电子实习第3讲 印制电路板（1） 3.1 印制板种类及结构 3.2 印制电路板的功能 3.3 印制电路板的制作工艺流程 3.4 印制电路板的几个要点 3.5 印制电路板的布局 3.1 印制板种类及结构 n根据制作材料可分为刚性印制板和挠性印 制板 n根据导电层数的不同，可将印制板分为单 面电路板(简称单面板)、双面电路板(简称双 面板)和多层电路板 n单面电路板 双面电路板 多层电路板（四层） 3.2 印制电路板的功能 n提供各种电子元器件固定、装配的机械支 撑； n实现各种电子元器件之间的布线和电气连 接或电绝缘； n为自动焊锡提供阻焊图形，为元件插装、 检查、维修提供识别字符和图形等。 3.3 印制电路板的制作工艺流程 n单面印制板的工艺流程： n下料网印线路抗蚀刻图形（或使用干 膜）腐蚀刻铜去抗蚀印料孔加工 网印阻焊图形（常用绿油）网印字符标 记图形电气开、短路测试预涂助焊防 氧化剂成品出厂。 3.4 印制电路板的几个要点 n1.元件封装图 n元件外轮廓形状及引脚尺寸信息，它由元件引脚焊盘 大小、相对位置及外轮廓形状、尺寸等部分组成。 n2.导线 n印制导线的最小宽度与流过导线的电流大小有关 ：线宽太小，则印制导线电阻大，印制导线上的 电压降也就大，影响电路性能，严重时会使印制 导线发热而损坏；相反，印制导线太宽，则布线 密度低，板面积增加，除了增加成本外，也不利 于小型化。 n除了电流容量要求外，印制导线宽度还与焊盘直 径有关，否则不仅影响美观，也容易造成虚焊。 n3.焊盘 n焊盘也称为连接盘，与元件相关，或者说焊盘是元件封 装图的一部分； n焊盘内的引线孔贯穿整个电路板，焊盘引线孔直径与元 件引脚大小有关，需根据元件引脚尺寸选择； n焊盘形状可以是：圆形、长方形、长圆形、椭圆、八角 形等； n圆形焊盘铜环的外径比引线孔径大23倍，铜环不 宜太小，尤其是单面电路板，当焊盘铜环面积太小 时，在焊接过程中焊盘容易脱落。为提高钻孔工效 ，降低成本，同一电路板上，元件焊盘孔径尽可能 一致。对于竖立安装的大尺寸元件的引脚，可采用 大岛形焊盘(通过放置“敷铜区”实现)； n贴片封装元件引脚焊盘一般位于元件面内，没有焊 盘孔(实际上孔径尺寸为0)。标准封装规格贴片元件 引脚焊盘尺寸已标准化； n孤立焊盘，作为少量飞线、电源/地线或输入/输出 信号线的连接盘以及大功率元件固定螺丝孔、印制 板固定螺丝孔等。 n4.过孔 在双面或多层印制电路板中，通过金属化“过 孔”使不同层上的印制图形实现电气连接。 n5.字符标记图形 n丝印层上元件序号、注释信息文字/图形 n在调整元件序号、注释信息时必须注意：位于元 件面丝印层上的元件序号以及型号/大小等注释信 息可以放在连线上； n不要放在元件轮廓线边框内，以免元件安装后， 元件体本身将元件序号、注释信息等遮住； n不能将元件序号、注释信息等放在焊盘或过孔上 ，原因是钻孔后，焊盘引线孔、过孔等位置的基 板将不复存在。 n6.图层 n1) Signal layers(信号层) n TopLayer(顶层)即元件面，是元器件主要的安装 面。在单面板中不能在元件面内布线，只有在双面 板或多层板中才允许在元件面内布线。 n BottomLayer (底层)即焊锡面，主要用于布线。 焊锡面是单面板中惟一可用的布线层，同时也是双 面板、多层板的主要布线层(但在以贴片元件为主 的双面印制板中，元件面却是主要的布线层)。 n MidLayer1MidLayer30是中间信号层，主要用 于放置信号线。 n2) Internal planes(内电源/地线层) n在4层以上电路板中，信号层内需要与电源或地线 相连的印制导线可通过元件引脚焊盘或过孔与内 电源/地线层相连，极大地减少了电源/地线的连 线长度； n在多层电路板中，可充分利用内地线层对电路板 中容易产生电磁辐射或受干扰的部位进行屏蔽， 电磁兼容性指标容易达到要求。 n3) Mechanical layers(机械层) n机械层没有电气特性，主要用于放置电路板上一 些关键部位的注标尺寸信息、印制板边框以及电 路板生产过程中所需的对准孔； n但在印制电路板上固定大功率元件所需的螺丝孔 以及电路板安装、固定所需的螺丝孔，一般以孤 立焊盘形式出现，并放在Multi Layer(多层)内。 这样焊盘的铜环可作垫片使用，另外对于需要接 地的元件，如三端稳压器散热片的固定螺丝孔焊 盘，可直接放在接地网络节点上。 n4) Masks (掩膜层) n Top Solder (元件面阻焊层)和Bottom Solder (焊锡面阻焊层)。为了防止波峰焊接时， 连线、填充区、敷铜区等不需焊接的地方也粘上 焊锡，产生桥接现象，由此提高焊接质量，减少 焊料损耗。电路板送入锡炉焊接时，没有阻焊漆 覆盖的导电图形，如元件引脚焊盘，将粘上焊锡 ，使元件引脚与焊盘连在一起，而被阻焊漆覆盖 的导电图形，就不会粘上焊锡； n阻焊漆对印制电路板导电图形也有一定的保护作 用，起到防潮、防腐蚀、防霉以及防止机械擦伤 等。 n Top Paste (元件面焊锡膏层)和Bottom Paste (焊锡面焊锡膏层)。目的是为了便于贴片 元器件的安装。 n使用贴片元件可以缩短元件引线长度，减小引线 寄生电感、电阻及电容。在PCB加工过程中，表 面封装元件引脚无须钻孔，无须“弯脚”，焊接后 也不用“剪脚” ，减少生产工序，提高效率，降低 成本。 n贴片元件安装过程包括刮锡膏贴片回流焊。 在“刮锡膏”工艺中就需要一块掩膜板，其上有很 多方形小孔，每一方形小孔对应贴片封装元件引 脚的一个方形焊盘。 n5) Silkscreen(丝印层) n 通过丝网印刷方式将元件外形、序号以及其他 说明性文字印制在元件面或焊锡面上，以方便电 路板生产过程的插件(包括表面封装元件的贴片) 以及日后产品的维修操作。丝印层一般放在顶层 (Top Overlayer)。 n6) Keepout layer即禁止布线层。一般在该层内 绘出电路板的布线区，以确定自动布局、布线的 范围。 n7) Multi layer即多层(多个导电层的简称)。焊盘 一般放在“Multi layer”层。对于双面板来说， Multi layer包含了焊锡面、元件面。 单面、双面电路板工作层 3.5 印制电路板的布局 n1. 布局的考量 n（1）是否符合PCB制造工艺要求 n（2）元件在二维、三维空间上有无冲突 n（3）需经常更换的元件能否方便更换 n（4）热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离 n（5）调整可调元件是否方便 n（6）在需要散热的地方，装了散热器没有，空气 流是否通畅 n（7）信号流程是否顺畅且互连最短 n（8）插头、插座等与机械设计是否矛盾 n（9）线路的干扰问题是否有所考虑 n2.元器件布局规则 n（1）元件布置的有效范围：PCB板X，Y方向均要 留出传送边，每边3.5mm； n（2）PCB板上元件需要均匀排放，避免轻重不均； n（3）元件排向：原则上同类元器件尽可能按相同的 方向排列，以便元器件的贴装、焊接和检测；除微 波电路外，元件只能沿水平和垂直两个方向排列， 否则不利用于插件或贴片； n元件间距：对于中等布线密度印制板，小元件， 元件之间的最小距离可以取50100 mil(即 1.272.54 mm)；否则会因元件排列过于紧密 ，给插件、焊接操作带来不便。大尺寸元件，如 集成电路芯片，元件间距一般在100150 mil 之间； n功率元件：元件间距要足够大，以利于大功率元 件散热，同时也避免大功率元件间通过热辐射相 互加热，确保电路系统热稳定性； n大电位差元件之间：元件间距应足够大，避免出 现放电现象，造成电路系统无法工作或损坏器件 ；带高压的元件应尽量远离整机调试时手容易触 及到的部位，避免触电事故； n但元件间距也不能太大，否则印制板面积会迅速 增大，除了增加成本外，还会使连线长度变长， 造成印制导线寄生电容、电阻、电感等增大，使 系统抗干扰能力变差； n（4）同时存在数字电路、模拟电路以及大电流回 路，则必须分开布局，使各系统之间的耦合达到 最小； n（5） 热敏元件要尽量远离大功率元件； n（6） 电路板上重量较大的元件应尽量靠近印制 电路板支撑点，使印制电路板翘曲度降至最小。 如果电路板不能承受元件的重量，可把这类元件 移出印制板，安装到机箱内特制的固定支架上； n（7） 对于需要调节的元件，如电位器、微调电 阻、可调电感等的安装位置应充分考虑整机结构 要求：对于需要机外调节的元件，其安装位置与 调节旋钮在机箱面板上的位置要一致；对于机内 调节的元件，其放置位置以打开机盖后即可方便 调节为原则； （8） 时钟电路元件尽量靠近芯片的时钟引脚。数 字电路，尤其是单片机控制系统中的时钟电路， 最容易产生电磁辐射，干扰系统内其他元器件。 因此，布局时，时钟电路元件应尽可能靠在一起 ，且尽可能靠近单片机芯片时钟信号引脚，以减 少时钟电路的连线长度。如果时钟信号需要接到 电路板外，则时钟电路应可能靠近电路板边缘， 使时钟信号引出线最短；如果不需引出，则时钟 电路放置没有限制；