《电子技能实训》课件第2章

第2章电子线路制作基础课题一焊接基础知识课题二印制电路板的设计与制作

在电子产品生产过程中，电子线路的制作对电子产品的质量至关重要。电子线路的制作是电子产品生产的基础工艺技术，也是一种最基本的操作技能。本章主要讲解焊接技术和印制电路板设计与制作的基本知识与基本技能。

在电子产品装配过程中，焊接是将组成产品的各电子元器件、导线、印制电路板等牢固地连接在一起的基本方法。在电子产品生产装配过程中，锡焊技术应用最为广泛。它利用电烙铁将被焊电子元器件的引线、焊料与连接点处同时加热，待焊料熔化后，经冷却凝固，使电子元器件与电子线路牢固地连接在一起。课题一焊接基础知识一、锡焊基础

1．电烙铁

1)电烙铁的种类

电烙铁是锡焊作业的基本工具，其作用是加热焊料和被焊金属。电烙铁的种类很多，常用的有外热式电烙铁、内热式电烙铁、恒温式电烙铁、吸锡电烙铁等。

(1)外热式电烙铁。外热式电烙铁一般由烙铁头、烙铁芯、手柄、电源线、插头等部分组成，其结构如图2.1所示。这种电烙铁的烙铁头安装在烙铁芯里面，故称为外热式电烙铁。烙铁头是电烙铁的工作部分，是用紫铜制成的，其作用是储存热量和传导热量，并用它直接加热被焊金属。外热式电烙铁的烙铁头长短可以调节，烙铁头愈短温度愈高。

烙铁芯是电烙铁的加热部件，它是将电热丝平行地绕制在一根空心瓷管上，中间用云母片绝缘，电热丝的两头与电源线连接。烙铁芯安装在外壳之内。

图2.1外热式电烙铁

1－电源线；2－接缝；3－烙铁芯；4－烙铁头；5－烙铁头固定螺钉；

6－外壳；7－手柄；8－后盖；9－电源插头

(2)内热式电烙铁。内热式电烙铁由烙铁头、烙铁芯、弹簧夹、连接杆、手柄、电源线等部分组成，其结构如图2.2所示。这种电烙铁的烙铁芯安装在烙铁头里面，故称为内热式电烙铁。内热式电烙铁具有发热快，热利用率高等优点，在电子产品装配中应用较为广泛。

图2.2内热式电烙铁

1－烙铁头；2－烙铁芯；3－弹簧夹；4－连接杆；5－手柄；内热式电烙铁的烙铁头也是用紫铜制成的。为适应被焊物的形状、大小、电子元器件装配密度等需要，常将烙铁头加工成凿式、尖锥式、圆斜式等形状，如图2.3所示。内热式电烙铁的烙铁芯是用镍铬电阻丝绕在瓷管上制成的。内热式电烙铁的规格有20W、25W、50W、75W、100W等。20W的内热式电烙铁其电阻值约为2.5kΩ，烙铁头温度一般可达350℃左右。内热式电烙铁的热利用率较高，20W内热式电烙铁的加热效率相当于40W外热式电烙铁的加热效率。

图2.3烙铁头的形状使用内热式电烙铁时可以用万用表检查烙铁芯中电阻丝是否烧断。内热式电烙铁的烙铁芯可以更换，更换时应注意不要将电源引线接错。内热式电烙铁和外热式电烙铁都有三个接线柱，中间一个接地线，另外两个接电源引线。

(3)恒温式电烙铁。恒温式电烙铁带有温度控制装置，用它来控制通电时间，实现温度自动控制，从而保持温度恒定。按照控制温度的方式不同，恒温式电烙铁又分为电控恒温式和磁控恒温式两种。

电控恒温式电烙铁的温控装置采用热电偶来检测温度，通过电子线路来控制烙铁头温度，使其温度保持恒定。通电后，当烙铁头温度低于设定温度时，温控装置内电子电路控制半导体开关元件或继电器接通电源，继续加热，使烙铁头温度升高。当烙铁头温度达到设定温度时，控制电路切断电源，停止加热。这样往复循环，便可使烙铁头温度基本保持恒定。电控恒温式电烙铁是较好的焊接工具，但这种电烙铁价格较高(主要是温控装置的价格较高)。

目前使用较多的是磁控恒温式电烙铁。这种电烙铁在烙铁头内安装了一个强磁体传感器，用来吸动磁性开关(加热器温控开关)中的永久磁铁来控制温度。磁控恒温式电烙铁如图2.4所示，图(a)为磁控恒温式电烙铁的结构示意图，图(b)为电路原理图。需要升温时，接通电源，因温度低于强磁体传感器的居里点，强磁体便吸动温控开关中的永久磁铁，使加热器温控开关的触点闭合，从而使电烙铁处于加热状态。当烙铁头温度达到设定温度时，强磁体传感器达到居里点而磁性消失，使加热器温控开关的触点断开，烙铁头加热器断电，停止加热。一旦温度低于强磁体传感器的居里点，强磁体就又恢复磁性，吸合磁性开关，继续为电烙铁供电。如此往复循环，便可使烙铁头温度基本保持恒定。

图2.4磁控恒温式电烙铁

1－烙铁头；2－加热器；3、7－控温元件；4－永久磁铁；

5－加热器控制开关；6－强力加热器；8－控制加热器的开关

(4)吸锡电烙铁。在电子产品装配、调试和维修过程中，需要从印制电路板中拆下某些电子元器件。若使用普通电烙铁拆除，往往会因印制电路板上焊点的焊锡不能去除，而难以取下装在印制电路板上的电子元器件，这时若使用吸锡电烙铁就非常方便。

吸锡电烙铁是将活塞式吸锡装置与普通电烙铁融于一体的拆焊工具，其外形如图2.5所示。它与普通电烙铁基本相似，区别就在于吸锡电烙铁的烙铁头是空心的，而且安装了一个吸锡装置。使用时，先加热焊点，待焊点熔化后，按动吸锡装置，将焊锡吸走，使电子元器件与印制电路板脱离。

图2.5吸锡电烙铁

2)电烙铁的选用

电烙铁的种类和规格较多，由于被焊元器件大小、性质不同，因而合理选用电烙铁对提高焊接质量和效率有直接关系。如果被焊元器件较大，使用的电烙铁功率较小，则焊接温度低，焊料熔化慢，焊剂不易挥发，形成的焊点不光滑，不牢固，易形成虚焊，造成焊接质量不合格，甚至焊料不能熔化，焊接无法进行。如果使用的电烙铁功率过大，会使焊料熔化过快，在焊接面上的流动无法控制，有可能造成电子元器件的损坏，使印制电路板上的铜箔脱落。

3)

电烙铁的选用原则与使用

(1)电烙铁的选用原则。

①烙铁头的形状要适应被焊物面的要求和产品装配密度。一般情况选用扁凿式烙铁头，产品装配密度大时，选用尖锥形烙铁头。②电烙铁的功率要根据被焊件合理选用。一般情况下，电烙铁的功率愈大，烙铁头的温度就愈高。焊接晶体管、集成电路、印制电路、CMOS电路一般选用20W或25W的内热式电烙铁。若使用电烙铁的功率过大，容易烫坏电子元器件(二极管、三极管的结点温度超过200℃就会被烧坏)，也会使印制线路板上的铜箔从基板上脱落；使用电烙铁的功率过小，则焊锡不能充分熔化，焊剂挥发不出来，形成的焊点不光滑、不牢固，而且容易产生虚焊。焊接较粗的导线及同轴电缆时，宜选用50W内热式电烙铁。焊接较大元器件时，宜选用100W以上的电烙铁。

(2)电烙铁的正确使用。

正确使用电烙铁是锡焊技术的基本技能，对电子产品质量和电烙铁的使用寿命有直接影响。

①电烙铁在使用过程的处理。新烙铁头在使用前要用锉刀锉去作业部位表面上的氧化物。使用时接通电源，待烙铁头加热到能熔化焊锡时，沾少许松香，再用焊锡丝摩擦烙铁头，使烙铁头挂上一层薄锡。使用后作业面若出现凹凸不平，应用锉刀锉平。

图2.6电烙铁的握持方法(a)反握法；(b)正握法；(c)握笔法②电烙铁的握持方法。电烙铁的握持方法有反握法、正握法和握笔法，如图2.6所示。反握法适用于握持功率较大的电烙铁，焊接散热量较大的被焊件；正握法适用于握持功率较大的电烙铁或弯头电烙铁；握笔法适用于握持功率较小的电烙铁，焊接散热量较小的被焊件，如焊接收音机、电视机、仪器仪表等电子产品。

4)注意事项

(1)电烙铁不能长时间通电而不使用，这样容易加速烙铁头的氧化，烧断烙铁芯，缩短其使用寿命，还会因烙铁头的氧化而被“烧死”，不再“吃锡”(烙铁头因氧化造成不沾锡的现象称为“烧死”或“不吃锡”，如果发生这种现象，用锉刀锉去作业部位表面上的氧化物即可)。

(2)内热式电烙铁一般连续使用2小时左右就应拔掉电源停留半小时后再通电使用，以防连续使用时间过长导致电热丝烧坏。

(3)电烙铁通电后若不加热，不能用手去触摸，可沾松香试验，若没有反应，先检查供电电源，若电源有电，这时可拔下电源插头，用万用表欧姆挡测试插头两端，若表针不动，说明有断路故障。这时卸下电烙铁的手柄，用万用表R×1Ω挡测烙铁芯的两根引线，如果表针仍不动，说明烙铁芯已损坏，需要更换烙铁芯。如果测得电阻值在2.5kΩ左右，说明烙铁芯是好的，故障出在电源引线或插头上。可用万用表R×1Ω挡进一步检查排除。

2．焊料与助焊剂

1)焊料

(1)焊料的种类。焊料是指低熔点的易熔合金，其作用是将被焊物牢固地连接在一起。焊料按其成分可分为锡铅焊料、银焊料和铜焊料等。熔点低于450℃的称为软焊料，熔点高于450℃的称为硬焊料。在锡铅焊料中加入少量活性剂可制成抗氧化焊料，用这种焊料在自动化生产线上进行连续焊接时，可以防止焊缝氧化，以提高焊接质量。

(2)焊料的选用。电子产品装配中，焊料的选用直接影响着产品质量，应根据被焊物的不同合理选用焊料。一般选用锡铅焊料，通常称为焊锡。这种焊料具有熔点低(183℃)，导电性、耐腐蚀性好，对元器件引线及其他导线附着力强，不易脱落，有一定机械强度等优点。

锡铅焊料以锡为基本元素，主要加入一定量的铅，还可加入少量的其他元素。锡铅的配比不同，其性能也不同。目前市场上销售的焊锡质量优劣差别很大，质量较好的焊锡应严格控制其成分配比。常用配比有：锡6%，铅39%，熔点为183℃；锡50%，铅32%，镉18%，熔点为145℃。含锡量必须保证，一般含锡量较高的焊锡质量比较好。焊料的形状有圆片、条形、球形、焊锡丝等。常用的焊锡丝在其内部含有固体松香。焊锡丝常用的直径有1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm等。在电子产品焊接中通常采用含锡60%，含铅39%，熔点为183℃的焊锡丝。

2)助焊剂

(1)助焊剂的作用。在电子产品焊接时，为了使焊锡与被焊物连接牢固，接触良好，要求被焊金属表面无氧化物和杂质，以保证良好的导电性。因此，在焊接前必须清除被焊金属表面的氧化物和杂质。常用的清除方法有机械法和化学法。机械法是用砂纸或刀子进行清除，这种方法容易损伤被焊金属表面。化学法是用助焊剂进行清除，用助焊剂不会损伤被焊金属表面，而且效率高，因此在电子产品焊接中多采用这种方法。使用助焊剂除了具有清除氧化物的功能外，还可以在加热时防止金属氧化，改善流动性等。

(2)助焊剂的种类。助焊剂分为无机系列、有机系列和树脂系列。

①无机系列助焊剂的主要成分是氧化锌或氯化氨的溶液，其特点是助焊作用好，但具有强烈的腐蚀性，在电子产品焊接中较少使用。

②有机系列助焊剂主要由有机酸卤化物组成，其特点是助焊作用好，有一定的腐蚀性，加热时易分解，焊接后的残留物不易清除。③树脂系列助焊剂最常用的是松香或松香酒精助焊剂。松香是从各种树木分泌出来的汁液中提取的，通过蒸馏法加工成固态松香。松香酒精助焊剂是用无水酒精溶解松香配制而成的，松香的比例一般为20%～30%。这种助焊剂的特点是无腐蚀性，绝缘性能好，焊接后易清除，并能形成薄膜层覆盖焊点，保护焊点不被氧化。在电子产品焊接中，通常采用松香或松香酒精助焊剂。

二、锡焊技术

电子产品及电子线路组装的主要任务是用锡焊方法将电子元器件、导线等焊接在印制电路板上。焊点少则几十个，多则成百上千个，如果一个焊点不合格，就会影响整机质量。掌握锡焊操作技术对保证产品质量至关重要。熟练掌握锡焊操作技术可以保质保量地完成生产任务。

1．对焊点的基本要求

一个高质量的焊点，不但要有良好的导电性能和一定的机械强度，还应有光滑整洁的外观表面。对焊点的基本要求是：

(1)焊点要有足够的机械强度。锡焊形成焊点的金属主要是锡铅合金，这种焊料的机械强度较低。为了保证被焊物在搬运和受力时不脱落、不松动，焊点必须有一定的体积，以保证足够的机械强度。但不能过多的堆积焊锡，如果焊点过大，容易造成焊点与焊点之间短路。在焊接受力较大的被焊物时，可以将其引线、导线先折弯或绞合在焊接处，再进行焊接，这样可以提高连接强度。

(2)焊点要有良好的导电性。一个良好的焊点，不只是将被焊物牢固地焊接在连接点上。连接牢固固然重要，但更重要的是要保证有良好的导电性。为了保证有良好的导电性，必须防止形成虚焊。虚焊是指焊料与被焊物在连接点上没有形成紧密的连接，只是依附在一起，如图2.7所示。在电子产品组装中最忌讳虚焊，因为虚焊造成的故障具有隐蔽性，比较难以查找故障点。

图2.7虚焊

(a)与引线连接不好；(b)与印制电路连接不好

(3)焊点表面要光滑整洁。焊点表面应有良好的光泽，不应有棱角、毛刺和空隙，要完整清洁，无助焊剂的残留物。

为了使焊点美观、光滑、整洁，就要反复练习和掌握锡焊技能。另外，还要选择优质的焊料与助焊剂。

2．锡焊操作要领

1)焊前准备

焊前准备包括所用工具准备和元器件引线处理。首先根据被焊物的形状、大小准备好电烙铁、焊料、助焊剂、剪刀、镊子、斜口钳、尖嘴钳、剥线钳等工具，然后对被焊元器件引线进行必要的处理。先将被焊元器件的引线处理干净，挂锡，再将印制电路板的被焊表面处理干净。

2)实施焊接

做好焊前准备工作后，就可进行焊接了。实施焊接时应注意以下事项：

(1)助焊剂用量要适当。在焊接时要根据被焊物面积大小和表面状态，适量选取助焊剂。用量过少会影响焊接质量；用量过多，助焊剂的残留物会腐蚀元器件，使电路板绝缘性能变差。

(2)合理掌握焊接温度和时间。在焊接时，为了保证焊接质量，焊接温度和时间一定要掌握好。如果焊接温度过低，则被焊物受热温度低，焊锡流动性差，焊锡凝固太快，容易形成虚焊。如果焊接温度过高，使焊锡流淌，则焊点不易形成，助焊剂分解太快，导致金属表面氧化，造成印制电路板上的铜箔与基板脱落。

焊接时间应根据被焊物大小和形状而定。通常情况下，烙铁头与焊接处接触时间是以得到光滑完整的焊点为宜。若焊点粗糙不光亮，说明焊接温度低或焊接时间过短。这时需要升高烙铁温度或在焊接处多停留些时间。焊接时间过长，也会烧坏电子元器件，一般一个焊点在1.5～4s内完成。

(3)正确施加焊料。焊料的施加方法是根据焊点大小和被焊物的密度而定的。

焊点较小时，用烙铁头沾取适量焊锡，再沾取松香，直接放到焊接处，待焊点形成时便可撤离烙铁。

图2.8焊料的施加方法当引线要焊接于接线柱上时，焊料的施加方法如图2.8所示。首先将烙铁头放在接线柱和引线上，当被焊物预热到一定温度时，先给图中1点处加少量焊锡，这样可以加快烙铁头与被焊物的热传导，使几个被焊物温度达到一致。当几个被焊物温度达到使焊锡熔化的温度时，立即将焊锡加到图中2点处，直到焊锡充满整个焊接处形成完整焊点时便可撤离烙铁。

另外，也可将烙铁头和焊锡丝同时放在焊接处，在焊点形成时，将烙铁头自下而上提拉移开。

(4)稳定被焊元器件。在焊接过程中，尤其是在焊锡凝固过程中，一定要稳定好被焊元器件的引线，否则会造成虚焊。

(5)焊接时烙铁头接触位置要正确。焊接时烙铁头与被焊元器件的引线、印制电路板铜箔之间的接触位置要正确，如图2.9所示。图(a)中烙铁头与被焊元器件引线接触，与印制电路板没有接触；图(b)中烙铁头与印制电路板接触，而与被焊元器件引线接触不好。图(a)与图(b)的接触方法均不正确。图(c)中烙铁头与被焊元器件引线、印制电路板铜箔同时接触，是正确的接触方法。

图2.9烙铁头焊接时的位置

(6)焊后处理。焊接后应将焊点周围的助焊剂清除干净，并检查电路有无漏焊、错焊、虚焊等，然后用镊子将每个元器件夹住拉一拉，看有无松动。

3．拆焊

在电子产品组装、调试、维修过程中，由于焊接错误或元器件的损坏，都需要对元器件进行更换。在更换元器件时就要使用拆焊。如果拆焊方法不当，会造成元器件损坏、印制电路板断裂或铜箔脱离基板等故障。掌握正确的拆焊方法能保证电子产品组装、调试、维修工作的顺利进行。

(1)

用电烙铁直接进行拆焊。对于一般电阻、电容、晶体管等引脚不多的元器件，可以采用电烙铁直接进行分点拆焊。方法是：一边用电烙铁加热待换元器件的焊点，一边用镊子或尖嘴钳夹住元器件的引线，待焊锡熔化后，轻轻地将其拔出来，再对原焊点的位置进行清理，认真检查，看是否有因拆焊而造成相邻电路的短接或开断。

图2.10用针头进行拆焊

(2)

用医用注射器针头进行拆焊。选用较大的注射器针头，用锉刀锉平端部，作为拆焊工具。先用电烙铁加热焊点，待焊锡熔化后，将针头套住元器件的引线，并插入印制电路板的孔内，使元器件的引线与印制电路板焊盘脱离，如图2.10所示。

(3)

用铜编织线进行拆焊。将铜编织线的使用部分沾上松香，然后放在待拆焊点上，再把电烙铁放在铜编织线上加热焊点，待焊锡熔化后，就被铜编织线吸走。如果一次未吸完，可重复几次，直到吸完为止。当铜编织线吸满焊锡后，就不能再用，要将吸满焊锡的部分剪去。这种方法主要用于拆焊集成电路。

(4)用吸锡电烙铁进行拆焊。吸锡电烙铁是一种专用拆焊工具。拆焊时，先用烙铁头加热焊点，待焊点熔化后，按动吸锡装置，将焊锡吸走，使电子元器件与印制电路板脱离。

(一)锡焊基础

(1)认识常用的电烙铁及其他辅助工具，初步掌握电烙铁的选用。

(2)认识常用焊料与助焊剂，学会对其质量进行鉴别。

(3)练习电烙铁的使用，焊焊点，给电子电源线接头挂锡。实训作业

(二)锡焊技术

1．练习焊锡丝的拿法

根据焊接的需要，焊锡丝的拿法有两种，如图2.11所示。图2.11(a)所示拿法是用左手的拇指、食指和小手指捏住焊锡丝，用另外两个手指配合，把焊锡丝连续向前送进。图2.11(b)所示拿法是用左手的拇指和食指捏住焊锡丝，这种方法不能连续向前送进焊锡丝。

图2.11焊锡丝的拿法

(a)连续焊接时焊锡丝的拿法；(b)断续焊接时焊锡丝的拿法

2．练习掌握手工锡焊操作的三步法

手工锡焊操作的三步法如图2.12所示。图2.12(a)为准备阶段，右手拿电烙铁(烙铁头上应吃上少量焊锡)，左手拿焊锡丝，烙铁头和焊锡丝同时移向焊接点，处于随时可焊接的状态。图2.12(b)为加热熔化阶段，在焊接点两侧同时放上烙铁头和焊锡丝，熔化适量的焊锡。图2.12(c)为撤离阶段，当焊锡量扩散范围达到要求时，迅速撤离电烙铁和焊锡丝。焊锡丝撤离要略早于电烙铁。手工锡焊操作的三步法适用于焊接吸热量较小的元器件。

图2.12手工锡焊操作的三步法(a)

准备；(b)加热熔化；(c)电烙铁撤离

3．练习掌握手工锡焊操作的五步法

手工锡焊操作的五步法如图2.13所示。图2.13(a)为准备阶段，烙铁头和焊锡丝同时移向焊接点。图2.13(b)为加热焊接件，把烙铁头放在被焊接件的焊接部位上进行加热，烙铁头要均匀加热被焊接件的引脚和焊盘。图2.13(c)为送焊锡丝，被焊部位加热到一定温度后，立即将焊锡丝送到被焊部位，熔化焊锡丝。图2.13(d)为移开焊锡丝，当焊锡丝熔化到一定量后，迅速撤离焊锡丝。图2.13(e)为移开电烙铁，撤离焊锡丝后，在助焊剂还未挥发完之前迅速撤离电烙铁，否则会形成不良焊点。手工锡焊操作的五步法适用于焊接吸热量较大的元器件。

图2.13手工锡焊操作的五步法

(a)准备；(b)加热焊接件；(c)送焊锡丝；(d)移开焊锡丝；(e)移开电烙铁

图2.14电烙铁撤离方向与焊点形成关系在进行手工锡焊操作时，要特别注意电烙铁的撤离方向，它关系到焊点质量。电烙铁撤离方向与焊点形成关系如图2.14所示。电烙铁的撤离方向能控制焊点的形状和焊锡量的多少。图2.14(a)所示为烙铁头与焊盘以夹角为45°的方向撤离，这时形成的焊点圆滑，烙铁头只带走少量焊锡。图2.14(b)所示为烙铁头垂直向上撤离，这时焊点容易形成拉尖。图2.14(c)所示为烙铁头沿水平方向撤离，这时烙铁头带走大量焊锡，形成的焊点薄平，焊接不牢固。图2.14(d)所示为烙铁头垂直向下撤离，这时烙铁头带走绝大部分焊锡，不能形成焊点。图2.14(e)所示为烙铁头斜面向上，并垂直向上撤离，烙铁头只带走少量焊锡，这时形成的焊点不圆滑。

4．练习在印制电路板上焊接元器件

1)准备器材

准备一块废旧印制电路板，各种废旧电阻器、电容器、晶体管等若干个；准备好电烙铁和焊锡丝等。

2)元器件引线成型与插装

元器件引线成型与插装如图2.15所示。图中，La为元器件引线在焊盘上插装的距离，la为元器件的体长，da为元器件引线直径，R为引线折弯半径。折弯点到元器件根部长度不应小于1.5mm。元器件引线成型后，再进行手工插装。

图2.15元器件引线成型与插装

3)焊接

插装好若干个元器件后，按锡焊操作要领对插装好的元器件进行焊接。

4)焊接质量检查

良好的焊点外观如图2.16所示。常见的焊接缺陷一般有虚焊、漏焊、冷焊、夹渣、拉尖、桥接、松动等，其形成原因及危害见表2.1。

图2.16典型焊点外观

表2.1常见焊接缺陷、形成原因及危害

表2.1常见焊接缺陷、形成原因及危害

表2.1常见焊接缺陷、形成原因及危害

印制电路板是用敷铜板通过印制的方法加工而成的，具有电子元器件之间连接电路的导电线路板。印制电路板与普通线路板相比具有以下优点：

(1)电路尺寸小，易于标准化；

(2)产品质量稳定，性能的一致性好，互换性好；

(3)能减少接线错误，便于组装、检查，易实现自动化生产；

(4)成本低，适用于大批量生产；课题二印制电路板的设计与制作

(5)可提高产品质量的可靠性。

因此，印制电路板的设计与制作在电子产品生产中具有十分重要的地位和作用。较复杂的电子产品一般都需要由多块印制电路板组装而成。本课题主要介绍印制电路板设计与制作的基本步骤和方法。一、印制电路板的设计基础

印制电路板的基本要求是紧凑、合理、美观。各元器件的跨距、间距及印制导线的宽度都要按规范进行设计。

1．元器件的跨距

元器件的跨距是指元器件成型后两引线脚之间的距离，根据元器件的外形尺寸来确定，相同的元器件采用相同的跨距。为了做到既美观，又能保证元器件的安装强度，对于双边引线的元器件，最大跨距L不应大于元器件本体长度Z的2倍，如图2.17所示。对于单边引线的元器件，跨距可以等于或稍大于元器件本身引出线的间距。跨距过大影响美观，且占用面积大；跨距过小会影响元器件的安装强度。单边引线的元器件，最大跨距d不应大于元器件本体直径D的1.25倍，如图2.18所示。

图2.17最大跨距与本体长度的关系

图2.18最大跨距与本体直径的关系碳膜电阻、金属膜电阻的外形尺寸见表2.2。碳膜电阻、金属膜电阻的最佳跨距与最大跨距见表2.3。常用立式电容器的最佳跨距与最大跨距见表2.4。

表2.2碳膜电阻、金属膜电阻的外形尺寸注：外形尺寸均为最大值。

表2.3碳膜电阻、金属膜电阻的最佳跨距与最大跨距表2.4常用立式电容器的最佳跨距与最大跨距

图2.19元器件的最小间距

2．元器件的间距

为了便于安装，提高装配密度，元器件的间距要安排合理。元器件的最小间距d等于相邻元器件的半径(或厚度的一半)之和再加上安全间隙b(b一般为1mm/200V)，如图2.19所示。大功率电阻要放在易于散热的地方，并远离热敏元件；体积较大的元器件间距要稍大一些。

电阻元件之间的最佳间距见表2.5；电容分类见表2.6；电容元件之间的最佳间距见表2.7；电阻与电容元件之间的最佳间距见表2.8。

表2.5电阻元件之间的最佳间距

(mm)表2.6电容分类表2.7电容元件之间的最佳间距

(mm)表2.8电阻与电容元件之间的最佳间距

(mm)3．印制导线的宽度

印制导线的宽度根据通过导线的电流大小而定，最大工作电流一般取20A/mm2，印制导线宽度允许通过的最大工作电流见表2.9。对于较长的印制导线，尽管工作电流不太大，但导线电阻产生的电压降会对电路工作带来不良影响，要适当加宽印制导线的宽度。对于电流较大的电源线、地线、负载输出线等，也要适当加宽印制导线的宽度，以减小电压降的不良影响。电流与电压降的关系见表2.10。

表2.9印制导线宽度允许通过的最大工作电流注：印制导线厚度为0.05mm。

表2.10印制导线的电压降注：印制导线宽度为1.5mm，厚度为0.05mm。印制导线的平均电阻见表2.11。

表2.11印制导线的平均电阻注：印制导线宽度为1.5mm，厚度为0.05mm。普通导线与印制导线的熔断电流见表2.12。

表2.12普通导线与印制导线的熔断电流注：1印制导线宽度为1.5mm，厚度为0.05mm。

2.熔断时间均为1～2s时的熔断电流。二、印制电路板布设草图设计

印制电路板的设计指根据电路原理图和使用要求设计绘制出一系列图纸。这些图纸一般包括：布设草图、导电线路图、阻焊图、标记字符图、机械加工图和电气装配图等。

印制电路板的设计首先要设计和绘制出布设草图，根据布设草图再设计和绘制导电线路图、机械加工图、照相底图。根据照相底图设计和绘制阻焊图和标记字符图。布设草图是根据电路原理图和使用要求，标出印制电路板上所有尺寸和网格位置的图纸。其中包含导电线路图、元器件尺寸和类型、孔的位置及制作印制电路板的必要说明。

布设草图的设计可用手工进行，也可用计算机辅助进行。

手工设计一般是在坐标纸上准确地标出焊盘尺寸、孔的位置和尺寸、导电线路图、导线宽度和间距等，并加以必要的文字说明。计算机辅助设计指利用CAD软件根据电路原理图及导线表将印制电路板的结构参数、电气要求、设计规则、元器件目录表等设计数据输入计算机。计算机按这些设计数据及要求自动完成布线、图形绘制、网格生成等任务。其结构图形可由屏幕显示，并可人机互动进行设计修改。设计任务完成后可提供一系列数据、图形磁盘，交付加工。

布设草图的手工设计实际上就是元器件的排版过程，除了满足元器件的跨距、间距、印制导线宽度等要求外，还必须遵循以下规则。

1．印制电路板的布局规则

(1)

互相易干扰和电平相差较大的电路不能靠得太近。

(2)

各单元电路的衔接要合理，各电路信号传递要顺畅，信号走线应尽可能短。

(3)

要注意电路在印制电路板内的电平梯度变化，若两个单元电路在板内平行布设，电平梯度变化方向要一致。

2．元器件在印制电路板内的布局规则

元器件在印制电路板内的布局是排版构思的基本过程，其他工作是在此基础上逐步进行的，因此必须细致认真。

1)元器件排列要均匀合理

元器件的跨距、间距要满足前面讲述的基本要求，封装形式和大小相同的元器件要采用相同的跨距。

2)特殊元器件排列要点

(1)按矩形分布的一组孔，至少有一个孔的中心要位于坐标网格的交点上，而且所有孔都要与网格线重合。

(2)按圆形分布的一组孔，其圆心必须在坐标网格的交点上，孔组中至少有一个孔的中心要位于坐标网格的交点上，而且所有孔都要与网格线重合。

(3)导电线路不交叉图的绘制规则。元器件布局完成后，就要按电路原理图用导电线路图来连接元器件。画导电线路不交叉图时应注意以下要点：

①元器件是安装在导电线路的背面，与焊接面成正反面关系，对于多引线脚的元器件要特别注意，不要错位。

②印制导电线路都有宽度和间距的要求。对于分立元件，导电线路宽度一般为1.5～3.0mm；间距由导线间的绝缘电阻和击穿电压来决定。当导线间绝缘电阻超过20MΩ，导线间距为1.5mm时，允许工作电压为300V；导线间距为1.0mm时，允许工作电压为220V。因此在绘制导电线路不交叉图时导线间距不能太小。

③当导电线路不可避免发生交叉时，可以适当加大跨距和间距，也可采用短接线的方法来解决。导电线路太复杂时可采用双面敷铜板。三、印制电路板工作图绘制

印制电路板工作图主要包括导电线路图、阻焊图和标记字符图。

1．导电线路图的绘制

导电线路图是印制电路板上用导电铜箔构成的元器件连接线路图。其包括导线、焊盘和插装元器件的孔等，是为印制电路板制作厂提供照相用的图纸。为了保证制作精度，导电线路图要用放大2倍或5倍的比例来绘制。

1)绘制焊盘

(1)焊接点的形式及要求：圆形和方形焊接点适用于30MHz以下的电路；岛形焊接点适用于高频电路。元器件引线不同时，焊接点的直径也不同，焊接点的最小直径与元器件引线孔直径必须符合表2.13所列要求。表2.13圆形焊接点的最小允许直径(2)绘制焊盘。根据设定的焊盘形状和大小，用圆规画一个尽可能小的圆，整块印制电路板要统一，它是钻孔的定位基准，然后按焊盘外径画一个同心圆，将圆环部分涂黑。

2)绘制导电线路图

(1)绘制导电线路图的要求。导电线条要简洁美观，线条连接要圆滑，不要出现尖角；导电线条的宽度，分立元件导电线条宽度一般取1.5～3.0mm；连接集成电路的导电线条宽度一般取1mm或1mm以下；在同一块印制电路板中，除功率线和地线外其余印制导电线条宽度要尽可能一致；公共地线尽可能布设在印制电路板的边缘，并且尽可能地多保留铜箔作地线，以改善屏蔽效果。

(2)绘制导电线路图。根据选定的线条宽度，先绘制双轮廓线，然后将中间部分涂黑。

推荐使用的导电线条和不采用的导电线条见表2.14。

表2.14推荐使用的导电线条和不采用的导电线条3)提供技术数据

(1)提供外形尺寸。印制电路板最大轮廓线左下方的交点为坐标原点，按制图标准标注尺寸。

(2)标明绘图比例。按绘图时的实际比例标注。

(3)标明元件引线孔的直径。元件引线孔直径与元件引线直径的配合间隙一般取0.2～0.4mm。推荐使用的元件引线孔直径与元件引线直径的配合关系见表2.15。为了使焊盘有足够的剥离强度，焊盘一般按图2.20所示的要求绘制。引线孔直径规格一般不多，绘制时可以根据焊盘外径来标注元件引线孔直径，标注时在黑白图稿的下方各画一个尺寸相同的焊盘，在旁边标明孔的代号、数量及孔径。如A50

2.0mm，表明是A孔，数量为50个，孔的直径为2.0mm。

表2.15推荐使用的元件引线直径与元件引线孔直径的配合关系

图2.20圆形焊盘的绘制比例

(4)标明安装孔的直径。印制电路板上固定较大元件的孔，或固定印制电路板本身的孔称为安装孔。安装孔可采用圆形孔或矩形孔。绘制时，只要在黑白图稿的下方各画一个安装孔的形状，标明孔的代号、数量及开孔尺寸即可。

4)其他技术要求

(1)对板质的要求。制作印制电路板的敷铜板的质量对印制电路板的质量影响很大，对其绝缘电阻和抗电强度应有一定要求，可参考表2.16和表2.17进行选择。目前常见的环氧树脂板质量优于酚醛纸质和环氧布质。除了对敷铜板有板质要求外，对其厚度也有一定要求。当印制电路板面积较大或安装的元器件较重时，应选用厚度为2.0mm或更厚的敷铜板。一般情况选用厚度为1.5mm的敷铜板。如果设计时用的是双面板，应标明“双面板”。

(2)对加工工艺的要求。印制电路板若有助焊、阻焊、板面平整要求，以及导电线条镀金、镀银等要求时，应用文字标明这些特殊要求。

表2.16敷铜板的绝缘电阻表2.17敷铜板的抗电强度2．助焊图与阻焊图的绘制

为了便于焊接和提高印制电路板的使用寿命，一般要进行助焊与阻焊处理。

1)助焊的作用及助焊图

(1)助焊的作用。一般情况，敷铜板表面有一层氧化膜，焊接比较困难。助焊的作用是提高可焊性，增强附着力，防止焊盘氧化。

(2)助焊图的特点。印制电路黑白图稿是焊盘与导电线条的合成图，助焊只针对焊盘，因此助焊图只有焊盘和孔，而没有导电线条。

(3)助焊图的绘制。将印制电路黑白图稿中元器件的定位点复制到另一张图纸上，画出相应的焊盘外径，并涂黑焊盘。

2)阻焊的作用及阻焊图

(1)阻焊的作用。在大批量生产中，为了实现装配的机械化和自动化，对印制电路板的焊接采用自动化的波峰焊工艺，这就要求焊料只能焊在焊盘上。对于集成化较高的印制电路板，焊点间距很小，无论是手工焊接还是波峰焊接，都很容易形成焊点间的搭焊。阻焊处理就是在印制电路板上除焊盘之外覆盖一层阻焊剂，以防止焊点间形成搭焊，还可保护印制电路板表面不被氧化。经阻焊处理的印制电路板呈绿色。

(2)阻焊图的的绘制。阻焊图用来覆盖印制电路板上焊盘之外的部分，其绘制方法与助焊图的绘制基本相似，只是把焊盘之外的部分涂黑。

3．印制电路板装配图的绘制

装配图是在生产过程中指导元器件在印制电路板上插装的技术图纸。它标明了元器件与印制电路板的装联关系。

1)视图的选择

印制电路板只有一面插装元器件时，只画一个视图，以插装元器件的那一面作为主视图。印制电路板两面都插装元器件时，一般应画两个视图，以插装元器件较多的那一面作为主视图，另一面作为背视图。如果一个视图能表达清楚时也可用一个视图，这时应将背面的元器件用虚线表示。

2)元器件的表示方法

在印制电路板装配图中，一般要用图形符号、文字代号标出元器件的实际位置。元器件的图形符号采用简易法表示，代号和编号要和电路原理图一致。代号和编号要标注在元器件外形图和图形符号的左方或上方，应尽量靠近元器件外形图和图形符号，如图2.21所示。

图2.21数字式温控仪印制电路板装配图

3)导电线路的表示方法

印制电路板装配图中一般不画导电线路图，如果需要时，可用虚线或彩色线画出。

4)绘制装配图

绘制装配图时应注意下列问题：

(1)装配图主要表示元器件与印制电路板的装配关系，因此必须从装配角度考虑，首先考虑装配人员看图方便，图面要完整、清晰、简单、明了。

(2)要标出与其他元件的连接位置及尺寸等。

(3)各种有极性的元器件要在图中标出极性。

(4)元器件在装配图中有方向要求时必须标出定位特征标志。

4．标记字符图的绘制

标记字符图是表明印制电路板中元器件安装位置的文字和符号的图形。绘制时与印制电路板黑白图稿一同绘制，当印制电路板黑白图稿确定后，复制定位，在黑白图稿对应位置标出所要插装元器件的简易封装图形符号、代号及编号，并标出极性。在制作印制电路板时，把它印刷在印制电路板插装元器件的那一面。

5．印制电路板混合图的绘制

为了便于用户使用和维修，在给用户提供的使用说明书中，除了电路原理图外，还有印制电路图，这种图实际上是布线图与装配图的叠加，是一种混合图。在维修时，只要对照电路原理图就可方便地查找故障。

混合图是按两套色印刷的导电线路图和标记字符图的复合图纸。印制电路板是将导电线路图和标记字符图经照相、排版、腐蚀等工艺用敷铜板制作而成的元器件安装板。四、印制电路板制作

1．手工制作印制电路板

手工制作印制电路板适用于少量生产或业余制作。按需要下好敷铜板后，按以下步骤进行制作。