電子設(shè)計(jì)人員的電路設(shè)計(jì)思想最終要落實(shí)到實(shí)體,即做成印制電路板。印制電路板的基材及選用,組成電路各要素的物理特性,如過(guò)孔、槽、導(dǎo)線尺寸、焊盤(pán)、表面涂層等,是設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的要素,這是設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的印制電路板的基礎(chǔ)。
2.2.1 印制板用基材
1.剛性印制板用敷銅箔基材
⑴ 酚醛紙質(zhì)層壓板
酚醛紙質(zhì)層壓板可以分為不同等級(jí)。大多數(shù)等級(jí)能夠在高達(dá)70℃~105℃溫度下使用,長(zhǎng)期再高于這種范圍溫度下工作可能回導(dǎo)致一些性能的降低(但這仍取決與基材的等級(jí)和厚度),而且過(guò)熱會(huì)引起炭化,在受影響的區(qū)域內(nèi),絕緣電阻可能會(huì)降至很低值。這樣的熱源是發(fā)熱元件,在正常溫度范圍內(nèi),基材可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的變黑現(xiàn)象(陽(yáng)光也能使基材變黑,但不會(huì)引起材料性能的改變)。在高濕度環(huán)境下放置會(huì)使基材的絕緣電阻大幅度減小,然而當(dāng)濕度降低時(shí),絕緣電阻又會(huì)增加。
⑵ 環(huán)氧紙質(zhì)層壓板
與酚醛紙質(zhì)層壓板相比,環(huán)氧紙質(zhì)層壓板在電氣性能和非電氣性能方面都有較大的提高,有較好的機(jī)械加工性能和機(jī)械性能。根據(jù)材料的厚度,它的使用溫度可達(dá)90℃~110℃。
⑶ 聚酯玻璃氈層壓板
聚酯玻璃氈層壓板的機(jī)械性能低于玻璃布基材料,但高于紙基材料。然而它具有很好的抗沖擊性,并有好的電氣性能,能夠在很寬的頻率范圍內(nèi)應(yīng)用,即使在高濕度環(huán)境下,也能保持好的絕緣性能。它的使用溫度可達(dá)到100℃~105℃。
⑷ 環(huán)氧玻璃布層壓板
環(huán)氧玻璃布層壓板的機(jī)械性能高于紙基材料,特別是彎曲強(qiáng)度,耐沖擊性,翹曲度和耐焊接熱沖擊都比紙基材料好。這種材料的電氣性能也很好,使用溫度可達(dá)130℃,而且受惡環(huán)境(濕度)影響小。
2. 撓性印制板用敷銅箔基材
⑴ 聚酯薄膜最常用的特性是可撓性,它的特點(diǎn)是加熱時(shí)能夠形成可收縮式線圈。假如使用合適的粘合劑,這種材料可以在80℃~130℃范圍內(nèi)使用。焊接時(shí)應(yīng)特別注意,這種材料在焊接溫度下容易產(chǎn)生軟化和變形。它具有優(yōu)良的電氣性能,當(dāng)被暴露在高濕度環(huán)境下時(shí),依然能保持其良好的電氣性能。
⑵ 聚酰亞胺薄膜
聚酰亞胺薄膜具有良好的可撓性,而且能夠通過(guò)預(yù)熱處理去除吸收的潮氣,保證安全焊接。一般黏結(jié)型聚酰亞胺薄膜能夠在高達(dá)150℃溫度下連續(xù)工作,用氟化乙丙烯作為中間膠膜的特殊容接型聚酰亞胺薄膜并在250℃下使用,作為特殊用途的沒(méi)有黏合劑的聚酰亞胺薄膜能夠在更高的溫度下使用。聚酰亞胺薄膜具有優(yōu)良的電氣性能,但可能會(huì)吸潮氣而影響性能。
⑶ 氟化乙丙烯薄膜
氟化乙丙烯薄膜通常和聚酰亞胺或玻璃布結(jié)合在一起制成層壓板,再不超過(guò)250℃的焊接溫度下,具有良好的可撓性和穩(wěn)定性。它也可以作為非支撐材料使用。氟化乙丙烯薄膜是熱塑性材料,其融化溫度為290℃左右。它具有良好的耐潮性、耐酸性、耐堿性和耐有機(jī)溶劑性。它主要的缺點(diǎn)是層壓時(shí)在層壓溫度下導(dǎo)電圖形易發(fā)生移動(dòng)。
3. 剛饒結(jié)合印制板
如果同一塊印制板中即包括撓性部分又包括剛性部分,即剛性印制板使用的材料,撓性印制板使用的材料和多層印制板使用的材料可以結(jié)合在同一個(gè)結(jié)構(gòu)中,但某些性能可能會(huì)因?yàn)樗褂玫酿ず蟿┑牟煌l(fā)生顯著改變。
2.2.2 過(guò)孔
板厚和孔經(jīng)比最好應(yīng)大于3:1,大的比值會(huì)使生產(chǎn)困難,成本增加。當(dāng)過(guò)孔只用做貫穿連接或內(nèi)層連接時(shí),孔徑公差,特別是最小孔徑公差一般是不重要的,所以不用規(guī)定。由于導(dǎo)通孔內(nèi)不插元件,所以它的孔徑可以比元件空的孔徑小。
當(dāng)過(guò)孔作為元件孔時(shí),過(guò)孔的最小孔徑要適應(yīng)元件或組裝件的引腳尺寸。設(shè)計(jì)者要采用給出的標(biāo)稱孔徑作為過(guò)孔的推薦值。過(guò)孔的最大孔徑取決于鍍層厚度和孔徑的公差。規(guī)定孔的最小鍍層厚度一般允許偏差(孔到孔)10%。推薦孔壁鍍銅層的平均厚度不小于25μm(0.001in),其最小厚度為15μm(0.0006in)。
2.2.3 導(dǎo)線尺寸
1. 導(dǎo)線寬度
對(duì)于專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)或?qū)щ妶D形的布局,通常導(dǎo)線寬度應(yīng)盡可能選擇寬一些,至少要寬到足以承受所期望的電流負(fù)荷。
印制板上可得到的導(dǎo)線寬度的精度取決于生產(chǎn)因數(shù),例如生產(chǎn)底板的精度、生產(chǎn)工藝(印制法、加成或減成工藝的使用、鍍覆法、蝕刻質(zhì)量)和導(dǎo)線厚度的均勻性等。規(guī)定的導(dǎo)線寬度,即包括設(shè)計(jì)寬度和允許的偏差,也包括所規(guī)定的最小線寬。缺口、針孔或邊緣缺陷所造成的偏差,雖然不包括在這些偏差里,但也會(huì)出現(xiàn)。當(dāng)這些缺陷引起的導(dǎo)線寬度減少不超過(guò)有關(guān)規(guī)范的一定值時(shí),通常可以接受,這個(gè)值的范圍為20%至35%。如果所要求的載流量很高,這些缺陷就必須考慮進(jìn)去。
2. 導(dǎo)線間距
相鄰導(dǎo)線之間的間距必須足夠?qū)挘詽M足電氣安全的要求,而且為了便于操作和生產(chǎn),間距應(yīng)盡量寬些。選擇的最小間距應(yīng)適合所施加的電壓。這個(gè)電壓包括正常操作或發(fā)生故障時(shí)重復(fù)或偶爾產(chǎn)生的過(guò)電壓或峰值電壓。所以導(dǎo)線間距應(yīng)符合所要采用的或規(guī)定的安全要求。
如果有關(guān)規(guī)范允許導(dǎo)線之間存在金屬顆粒,則可能會(huì)減少有效的導(dǎo)線間距。在考慮電壓?jiǎn)栴}時(shí),任何由于導(dǎo)線之間存在金屬顆粒而導(dǎo)致間距的減少都應(yīng)予以考慮。
如果導(dǎo)線間距超過(guò)一定值時(shí),將有利操作和生產(chǎn)。在些情況下,只規(guī)定最低限制就很容易滿足實(shí)際要求。如果規(guī)定了導(dǎo)線寬度的最低限制,還要規(guī)定導(dǎo)線間距的最低限制。如導(dǎo)線間的金屬顆粒缺陷存在,應(yīng)增大規(guī)定的最小導(dǎo)線間距。所設(shè)計(jì)的內(nèi)層導(dǎo)線或焊盤(pán)應(yīng)距離板子邊緣2mm以上。
2.2.4 焊盤(pán)尺寸
所有元件孔通過(guò)焊盤(pán)實(shí)現(xiàn)電氣連接。為了便于維修,應(yīng)確保與基板之間的牢固粘結(jié),孔周?chē)暮副P(pán)應(yīng)該盡可能大,并符合焊接要求。通常非過(guò)孔比過(guò)孔所要求的焊盤(pán)大。在有過(guò)孔的雙面印制板上,每個(gè)導(dǎo)線端子的過(guò)孔應(yīng)具有雙面焊盤(pán)。當(dāng)導(dǎo)通孔位于導(dǎo)線上時(shí),在整體焊接過(guò)程中導(dǎo)通孔被焊料填充,因此不需要焊盤(pán)。設(shè)計(jì)工程師有責(zé)任即要確保孔周?chē)膶?dǎo)線符合設(shè)計(jì)電流的要求,又要保證符合與生產(chǎn)有關(guān)的位置公差的工藝要求。當(dāng)過(guò)孔位于導(dǎo)線上而無(wú)焊盤(pán)時(shí),應(yīng)向印制板生產(chǎn)方提供識(shí)別孔中心的方法。
為了便于進(jìn)行整體焊接操作,應(yīng)避免大面積的銅箔存在。并且要遵循設(shè)計(jì)原則,元件面和焊接面的焊盤(pán)最好對(duì)稱式放置(相對(duì)于孔)。
2.2.5 金屬鍍(涂)覆層
金屬鍍(涂)覆層用以保護(hù)金屬(銅)表面,保證其可焊性,還可以在一些加工過(guò)程中作為蝕刻液的抗蝕層(如在孔的加工過(guò)程)。金屬鍍(涂)覆層還可以作為連接器與印制板的接觸面,或表面安裝器件與印制板的接合層。
應(yīng)根據(jù)印制板的用途選擇一種適合導(dǎo)電圖形使用的鍍覆層。表面鍍覆層的類(lèi)型直接影響生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)成本和印制板的性能。
2.2.6 印制接觸片
在使用印制接觸片時(shí),應(yīng)注意選用一種鍍層,使其與匹配的對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)上的鍍層想適應(yīng)。由于合適的鍍層的選擇與下面一些因數(shù)有關(guān),但沒(méi)有一般規(guī)律可循。印制金屬片的接觸表面應(yīng)平滑,而且沒(méi)有能夠引起電氣性能和機(jī)械性能等下降的缺陷。
設(shè)計(jì)接觸片應(yīng)考慮以下因數(shù):
1. 與之相對(duì)應(yīng)的鍍層類(lèi)型;
2. 與之相對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)設(shè)計(jì)(形狀、接觸壓力等);
3. 耐久性,所期望的使用次數(shù);
4. 電氣性能要求(如接觸電阻);
5. 機(jī)械加工性能要求(如插/撥力);
6. 使用的環(huán)境條件。
2.2.7 非金屬涂覆層
1. 非金屬涂覆層
非金屬涂覆材料用來(lái)保護(hù)印制板,另外,阻焊接區(qū)用來(lái)防止非焊接區(qū)導(dǎo)體的焊料潤(rùn)濕。
當(dāng)涂覆過(guò)的組裝件暴露在高濕度條件下時(shí),不正確的清洗可能導(dǎo)致附著力降低。由于附著力的降低,涂覆層與基本的界面下開(kāi)始出現(xiàn)分離點(diǎn)或碎屑,并且剝落(“侵蝕”)。
在使用任何涂覆層之前,最重要的是正確清洗印制板。如果印制板帶有有機(jī)或無(wú)機(jī)污染,其絕緣電阻不能通過(guò)涂覆層得到提高。
如果不正確地選擇和使用涂覆層,可能導(dǎo)致在高頻下使用的印制板的阻燃性、絕緣電阻、電氣性能等參數(shù)降低。
2.暫時(shí)性保護(hù)涂覆層
暫時(shí)性涂覆層可以用來(lái)保護(hù)導(dǎo)電圖形的可焊性。通常,在那些不具有良好可焊性的金屬表面涂覆層覆蓋的導(dǎo)電圖形上使用暫時(shí)性保護(hù)涂覆層,使其在必要的時(shí)間內(nèi)保持良好的可焊性。
根據(jù)所使用的材料,暫時(shí)性保護(hù)涂覆層可以在焊接前去除,也可以作為焊劑。作為焊劑的暫時(shí)性保護(hù)涂覆層是樹(shù)脂型,它可溶于焊劑溶劑。
過(guò)分地干燥和(或)長(zhǎng)期存放,或過(guò)分加熱(例如,在印制板進(jìn)行氣相焊時(shí)),可能會(huì)導(dǎo)致某些樹(shù)脂型涂覆層在某點(diǎn)發(fā)生固化,這時(shí)在涂覆焊劑和進(jìn)行焊接之間的短暫時(shí)間里涂層不再充分溶解,從而降低焊接效果。
通常孔壁和焊盤(pán)交接處的樹(shù)脂型涂覆層最薄。隨著時(shí)間的延長(zhǎng),過(guò)孔在此處的可焊性可能比其他區(qū)域下降得快。
基于上述原因,涂覆層應(yīng)與所實(shí)施的工藝相適應(yīng)。例如對(duì)于干燥、涂焊劑、焊接和熱熔方法,必須認(rèn)真考慮。
3. 暫時(shí)性阻焊劑
使用暫時(shí)性阻焊劑的涂覆層通常在焊接之前用網(wǎng)印涂覆。覆蓋印制板的規(guī)定區(qū)域,以防止該區(qū)域?qū)щ妶D形的焊料潤(rùn)濕。例如:暫時(shí)性阻焊劑涂覆在有貴重金屬的電路區(qū),作為表面涂覆層。另外,這種涂覆層還可以保護(hù)涂覆區(qū)域在生產(chǎn)過(guò)程和存放過(guò)程中不受破壞。
在完成保護(hù)任務(wù)后,應(yīng)去除暫時(shí)性阻焊劑,可以根據(jù)所使用的阻焊劑的類(lèi)型,用剝離或用合適的溶劑浸泡。應(yīng)該注意的是必須徹底去除暫時(shí)性涂覆層。
2.2.8 永久性保護(hù)涂覆層
永久性保護(hù)涂覆層可以提高或保持印制板的電氣性能,例如印制板表面導(dǎo)線間的絕緣電阻和擊穿電壓。它們通常包含堅(jiān)固的耐刻劃材料,從而保護(hù)版面不受損壞。在正常的使用中,永久地保留在印制板上。
1.永久性保護(hù)涂覆層的作用
永久性保護(hù)涂覆層可以通過(guò)以下方式提高或保持印制板的電氣性能:
⑴ 阻止潮氣進(jìn)入基材;
⑵ 防止導(dǎo)線間沉積污物(例如吸潮的污物);
⑶ 作為導(dǎo)線間的絕緣材料;
⑷ 作為不需要焊接的過(guò)孔(導(dǎo)通孔)的孔內(nèi)或表面的保護(hù)層。
這種涂層在焊接操作之前涂覆,用于覆蓋印制板的規(guī)定區(qū)域,防止該區(qū)域的導(dǎo)電圖形的焊料潤(rùn)濕。它與剝離型或沖洗型暫時(shí)性涂覆層不同,焊接操作后,永久性阻焊劑不能被去除,而是作為一種永久性保護(hù)涂層。當(dāng)作為一種阻焊劑使用時(shí),它應(yīng)該具有除上述電氣性能以外的充分的保護(hù)性能。
阻焊劑作為一種永久性保護(hù)涂層也可以應(yīng)用在元件面,在這種情況下,它只起永久性保護(hù)涂層的作用。
2. 阻焊劑
阻焊劑的作用如下:
⑴ 防止規(guī)定區(qū)域的焊料潤(rùn)濕;
⑵ 防止相鄰導(dǎo)電圖形之間發(fā)生橋接;
⑶ 使焊料集中在沒(méi)有被阻焊劑覆蓋的導(dǎo)電圖形部分,促進(jìn)并提高焊接性能;
⑷ 減少焊料消耗和焊料槽污物;
⑸ 在加工過(guò)程中保護(hù)印制板;
⑹ 提高或保持印制板的電氣性能;
⑺ 作為元件體和其下面導(dǎo)電圖形之間的絕緣層。
如果覆蓋導(dǎo)電圖形的金屬,例如焊料,在焊接過(guò)程中易熔化,阻焊劑涂覆在其上時(shí),焊接后可能會(huì)出現(xiàn)起皺、起泡或脫落,這是不能被接受的 ,應(yīng)該提出解決的方案。
常用的阻焊劑有兩種基本類(lèi)型:
① 印制型:一般使用網(wǎng)印,它是把阻焊劑印制在規(guī)定的印制板圖形上;
② 光成像阻焊劑:它是在印制板上涂覆一層專(zhuān)用的濕膜或干膜,經(jīng)過(guò)曝光(通常為紫外光)和顯影產(chǎn)生相應(yīng)的圖形。
通常網(wǎng)印成本較低,但使用光成像阻焊劑可以獲得較小的公差。阻焊層余隙窗口和焊盤(pán)之間的錯(cuò)位,以及焊盤(pán)和阻焊層余隙窗口的直徑偏差,可能會(huì)使焊盤(pán)局部被覆蓋,減少了焊接區(qū)域。必要時(shí)有關(guān)規(guī)范應(yīng)規(guī)定適當(dāng)?shù)某叽绾椭睾隙纫蟆?br>2.2.9 敷形涂層
敷形涂層是涂覆在印制板上或印制板組裝件上的一種電絕緣材料,作為保護(hù)阻擋層阻擋環(huán)境中有害物質(zhì)的影響。如果選擇正確,使用恰當(dāng),敷形涂層將幫助保護(hù)組裝件免受以下危害:潮氣、灰塵和污物、空氣中的雜質(zhì)(如煙、化學(xué)氣體)、導(dǎo)電顆粒(如金屬片、金屬屑)、跌落的工具、緊固件造成的偶然短路、磨損破壞、指紋、震動(dòng)和沖擊(達(dá)到某種程度)、霉菌增長(zhǎng)。
所選擇的敷形涂層樹(shù)脂應(yīng)滿足以上要求和一些其他的次要要求,如透明度(涂覆后應(yīng)可以辨認(rèn)元件的值)和撓性(防止元件在高低溫循環(huán)中被損壞)。
在一些情況下,某些漆用做永久性保護(hù)涂層。這種漆在焊接后涂覆,且通常只涂覆在焊接面上。
敷形涂層除具有保護(hù)性能外,還具有其他特殊的性能。例如,它們具有熒光性,有利于對(duì)覆蓋范圍進(jìn)行目檢。
使用敷形涂層樹(shù)脂的一些局限性是:
① 敷形涂層膜對(duì)水蒸氣具有可滲透性,不含防蝕填料(如鉻酸鹽)的配方將不能防止腐蝕,這種腐蝕是由于在涂覆過(guò)程中零件上涂覆了起電解作用的鹽或零件表面俘獲了鹽而引起的。
② 敷形涂層膜對(duì)水具有可滲透性,隨著膜的厚度的增加,絕緣電阻將減少。特別是元器件(例如集成電路)周?chē)臉?shù)脂邊緣。
③ 有機(jī)敷形涂層樹(shù)脂用以填充導(dǎo)線間的間隙,會(huì)導(dǎo)致線間電容的顯著改變。
④ 透明而具有可撓性的敷形涂層樹(shù)脂,具有高的熱膨脹系數(shù),所以對(duì)某些元件可能產(chǎn)生提升力,導(dǎo)致焊點(diǎn)失效。
⑤ 用來(lái)提高電氣性能的敷形涂層樹(shù)脂,不含提高黏結(jié)力的黏結(jié)配方(如磷酸鹽),所以它們不能提供額外的與金屬的黏結(jié)力,特別是與焊料的黏結(jié)力。
除了二甲苯涂層外,大多數(shù)敷形涂層樹(shù)脂與有機(jī)涂料相似,在尖銳點(diǎn)上,元件邊緣和導(dǎo)線邊緣會(huì)出現(xiàn)針孔和薄點(diǎn)。
實(shí)際使用以下材料作為敷形涂層:
① 油漆:
通常在無(wú)任何要求的條件下使用。它使用簡(jiǎn)便,可以很方便地用適當(dāng)?shù)娜軇┤コ喝菀仔扪a(bǔ),具有好的外觀。
② 丙烯酸漆:
通常作為對(duì)電氣性能要求很高的敷形涂層。可以用溶劑去除,易于修補(bǔ),具有好的光亮外觀。
③ 環(huán)氧樹(shù)脂涂層:
通常作為對(duì)電氣性能要求很高的敷形涂層,可以用焊接方法使薄的涂層透錫,否則涂層必須用機(jī)械方法去除。能夠修補(bǔ),具有好的外觀,但涂覆工藝較差。
④ 聚氨酯漆:
這種敷形涂層具有良好的防潮性和耐磨性。通常用于軍用產(chǎn)品。可以用焊接方法使薄的涂層透錫,否則涂層必須用機(jī)械方法去除。能夠修補(bǔ),外觀比較暗淡,涂覆工藝較差。
⑤ 硅樹(shù)脂漆:
這種敷形涂層具有良好的介電性能和耐電弧性。可以在較高的溫度下使用。能夠修補(bǔ),具有好的外觀,涂覆工藝較好。
⑥ 硅橡膠涂層:
可以在高溫下使用,具有良好的耐磨損性。能夠滿足最佳黏結(jié)力的要求。具有撓性,透明,不易修補(bǔ)。必須使用機(jī)械方法去除。具有好的外觀,涂覆工藝較差。
⑦ 二甲苯:
對(duì)二甲苯為真空沉積聚合物,它能提高較好的防潮和防磨損性能。由于它是從氣化物中沉積而成,所以是真正的敷形涂層,可以浸透到所有的裂縫中,以恒定的厚度涂覆到所有表面上。可以沉積非常薄的敷形涂層膜。不能被常規(guī)的技術(shù)所取代。
⑧ 聚苯乙烯:
適合應(yīng)用在具有低介電損耗要求的條件下。
對(duì)于在扁平元件下的敷形涂層,由于涂層的膨脹,促使元件焊點(diǎn)開(kāi)裂。基于這個(gè)原因,扁平元件應(yīng)離開(kāi)印制板安裝,而且應(yīng)避免用敷形涂層填充間縫。
應(yīng)該檢查所使用的敷形涂層、印制板組裝中的元件和任何清洗液和阻焊劑之間的相溶性。還應(yīng)該檢查固化循環(huán)溫度,使其不會(huì)損壞任何組裝中的元件。
在使用敷形涂層前用溶劑清洗印制板時(shí),或使用溶劑去除敷形涂層時(shí),應(yīng)遵循產(chǎn)品提供的安全預(yù)防措施。這些預(yù)防措施包括(但不局限于)存儲(chǔ)條件、溶劑的處理方法、使用溶劑環(huán)境的正確通風(fēng)、避免溶劑接觸皮膚、廢液處理等。
2.2.10 印制電路板的尺寸
注意避免不必要的過(guò)嚴(yán)的尺寸公差,否則會(huì)使生產(chǎn)困難,使成本增加。為了生產(chǎn)或檢驗(yàn),建議使用參考基準(zhǔn)確定尺寸和定位圖形的尺寸。如果印制板包括1個(gè)以上的圖形,所有圖形應(yīng)使用相同的參考基準(zhǔn)。參考基準(zhǔn)最好由設(shè)計(jì)者規(guī)定。常用的方法是采用兩條正交的線。
在某些情況下,各加工要素的位置可以要求使用1個(gè)以上的參考基準(zhǔn)。這種情況可能會(huì)發(fā)生在非常大的板子上或具有兩個(gè)或多個(gè)剛性區(qū)域的剛撓印制板上。參考基準(zhǔn)之間的尺寸和公差取決于所使用的材料和成品板的尺寸要求。
1.制板的外形尺寸
原則上,印制板的外形可以為任意形狀,但簡(jiǎn)單的形狀更利于生產(chǎn)。
除非加工的數(shù)量證明一些專(zhuān)用生產(chǎn)方法是合算的,通常印制板的尺寸受生產(chǎn)設(shè)備和穩(wěn)定性要求的限制。
印制板可達(dá)到的外形尺寸的公差通常與層壓材料可達(dá)到的尺寸公差相同,因?yàn)樗没墓钕嗨啤?br>2.制板的厚度
基材厚度、印制板厚度或印制板總厚度的要求應(yīng)限于印制板規(guī)定的厚度控制區(qū)域。介質(zhì)厚度定義為相鄰導(dǎo)電層之間的測(cè)量最小距離。
當(dāng)附加鍍層、涂覆層、覆蓋層或使用黏合劑時(shí),總板厚會(huì)偏離覆金屬箔基材的厚度要求,所有尺寸公差應(yīng)盡可能寬松。
3.孔的尺寸
從經(jīng)濟(jì)角度考慮,在任何設(shè)計(jì)中,不同尺寸孔的數(shù)量應(yīng)保持最少。
4.撓性印制板的彎曲
應(yīng)使彎曲的區(qū)域盡量少。過(guò)孔和安裝元件的區(qū)域不應(yīng)設(shè)置在彎曲區(qū)。導(dǎo)線材料是軋制的且不能改變彎折線的方向,彎曲區(qū)的導(dǎo)線應(yīng)垂直或斜向穿過(guò)彎折線。
彎曲半徑應(yīng)盡量大。允許的彎曲半徑取決于導(dǎo)線厚度、基材厚度和撓性印制板成品的厚度。
導(dǎo)線應(yīng)盡可能一撓性印制板結(jié)構(gòu)的中心軸為對(duì)稱線。
印制板的翹曲度與所用的材料、生產(chǎn)工藝、孔圖、導(dǎo)電圖形分布的均勻程度、印制板的尺寸和類(lèi)型等有關(guān)。
2.2.11 阻燃性
設(shè)計(jì)印制板和印制板組裝件時(shí),選擇的材料和元件應(yīng)盡量降低在某些故障情況下起火的可能性,也就是防止印制板或印制板組裝件因通電而起火。
設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)印制板時(shí)應(yīng)選擇消除和減少火險(xiǎn)的方法,必須考慮影響印制板的各方面因素。
2.2.12 印制電路板基板的選擇
基板的作用,除了提供組裝所需的架構(gòu)外,也提供電源和電信號(hào)所需的引線和散熱的功能。所以對(duì)于一個(gè)好的基板,要有以下功能:
① 足夠的機(jī)械強(qiáng)度(附扭曲、振動(dòng)和撞擊等);
② 能夠承受組裝工藝中的熱處理和沖擊;
③ 足夠的平整度以適合自動(dòng)化的組裝工藝;
④ 能承受多次的返修(焊接)工作;
⑤ 適合PCB的制造工藝;
⑥ 良好的電氣性能(如阻抗、介質(zhì)常數(shù)等)。
2.3印制板設(shè)計(jì)過(guò)程
2.3.1 線路圖設(shè)計(jì)的基本方法
首先需要完全了解所選用元件器及各種插座的規(guī)格、尺寸、面積等。當(dāng)合理地、仔細(xì)地考慮各部件的位置安排時(shí),主要是從電磁場(chǎng)兼容性、抗干擾的角度、走線要短、交叉要少、電源和地線的路徑及去耦等方面考慮。各部件位置定出后,就是各部件的連線,按照電路圖連接有關(guān)引腳,完成的方法有多種,印制線路圖的設(shè)計(jì)有計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與手工設(shè)計(jì)方法兩種。
最原始的是手工排列布圖,它比較費(fèi)事,往往要反復(fù)幾次才能最后完成,這種手工排列布圖方法對(duì)剛學(xué)習(xí)印制板圖的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)也是很有幫助的。計(jì)算機(jī)輔助制圖,現(xiàn)在有多種繪圖軟件,功能各異,但總的來(lái)說(shuō),繪制、修改較方便,并且可以存盤(pán)和打印。
確定印制電路板所需的尺寸,并按原理圖,將各個(gè)元器件位置初步確定下來(lái),然后經(jīng)過(guò)不斷調(diào)整使布局更加合理,印制電路板中各元件之間的接線安排方式如下:
⑴ 印制電路中不允許有交叉電路,對(duì)于可能交叉的線條,可以用“鉆”、“繞”兩種辦法解決。即,讓某引線從別的電阻、電容、三極管腳下的空隙處“鉆”過(guò)去,或從可能交叉的某條引線的一端“繞”過(guò)去,在特殊情況下如果電路很復(fù)雜,為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)也允許用導(dǎo)線跨接,解決交叉電路問(wèn)題。
⑵ 電阻、二級(jí)管、管狀電容等元件有“立式”和“臥式”兩種安裝方式。立式指的是元件體垂直于電路板安裝、焊接,其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省空間;臥式指的是元件體平行并緊貼于電路板安裝、焊接,其優(yōu)點(diǎn)是元件安裝的機(jī)械強(qiáng)度較好。這兩種不同的安裝元件,印制電路板上的元件也距是不一樣的。
⑶ 同一級(jí)電路的接地點(diǎn)應(yīng)量靠近,并且本級(jí)電路的電源濾波電容也應(yīng)接在該級(jí)接地點(diǎn)上。特別是本級(jí)晶體管基極、發(fā)射極的接地點(diǎn)不能離得太遠(yuǎn),否則因兩個(gè)接地點(diǎn)間的銅箔太長(zhǎng)會(huì)引起干擾與自激,采用這樣“一點(diǎn)接地法”的電路,工作較穩(wěn)定,不易自激。
⑷ 總地線必須嚴(yán)格按“高頻→中頻→低頻”一級(jí)級(jí)地按弱電到強(qiáng)電的順序排列原則,切不可隨便亂接,級(jí)與級(jí)間的接線可長(zhǎng)一些,特別是變頻頭、再生頭、調(diào)頻頭的接地線安排要求更為嚴(yán)格,如有不當(dāng)就會(huì)產(chǎn)生自激以致無(wú)法工作。調(diào)頻頭等高頻電路常采用大面積包圍式地線,以保證有良好的屏蔽效果。
⑸ 強(qiáng)電流引線(公共地線,功放電源引線等)應(yīng)盡可能寬些,以降低布線電阻及其電壓降,可減小寄生耦合而產(chǎn)生的自激。
⑹ 阻抗高的走線盡量短,阻抗低的走線可長(zhǎng)一些,因?yàn)樽杩垢叩淖呔€容易發(fā)射和吸收信號(hào),引起電路不穩(wěn)定。電源線、地線、無(wú)反饋元件的基極走線、發(fā)射極引線等均屬低阻抗走線,射極跟隨器的基極走線、收錄機(jī)兩個(gè)聲道的地線必須分開(kāi),各自成一路,一直到功效末端再合起來(lái),如兩路地線連接,極易產(chǎn)生串音,使分離度下降。
2.3.2 印制板圖設(shè)計(jì)中應(yīng)注意事項(xiàng)
⑴ 布線方向:從焊接面看,元件的排列方位盡可能保持與原理圖相一致,布線方向最好與電路圖走線方向一致,因生產(chǎn)過(guò)程中通常需要在焊接面進(jìn)行各種參數(shù)的檢測(cè),故這樣做便于生產(chǎn)中的檢查、調(diào)試及檢修。
⑵ 各元件排列、分布要合理和均勻,力求整齊,美觀,結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)。
⑶ 電阻、二極管的放置方式分為平放與豎放兩種,當(dāng)電路元件數(shù)量不多,而且電路板尺寸較大的情況下,一般是采用平放較好;對(duì)于1/4W以下的電阻平放時(shí),兩個(gè)焊盤(pán)間的距離一般取4/10in,1/2W的電阻平放時(shí),兩個(gè)焊盤(pán)的間距一般取5/10in;二極管平放時(shí),1N400X系列整流管,一般取3/10in。當(dāng)電路元件數(shù)較多,而且電路板尺寸不大的情況下,一般是采用豎放,豎放時(shí)兩個(gè)焊盤(pán)的間距一般取1~2/10in。
⑷ 電位器:穩(wěn)壓器用來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓,故設(shè)計(jì)電位器應(yīng)滿足順時(shí)針調(diào)節(jié)時(shí)輸出電壓升高,反時(shí)針調(diào)節(jié)時(shí)輸出電壓降低;在可調(diào)恒流充電器中電位器用來(lái)調(diào)電電流的大小,設(shè)計(jì)電位器時(shí)應(yīng)滿足順時(shí)針調(diào)時(shí),電流增大。電位器安放位置應(yīng)當(dāng)滿足整機(jī)結(jié)構(gòu)安裝及面板布局的要求,因此應(yīng)盡可能放在板的邊緣,旋轉(zhuǎn)柄朝外。
⑸ IC座:設(shè)計(jì)印制板圖時(shí),在使用IC座的場(chǎng)合下,一定要特別注意IC座上定位槽放置的方位是否正確,并注意各個(gè)IC腳位是否正確,例如第1腳只能位于IC座的右下角或者左上角,而且緊靠定位槽(從焊接面看)。
⑹ 進(jìn)出接線端布置:相關(guān)聯(lián)的兩引線端不要距離太大,一般為2~3/10in左右較合適。進(jìn)出線端盡可能集中在1至2個(gè)側(cè)面,不要太過(guò)離散。
⑺ 設(shè)計(jì)布線圖時(shí)要注意管腳排列順序,元件腳間距要合理。
⑻ 在保證電路性能要求的前提下,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求走線合理,少用外接跨線,并按一定順序要求走線,力求直觀,便于安裝和檢修。
⑼ 設(shè)計(jì)布線圖時(shí)走線盡量少拐彎,力求線條簡(jiǎn)單明了。
⑽ 布線條寬窄和線條間距要適中,電容兩焊盤(pán)間距應(yīng)盡可能與引腳的間距相符。
⑾ 設(shè)計(jì)按一定順序方向進(jìn)行,例如可以按左往右和由上而下的順序進(jìn)行。
2.3.3 印制板的設(shè)計(jì)過(guò)程
印制板的設(shè)計(jì)過(guò)程一般分為設(shè)計(jì)準(zhǔn)備、元器件布局、布線、檢查等。
1. 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備
設(shè)計(jì)前要考慮布線及生產(chǎn)工藝的可行性。由于布線時(shí)需要在兩引腳之間走線,這要求焊接元件引腳的焊盤(pán)有一個(gè)合適的尺寸。焊盤(pán)過(guò)小,金屬化孔的孔經(jīng)就小,如果元器件是表面安裝的話,金屬化孔作為導(dǎo)通孔,孔徑小問(wèn)題不大,但若元器件是通孔安裝的,如雙列直插封裝的元器件,孔徑過(guò)小,再裝配時(shí),器件的引腳的插入就有困難,也可能導(dǎo)致器件的焊接困難,這必將影響整個(gè)印制板的可靠性。但焊盤(pán)過(guò)大布線時(shí)將降低布通率,所以給焊盤(pán)設(shè)計(jì)一個(gè)合理的尺寸是十分重要的。
2. 元器件布局
元件布置的有效范圍X、Y方向均要留出大約3.5mm的邊緣。
印制板上元件需均勻排放,避免輕重不均。
元器件在印制板上的排向,原則上就隨元器件類(lèi)型的改變而變化,即同類(lèi)元器件盡可能按相同的方向排列,以便元器件的貼裝、焊接和檢測(cè)。
3. 布線
減少印制導(dǎo)線連接焊盤(pán)處的寬度,除非受電荷容量、印制板加工極限等因素的限制,最大寬度應(yīng)為0.4mm,或焊盤(pán)寬度的一半(以較小焊盤(pán)為準(zhǔn))。
焊盤(pán)與較大面積的導(dǎo)電區(qū)如地、電源等平面相連,只要可能,印制導(dǎo)線應(yīng)從焊盤(pán)的長(zhǎng)邊的中心處與之相連。
印制導(dǎo)線應(yīng)避免呈一定角度與焊盤(pán)相連,只要可能,印制導(dǎo)線應(yīng)從焊盤(pán)的長(zhǎng)邊的中心處與之相連。
4. 整體結(jié)構(gòu)
一臺(tái)性能優(yōu)良的儀器,除選擇高質(zhì)量的元器件、合理的電路外,印制線路板的元件布局和電氣連線方向的正確結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是決定儀器能否可靠工作的關(guān)鍵,對(duì)同一種元件和參數(shù)的電路,由于元件布局設(shè)計(jì)和電氣連接方向的不同會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果。因而,必須把如何正確設(shè)計(jì)印制線路板元件布局的結(jié)構(gòu)和正確選擇布線防線及整體儀器的工藝結(jié)構(gòu)三方面綜合起來(lái)考慮,合理的工藝結(jié)構(gòu),即可消除因布線不當(dāng)而產(chǎn)生的噪聲干擾,同時(shí)便于生產(chǎn)中的安裝、調(diào)試與檢修等。
印制板電源、地線的布線結(jié)構(gòu)選擇與模擬電路和數(shù)字電路在元件布局圖的設(shè)計(jì)和布線方法上有許多相同何不同之處。模擬電路中,由于放大器的存在,布線時(shí)產(chǎn)生的極小噪聲電壓,都會(huì)引起輸出信號(hào)的嚴(yán)重失真在數(shù)字電路中,TTL噪聲容限為04~ 06V,CMOS噪聲容限為VCC的03~045倍,故數(shù)字電路具有較強(qiáng)的抗干擾的能力。
良好的電源和地線方式的合理選擇是儀器可靠工作的重要保證,相當(dāng)多的干擾源是通過(guò)電源和地線產(chǎn)生的,其中地線引起的噪聲干擾最大。
根據(jù)以上技術(shù)要求再印制板的設(shè)計(jì)中,從確定板的尺寸大小開(kāi)始,印制電路板的尺寸因受機(jī)箱外殼大小限制,以能恰好安放入外殼內(nèi)為宜。
2.3.4 PCB計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件
1.Protel
Protel是流行的PCB設(shè)計(jì)工具之一,大多數(shù)PCB生產(chǎn)廠家都接受Protel設(shè)計(jì)格式的PCB文件。Protel具有以下特點(diǎn):
① 良好的集成性
② 靈活、方便的編輯功能
③ 先進(jìn)的自動(dòng)布局功能
④ 功能豐富的布線規(guī)則設(shè)置
⑤ 先進(jìn)的自動(dòng)布線系統(tǒng)
⑥ 非常有用的組件
⑦ 優(yōu)越的混合信號(hào)電路仿真
⑧ 完善的庫(kù)管理功能
⑨ 良好的兼容性
2.PADS設(shè)計(jì)工具
PADS軟件公司主要致力于互連設(shè)計(jì)(Interconnect? Design)工具的開(kāi)發(fā),包括BGA、多芯片模式(MCM)等設(shè)計(jì)工具、PCB設(shè)計(jì)工具和分析工具、信號(hào)完整性分析/電磁兼容性分析、生產(chǎn)加工制造等一系列在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域中應(yīng)用最為普遍而又非常重要的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工具。PADS軟件公司為用戶提供高性能、高效率、非常實(shí)用的專(zhuān)業(yè)互連設(shè)計(jì)工具。
3.OrCAD設(shè)計(jì)工具
OrCAD公司是全球主要的Windows EDA軟件和服務(wù)的供應(yīng)商。在FPGA、CPLD、模擬和混合電路、PCB等領(lǐng)域?yàn)殡娮庸咎峁┝巳轿唤鉀Q方案。
4.Mentor設(shè)計(jì)工具
Mentor Graphics公司的客戶遍布全球航空、航天、軍工、通信、汽車(chē)、消費(fèi)電子、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體行業(yè)。美國(guó)軍方和全球通信界均大量采用Mentor公司的設(shè)計(jì)工具和解決方案。
有關(guān)這些設(shè)計(jì)軟件的操作使用方法國(guó)內(nèi)有許多書(shū)籍。有興趣的讀者可以找到相關(guān)的文獻(xiàn),本節(jié)不做展開(kāi)敘述。
評(píng)論