目前的PCB板,主要由以下组成:
1、线路与图面(Pattern):线路是做为原件之间导通的工具,在设计上会另外设计大铜面作为接地及电源层。线路与图面是同时做出的。
2、介电层(Dielectric):用来保持线路及各层之间的绝缘性,俗称为基材。
3、孔(Through hole / via):导通孔可使两层次以上的线路彼此导通,较大的导通孔则做为零件插件用,另外有非导通孔(nPTH)通常用来作为表面贴装定位,组装时固定螺丝用。
4、防焊油墨(Solder resistant /Solder Mask) :并非全部的铜面都要吃锡上零件,因此非吃锡的区域,会印一层隔绝铜面吃锡的物质(通常为环氧树脂),避免非吃锡的线路间短路。根据不同的工艺,分为绿油、红油、蓝油。
5、丝印(Legend /Marking/Silk screen):此为非必要之构成,主要的功能是在电路板上标注各零件的名称、位置框,方便组装后维修及辨识用。
6、表面处理(SurfaceFinish):由于铜面在一般环境中,很容易氧化,导致无法上锡(焊锡性不良),因此会在要吃锡的铜面上进行保护。保护的方式有喷锡(HASL),化金(ENIG),化银(Immersion Silver),化锡(Immersion Tin),有机保焊剂(OSP),方法各有优缺点,统称为表面处理。1、PCB布局
PCB制作第一步是整理并检查PCB布局(Layout)。PCB制作工厂收到PCB设计公司的CAD文件,由于每个CAD软件都有自己独特的文件格式,所以PCB工厂会转化为一个统一的格式——Extended
Gerber RS-274X 或者 Gerber X2。然后工厂的工程师会检查PCB布局是否符合制作工艺,有没有什么缺陷等问题。
2、芯板的制作
清洗覆铜板,如果有灰尘的话可能导致最后的电路短路或者断路。
下图是一张8层PCB的图例,实际上是由3张覆铜板(芯板)加2张铜膜,然后用半固化片粘连起来的。制作顺序是从最中间的芯板(4、5层线路)开始,不断地叠加在一起,然后固定。4层PCB的制作也是类似的,只不过只用了1张芯板加2张铜膜。
3、内层PCB布局转移
先要制作最中间芯板(Core)的两层线路。覆铜板清洗干净后会在表面盖上一层感光膜。这种膜遇到光会固化,在覆铜板的铜箔上形成一层保护膜。
将两层PCB布局胶片和双层覆铜板,最后插入上层的PCB布局胶片,保证上下两层PCB布局胶片层叠位置精准。
感光机用UV灯对铜箔上的感光膜进行照射,透光的胶片下,感光膜被固化,不透光的胶片下还是没有固化的感光膜。固化感光膜底下覆盖的铜箔就是需要的PCB布局线路,相当于手工PCB的激光打印机墨的作用。
然后用碱液将没有固化的感光膜清洗掉,需要的铜箔线路将会被固化的感光膜所覆盖。
然后再用强碱,比如NaOH将不需要的铜箔蚀刻掉。
将固化的感光膜撕掉,露出需要的PCB布局线路铜箔。
4、芯板打孔与检查
芯板已经制作成功。然后在芯板上打对位孔,方便接下来和其它原料对齐。
芯板一旦和其它层的PCB压制在一起就无法进行修改了,所以检查非常重要。会由机器自动和PCB布局图纸进行比对,查看错误。
5、层压
这里需要一个新的原料叫做半固化片,是芯板与芯板(PCB层数>4),以及芯板与外层铜箔之间的粘合剂,同时也起到绝缘的作用。
下层的铜箔和两层半固化片已经提前通过对位孔和下层的铁板固定好位置,然后将制作好的芯板也放入对位孔中,最后依次将两层半固化片、一层铜箔和一层承压的铝板覆盖到芯板上。
将被铁板夹住的PCB板子们放置到支架上,然后送入真空热压机中进行层压。真空热压机里的高温可以融化半固化片里的环氧树脂,在压力下将芯板们和铜箔们固定在一起。
层压完成后,卸掉压制PCB的上层铁板。然后将承压的铝板拿走,铝板还起到了隔离不同PCB以及保证PCB外层铜箔光滑的责任。这时拿出来的PCB的两面都会被一层光滑的铜箔所覆盖。
6、钻孔
要将PCB里4层毫不接触的铜箔连接在一起,首先要钻出上下贯通的穿孔来打通PCB,然后把孔壁金属化来导电。
用X射线钻孔机机器对内层的芯板进行定位,机器会自动找到并且定位芯板上的孔位,然后给PCB打上定位孔,确保接下来钻孔时是从孔位的正中央穿过。
将一层铝板放在打孔机机床上,然后将PCB放在上面。为了提高效率,根据PCB的层数会将1~3个相同的PCB板叠在一起进行穿孔。最后在最上面的PCB上盖上一层铝板,上下两层的铝板是为了当钻头钻进和钻出的时候,不会撕裂PCB上的铜箔。
在之前的层压工序中,融化的环氧树脂被挤压到了PCB外面,所以需要进行切除。靠模铣床根据PCB正确的XY坐标对其外围进行切割。
7、孔壁的铜化学沉淀
由于几乎所有PCB设计都是用穿孔来进行连接的不同层的线路,一个好的连接需要25微米的铜膜在孔壁上。这种厚度的铜膜需要通过电镀来实现,但是孔壁是由不导电的环氧树脂和玻璃纤维板组成。
所以第一步就是先在孔壁上堆积一层导电物质,通过化学沉积的方式在整个PCB表面,也包括孔壁上形成1微米的铜膜。整个过程比如化学处理和清洗等都是由机器控制的。
固定PCB
清洗PCB
运送PCB
8、外层PCB布局转移
接下来会将外层的PCB布局转移到铜箔上,过程和之前的内层芯板PCB布局转移原理差不多,都是利用影印的胶片和感光膜将PCB布局转移到铜箔上,唯一的不同是将会采用正片做板。
内层PCB布局转移采用的是减成法,采用的是负片做板。PCB上被固化感光膜覆盖的为线路,清洗掉没固化的感光膜,露出的铜箔被蚀刻后,PCB布局线路被固化的感光膜保护而留下。
外层PCB布局转移采用的是正常法,采用正片做板。PCB上被固化的感光膜覆盖的为非线路区。清洗掉没固化的感光膜后进行电镀。有膜处无法电镀,而没有膜处,先镀上铜后镀上锡。退膜后进行碱性蚀刻,最后再退锡。线路图形因为被锡的保护而留在板上。
将PCB用夹子夹住,将铜电镀上去。之前提到,为了保证孔位有足够好的导电性,孔壁上电镀的铜膜必须要有25微米的厚度,所以整套系统将会由电脑自动控制,保证其精确性。
9、外层PCB蚀刻
接下来由一条完整的自动化流水线完成蚀刻的工序。首先将PCB板上被固化的感光膜清洗掉。然后用强碱清洗掉被其覆盖的不需要的铜箔。再用退锡液将PCB布局铜箔上的锡镀层退除。清洗干净后4层PCB布局就完成了。Protel布局布线经验与技巧
1元件排列规则
1)在通常条件下,所有的元件均应布置在印制电路的同一面上,只有在顶层元件过密时,才能将一些高度有限并且发热量小的器件,如贴片电阻、贴片电容、贴IC等放在底层。
2)在保证电气性能的前提下,元件应放置在栅格上且相互平行或垂直排列,以求整齐、美观,一般情况下不允许元件重叠;元件排列要紧凑,输入和输出元件尽量远离。
3)某元器件或导线之间可能存在较高的电位差,应加大它们的距离,以免因放电、击穿而引起意外短路。
4)带高电压的元件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。
5)位于板边缘的元件,离板边缘至少有2个板厚的距离
6)元件在整个板面上应分布均匀、疏密一致。
2按照信号走向布局原则
1)通常按照信号的流程逐个安排各个功能电路单元的位置,以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它进行布局。
2)元件的布局应便于信号流通,使信号尽可能保持一致的方向。多数情况下,信号的流向安排为从左到右或从上到下,与输入、输出端直接相连的元件应当放在靠近输入、输出接插件或连接器的地方。
3防止电磁干扰1)对辐射电磁场较强的元件,以及对电磁感应较灵敏的元件,应加大它们相互之间的距离或加以屏蔽,元件放置的方向应与相邻的印制导线交叉。
2)尽量避免高低电压器件相互混杂、强弱信号的器件交错在一起。
3)对于会产生磁场的元件,如变压器、扬声器、电感等,布局时应注意减少磁力线对印制导线的切割,相邻元件磁场方向应相互垂直,减少彼此之间的耦合。
4)对干扰源进行屏蔽,屏蔽罩应有良好的接地。
5)在高频工作的电路,要考虑元件之间的分布参数的影响。
4 抑制热干扰
1)对于发热元件,应优先安排在利于散热的位置,必要时可以单独设置散热器或小风扇,以降低温度,减少对邻近元件的影响。
2)一些功耗大的集成块、大或中功率管、电阻等元件,要布置在容易散热的地方,并与其它元件隔开一定距离。
3)热敏元件应紧贴被测元件并远离高温区域,以免受到其它发热功当量元件影响,引起误动作。
4)双面放置元件时,底层一般不放置发热元件。
5可调元件的布局
对于电位器、可变电容器、可调电感线圈或微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求,若是机外调节,其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应;若是机内调节,则应放置在印制电路板于调节的地方。印刷电路板的设计 SMT线路板是表面贴装设计中不可缺少的组成之一。SMT线路板是电子产品中电路元件与器件的支撑件,它实现了电路元件和器件之间的电气连接。随着电子技术发展,pcb板的体积越来越小,密度也越来越高,并且PCB板层不断地增加,因此,要求PCB在整体布局、抗干扰能力、工艺上和可制造性上要求越来越高。
印刷电路板设计的主要步骤;
1:绘制原理图。
2:元件库的创建。
3:建立原理图与印制板上元件的网络连接关系。
4:布线和布局。
5:创建印制板生产使用数据和贴装生产使用数据。
PCB上的元件位置和外形确定后,再考虑PCB的布线。
一、有了元件的位置,根据元件位置进行布线,印制板上的走线尽可能短是一个原则。走线短,占用通道和面积都小,这样直通率会高一些。在PCB板上的输入端和输出端的导线应尽量避开相邻平行,最好在二线间放有地线。以免发生电路反馈藕合。印制板如果为多层板,每个层的信号线走线方向与相邻板层的走线方向要不同。对于一些重要的信号线应和线路设计人员达成一致意见,特别差分信号线,应该成对地走线,尽力使它们平行、靠近一些,并且长短相差不大。PCB板上所有元件尽量减少和缩短元器件之间的引线和连接,PCB板中的导线最小宽度主要由导线与绝缘层基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为005mm,宽度为1-15mm时,通过2A的电流,温度不会高于3度。导线宽度15mm时可满足要求,对于集成电路,尤其是数字电路,通常选用002-003mm。当然,只要允许,我们尽可能的用宽线,特别是PCB板上的电源线和地线,导线的最小间距主要是由最不坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于一些集成电路(IC)以工艺角度考虑可使间距小于5-8mm。印制导线的弯曲处一般用圆弧最小,避免使用小于90度弯的走线。而直角和夹角在高频电路中会影响电性能,总之,印制板的布线要均匀,疏密适当,一致性好。电路中尽量避开使用大面积铜箔,否则,在使用过程中时间过长产生热量时,易发生铜箔膨胀和脱落现象,如必须使用大面积铜箔时,可采用栅格状导线。导线的端口则是焊盘。焊盘中心孔要比器件引线直径大一些。焊盘太大在焊接中易形成虚焊,焊盘外径D一般不小于(d+12)mm,其中d为孔径,对于一些密度比较大的元件的焊盘最小直径可取(d+10)mm,焊盘设计完成后,要在印制板的焊盘周围画上器件的外形框,同时标注文字和字符。一般文字或外框的高度应该在09mm左右,线宽应该在02mm左右。并且标注文字和字符等线不要压在焊盘上。如果为双层板,则底层字符应该镜像标注。
二、为了使所设计的产品更好有效地工作,PCB在设计中不得不考虑它的抗干扰能力,并且与具体的电路有着密切的关系。
线路板中的电源线、地线等设计尤为重要,根据不同的电路板流过电流的大小,尽量加大电源线的宽度,从而来减小环路电阻,同时电源线与地线走向以及数据传送方向保持一致。有助于电路的抗噪声能力的增强。PCB上即有逻辑电路又有线性电路,使它们尽量分开,低频电路可采用单点并联接地,实际布线可把部分串联后再并联接地,高频电路采用多点串连接地。地线应短而粗,对于高频元件周围可采用栅格大面积地箔,地线应尽量加粗,如果地线很细的导线,接地电位随电流的变化,使抗噪性能降低。因此应加粗接地线,使其能达到三位于电路板上的允许电流。如果设计上允许可以使接地线在2-3mm以上的直径宽度,在数字电路中,其接地线路布成环路大多能提高抗噪声能力。PCB的设计中一般常规在印制板的关键部位配置适当的退藕电容。在电源入端跨线接10-100uF的电解电容,一般在20-30管脚的集成电路芯片的电源管脚附近,都应布置一个001PF的磁片电容,对于较大的芯片,电源引脚会有几个,最好在它们附近都加一个退藕电容,超过200脚的芯片,则在它四边上都加上至少二个退藕电容。如果空隙不足,也可4-8个芯片布置一个1-10PF钽电容,对于抗干扰能力弱、关断电源变化大的元件应在该元件的电源线和地线之间直接接入退藕电容,以上无论那种接入电容的引线不易过长。
三、线路板的元件和线路设计完成后,接上来要考虑它的工艺设计,目的将各种不良因素消灭在生产开始之前,同时又要兼顾线路板的可制造性,以便生产出优质的产品和批量进行生产。
前面在说元件得定位及布线时已经把线路板的工艺方面涉及到一些。线路板的工艺设计主要是把我们设计出的线路板与元件通过SMT生产线有机的组装在一起,从而实现良好电气连接达到我们设计产品的位置布局。焊盘设计,布线以抗干扰性等还要考虑我们设计出的板子是不是便于生产,能不能用现代组装技术-SMT技术进行组装,同时要在生产中达到不让产生不良品的条件产生设计高度。具体有以下几个方面:
1:不同的SMT生产线有各自不同的生产条件,但就PCB的大小,pcb的单板尺寸不小于200150mm。如果长边过小可以采用拼版,同时长与宽之比为3:2或4:3电路板面尺寸大于200×150mm时,应考虑电路板所受的机械强度。
2:当电路板尺寸过小,对于SMT整线生产工艺很难,更不易于批量生产,最好方法采用拼板形式,就是根据单板尺寸,把2块、4块、6块等单板组合到一起,构成一个适合批量生产的整板,整板尺寸要适合可贴范围大小。
3:为了适应生产线的贴装,单板要留有3-5mm的范围不放任何元件,拼板留有3-8mm的工艺边,工艺边与PCB的连接有三种形式:A无搭边,有分离槽,B有搭边,又有分离槽,C有搭边,无分离槽。设有冲裁用工艺搭国。根据PCB板的外形,有途等适用不同的拼板形式。对PCB的工艺边根据不同机型的定位方式不同,有的要在工艺边上设有定位孔,孔的直径在4-5厘米,相对比而言,要比边定位精度高,因此有定位孔定位的机型在进行PCB加工时,要设有定位孔,并且孔设计的要标准,以免给生产带来不便。
4:为了更好的定位和实现更高的贴装精度,要为PCB设上基准点,有无基准点和设的好与坏直接影响到SMT生产线的批量生产。基准点的外形可为方形、圆形、三角形等。并且直径大约在1-2mm范围之内,在基准点的周围要在3-5mm的范围之内,不放任何元件和引线。同时基准点要光滑、平整,不要任何污染。基准点的设计不要太靠近板边,要有3-5mm的距离。
5:从整体生产工艺来说,其板的外形最好为距形,特别对于波峰焊。采用矩形便于传送。如果PCB板有缺槽要用工艺边的形式补齐缺槽,对于单一的SMT板允许有缺槽。但缺槽不易过大应小于有边长长度的1/3按一下Shift+S键显示全部层面内容,再按一下Shift+S键,显示Top层内容,此时如要显示其他层,或者在其他层画图(例如bottom Layer),只要用鼠标点最下面的“bottom Layer”就行了;再按一下Shift+S键,又恢复显示全部层面内容。
注意:以上 *** 作必须满足一个条件:电脑下面的语言输入不能有任何中文输入,必须英文输入,否则无效!
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