板上的孔主要用于完成电路的电气连接、机械连接、安装和定位。

（1）引线孔。引线孔有电气连接和机械固定双重作用，孔过小不仅安装困难，而且焊锡不能润湿金属孔；孔过大容易形成气孔等焊接缺陷。

设计时，若元器件引线直径为d1，引线孔径为d，则应满足：d1+0.2≤d≤d1+0.4（mm），通常取d=（d1+0.3）mm。（2）过孔。过孔又称连接孔，其作用是实现不同层之间的电气连接。过孔的尺寸越小，则布线密度越高。一般电路过孔直径可取0.6～0.8mm，高密度板可减小到0.4mm，甚至用盲孔方式，即过孔完全用金属填充。过孔的最小极限受制板厂技术设备条件的制约。

（3）安装孔。安装孔用于固定大型元器件和印制板，按照安装需要选取，优选系列为2.2mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、4.5mm、5.0mm、6.0mm，且最好排列在坐标格上。

（4）定位孔。定位孔用于印制板加工和检测定位，可以用安装孔代替，亦可单独设置。通常采用三孔定位方式，孔径应根据装配工艺确定。

2.焊盘的设计

焊盘即印制接点，是指印制在元器件安装孔周围的金属部分，供焊接引线用。焊盘设计时应注意，为增加印制导线与基板的黏贴强度，焊盘一般加宽成圆盘形。

焊盘的尺寸取决于穿线孔的尺寸，单个接点或连线较短的两个圆接点焊接时容易脱落，应加附加接点或加固线。接点圆环的内径应稍大于安装孔径，环宽应大于0.5～0.7mm，优先取0.5mm、1.0mm、1.5mm。

1）焊盘的形状

印制电路板的焊盘形状主要包括圆形、岛形、方形和椭圆形等，实际使用中也可以设计成其他形状。

（1）圆形焊盘。圆形焊盘与穿线孔为同心圆，其外径一般为孔径的2～3倍。设计时，若版面的密度允许，则焊盘不宜过小，因为太小的焊盘在焊接中极易脱落。圆形焊盘多在元件规则排列中使用，双面印制板也多采用圆形焊盘，用于低频或一般电路中。（2）岛形焊盘。焊盘与焊盘间的连线合为一体，形如小岛的焊盘，称为岛形焊盘。岛形焊盘常用于元件的不规则排列和高频电路中，特别是当元器件采用立式不规则安装时更为普遍，可以减小接点和印制导线的电感，增大地线的屏蔽面积，减小接点之间的寄生耦合。

岛形焊盘有利于元器件密集固定，并可大量减少印制导线的长度和数量，能在一定程度上抑制分布参数对电路造成的影响。此外，焊盘与印制线合为一体后，铜箔面积加大，使焊盘和印制导线的抗剥强度增加，因而能降低所选用的敷铜板的要求，降低产品成本。电视机、收录机等家用电器产品中几乎均采用这种焊盘。（3）方形焊盘。印制板上元器件大而少，且印制导线较简单时多采用方形焊盘，这种形式的焊盘简单、精度要求低，铜箔面积大，不易剥落，用于低频电路中，但焊接时需用助焊剂。在手工制作的印制板中常用方形焊盘，因为它只需用刀刻断或刻掉一部分铜箔即可，制作简单，易于实现。在一些大电流的印制板上也多用此形式，它可获得较大的载流量。

（4）椭圆焊盘。这种焊盘具有足够的面积，可增强抗剥能力；在一个方向上尺寸较小，有利于中间走线。椭圆焊盘常用于双列直插式器件或插座类元件。（5）泪滴式焊盘。这种焊盘与印制导线过渡圆滑，在高频电路中有利于减少传输损耗，提高传输速率。

（6）开口焊盘。这种焊盘常用于波峰焊中，焊盘开口的作用是为了保证在波峰焊后，使手工补焊的焊盘孔不被焊锡封死。

（7）矩形焊盘、多边形焊盘。矩形焊盘常用正方形，多边形焊盘常见八边形，这些焊盘一般用于某些焊盘外径接近而孔径不同的焊盘相互区别，便于加工和装配。

（8）异形孔焊盘。异形孔焊盘主要用于安装片状引线的元器件，如用于安装、固定收音机中周的外壳引脚，音频插座的引线等。

2）焊盘的尺寸

对单面板而言，焊盘抗剥能力较差，焊盘外径应大于引线孔1.5mm以上，即如果焊盘外径为D，引线孔为d，则应有D≥（d+1.5）mm。

对双面板而言，D≥（d+1.0）mm。

在高密度精密板上，由于制作要求高，焊盘最小外径可为D=（d+0.7）mm或者更小。

印制电路板的安装孔直径应与插入元件引出线的直径相适应，一般不大于引出线直径0.3mm，为了保证焊接和结合强度，安装孔与焊盘直径的对应关系如表4.2所示。表4.2圆形焊盘与安装孔直径4.2.4印制电路导线宽度及间距设计

1.印制导线的图形和走向

设计印制导线时，应按如下原则考虑：

（1）除地线外，同一印制板上导线宽度应一致，对于个别载流量特别大的导线，导线宽度可增宽一倍。

（2）所有印制导线都应尽量避免分支。

（3）所有印制导线都不应有急剧的弯曲和尖角。

（4）印制导线的弯曲和过渡均需圆弧连接，圆弧半径应不小于2mm。

（5）大面积地线应镂空成栅状，栅条宽度与导线宽度一致。

2.印制导线的设计原则

印制电路板布线不但应走通，而且应合理。设计时应根据具体电路条件进行选择，各种条件均适用以下几条准则：

（1）走线以短为佳，能走捷径的导线就不应绕远。

（2）走线以平滑自然为佳，避免急剧拐弯和出现尖角。

（3）公共地线应尽可能多地保留铜箔。

（4）印制板上大面积铜箔应镂空成栅状，导线宽度超过3mm时中间留槽，以利于印制板涂覆铅锡合金及波峰焊。

（5）为增加焊盘抗剥强度，根据安装需要可设置工艺线，但它不担负导电作用。

3.印制导线的宽度选择

印制导线的宽度选择主要与流过导线的电流大小有关，取决于导线的载流量与温升。印制导线具有电阻，通过电流时将产生热量，使导线温度上升，电流越大，温升越高。

导线若长期受热，铜箔与基板的黏接强度将会降低而造成铜箔脱落，同时电流流经印制导线也会产生电压降，造成信号衰耗，因此，必须合理选择印制导线宽度。印制导线的平均电阻如表4.3所示。表4.3印制导线的平均电阻表4.4印制导线最大允许通过的电流与线阻从表4.4的数据可见，导线宽度不同，允许通过的电流也不同，因此设计计算导线宽度时，应根据不同的电流选择不同宽度的印制导线，所选择的印制导线的宽度应比表中的规定值大一些，留有适当的裕量。

通常在设计印制电路板时，同一块印制电路板上的导线宽度应保持均匀一致。印制电路导线的宽度应大于0.4mm，优先选0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm，对流过大电流的印制导线可放宽到2～3mm。当导线宽度大于3mm时，导线中间应切槽处理。

4.印制导线宽度计算

印制导线的宽度不同，其截面积也不同。不同截面积的印制导线，在一定的温升条件下允许通过的电流也不同，因此，印制导线的宽度取决于导线的载流量和温升。

印制导线的载流量由电路的工作状态决定，而温升由环境温度所限制。印制导线工作时的温度一般不能超过85℃，否则，敷铜板长期受热后，铜箔将因黏贴强度降低而剥离，同时，有些元器件的允许工作温度较低，导线温度越低对元器件的散热越好。

根据电阻的定义和欧姆定律，可得（4.1）将式(4.1)整理并代入有关数据得（4.2）式中，U/l表示单位长度印制导线的电压降，单位为V/m。在设计印制板电路时，电压降必须控制在电路所允许的范围内。若U/l以许用单位电压降［U］表示，则式（4.2）可写成以下形式:（4.3）

用式（4.3）计算印制导线宽度b时，［U］值可根据表4.5选用，表中数据已考虑了印制电路板涂覆后散热性能变差、浸焊或波峰焊后铜箔黏贴强度降低和导线宽度、厚度腐蚀后的差异等因素，并已考虑了安全系数。当导线载流量较小时，［U］值取较大值。表4.5印制导线许用单位电压降［U］设计中可选取印制导线宽度为0.5mm。

5.印制导线的间距选择

印制导线的间距直接影响着电路的分布电容、抗电强度、绝缘强度等电气性能，导线间距越小，则分布电容越大，电路稳定性越差，尤其在高频工作情况下对电路的影响更大。

当印制导线间取不同的间距时，其工作电压和抗电强度也不同，印制导线的间距、允许工作电压和击穿电压三者之间的关系如表4.6所示。表4.6印制导线间距、允许工作电压和击穿电压之间的关系

设计印制导线间距时，应按如下原则进行考虑：

（1）导线间距设计通常应等于导线宽度，但不小于1mm。对于微型设备，间距应不小于0.4mm。

（2）如果导线间电压大于300V，则导线间距应大于1.5mm，否则印制导线间易出现跳火、击穿现象，导致基板表面炭化或破裂。

（3）对于低频、低电位电路，导线间距主要取决于焊接工艺。

（4）对于高电位/电压电路，导线间距取决于抗电强度。电位差越大，间距应越大。

（5）对于高频电路，导线间距主要取决于允许的分布电容和电感。导线间距越大，分布电容越小；两导线的平行长度越大，分布电容也越大。

6.印制导线间距计算

印制导线的间距可按以下方法确定：根据大气压强和导线间距的乘积与击穿电压的关系曲线确定导线的间距，曲线如图4.1所示。

抗电强度不仅与导线间距有关，而且还与大气压强有关，抗电强度还与电压的频率有关，频率越高，击穿电压越低，故频率升高，抗电强度下降。图4.1大气压强和导线间距的乘积与击穿电压的关系曲线例4.2

设计高原用电子设备的60Hz电源印制电路板，其工作电压为1000V，设备在5000m高原气压为54000Pa，取抗电安全系数为3，即击穿电压为工作电压的3倍，试确定印制电路板的导线间距。

解根据题意，击穿电压为1000×3＝3000V由图4.1可查得在3000V击穿电压时，大气压强与导线间距的乘积为8000Pa·cm。因为工作环境气压为54000Pa，所以印制导线间距为4.2.5印制电路板版面设计

1.版面设计的应知条件

（1）明确印制板需容纳的电路及各种元器件的型号、规格和尺寸。

（2）明确各元器件和导线在布局、布线中的特殊要求。例如,需要屏蔽的元器件和导线,发热量大或对温度敏感的元器件,元器件和导线的工作频率和电位高低以及工作环境温度等。

（3）明确所设计的印制板在电子设备总体布局中的位置及其连接形式，包括机械连接和电路连接，以及板面尺寸限制和要求。

2.印制板材料、板厚、形状和版面尺寸选定

（1）根据印制板的耐温要求、工作频率和电位高低选定符合要求的基板材料。

（2）结合电路的复杂程度和排线需要，确定采用单面板、双面板还是多层印制电路板等印制板类型。

（3）印制板的形状通常采用矩形，其长、宽比例选3∶2或4∶3较好，长、宽比例过大容易产生变形。对于采用插座、导轨固定的印制电路板，当跨度过大时，必须加大板厚。

（4）印制电路板版面尺寸应根据电路的结构需要确定。（5）印制板的板厚应根据版面尺寸的大小和所安装的元器件重量来决定。目前板厚已标准化，包括1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm等规格，实际使用中通常采用1.5mm和2.0mm。

版面尺寸小于200mm×150mm时，板厚可用1.5mm；版面尺寸大于200mm×150mm时，板厚应用2.0mm。采用插座、导轨固定的印制板，跨度不宜过大，当跨度超过200mm时，必须加大板厚。

3.印制板版面图形设计

（1）设计和绘制坐标尺寸图。

设计和绘制坐标尺寸图时，应根据电路图、元器件外形尺寸和布局、布线要求，逐级按从输入到输出的顺序绘制。

（2）充分利用版面，保证电路要求。

首先应从外形尺寸基本一致的多数元件中选出典型元件作为基本单元，通常选尺寸较小、数量较多的元件作为典型元件，再估算其他元器件的尺寸与典型元件的比例关系，确定板面尺寸。（3）确定元器件所占位置。若典型元件尺寸中长×宽为b×d，则布局时元器件外表面的距离应大于1.5mm，即元器件的间距应为A≥d+1.5mm，同一元器件的两接点间距离应为L≤b+(4～5)mm。

（4）确定安装孔位置。

在布置元器件安装孔位置时，必须保证相邻安装孔的孔距大于接点外圆直径与导线间距之和，各安装孔的圆心应在坐标格的交点上。

（5）元器件的合理布局、布线。4.2.6印制电路板的互连

电子设备或系统通常都会包含若干块印制板，印制电路板之间以及印制板与其他零部件之间（如面板上的元器件、执行机构等）需要进行电气连接。选用可靠性、工艺性与经济性最佳配合的连接，是设计印制板的重要内容之一。

1.焊接方式

采用焊接方式的优点是简单、可靠、价廉，缺点是互换、维修不方便，批量生产工艺性差。在自制工装、电路实验、样机试制时常使用焊接方式，具体连接有以下四种接法：

（1）导线焊接。通常焊接导线的焊盘应尽量安排在印制板边缘，并采用适当的方式避免焊盘直接受力。（2）排线焊接。两块印制板之间采用连接排线，既可靠又不易出现连接错误，且两板相对位置不受限制。

（3）印制板之间直接焊接。常用于两块印制板之间为90°夹角的连接，连接后成为一个整体印制板部件。

（4）通过标准插针连接。通过标准插针将两块PCB连接，两块板一般平行或垂直，容易实现批量规模生产。

2.印制板插座连接方式

印制板的插座连接是在印制板边缘做出印制插头，与专用印制板插座相配，包括簧片式插头插座和针孔式插头插座，实际应用中以插针式为主。

插座连接方式的优点是互换性、维修性能良好，适宜于标准化大批量生产；缺点是印制板的造价提高，对印制板制造精度及工艺要求较高。

3.插头插座方式

适用于印制板对外连接的插头插座种类很多，其中常用的有以下几种。

（1）条形连接器。

条形连接器的连接线数从两根到十几根不等，线间距包括2.54mm和3.96mm两种，插座焊接到印制板上，插头用压接方式与导线连接。这种连接器通常用于印制板对外连接线数不多的场合，如计算机上的电源线，声卡与CD－ROM的音频线等。（2）矩形连接器。矩形连接器的连接线数从8根到60根不等，线间距为2.54mm，插头采用扁平电缆压接方式，用于连接线数较多且电流不大的场合，如计算机中硬盘、软盘、光盘驱动器的信号连接，并口、串口的板间连接等。

（3）D形连接器。

D形连接器有可靠的定位和紧固，常用的线数为9、15、25、37根等几种，用于对外移动设备的连接，如计算机串口、并口对外连接等。

（4）圆形连接器。

圆形连接器在印制板对外连接中，主要用于一些专门部件，如计算机键盘，音响设备之间的连接。

此外，还有专门用于音频、视频及直流电源连接的接插件。

同一块印制板上根据需要可采用一种或多种连接方式，例如计算机印制电路板上就采用了除焊接外的各种连接方式。

4.双面印制板的两面互连

当双面印制板两面的导线需要互连时，可采用金属化孔法、金属空心铆钉互连法和金属导线穿焊法。

金属化孔法是通过金属化孔将印制板两面的导线连通，是双面印制板连接的典型处理方法。在孔不多的双面互连的情况下，可采用金属空心铆钉互连法或金属导线穿焊法。 4.3印制电路板其他设计

4.3.1印制板散热设计

设计印制电路板时，除了应考虑以上所述的相关设计内容外，还必须考虑印制电路板的散热问题，必须考虑发热元器件、怕热元器件及热敏感元器件的分板、板上位置布局及布线问题。在常用元器件中，电源变压器、功率器件、大功率电阻等都是发热元器件，它们在印制电路板使用中将成为热源；电解电容器是典型的怕热元件；几乎所有半导体器件都有不同程度的温度敏感性。印制板散热设计的基本原则是：印制电路板的安装、元器件的布局必须有利于散热，远离热源。具体设计中可采用以下措施。

（1）热源外置。这种方法是将发热元器件移到机壳之外，如很多电子设备中的电源，将其中的调整管置于机外，并利用机壳中的金属外壳进行散热。

（2）热源单置。这种方法是将发热元器件单独设计为一个功能单元，置于机内靠近边缘容易散热的位置，必要时可强制通风，如台式计算机的电源部分。（3）热源上置。如果必须将发热元器件和其他电路设计在同一块印制电路板上时，根据热空气上升的原理，应尽量使发热量大的元器件等热源设置在印制电路板的上部，有利于散热且不易影响怕热元器件。

（4）热源高置。发热元器件不宜贴板安装，元器件与基板之间应保留一定距离以利散热，可避免印制板受热过度。

（5）散热方向。印制电路板的安装应优先采用垂直方向，尽量避免水平安装，特别应避免装配面朝下的水平安装方式。发热元件放置应有利于散热。（6）远离热源。怕热元器件及热敏感元器件应尽量远离热源，避开散热通道。

（7）热量均匀。这种方法是将发热量大的元器件置于容易降温之处，即将可能超过允许温升的器件置于空气流入口处，应使整个电路温度下降，热量均匀。

（8）引导散热。这种方法可添加某些与电路原理无关的零部件来进行散热。如采用强制风冷的印制板，通过“紊流排”使靠近元器件处产生涡流而增强散热效果。由于空气流动时选阻力小的路径，因此可改变气流，改善散热效果。4.3.2印制板地线设计

1.地线阻抗

地线是电路中电位的参考点，又是电流的公共通道。地电位理论上是零电位，实际上由于导线阻抗的存在，地线上各处电位不都等于零。

例如：印制板上宽度为1.5mm，长为50mm的地线铜箔，若铜箔厚度为0.05mm，则这段导线电阻为0.013Ω，若流过这段地线电流为2A，则这段地线两端电位差为26mV，在微弱信号电路中，26mV的电位差足以影响信号的正常工作。在数十兆赫以上频率的高频电路中，导线不仅有电阻，同时还存在电感。以平均自感量为0.8μH/m计算，50mm长的地线上自感为0.04μH，若电路工作频率为60MHz，则此时感抗为16Ω，如果在这段地线上流过10mA电流，就可产生0.16V的干扰电压，这一干扰电压足以将有用信号淹没。

由此可见，地线只要有一定的长度，就不可能是一个电位处处为零的等电位体。地线不仅是必不可少的电路公共通道，同时也是产生干扰的一个途径。

2.接地方式

地线接地时采用一点接地的方式是消除地线干扰的基本原则。例如对于差动运算放大电路，在放大单元上所有接地元器件应在一个接地点上与地线连接。在印制板设计中，应将这些接地元器件尽可能就近接到公共地线的一段或一个区域内，也可以接到一个分支地线上。

设计布线时应做如下处理：

（1）地线可采用大面积接点、汇流排、粗导线等接地，它们的电阻可忽略。

（2）板外元器件，如大功率管、电位器等元件的接地点应和印制电路板上的元器件一样采用一点接地。（3）一个单元电路中所接元器件较多时可采用几个分地线，这些分地线不可与其他单元的地线连接。

（4）高频电路不能采用分地线，而应用大面积接地方法。

3.板内地线布线方式

（1）并联分路方式。

一块印制电路板内如果有几个子电路或几级电路时，各子电路或各级地线应分别设置，并联汇集到一点接地。

（2）汇流排方式。

在高速数字电路中，可采用汇流排方式布设地线，这种汇流排是由0.3～0.5mm的铜箔板镀银制成的，印制板上所有的IC地线都应与汇流排接通。由于汇流排直流电阻很小，又具有条形对称传输线的低阻抗特性，可以有效减小干扰，提高信号传输速度。（3）大面积接地。

在高频电路中将所有能利用的面积均布设为地线。在这种布线方式中，元器件通常都采用不规则排列方式，并按信号流向依次布设，以求最短的传输线和最大的接地面积。

（4）一字形地线。

当印制电路板内电路不复杂时，可采用一字形地线，这种方式较为简单、明了，但应注意地线必须有足够的宽度，且同一级电路接地点应尽可能靠近，总接地点在最后一级。4.3.3印制电路板的防干扰设计

1.电磁干扰的产生

大型电子设备中印制电路板上的元器件较密集，设计中应将元器件合理布局，导线应规范布设。如果设计不合理，将会产生电磁干扰，使电路性能受到影响，或使电路功能不能可靠实现，甚至可能使得电子设备不能正常工作。电磁干扰包括以下三种形式：

（1）平行线效应。根据传输理论，平行导线之间存在电感效应、电阻效应、电导效应、互感效应和电容效应，一根导线上的交变电流必然影响另一根导线，从而产生干扰。

（2）天线效应。由无线电理论可知，一定形状的导体对一定波长的电磁波可实现发射或接收。印制板上的印制导线、板外连接导线甚至元器件引线都可能成为发射或接收干扰信号或噪声的天线。这种天线效应在高频电路的印制板设计中尤其不可忽视。

（3）电磁感应。电磁感应主要指电路中的磁性元件形成的磁场对印制板产生的影响，如扬声器、电磁铁、永磁表头等产生的恒定磁场，以及变压器、继电器等产生的交变磁场。

2.电磁干扰的抑制

电磁干扰无法完全避免，只能在设计中采取一定措施加以抑制。

（1）易受干扰导线的布设要点。

通常低电平、高阻抗端的导线容易受干扰，布设时应注意：导线越短越好，原因是平行线效应与长度成正比；导线应顺序排列，按信号走向顺序布线，切忌迂回穿插；导线应远离干扰源，尽量远离电源线、高电平导线；实在避不开干扰源时，不能与之平行走线，可采用双面板交叉通过或采用单面板飞线过渡。（2）避免环状布线。

印制板上的环形导线相当于单匝线圈或环形天线，使电磁感应和天线效应增强。布线时应尽可能避免成环状或尽量减小环形面积。

（3）反馈布线要点。

反馈元件和导线连接输入和输出，导线布设不当容易引入干扰。对于放大电路，由于反馈导线越过放大器基极电阻，可能产生寄生耦合，影响电路工作。布设时应将反馈元件置于中间，输出导线远离前级元件，避免干扰。（4）屏蔽地线设置。

印制板内设置屏蔽地线包括大面积屏蔽地、专置地线环和专用屏蔽线等形式。采用大面积屏蔽地时，应注意此处地线不应作信号地线，单纯作屏蔽用；采用专置地线环避免输入线受干扰，屏蔽地线可在单侧、双侧，也可在另一层；采用屏蔽线，主要由于高频电路中，印制导线分布参数对信号影响较大，且不容易阻抗匹配，因而应使用专用屏蔽线。（5）远离磁场，减少耦合。

对于干扰磁场，首先应设法远离；其次，布线时应尽可能使印制导线方向不切割磁力线；然后，可考虑采用无引线元件以缩短导线，避免引线干扰。（6）滤波去耦电容设置。

为防止电磁干扰通过电源及配线传播，常用的方法是在印制板上设置滤波去耦电容，这些电容通常在电原理图中不反映出来。

滤波去耦电容通常包括两类：

一类是通常在印制板直流电源入口处，在电源和地之间并联一只大于10μF的电解电容器和一只0.1μF的陶瓷电容器。当电源线在板内走线长度大于100mm时应再加一组电容。特殊场合可再并联一只0.01μF的电容。另一类是在集成电路电源端加0.1μF～680pF之间的陶瓷电容器，尤其多片数字电路IC更不可少。注意电容必须加在靠近IC电源端处且与该IC地线连接。电容量根据IC速度和电路的工作频率选用。速度越快，频率越高，电容量应越小且须选用高频电容。4.3.4印制电路板的防冲振设计

1.提高印制板的固有频率

防止印制电路板受冲击和振动而损坏元器件的有效方法是提高印制板的固有频率，以防止共振，因为共振时印制电路板上元器件的引线会产生疲劳损坏，导致断裂。

试验表明，在正弦振动下，印制电路板中心最大挠度只要不超过印制板跨度的3‰，印制板上元器件引线的疲劳寿命可达一千万次，也就是说，只要控制印制板的谐振频率，使其最大振幅不超过跨度的3‰，就可使印制电路板有足够的抗冲振能力。

2.正确安装元器件

正确安装元器件可以提高印制电路板的耐冲振能力。元器件安装时，必须做到以下三个方面:

（1）元器件轴线平行于印制电路板安装时，元器件的外表面与印制电路板版面的距离越小越好。如果元器件下面有印制导线，从绝缘方面考虑，元器件可与板面离开1～2mm，也可加绝缘垫，以减小元器件在受冲振时的位移和损坏。另外，元器件的引线不能在其根部弯折，弯折点距元器件根部应大于2mm。（2）元器件轴线垂直于印制电路板安装时，应在元器件和印制板之间加一块绝缘性能较好的弹性垫片，这样处理可提高元器件的装配强度和耐冲振能力。

（3）对印制板上在焊接时热敏感的元器件，不能采用引出线插到底的安装方法，应将引出线留长一些，弯折成型后再安装。对于既对焊接热敏感又对冲振敏感的元器件，可采用反装结构或托装结构等特殊安装方式，这些安装方式既便于焊接，又能起减振缓冲作用，同时还有助于散热。 4.4印制电路板制板工艺

4.4.1图纸绘制

1.线路图草图的绘制

排版设计并不是单纯地按照原理图连接起来，而应遵循一定的设计原则，合理地布局、布线，采取一定的抗干扰措施，使电子设备整机安装方便，维修容易。无论是手工排版还是利用计算机布线排版，都要经过草图设计这一步骤。

1）原理图分析

分析原理图的目的是为了在设计过程中掌握更大的主动性，分析应达到如下目的：

（1）理解原理图的功能、原理，找出可能的干扰源，并制定应采取的抑制措施。

（2）熟悉原理图中的每个元器件，掌握每个元器件的外形尺寸、封装形式、引线方式，排列顺序以及各管脚功能，确定发热元件所要安装的散热片的面积，以及确定哪些元器件安装在印制板上，哪些元器件安装在板外。（3）确定印制板参数，根据线路的复杂程度确定印制板应采取单面板还是双面板，根据元器件的尺寸、元器件在印制板上的安装方式、排列方式和印制板在整机内的安装方式，综合确定印制板的尺寸及厚度等参数。

（4）确定对外连线方式，根据布置在面板、底板、侧板上的元器件的位置来具体确定。

2）单面板的排版设计

印制电路板的排版设计十分灵活，在实际排版中，通常应遵循以下原则：

（1）根据与面板、底板、侧板等的连接方式，确定有关的元器件在印制板上的具体位置，然后决定其他一般元件的布局。布局应均匀，有时为了排列美观和减少空间，可将具有相同性质的元器件布设在一起，由此可能会增加印制导线的长度。

（2）元器件在板上的位置确定后，可开始布设印制导线，布设导线时，应尽量使走线短、少、疏，关键应考虑在此基础上解决导线的交叉现象。在十分复杂的电路中，由于解决交叉现象而导致印制导线很长的情况，可能产生干扰，可用“飞线”来解决。

3）正式排版草图的绘制

正式排版草图是为了制作照相底图而必须绘制的草图。绘制草图的要求是：版面尺寸、焊盘位置、印制导线的连接与布设、板上各孔的尺寸与位置均与实际印制板相同并标出，同时应注明线路板的技术要求。

技术要求包括：焊盘的内、外径，线宽，焊盘间距及公差，板料及板厚，板的外形尺寸及公差，板面镀层要求，板面助焊、阻焊要求等。草图的具体绘制步骤如下：

（1）按草图尺寸取方格纸或坐标纸。

（2）画出版面轮廓尺寸，留出版面各工艺孔的位置和图纸技术要求说明的空间。

（3）用铅笔画出元器件外形轮廓，小型元件可不画轮廓，但应做到心中有数。

（4）标出焊盘的位置，勾画印制导线。

（5）复核无误后，擦掉外形轮廓，用绘图笔重描焊点及印制导线。

（6）标明焊盘尺寸、线宽，注明印制板的技术要求。

（7）标明草图比例。图的比例可根据印制板图形密度与精度按1∶1、2∶1、4∶1等比例选取。

4）双面板排版草图的设计与绘制

双面板排版与单面板设计绘制过程相同，但还应考虑以下几点：

（1）元器件布设在一面，主要印制导线布设在另一面，两面印制导线应尽量避免平行布设，力求相互垂直，以减少干扰。

（2）两面印制导线最好绘制在两面，如在一面绘制，应双色绘制，注明对应层颜色。

（3）两面的焊盘应严格对应，可通过用针扎孔法将一面焊盘中心引到另一面。

（4）在绘制元件面导线时，注意避让元件外壳、屏蔽罩等。

（5）两面彼此连接的印制线，需用金属化孔实现。

2.照相底图的绘制

照相底图是用来进行照相制版的比例精确的图纸，也叫黑白图，它是根据预先设计的布线草图绘制而成的。制作一块标准印制板，一般需绘制三种照相底图：导电图形底图、印制板表面阻焊层底图、标志印制板上所装元器件的位置及名称等文字符号的底图。对结构简单、元件较少的印制板或元器件有规则排列的印制板，有时可将文字符号底图与导电图形合并，与导电图一起蚀刻在印制板上，或者干脆省略文字符号底图。

1）绘制照相底图的要求

（1）一般应绘制成与布线草图相同的照相底图，对要求高的场合，可适当放大比例。

（2）印制焊盘、导线均应按草图标志尺寸绘制。

（3）应做到版面清洁，焊盘、导线光滑，无毛刺，同时应保证足够的安全间隙。

（4）应注明印制板的技术要求。

2）绘制照相底图的方法

（1）手工绘制。用黑笔在白铜板纸上绘制照相底图，方法简单，绘制灵活，缺点是导线宽度不均匀，效率较低。一般用于新产品研制及小批量生产或修理有缺陷的底图。

（2）手工贴图。利用专用的图形符号和胶带，在贴图纸或聚酯薄膜上，依据布线草图贴出印制板的照相底图。（3）底图的计算机绘制。利用计算机对印制电路进行辅助设计，是目前印制电路板底图设计的主要方法，利用计算机绘制底图，不仅可以使底图更整洁、标准，而且能够解决手工布线时印制导线不能过细和间隙较窄等问题，同时可彻底解决双面焊盘严格一一对应的问题，并且通过绘图仪可很方便地将黑白图绘制出来，还可通过磁盘对印制底图作永久性的保存。

印制底图的计算机辅助设计软件包括早期的Smartwork软件包、Tango软件包，以及目前较为流行的Protel软件包、ORCAD软件包等。（4）光绘。

使用计算机和光绘仪，直接绘制出原版底图，光绘的精确度较高，但设备价格较贵。

除线路图外，还有其他几种印制板加工图。根据印制板的种类和加工要求，绘制时可以包括一种、两种或全部图纸。

3.机械加工图

外形尺寸及定位要求高的印制板应绘制单独的机械加工图，标明印制板的外形尺寸，孔位、孔径及形位公差，使用材料，工艺要求以及其他说明。

绘制机械加工图时应注意以下几点：

（1）机械加工图应严格按机械图的标准要求绘制，尺寸公差应符合有关标准。

（2）机械加工图通常采用和导电图形相同的比例，如果采用其他比例则需明确标出。

4.字符标记图

为了装配和维修方便，常将元器件标记、图形或字符印制到印制板上，其原图称为字符标记图，因为常采用丝印的方法，所以也称丝印图。

丝印图中的字符、图形没有统一标准，手工绘制时可按习惯绘制，采用CAD软件绘制时，元件库中的元器件均包含丝印图形和字符，可通过制版照相或光绘获得底片。

丝印图的比例。绘图要求与线路图相同，丝印图可印在元件面上，也可两面都印。

5.阻焊图

采用机器焊接印制电路板时，为防止焊锡使无需焊接的区域桥接而在印制板焊点以外的区域印制一层阻止锡焊的涂层（绝缘耐锡焊涂料）或干膜，这种印制底图称为阻焊图，由印制板上与全部焊点形状对应，略大于焊盘的图形构成。

阻焊图可手工绘制，采用CAD软件绘制时可生成标准阻焊图，获得底片的方式与线路图一致。

6.印制板加工技术要求

设计者将图纸或设计图备份交给制版厂家时，需提供附加技术说明，一般通称技术要求。技术要求通常写在加工图上，对于简单图也可直接写到线路图或加工合同中。

技术要求必须包括外形尺寸及误差、板材、板厚、图纸比例、孔径及误差、镀层要求、涂层（助焊剂和阻焊层）要求等。4.4.2印制电路板制作工艺

随着电子工业的飞速发展，特别是微电子工业的发展，集成电路的应用日益广泛，随之而来的是对印制板制造工艺和精度提出的更高要求。目前国内不少厂家都可制造线宽在0.2～0.3mm的高密度印制板。

印制板的制造工艺随印制板的类型和要求的不同而不同，但所有工艺流程都包括以下的几个基本环节。

1）绘制照相底图

照相底图的绘制是厂家进行印制板生产的第一道工序，即为设计者的底图进行检查、修改，以保证加工质量。目前底图通常应用计算机绘制，将绘制好的底图拷贝在软盘或光盘上，厂家可通过绘图仪直接将底图绘出。

2）照相制板

用绘好的底图照相制版，版面尺寸可通过调整相机焦距准确达到印制板尺寸要求，相版要求反差大、无砂眼。制版过程与普通照像大体相同。相版干燥后需修版，对相版上的砂眼进行修补，对不要的部分要用小刀刮掉。

双面板的照相版应保证正面和反面两次照相的焦距一致，确保两面图形尺寸的吻合。

3）图形转移

图形转移是把照相底版上的印制电路图形转移到敷铜板上，转移方法包括丝网转移和光化学法等。

（1）丝网漏印。

丝网漏印是一种古老的工艺，但由于具有操作简单、生产效率高、质量稳定和成本低廉等优点，被广泛应用于印制板制造中。该法在工艺、材料、设备上都有突破，能印制出0.2mm的导线，但精度比光化学法差，要求工人具有熟练的操作技术。丝网漏印技术包括丝网的准备，丝网图形的制作和漏印三部分。（2）直接感光法。

光化学法之一是直接感光法，包括敷铜板表面的处理、上胶、曝光、显影、固膜和修版的顺序过程。

上胶过程指敷铜板表面均匀涂上一层感光胶；曝光的目的是使光线透过的地方感光胶发生化学反应；而显影的结果是使未感光胶溶解、脱落，留下感光部分；固膜是为了使感光胶牢固地黏连在印制板上并烘干。（3）光敏干膜法。

光化学法之二是光敏干膜法，与直接感光法的主要区别在于感光材料。感光材料是一种薄膜类物质，由聚酯薄膜、感光胶膜、聚乙烯薄膜三层材料组成，感光胶膜夹在中间。

贴膜前，将聚乙烯保护膜揭掉，使感光胶膜贴于覆铜板上，曝光后，将聚酯薄膜揭掉后再进行显影，其余过程与直接感光法类似。

4）蚀刻

蚀刻俗称烂板，是制造印制电路板的必不可少的重要工艺步骤。它利用化学方法去除敷铜板上不需要的铜箔，留下焊盘、印制导线及符号等。

常用的蚀刻溶液有三氯化铁、酸性氯化铜、碱性氯化铜、硫酸－过氧化氢（过氧化氢硫酸蚀刻液）等。三氯化铁蚀刻液适用于丝网漏印油墨抗蚀剂和液体感光胶抗蚀层印制板的蚀刻。用其蚀刻的特点是工艺稳定，操作方便，价格便宜。但是由于它再生困难，污染严重，废水处理困难而正在被淘汰，只适合在实验室中少量加工。影响三氯化铁蚀刻时间的因素有浓度和温度、溶铜量（铜在蚀刻液中溶入的量）、盐酸的加入量以及适当的搅拌方式。

酸性氯化铜代替三氯化铁蚀刻液，具有可回收、再生方法简单、减少污染、操作方便等特点。酸性氯化铜蚀刻液的配方一般除氯化铜外还提供氯离子的成分：氯化钠、盐酸和氯化铵。影响氯化铜蚀刻程度的因素包括氯离子的浓度、溶液中铜的含量以及溶液温度等。碱性氯化铜适用于金、镍、铅－锡合金等电镀层作抗蚀涂层的印制板蚀刻，具有蚀刻速度快、容易控制、维护方便（通过补充氨水或氨气维持pH值）以及成本低等特点，它的蚀刻度受铜离子的浓度、氨水浓度以及温度等因素的影响。

硫酸－过氧化氢是一种新的蚀刻液，具有蚀刻速度快、溶铜量大、铜的回收方便、无须废水处理等特点。影响蚀刻的因素包括过氧化氢的浓度、硫酸和铜离子的浓度、稳定剂（使溶液稳定，蚀刻速率均匀一致）、催化剂（Ag+、Hg+、Pd2+等）和温度等。

蚀刻的方式主要包括浸入式、泡沫式、泼溅式和喷淋式等，分别适用于不同的蚀刻液蚀刻，目前工业生产中用得最多的是喷淋式蚀刻。

5）孔金属化

孔金属化是双面板和多层板的孔与孔、孔与导线之间导通的最可靠方法，是印制板质量好坏的关键，是将铜沉积在贯通两面导线或焊盘的孔壁上，使原来非金属的孔壁金属化。

孔金属化的过程包括钻孔、孔壁处理、化学沉铜和电镀铜加厚等环节。

孔壁处理的目的主要是使孔壁上沉淀一层作为化学沉铜的结晶核心的催化剂金属；化学沉铜的目的主要是使印制板表面和孔壁产生一薄层附着力差的导电铜层；最后的电镀铜使孔壁加厚并附着牢固。

6）金属涂覆

为提高印制板电路的导电性、可焊性、耐磨性、装饰性，延长其使用寿命，提高其电气可靠性，可在印制板的铜箔上涂覆一层金属，镀层材料包括金、银、锡、铅锡合金等。

涂覆的方法包括电镀和化学镀覆两种。

电镀法可使镀层致密、牢固、厚度均匀可控，但设备复杂、成本高，通常用于要求高的印制板和镀层，如插头部分镀金等。化学镀覆设备简单、操作方便、成本低，但镀层厚度有限，牢固性差，通常只适用于改善可焊性的表面涂敷。

目前大部分金属涂覆都是采用浸锡和涂镀铅锡合金的方法来改善可焊性，它具有可焊性好、抗腐蚀能力强、长时间放置不变色等优点。

7）涂覆助焊剂与阻焊剂

印制板经表面金属涂覆后，根据不同的需要可进行助焊剂和阻焊剂的涂覆处理。涂助焊剂的目的，既可起保护镀层不被氧化的作用，又可提高可焊性。为了保护板面，确保焊接的正确性，在一定的要求下可在板面上加阻焊剂，但必须使焊盘裸露。

8）制作字符图

印制板加工除上述七个基本环节外，还有其他加工工艺，可根据实际情况添加，如为了装焊方便，可在元件装配面印上文字标记、元件序号等。4.4.3印制板的生产工艺

印制板的生产过程都需上述环节，但不同的印制板具有不同的工艺流程。

1.单面板生产流程

单面板的生产流程包括敷铜板下料、表面去油处理、上胶、曝光、显影、固膜、修版、蚀刻、去保护膜、钻孔、成型、表面涂敷、助焊剂、阻焊剂、检验。

单面板工艺简单，质量易于保证，但在焊接之前，还应进行检验。

2.双面板生产流程

双面板与单面板生产的主要区别是增加了孔金属化工艺。

由于孔金属化工艺的多样性，导致双面板制作工艺的多样性，但总体上可概括为先电镀后腐蚀和先腐蚀后电镀两类。电镀的方法包括板面电镀法、图形电镀法、反镀漆膜法。先腐蚀的方法包括堵孔法和漆膜法。

采用较为先进的图形电镀法工艺流程的生产过程包括下料、钻孔、化学沉铜、电镀铜加厚（不到预定厚度时）、贴干膜、图形转移（曝光、显影）、二次电镀加厚、镀铅锡合金、去保护膜、腐蚀、镀金（插头部分）、成型、热熔、印制阻焊剂及文字符号、检验。

3.多层板的生产流程

随着微电子技术的发展，大规模集成电路的应用日趋广泛，为适应一些特殊应用场合的需要，导弹、遥测系统、航天、航空、通信设备、高速计算机、微小型化计算机等产品对印制电路不断提出新的要求，多层印制电路得到了推广。

多层印制电路板也称多层板，是由三层以上相互连接的导电图形层，层间用绝缘材料相隔，经黏合后形成的印制电路板。多层印制板的生产过程比较复杂，各层精度要求高，其步骤包括设计、相版、制作内层导线图形及去膜、化学处理内层图形、层压、钻孔、孔金属化、印制外层抗蚀图形（贴膜）、外层图形电镀铅锡合金、去抗蚀膜蚀刻外层图形、插头退铅锡合金并镀金、热熔铅锡合金、外形加工、测试、印阻焊剂与文字符号、成品。

4.手工制作印制版

在电子设备或系统的试制阶段或学生进行课程设计或毕业设计时，经常需要手工制作印刷电路板，因此必须掌握手工自制印制板的方法。

手工制作包括漆图法、贴图法、铜箔黏贴法。

常用的贴图法的制作过程包括下料、拓图、贴图、腐蚀、揭膜、清洁、打孔以及涂助焊剂。（1）下料。按实际要求的设计尺寸剪裁敷铜板，去除敷铜板四周的毛刺，并使敷铜板表面清洁。

（2）拓图。将设计好的印制板布线草图通过专用打印纸和仪器设备（也可用复写纸）拓在干净的敷铜板铜箔面上，拓图时应注意草图的正反面。印制导线用单线表示，焊盘用小圆点表示。

拓双面板时，板与草图至少有三个以上定位孔（孔间距要大），以保证两面焊盘孔的吻合适度。（3）贴图。用透明胶带纸覆盖住铜箔面，用刻刀和尺子去除拓图后留在铜箔面的图形以外的胶带纸，注意留下导线宽度以及焊盘大小，防止焊盘过小而在钻孔时使焊盘位置消失，同时压紧留下的胶带纸。

（4）腐蚀。腐蚀液通常用三氯化铁水溶液，浓度控制为30%～40%，温度应适当，以加快腐蚀速度，并用排笔轻轻刷扫，以防止腐蚀下的铜层覆盖未腐蚀层而降低反应速度。待完全腐蚀后，必须用清水清洗干净。

（5）揭膜。印制电路板腐蚀后，将留在印制导线和焊盘上的胶带纸揭去。（6）清洁。用细砂纸打磨印制导线和焊盘，使胶带纸上的黏合层被完全消除掉，露出铜的光亮本色。

（7）打孔。在焊盘、穿孔处打孔，钻孔前，应先在焊盘中心打样冲眼以确定焊盘孔位，用电钻钻孔时钻头速度和钻头进刀应恰当选取，以免使铜箔产生毛刺或使铜箔剥落。

为了保证打孔位置的准确，可用视频钻打孔，因视频钻可将打孔部位放大。操作时，将印制板放在视频钻摄像探头下，探头对准需打孔的位置，使屏幕上显示的打孔位置中心与屏幕的中心位置重合，按下开关进行打孔。

（8）涂助焊剂。用已配好的松香酒精溶液作为助焊剂，对印制导线和焊盘进行涂覆。助焊剂可使板面得到保护，并可提高可焊性。4.4.4印制电路板的检验

1.外观检验

外观检验简单易行，借助直尺、卡尺、放大镜等简单的工具，对要求不高的印制板可以进行质量把关。外观检验主要包括以下几方面内容：

（1）外形尺寸与厚度，特别是检验与插座、导轨配合的尺寸是否在要求的范围内。

（2）导电图形的完整和清晰，有无短路和断路、毛刺等。

（3）表面有无凹痕、划伤、针孔以及表面粗糙现象。

（4）焊盘孔及其他孔的位置及孔径有无漏打或打偏现象。

（5）镀层平整光亮，无凸起、缺损现象。

（6）阻焊剂应均匀牢固，位置准确，助焊剂也应均匀。

（7）板面平直无明显翘曲，翘曲度过大应进行矫正。

（8）字符标记清晰、干净，无渗透、划伤、断线。

2.连通性检验

可使用万用表对导电图形的连通性能进行检测，重点检验双面板的金属化孔和多层板的连通性能。批量生产中应配专门工装和仪器。

3.绝缘性能

检测同一层不同导线之间或不同层导线之间的绝缘电阻，以确认印制板的绝缘性能。检测时应在一定温度和湿度下按印制板标准要求进行。

4.可焊性

检验焊料对导电图形的润湿性能，用润湿、半润湿和不润湿表示。

润湿表示焊料在导线或焊盘上能充分漫流，形成黏附性连接；半润湿是指焊料润湿焊盘表面后，因润湿不佳而造成焊料回缩，在基底金属上留下一层薄焊料层；不润湿是指焊盘表面不能黏附焊料的情况。

5.镀层附着力

检验镀层附着力可采用胶带试验法。将质量好的透明胶带黏到要测试的镀层上，按压均匀后快速掀起胶带一端扯下，镀层无脱落为合格。

此外还有铜箔抗剥强度、镀层成分、金属化孔抗拉强度等多种指标，应根据印制板的要求选择检测内容。

4.5印制电路板制作新技术

4.5.1印制电路板CAD

电子技术的发展使得电子产品印制电路板的设计与计算机应用越来越紧密。计算机技术在飞速发展，硬件速度的提高和功能的增强，以及软件的日益庞大并向智能化方向发展，使得印制板CAD向着功能更强、智能化程度更高、更能发挥计算机资源的方向发展。

一方面由于采用计算机辅助设计（CAD）可以减轻设计强度，提高效率；另一方面因为电子产品趋向微型化、智能化、复杂化，产品的市场寿命越来越短，唯有采用CAD才能满足日益精密和快速的要求。

1.CAD与EDA比较

采用CAD设计印制电路板的优点主要表现为：可以提高设计精度和质量，有利于生产自动化；可以缩短设计时间，减轻劳动强度；易于修改、保存；设计数据可直接提供给生产、测试、质量控制使用；可对产品进行电路正确性检查及性能分析。

由计算机自动布设的印制板，特别是在模拟电路及特殊要求的电路中，其合理性和质量不尽如人意。计算机只能接受操作者输入的设计信息，依靠计算机的速度和存储记忆，对设计方案进行模拟、检验、数据处理，必须有人为干预，才能使得印制板设计较为完善。速度更快、储量更大的硬件平台和更加完善的软件平台支持，在电子设计领域代替CAD的EDA（电子设计自动化）技术正在发挥着重要作用。

与印制板CAD相比，EDA的自动化、智能化程度更高，功能更完善，人机界面更友好；EDA的开放性和数据交换性也较好。EDA可以将不同厂商的相关产品集成在一起，构成设计、模拟、验证、布局、布线直到生产加工等一整套产品设计生产系统；EDA直接面向设计对象，贴近实践。EDA不是一种简单的工具，而是一种综合的产品开发系统，将最大限度保证产品的性能、可靠性和工艺性。

2.CAD设计软件Protel的设计要点

国内CAD市场的PCB软件，除了早期的Smartwork、Tango和目前应用较多的Protel软件外，还有AutoBoard、PCAD、OrCAD、RedBoardRedlog、EEDeigner和AutoRoute等。软