印制电路板及其设计与制作课件

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1、第四章第四章 印制板及其设计与制作印制板及其设计与制作sjzri-dsl-DB24.1 4.1 印制电路板的结构印制电路板的结构 印制有电路的平面绝缘板称为印制有电路的平面绝缘板称为印制电路板印制电路板。 印制电路板印制电路板材料材料：酚醛纸质敷铜板、环氧酚醛玻璃布敷：酚醛纸质敷铜板、环氧酚醛玻璃布敷铜板、环氧玻璃布敷铜板。铜板、环氧玻璃布敷铜板。 环氧树脂与铜箔有极好的粘合力，因此铜箔有好的附着环氧树脂与铜箔有极好的粘合力，因此铜箔有好的附着强度和受潮气的影响较小，且强度和受潮气的影响较小，且工作工作温度较高，可在温度较高，可在 260260的的熔锡中不起泡。熔锡中不起泡。 军用和超高频电路

2、板常用聚四氟乙烯玻璃布敷铜板（介军用和超高频电路板常用聚四氟乙烯玻璃布敷铜板（介质损耗小，膨胀系数与铜相似质损耗小，膨胀系数与铜相似) )。 sjzri-dsl-DB3单层板单层板（single Layer PCBsingle Layer PCB）双层板双层板（Double Layer PCBDouble Layer PCB）（Top Layer,Bottom Layer）多层板多层板（Multi Layer PCBMulti Layer PCB）软印制软印制 多层板（多层板（Multi Layer PCBMulti Layer PCB）：除了有顶：除了有顶层（层（Top LayerTop L

3、ayer）和底层之外还有中间层，中）和底层之外还有中间层，中间层可以是导线层、信号层、电源层或接地层，间层可以是导线层、信号层、电源层或接地层，层与层之间的连接通过孔实现。层与层之间的连接通过孔实现。4.2.1. PCB4.2.1. PCB走线规则走线规则 将去耦电路设计在各相关集成块和电路附近，将去耦电路设计在各相关集成块和电路附近，而而不要将其集中在电源部分。不要将其集中在电源部分。 低频的的数字信号线，低频的的数字信号线，10-20mil10-20mil就可以了。高频信就可以了。高频信号线要走等长的号线要走等长的蛇形线蛇形线。 电源、地线，一般来说根据系统的功耗需求而定。电源、地线，一般

4、来说根据系统的功耗需求而定。一般数字系统基本上走一般数字系统基本上走30-120mil30-120mil。 高频数字电路走线细一些、短一些好高频数字电路走线细一些、短一些好大电流信号、高电压信号与小信号之间应该注意隔大电流信号、高电压信号与小信号之间应该注意隔离（在离（在2 2时板上要距离时板上要距离2.5mm2.5mm，为避免爬电，还在，为避免爬电，还在印制线路板上的高低压之间开槽。印制线路板上的高低压之间开槽。220V220V时时0.66mm0.66mm）一般一般工作电压与安全距离以工作电压与安全距离以200V/mm来计算。来计算。4.2 4.2 印制电路板的排版设计印制电路板的排版设计大

5、面积敷铜要用网格状的，以防止焊板子产生气泡大面积敷铜要用网格状的，以防止焊板子产生气泡和因为热应力作用而弯曲。和因为热应力作用而弯曲。高精度转换电路中，如果地线上有高频分量高精度转换电路中，如果地线上有高频分量存在将会产生一定的温漂，影响放大器的工作。可以存在将会产生一定的温漂，影响放大器的工作。可以在板子的角加退藕电容，一脚和板子上的地连，一在板子的角加退藕电容，一脚和板子上的地连，一脚与机壳相连，放大器及也就稳定了。脚与机壳相连，放大器及也就稳定了。高精度转换电路和大于高精度转换电路和大于100K100K的信号，可走蛇的信号，可走蛇行线。行线。 需要说明的是蛇形走线，因为应用场合不同其作用

6、也需要说明的是蛇形走线，因为应用场合不同其作用也是不同的，它的作用有三点：是不同的，它的作用有三点：1)1)、阻抗匹配、阻抗匹配 2) 2)、滤波电感。、滤波电感。 3) 3)、滤波电容。、滤波电容。 对一些重要信号，频率可达上百，要求必须严对一些重要信号，频率可达上百，要求必须严格等长，以消除时滞造成的隐患，这时，蛇形走线格等长，以消除时滞造成的隐患，这时，蛇形走线技技术术是唯一的解决办法。是唯一的解决办法。 两面的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线，两面的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线，避避免相互平行，以减小寄生耦合。数字信号走线和模免相互平行，以减小寄生耦合。数字信号走线和模拟信拟信号走

7、线垂直以减小交叉耦合。号走线垂直以减小交叉耦合。旁路电容到相应旁路电容到相应ICIC的走线线宽的走线线宽25mil25mil，并尽量避，并尽量避免使用过孔。免使用过孔。高频信号走线避免使用高频信号走线避免使用9090度角弯转，应使用平滑度角弯转，应使用平滑圆弧或大于圆弧或大于9090度角度角同是地址线或者数据线，走线长度差异不要太大，同是地址线或者数据线，走线长度差异不要太大，否则短线部分要人为走弯线作补偿。否则短线部分要人为走弯线作补偿。 高频电路的地线一般采用大面积覆盖接地。高频电路的地线一般采用大面积覆盖接地。对各部分电路内部电源走向，采取从末级到前级供对各部分电路内部电源走向，采取从末

8、级到前级供电（末级交流信号电流最大），并将电源滤波电容安电（末级交流信号电流最大），并将电源滤波电容安排在末级附近。排在末级附近。 每个集成电路的电源和地线之间都要加一个去耦电每个集成电路的电源和地线之间都要加一个去耦电容。容。 1 1） 一方面是本集成电路的储能电容，提供和吸收该一方面是本集成电路的储能电容，提供和吸收该集成电路开门和关门瞬间的充放电电能。集成电路开门和关门瞬间的充放电电能。 2 2）另一方面，旁路掉该器件产生的高频噪声。）另一方面，旁路掉该器件产生的高频噪声。 典型的去耦电容为典型的去耦电容为 0.1F0.1F，约有，约有5nH5nH的分布电感，可的分布电感，可以对以对10

9、MHz10MHz以下的噪声有较好作用。一般选择以下的噪声有较好作用。一般选择 0.010.1F0.010.1F的电容都可以。的电容都可以。sjzri-dsl-DB9 4.2.2 4.2.2 印制电路板上的干扰与抑制印制电路板上的干扰与抑制 一一. . 共阻抗干扰与抑制共阻抗干扰与抑制 当元器件共用信号线或电源线时，之间就会通过公当元器件共用信号线或电源线时，之间就会通过公共阻抗产生相互干扰。共阻抗产生相互干扰。 共用电源则称共电源阻抗干扰，共用地线称共地线共用电源则称共电源阻抗干扰，共用地线称共地线阻抗干扰。阻抗干扰。 1. 1. 地线的共阻抗干扰地线的共阻抗干扰 前级与后级的电路接地，地线中

10、阻抗（电阻、电感）前级与后级的电路接地，地线中阻抗（电阻、电感）的存在。的存在。 有一长有一长10cm,10cm,宽宽1.0mm,1.0mm,铜箔厚度为铜箔厚度为0.05mm,0.05mm,则导线电则导线电阻为阻为0.040.04, ,若为若为1A1A电流会产生电流会产生0.04V0.04V的电压降。的电压降。 高频，地线的共阻抗干扰以感抗为主，若导线长度高频，地线的共阻抗干扰以感抗为主，若导线长度远大于宽度，自感量远大于宽度，自感量L L： 长长10cm10cm的导线便有的导线便有0.08uH0.08uH的电感量的电感量, ,当通过当通过30M30M的电的电流时流时, ,感抗为感抗为: :)

11、/(02.004.0105.01 .002.02mmmSLR)(1)/(8 .0mmHL161008.0103028.6266fLRL即便有即便有10mA10mA的电流，也会产生的电流，也会产生0.16V0.16V的高频电压降。的高频电压降。三三. . 接点的形式接点的形式1 1）圆形接点圆形接点2 2）岛状接点岛状接点：减少了接点与印制导线的长度，多用在高：减少了接点与印制导线的长度，多用在高频电路中。频电路中。四四. . 对印制导线的要求对印制导线的要求常用常用OZOZ（盎司）作为铜皮厚度的单位，（盎司）作为铜皮厚度的单位，1OZ1OZ铜厚的定义铜厚的定义为为1 1平方英尺面积内铜箔的重量

12、为一盎，平方英尺面积内铜箔的重量为一盎，1OZ1OZ铜厚对应的物理厚度为铜厚对应的物理厚度为35um35um；2OZ2OZ铜厚为铜厚为70um70um。最。最厚的厚的(150um)(150um)，开关电源走大电流的就，开关电源走大电流的就2OZ2OZ、 一般双面板是一般双面板是1oz,1oz,多层板内层一般是多层板内层一般是1/2oz 1/3oz1/2oz 1/3oz 最常用：最常用：18um18um，35um35um，50um50um，70um70um不同厚度，不同宽度的铜箔的载流量见下表: 宽度mm 电流 A 宽度mm 电流 A 宽度 mm 电流 A0.15 0.20 0.15 0.50

13、0.15 0.700.20 0.55 0.20 0.70 0.20 0.900.30 0.80 0.30 1.10 0.30 1.300.40 1.10 0.40 1.35 0.40 1.700.50 1.35 0.50 1.70 0.50 2.000.60 1.60 0.60 1.90 0.60 2.300.80 2.00 0.80 2.40 0.80 2.801.00 2.30 1.00 2.60 1.00 3.201.20 2.70 1.20 3.00 1.20 3.601.50 3.20 1.50 3.50 1.50 4.202.00 4.00 2.00 4.30 2.00 5.102

14、.50 4.50 2.50 5.10 2.50 6.00 注： 通过大电流时，铜箔宽度的载流量应参考表中的数值降额50%去选择考虑。 35um铜皮t=10 50um铜皮t=10 70um铜皮t=10 印制导线最大电流密度印制导线最大电流密度300A/mm2300A/mm2，对于，对于5050m m的导线，的导线，最大允许电流最大允许电流2A/mm2A/mm计算，一般计算，一般halfhalf处理。实际上电流密处理。实际上电流密度常取度常取0.10.2A/mm0.10.2A/mm。（按杭州例子计算）。（按杭州例子计算）一般双面电路板的铜箔厚度为一般双面电路板的铜箔厚度为35um35um，线条宽度

15、为，线条宽度为1mm1mm时，那末线条的横切面的面积为时，那末线条的横切面的面积为0.0350.035平方毫米，通常取平方毫米，通常取电流密度电流密度30A/30A/平方毫米，所以，每毫米线宽可以流过平方毫米，所以，每毫米线宽可以流过1A1A电流。电流。 4.2.2 4.2.2 印制电路板的排版格式印制电路板的排版格式一一. . 元件的安装方式元件的安装方式 立式安装：立式安装：元件的轴向垂直于印制板面。所占面积小，元件的轴向垂直于印制板面。所占面积小， 散热差，容易碰撞。散热差，容易碰撞。 卧式安装：卧式安装：元件的轴向平行于印制板面。所占面积元件的轴向平行于印制板面。所占面积 大，易焊接，

16、牢固性好。大，易焊接，牢固性好。二二. . 元件的排列方式元件的排列方式 不规则排列：不规则排列：元件在印制板上任意方向排列。减少印制元件在印制板上任意方向排列。减少印制 导线长度，减小分布电容和接线电感，用在甚高频电路中。导线长度，减小分布电容和接线电感，用在甚高频电路中。 坐标排列：坐标排列：元件的轴向和印制板的四边平行或垂直排列。元件的轴向和印制板的四边平行或垂直排列。美观整齐，约用在美观整齐，约用在50MHZ50MHZ以下电路。以下电路。 坐标格排列：坐标格排列：等距正交的网格。国际电工委员会（等距正交的网格。国际电工委员会（IECIEC）规定格距为规定格距为2.54mm(0.1inc

17、h),2.54mm(0.1inch),即即1 1个个ICIC间距。除了元件的间距。除了元件的轴向和印制板的四边平行或垂直外，元件的穿线孔必须轴向和印制板的四边平行或垂直外，元件的穿线孔必须在网格的交点上。在网格的交点上。sjzri-dsl-DB174.3 4.3 印制板图的绘制印制板图的绘制 1. 1. 采用矩形或方形，四角最好圆弧。采用矩形或方形，四角最好圆弧。 2. 2. 当板外元件允许直接相连时，导线应不返回板内。当板外元件允许直接相连时，导线应不返回板内。 3. 3. 门电路多余的门电路多余的输入端可与有用端并联使用输入端可与有用端并联使用，也可将与，也可将与门和与非门电路的闲置端通过

18、门和与非门电路的闲置端通过电阻接高电平电阻接高电平或直接接电源。而或直接接电源。而将或门和或非门通过将或门和或非门通过电阻接低电平电阻接低电平或直接接地。或直接接地。 一般输出不可直接并联，但一般输出不可直接并联，但74LS0574LS05（不同于（不同于74LS0474LS04）是反）是反向开路门（向开路门（OCOC门门），输出可以直接并联。），输出可以直接并联。sjzri-dsl-DB18123456789101112ABCD121110987654321DCBATitleNumberRevisionSizeA1Date:12-Mar-2012Sheet of File:F:TD2012年

19、春教学电子电路设计SMPS狐狸001.DDBDrawn By:PWM1PWM2PWM3PWM4PWM1_2PWM1_1PWM2_2PWM2_1PWM3_2PWM3_1PWM4_2PWM4_1VCC1VCC1VCC1VCC1DRIVE IGBT1DRIVE IGBT2DRIVE IGBT3DRIVE IGBT4NC1A2K3NC4GND5OUT6EN7VCC86N137U226N137NC1A2K3NC4GND5OUT6EN7VCC86N137U216N137NC1A2K3NC4GND5OUT6EN7VCC86N137U206N137NC1A2K3NC4GND5OUT6EN7VCC86N137U

20、196N137PDPINTA+5/PDPINTAPDPINTA+3.3NC123NC456786N136U256N13612J11PWM1123GND7VCC14U43A74LS00456U43B74LS00111213U43D74LS008910U43C74LS00+5PWM4PWM1sjzri-dsl-DB19123456789101112ABCD121110987654321DCBATitleNumberRevisionSizeA1Date:12-Mar-2012Sheet of File:F:TD2012年春教学电子电路设计LuD_1.3_ZBoard.DDBDrawn By:R401

21、KC40103C04A10103+5RX741010KRX741210KR411KBOUT14BD14C411031423714R421KBOUT15BD15C42103586913101211A11C+5+5+5 印制板的手工制作印制板的手工制作 1. 复制印制板图复制印制板图 在排版草图下垫一张复写纸，将草图复印到敷铜板的铜在排版草图下垫一张复写纸，将草图复印到敷铜板的铜 箔面上。箔面上。 2. 掩膜掩膜 是指在复制好电路图的敷铜板上需要保留的部分覆盖上是指在复制好电路图的敷铜板上需要保留的部分覆盖上 一层保护膜从而在烂板过程中被保留下来。一层保护膜从而在烂板过程中被保留下来。 方法有三种

22、：方法有三种：漆膜法，胶纸法，喷漆法漆膜法，胶纸法，喷漆法3. 3. 腐蚀腐蚀 取取1 1份三氯化铁固体与份三氯化铁固体与2 2份水混合（重量比），并使份水混合（重量比），并使溶液为溶液为4040，然后将板放进去浸没，并不时搅动溶液，然后将板放进去浸没，并不时搅动溶液，夹取板时应用竹夹，不宜用金属夹。腐蚀后夹取板时应用竹夹，不宜用金属夹。腐蚀后, ,用细砂纸将用细砂纸将漆膜擦去。漆膜擦去。4. 4. 钻孔钻孔5. 5. 修板修板：用砂纸或小平锉将焊接面打磨一遍。若有铜斑：用砂纸或小平锉将焊接面打磨一遍。若有铜斑或短路，用小刀修去。或短路，用小刀修去。sjzri-dsl-DB22 4.4 4.4

23、 印制电路与元件焊印制电路与元件焊 1. 1. 一般用一般用20W20W或或25W25W烙铁（最高不超过烙铁（最高不超过35W35W），出现豁口），出现豁口时，用锉刀修整。时，用锉刀修整。 2. 2. 焊接时，将烙铁头顶住电路板上铜箔（焊盘）与元焊接时，将烙铁头顶住电路板上铜箔（焊盘）与元件的引线，接着很快把焊锡丝接触烙铁头顶端。件的引线，接着很快把焊锡丝接触烙铁头顶端。 3. 3. 焊点应圆而光滑，在交接处，焊锡、焊孔（铜箔或焊点应圆而光滑，在交接处，焊锡、焊孔（铜箔或焊片）和元件引线三者较好的熔合在一起（图焊片）和元件引线三者较好的熔合在一起（图4.35a)4.35a)。 4 4. . 虚

24、焊点：从表面上看，焊锡也把导线包住了，但焊虚焊点：从表面上看，焊锡也把导线包住了，但焊点内部并未完全熔合，称为虚焊点点内部并未完全熔合，称为虚焊点( (图图4.35b)4.35b)。 4.5 制作自激多谐振荡器（制作自激多谐振荡器（P156） 自激多谐振荡器是一种自激多谐振荡器是一种阻容耦合式的阻容耦合式的矩形波发生器，矩形波发生器，矩形波含有丰富的奇次谐波，由此得名。矩形波含有丰富的奇次谐波，由此得名。 有两极有两极倒相放大器及相互间用电阻电容耦合倒相放大器及相互间用电阻电容耦合在一起在一起形成形成正反馈正反馈回路而构成。回路而构成。 倒相放大器倒相放大器1 1：VT1VT1，限流电阻，限流

25、电阻R1R1，耦合元件，耦合元件R3R3，C2C2。它的。它的输出端（输出端（VT1VT1集电极）经耦合元件集电极）经耦合元件R2R2，C1C1与放大器与放大器2 2的输入的输入端端VT2VT2的基极相连。的基极相连。 倒相放大器倒相放大器2 2：VT2VT2，限流电阻，限流电阻R4R4，耦合元件，耦合元件R2R2，C1C1。它的。它的输出端（输出端（VT2VT2集电极）经耦合元件集电极）经耦合元件R3R3，C2C2与放大器与放大器1 1的输入的输入端端VT1VT1的基极相连。的基极相连。 这样，形成两极到相放大器相互间强烈的正反馈，产这样，形成两极到相放大器相互间强烈的正反馈，产生自激振荡，

26、使生自激振荡，使VT1VT1，VT2VT2轮流导通与截止。轮流导通与截止。 123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:25-Oct-2008Sheet of File:F:铁 道 学 院 教 学 资 料 电 子 电 路 设 计 2008年 下 学 期 电 子 电 路 设 计 电 子 实 验 电 路 电 子 电 路 设 计 实 验 图 .DdbDrawn By:R1390R4390R233KR333KC133uC233uK6VVD1VD2213VT19013/C9513 H234213VT29013/9513H234VCCVCC1)(7 . 07 . 02ln7 . 02ln1223211212223231CRCRTTTCRCRTCRCRT