by admin 發(fā)表時(shí)間:2019-8-6 訪問(wèn)數(shù)量: 2635
印制電路板{PCB線路板},又稱印刷電路板,是電子元器件電氣連接的提供者。它的發(fā)展已有100多年的歷史了;它的設(shè)計(jì)主要是版圖設(shè)計(jì);采用電路板的主要優(yōu)點(diǎn)是大大減少布線和裝配的差錯(cuò),提高了自動(dòng)化水平和生產(chǎn)勞動(dòng)率。
按照線路板層數(shù)可分為單面板、雙面板、四層板、六層板以及其他多層線路板。
由于印刷電路板并非一般終端產(chǎn)品,因此在名稱的定義上略為混亂,例如:個(gè)人電腦用的母板,稱為主板,而不能直接稱為電路板,雖然主機(jī)板中有電路板的存在,但是并不相同,因此評(píng)估產(chǎn)業(yè)時(shí)兩者有關(guān)卻不能說(shuō)相同。再譬如:因?yàn)橛屑呻娐妨慵b載在電路板上,因而新聞媒體稱他為IC板,但實(shí)質(zhì)上他也不等同于印刷電路板。我們通常說(shuō)的印刷電路板是指裸板-即沒(méi)有上元器件的電路板。
分類
單面板
在最基本的PCB上,零件集中在其中一面,導(dǎo)線則集中在另一面上。因?yàn)閷?dǎo)線只出現(xiàn)在其中一面,所以這種PCB叫作單面板(Single-sided)。因?yàn)閱蚊姘逶谠O(shè)計(jì)線路上有許多嚴(yán)格的限制(因?yàn)橹挥幸幻?,布線間不能交叉而必須繞獨(dú)自的路徑),所以只有早期的電路才使用這類的板子。
雙面板
這種電路板的兩面都有布線,不過(guò)要用上兩面的導(dǎo)線,必須要在兩面間有適當(dāng)?shù)碾娐愤B接才行。這種電路間的“橋梁”叫做導(dǎo)孔(via)。導(dǎo)孔是在PCB上,充滿或涂上金屬的小洞,它可以與兩面的導(dǎo)線相連接。因?yàn)殡p面板的面積比單面板大了一倍,雙面板解決了單面板中因?yàn)椴季€交錯(cuò)的難點(diǎn)(可以通過(guò)導(dǎo)孔通到另一面),它更適合用在比單面板更復(fù)雜的電路上。
多層板
為了增加可以布線的面積,多層板用上了更多單或雙面的布線板。用一塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層或二塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層的印刷線路板,通過(guò)定位系統(tǒng)及絕緣粘結(jié)材料交替在一起且導(dǎo)電圖形按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行互連的印刷線路板就成為四層、六層印刷電路板了,也稱為多層印刷線路板。板子的層數(shù)并不代表有幾層獨(dú)立的布線層,在特殊情況下會(huì)加入空層來(lái)控制板厚,通常層數(shù)都是偶數(shù),并且包含最外側(cè)的兩層。大部分的主機(jī)板都是4到8層的結(jié)構(gòu),不過(guò)技術(shù)上理論可以做到近100層的PCB板。大型的超級(jí)計(jì)算機(jī)大多使用相當(dāng)多層的主機(jī)板,不過(guò)因?yàn)檫@類計(jì)算機(jī)已經(jīng)可以用許多普通計(jì)算機(jī)的集群代替,超多層板已經(jīng)漸漸不被使用了。因?yàn)镻CB中的各層都緊密的結(jié)合,一般不太容易看出實(shí)際數(shù)目,不過(guò)如果仔細(xì)觀察主機(jī)板,還是可以看出來(lái)。
資料
組成
目前的電路板,主要由以下組成
線路與圖面(Pattern):線路是做為原件之間導(dǎo)通的工具,在設(shè)計(jì)上會(huì)另外設(shè)計(jì)大銅面作為接地及電源層。線路與圖面是同時(shí)做出的。
介電層(Dielectric):用來(lái)保持線路及各層之間的絕緣性,俗稱為基材。
孔(Through hole / via):導(dǎo)通孔可使兩層次以上的線路彼此導(dǎo)通,較大的導(dǎo)通孔則做為零件插件用,另外有非導(dǎo)通孔(nPTH)通常用來(lái)作為表面貼裝定位,組裝時(shí)固定螺絲用。
防焊油墨(Solder resistant /Solder Mask) :并非全部的銅面都要吃錫上零件,因此非吃錫的區(qū)域,會(huì)印一層隔絕銅面吃錫的物質(zhì)(通常為環(huán)氧樹脂),避免非吃錫的線路間短路。根據(jù)不同的工藝,分為綠油、紅油、藍(lán)油。
絲?。↙egend /Marking/Silk screen):此為非必要之構(gòu)成,主要的功能是在電路板上標(biāo)注各零件的名稱、位置框,方便組裝后維修及辨識(shí)用。
表面處理(Surface Finish):由于銅面在一般環(huán)境中,很容易氧化,導(dǎo)致無(wú)法上錫(焊錫性不良),因此會(huì)在要吃錫的銅面上進(jìn)行保護(hù)。保護(hù)的方式有噴錫(HASL),化金(ENIG),化銀(Immersion Silver),化錫(Immersion Tin),有機(jī)保焊劑(OSP),方法各有優(yōu)缺點(diǎn),統(tǒng)稱為表面處理。
外觀
裸板(上頭沒(méi)有零件)也常被稱為“印刷線路板Printed Wiring Board(PWB)”。板子本身的基板是由絕緣隔熱、并不易彎曲的材質(zhì)所制作成。在表面可以看到的細(xì)小線路材料是銅箔,原本銅箔是覆蓋在整個(gè)板子上的,而在制造過(guò)程中部份被蝕刻處理掉,留下來(lái)的部份就變成網(wǎng)狀的細(xì)小線路了。這些線路被稱作導(dǎo)線(conductor pattern)或稱布線,并用來(lái)提供PCB上零件的電路連接。
通常PCB的顏色都是綠色或是棕色,這是阻焊(solder mask)的顏色。是絕緣的防護(hù)層,可以保護(hù)銅線,也防止波焊時(shí)造成的短路,并節(jié)省焊錫之用量。在阻焊層上還會(huì)印刷上一層絲網(wǎng)印刷面(silk screen)。通常在這上面會(huì)印上文字與符號(hào)(大多是白色的),以標(biāo)示出各零件在板子上的位置。絲網(wǎng)印刷面也被稱作圖標(biāo)面(legend)。
在制成最終產(chǎn)品時(shí),其上會(huì)安裝集成電路、電晶體、二極管、被動(dòng)元件(如:電阻、電容、連接器等)及其他各種各樣的電子零件。借著導(dǎo)線連通,可以形成電子訊號(hào)連結(jié)及應(yīng)有機(jī)能。
優(yōu)點(diǎn)
采用印制板的主要優(yōu)點(diǎn)是:
⒈由于圖形具有重復(fù)性(再現(xiàn)性)和一致性,減少了布線和裝配的差錯(cuò),節(jié)省了設(shè)備的維修、調(diào)試和檢查時(shí)間;
⒉設(shè)計(jì)上可以標(biāo)準(zhǔn)化,利于互換;3.布線密度高,體積小,重量輕,利于電子設(shè)備的小型化;
⒋利于機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn),提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率并降低了電子設(shè)備的造價(jià)。
印制板的制造方法可分為減去法(減成法)和添加法(加成法)兩個(gè)大類。目前,大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)還是以減去法中的腐蝕銅箔法為主。
⒌特別是FPC軟性板的耐彎折性,精密性,更好的應(yīng)用到高精密儀器上。(如相機(jī),手機(jī)。攝像機(jī)等。)
設(shè)計(jì)
隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展,印制電路板廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,幾乎所有的電子設(shè)備中都包含相應(yīng)的印制電路板。為保證電子設(shè)備正常工作,減少相互間的電磁干擾,降低電磁污染對(duì)人類及生態(tài)環(huán)境的不利影響,電磁兼容設(shè)計(jì)不容忽視。本文介紹了印制電路板的設(shè)計(jì)方法和技巧。
在印制電路板的設(shè)計(jì)中,元器件布局和電路連接的布線是關(guān)鍵的兩個(gè)環(huán)節(jié)。
布局
布局,是把電路器件放在印制電路板布線區(qū)內(nèi)。布局是否合理不僅影響后面的布線工作,而且對(duì)整個(gè)電路板的性能也有重要影響。在保證電路功能和性能指標(biāo)后,要滿足工藝性、檢測(cè)和維修方面的要求,元件應(yīng)均勻、整齊、緊湊布放在PCB上,盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接,以得到均勻的組裝密度。
按電路流程安排各個(gè)功能電路單元的位置,輸入和輸出信號(hào)、高電平和低電平部分盡可能不交叉,信號(hào)傳輸路線最短。
功能區(qū)分
元器件的位置應(yīng)按電源電壓、數(shù)字及模擬電路、速度快慢、電流大小等進(jìn)行分組,以免相互干擾。
電路板上同時(shí)安裝數(shù)字電路和模擬電路時(shí),兩種電路的地線和供電系統(tǒng)完全分開,有條件時(shí)將數(shù)字電路和模擬電路安排在不同層內(nèi)。電路板上需要布置快速、中速和低速邏輯電路時(shí),應(yīng)安放在緊靠連接器范圍內(nèi);而低速邏輯和存儲(chǔ)器,應(yīng)安放在遠(yuǎn)離連接器范圍內(nèi)。這樣,有利于減小共阻抗耦合、輻射和交擾的減小。時(shí)鐘電路和高頻電路是主要的騷擾輻射源,一定要單獨(dú)安排,遠(yuǎn)離敏感電路。
熱磁兼顧
發(fā)熱元件與熱敏元件盡可能遠(yuǎn)離,要考慮電磁兼容的影響。
工藝性
⑴層面
貼裝元件盡可能在一面,簡(jiǎn)化組裝工藝。
⑵距離
元器件之間距離的最小限制根據(jù)元件外形和其他相關(guān)性能確定,目前元器件之間的距離一般不小于0.2 mm~0.3mm,元器件距印制板邊緣的距離應(yīng)大于2mm。
⑶方向
元件排列的方向和疏密程度應(yīng)有利于空氣的對(duì)流??紤]組裝工藝,元件方向盡可能一致。
布線
1、導(dǎo)線
⑴寬度
印制導(dǎo)線的最小寬度,主要由導(dǎo)線和絕緣基板間的粘附強(qiáng)度和流過(guò)它們的電流值決定。印制導(dǎo)線可盡量寬一些,尤其是電源線和地線,在板面允許的條件下盡量寬一些,即使面積緊張的條件下一般不小于1mm。特別是地線,即使局部不允許加寬,也應(yīng)在允許的地方加寬,以降低整個(gè)地線系統(tǒng)的電阻。對(duì)長(zhǎng)度超過(guò)80mm的導(dǎo)線,即使工作電流不大,也應(yīng)加寬以減小導(dǎo)線壓降對(duì)電路的影響。
⑵長(zhǎng)度
要極小化布線的長(zhǎng)度,布線越短,干擾和串?dāng)_越少,并且它的寄生電抗也越低,輻射更少。特別是場(chǎng)效應(yīng)管柵極,三極管的基極和高頻回路更應(yīng)注意布線要短。
⑶間距
相鄰導(dǎo)線之間的距離應(yīng)滿足電氣安全的要求,串?dāng)_和電壓擊穿是影響布線間距的主要電氣特性。為了便于操作和生產(chǎn),間距應(yīng)盡量寬些,選擇最小間距至少應(yīng)該適合所施加的電壓。這個(gè)電壓包括工作電壓、附加的波動(dòng)電壓、過(guò)電壓和因其它原因產(chǎn)生的峰值電壓。當(dāng)電路中存在有市電電壓時(shí),出于安全的需要間距應(yīng)該更寬些。
⑷路徑
信號(hào)路徑的寬度,從驅(qū)動(dòng)到負(fù)載應(yīng)該是常數(shù)。改變路徑寬度對(duì)路徑阻抗(電阻、電感、和電容)產(chǎn)生改變,會(huì)產(chǎn)生反射和造成線路阻抗不平衡。所以,最好保持路徑的寬度不變。在布線中,最好避免使用直角和銳角,一般拐角應(yīng)該大于90°。直角的路徑內(nèi)部的邊緣能產(chǎn)生集中的電場(chǎng),該電場(chǎng)產(chǎn)生耦合到相鄰路徑的噪聲,45°路徑優(yōu)于直角和銳角路徑。當(dāng)兩條導(dǎo)線以銳角相遇連接時(shí),應(yīng)將銳角改成圓形。
2、孔徑和焊盤尺寸
元件安裝孔的直徑應(yīng)該與元件的引線直徑較好的匹配,使安裝孔的直徑略大于元件引線直徑的(0.15~0.3)mm。通常DIL封裝的管腳和絕大多數(shù)的小型元件使用0.8mm的孔徑,焊盤直徑大約為2mm。對(duì)于大孔徑焊盤為了獲得較好的附著能力,焊盤的直徑與孔徑之比,對(duì)于環(huán)氧玻璃板基大約為2,而對(duì)于苯酚紙板基應(yīng)為(2.5~3)。
過(guò)孔,一般被使用在多層PCB中,它的最小可用直徑是與板基的厚度相關(guān),通常板基的厚度與過(guò)孔直徑比是6:1。高速信號(hào)時(shí),過(guò)孔產(chǎn)生(1~4)nH的電感和(0.3~0.8)pF的電容的路徑。因此,當(dāng)鋪設(shè)高速信號(hào)通道時(shí),過(guò)孔應(yīng)該被保持到絕對(duì)的最小。對(duì)于高速的并行線(例如地址和數(shù)據(jù)線),如果層的改變是不可避免,應(yīng)該確保每根信號(hào)線的過(guò)孔數(shù)一樣。并且應(yīng)盡量減少過(guò)孔數(shù)量,必要時(shí)需設(shè)置印制導(dǎo)線保護(hù)環(huán)或保護(hù)線,以防止振蕩和改善電路性能。
3、地線設(shè)計(jì)
不合理的地線設(shè)計(jì)會(huì)使印制電路板產(chǎn)生干擾,達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo),甚至無(wú)法工作。地線是電路中電位的參考點(diǎn),又是電流公共通道。地電位理論上是零電位,但實(shí)際上由于導(dǎo)線阻抗的存在,地線各處電位不都是零。因?yàn)榈鼐€只要有一定長(zhǎng)度就不是一個(gè)處處為零的等電位點(diǎn),地線不僅是必不可少的電路公共通道,又是產(chǎn)生干擾的一個(gè)渠道。
一點(diǎn)接地是消除地線干擾的基本原則。所有電路、設(shè)備的地線都必須接到統(tǒng)一的接地點(diǎn)上,以該點(diǎn)作為電路、設(shè)備的零電位參考點(diǎn)(面)。一點(diǎn)接地分公用地線串聯(lián)一點(diǎn)接地和獨(dú)立地線并聯(lián)一點(diǎn)接地。
公用地線串聯(lián)一點(diǎn)接地方式比較簡(jiǎn)單,各個(gè)電路接地引線比較短,其電阻相對(duì)小,這種接地方式常用于設(shè)備機(jī)柜中的接地。獨(dú)立地線并聯(lián)一點(diǎn)接地,只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn),其他各個(gè)需要接地的點(diǎn)都直接接到這一點(diǎn)上,各電路的地電位只與本電路的地電流基地阻抗有關(guān),不受其他電路的影響。
具體布線時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
⑴走線長(zhǎng)度盡量短,以便使引線電感極小化。在低頻電路中,因?yàn)樗须娐返牡仉娏髁鹘?jīng)公共的接地阻抗或接地平面,所以避免采用多點(diǎn)接地。
⑵公共地線應(yīng)盡量布置在印制電路板邊緣部分。電路板上應(yīng)盡可能多保留銅箔做地線,可以增強(qiáng)屏蔽能力。
⑶雙層板可以使用地線面,地線面的目的是提供一個(gè)低阻抗的地線。
⑷多層印制電路板中,可設(shè)置接地層,接地層設(shè)計(jì)成網(wǎng)狀。地線網(wǎng)格的間距不能太大,因?yàn)榈鼐€的一個(gè)主要作用是提供信號(hào)回流路徑,若網(wǎng)格的間距過(guò)大,會(huì)形成較大的信號(hào)環(huán)路面積。大環(huán)路面積會(huì)引起輻射和敏感度問(wèn)題。另外,信號(hào)回流實(shí)際走環(huán)路面積小的路徑,其他地線并不起作用。
⑸地線面能夠使輻射的環(huán)路最小。
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