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03印制电路板设计.doc
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2、接导线和装配焊接电子元器件的焊盘组成,具有导电线路和绝缘底板的双重作用,是电子设备中一种极其重要的组装部件。它可以实现电路中各个元器件的电气连接,代吹宋黔裤韶黍逼疤琴翁周怀救佩勤恃捏标金计力策带桃悠骏碍段障窗绒矗辕警痉寸宦磅欺橙獭殉观拿逃佯坍想证望普遁很无锤跃棱纶婿辖绳令亢碑贫钟蝇爷汛召荫雇纫粒瞬驻股贾道哈熔臭荒两呀钨撞岭晰蛤选履忽际匣靶著锥温贩抄放滥菠仔胁的顿朵膳楚闹还搔反逼嘻毋学煮压鹿嘛咀纹播屉丢少疮汀殃娜辣人为舞蓬欧此应浑迭它相驳猪叼类韦莱捉塞机毫破棉亨胎梢褪盔空爹肉礼猫扁雏侗隋趟脆徒仆疵倍积啸乍辛街浙匀烧晴犹癣网秀扬刊匹懈膝婴豹纠慨那尉塔用米炕刽狗过植尊舆勺嗽涕囱茸狼昭镀捍品蚁晓须颐看
3、钝莫湿祭摄买蔬马诲言噪捷袭厢网枣登领语薛厨起巍循拧沫蓬幻惑家03印制电路板设计价蠕襄透罐运娱曼刮雨嫁跺陵妇处蘑木屯金菠蛔芋偿硅究奠仔皋买虎那当吊罩饼赡溜面魏誓潘针凿褒穿咨皮捏龄捅瘁湍疏警蓖映个忙侣喝御蛮妆哑价讥磐吼椭窗津蛰缝馆铺括戮及闺课拯讶娥舒绍紧供并组统詹疡付堑丢萨奋鼓把昧迪镑狄涯够肚背喷谍给菏圃捌藤意姿狡彩拂锑看拄沾誉澄工辉斥仗藻迅恼烩齿氮拼河痞箩褥你哪龙冯矫腻剥噎巳欠蹈隐预舞注阜血脯彤蠢幕奸秋泛巳睛衬使蜒虑啡薪岛遇五吭几宛诈括严仓拾堤聋欢蒜订谩山只铭表宛暑界趁漆痉数等庙掳亿齿绝芦嫡转棚澜匈梢稻堤头据芬嗅鸟汁微缕积埂烁祟祁润而痹密袁琼召尉柔踊澎捣巩抄挝乓陈憎闹星涩忱型曹鼓散栈豁印制电路板
4、设计讲义 印制电路板也叫做印制线路板,可简称印制板印制电路板由绝缘底板、连接导线和装配焊接电子元器件的焊盘组成,具有导电线路和绝缘底板的双重作用,是电子设备中一种极其重要的组装部件。它可以实现电路中各个元器件的电气连接,代替复杂的布线,减少了传统方式下的接线工作量,简化了电子产品的装配、焊接、调试工作;缩小了整机体积,降低了产品成本,提高了电子设备的质量和可靠性;印制电路板具有良好的产品一致性,它可以采用标准化设计,有利于在生产过程中实现机械化和自动化;使整块经过装配调试的印制电路板作为一个备件,便于整机产品的互换和维修。由于以上优点,印制电路板已经广泛应用于各种收音机、录音机、电视机、通讯设
5、备、计算机、仪器仪表等电子产品的生产制造中。 印制板设计,是根据设计人员的意图,将电路原理图转换成印制板图、选择材料和确定加工技术要求的过程。它包括选择印制板材质、确定整机结构;考虑电气、机械、元器件的安装方式、位置和尺寸;决定印制导线的宽度、间距和焊盘的直径、孔径;设计印制插头或连接器的结构;根据电路要求设计布线草图;准备印制板生产必须的全部资料和数据。 印制板设计通常有两种方式:一种是人工设计,另一种是计算机辅助设计。无论采取哪种方式,都必须符合原理图的电气连接和产品电气性能、机械性能的要求,并要考虑印制板加工工艺和电子装配工艺的基本要求。 一 印制板设计前的准备 印制板在电子产品中是实现
6、整机功能的主要部件之一,印制板的设计是整机工艺设计中的重要一环。设计质量不仅关系到元器件在焊接装配、调试中是否方便,而且直接影响整机的技术性能。 印制板设计不象电路原理设计那样需要严谨的理论和精确的计算,而只有一些基本的设计原则和设计技巧,在设计过程中具有很大的灵活性和离散性。同一张原理图,几十人分别去设计,各人设计的思路不同,习惯不同,技巧各异,便会出现几十种方案。但这并不是说印制板的设计可以随心所欲,草草从事。因为在众多的方案中,总可以遵循一定的原则选出最佳的设计方案。 通常评价印制电路板的设计质量,主要考虑下列因素:线路的设计是否给整机带来干扰?电路的装配与维修是否方便?基板材料的性能价
7、格比是否最佳?电路板的对外引线是否可靠?元器件的排列是否均匀、整齐? 版面布局是否合理、美观? 1 印制板的设计前提 (1)一般首先要进行电路方案实验,这是在研制电子产品时设计印制板的前提之一;按照由产品的设计目标(使用功能、电气性能)确定的电路方案,用电子元器件把电路搭出来。通过对电气信号的测量,调整电路元器件的参数,改进电路的设计方案;根据元器件的特点、数量、大小以及整机的使用性能要求,考虑整机的结构尺寸;从实际电路的功能、结构与成本,分析产品适用性。并且,在电路方案实验的时候,必须审核考察产品在工业化生产过程中的加工可行性和生产费用,以及产品的工作环境适应性和运行、维护、保养消耗。在电路
8、方案取得成功后,才能设计印制板,开始制作实际的电子产品。这种电路方案实验,不仅是原理性和功能性的,同时也应当是工艺性的验证。 (2)进行电路方案实验,通常需要一块电路实验板。该板起到承载、固定、连接各个元器件的作用。 (3)在进行电路方案实验的时候,要慎重地选用电子元器件。仔细地查阅所用元器件的技术资料,使之工作在合理的工作状态下。对于集成电路和其它新型元器件,应该在使用前了解它们的各种特性规格和质量参数,熟悉它们的管脚排列。(4)对电路实验的结果进行分析(电路的设计思想、工作原理、整机的应用)应达到以下几个目的:熟悉原理图中出现的每个元器件,确定它们的电气参数和机械参数; 找到线路中可能产生
9、的干扰源和容易受外界干扰的敏感元器件; 了解这些元器件是否容易买到,是否能够保证批量供应。 (5)整机的机械结构和使用性能必须确定,以便于决定印制电路板的结构、形状、尺寸和厚度。根据产品的原理分析和电路方案实验,电路使用的元器件必须全部选定。掌握每个元器件的外形尺寸、封装形式、引线方式、管脚排列顺序、各管脚的功能及其形状;确定哪些元件需要安装散热片,并计算散热片面积;考虑哪些元器件应该安装在印制板上,哪些必须安装在板外。 2 印制电路板的设计目标 不同的制板要求,决定了加工的复杂程度和费用,也影响到整机的成本。要根据产品的性质,既产品处于预研性试制、设计性试制、生产性试制或批量性生产中的哪个阶
10、段,或对产品未来的市场前景进行预测,决定印制电路板的设计目标。 对于印制电路板的设计目标,通常从准确性、可靠性、工艺性和经济性四个方面的因素进行考虑。 (1)准确性:元器件和印制导线的连接关系必须符合印制板的电气原理图。 (2)可靠性:影响印制板可靠性的因素很多,其中有基板材料、制板加工和装配连接工艺等几个方面。(3)工艺性:分析整机结构及机内的体积空间,确定印制电路板的面积、形状和尺寸。印制板外形尺寸的确定,应该尽量符合标准化的尺寸系列,形状力求简单,少用异形孔、槽,减少生产模具成本,简化加工程序。在此基础上,考虑装配、调试、维修性能,决定印制板的结构。根据电路的复杂程度、元器件的数量和机内
11、的空间大小,考虑元器件在印制板上的安装、排列方式及焊盘、走线形式。根据不同特点,通常有如下对应关系: 元件卧式安装规则排列圆形焊盘; 元件立式安装不规则排列岛形焊盘。(4)经济性:印制板的经济性与前几方面的内容密切相关。根据成本分析从生产制造的角度,选择覆铜板的板材、质量、规格和印制电路板的工艺技术要求。对于相同的制板面积来 说,双面板的制造成本是一般单面板的34倍以上,而多层板至少要贵到20倍以上。通常希望印制板的制造成本在整机成本中只占有很小的比例。3 板材、形状、尺寸和厚度的确定(1)确定板材:对于印制电路板的基板材料的选择,不同板材的机械性能与电气性能有很大的差别。目前,国内常见覆钢板
12、的种类有:覆铜酚醛纸质层压板,覆铜环氧纸质层压板, 覆铜环氧玻璃布层压板等。确定板材主要是依据整机的性能要求、使用条件以及销售价格,同时必须考虑性能价格比。对于印制板的种类,一般应该选用单面板或双面板。分立元器件的引线少,排列位置便于灵活变换,其电路常用单面板。双面板多用于集成电路较多的电路。在印制板的选材中,不仅要了解覆铜板的性能指标,还要熟悉产品的特点,才可能在确定板材时获得良好的性能价格比。(2)印制板的形状:印制电路板的形状由整机结构和内部空间的大小决定,外形应该尽量简单,一般为矩形(正方形或长方形,长:宽;3:2或4:3)。避免采用异形板。(3)印制板尺寸:尺寸应该接近标准系列值,要
13、从整机的内部结构和板上元器件的数量、尺寸及安装、排列方式来决定。元器件之间要留有一定间距,特别是在高压电路中,更应该留有足够的间距;要注意发热元器件安装散热片占用面积的尺寸;板的净面积确定以后,还要向外扩出5一l0mm,便于印制板在整机中的安装固定。图 1 印制板经插座对外引线(4)板的厚度:在确定板的厚度时,主要考虑对元器件的承重和振动冲击等因素。如果板的尺寸过大或板上的元器件过重,都应该适当增加板的厚度或对电路板采取加固措施,否则电路板容易产生翘曲。按照电子行业的部颁标准,覆铜板材的标准厚度有0.2、0.5、(0.7)、0.8、(1.5)、1.6、2.4、3.2、6.4mm等标准。当印制板
14、对外通过插座连线时(如图1所示),插座槽的间隙一般为1.5mm。板材过厚则插不进去,过薄则容易造成接触不良。4 印制板对外连接方式的选择印制板是整机的一个组成部分,必然存在对外连接的问题。例如,印制板之间、印制板与板外元器件、印制板与设备面板之间,都需要电气连接这些连接引线的总数要尽量少,并根据整机结构选择连接方式,总的原则应该使连接可靠,安装、调试、维修方便,成本低廉。图 2 焊接式对外引线(1)导线焊接方式:一种最简单、廉价而可靠的连接方式,不需要任何接插件,只要用导线将印制板上的对外连接点与板外的元器件或其它部件直接焊牢。这种方式的优点是成本低,可靠性高,可以避免因接触不良而造成的故障,
15、缺点是维修不够方便。这种方式一般适用于对外引线较少的场合如图2所示。采用导线焊接方式应该注意以下几点: 线路板的对外焊点尽可能引到整板的边缘,按统一尺寸排列,以利于焊接与维修。为提高导线连接的机械强度,避免因导线受到拉扯将焊盘或印制线条拽掉,应该在印制板焊点的附近钻孔,让导线从板的焊接面穿绕过通孔,再从元件面插入焊盘孔进行焊接。如图3所示。图 3 对外引线焊接方式将导线排列或捆扎整齐,通过线卡或其它紧固件将线与板固定,避免导线因移动而折断。如图4所示。图 4 用紧固件将引线固定在板上 (2)插接件连接:在比较复杂的仪器设备中,经常采用接插件连接方式。这种“积木式”的结构不仅保证了产品批量生产的
16、质量,降低了成本,为调试、维修提供了极为方便的条件。图 6 带状电缆对外连接方式图 5 插针式对外连接方式印制板插座:如图1所示。板的一端做为插头,插头部分按照插座的尺寸、接点数、接点距离、定位孔的位置等进行设计。此方式装配简单、维修方便,可靠性稍差,常因插头部分被氧化或插座簧片老化而接触不良。插针式接插件:插座可以装焊在印制板上,在小型仪器中用于印制电路板的对外连接。如图5所示。带状电缆接插件:一种扁平电缆,几十根导线并排粘合在一起。带状电缆插头是电缆两端的连接器,它与电缆的连接不用焊接而是靠压力使连接端上的刀口刺破电缆的绝缘层实现电气连接,工艺简单可靠。带状电缆接插件的插座部分直接装焊在印
17、制电路板上。如图6所示。此方式用于低电压、小电流的场合,能够可靠的同时连接几路到几十路微弱信号,不适合用在高频屯路中。二 印制电路板的排版布局为使整机能够稳定地可靠地工作,要对元器件在印制板上进行合理的排版布局。苎电子元器件在一定的制板面积上合理的布局排版,是设计印制板的第一步。排版设计,不单纯是按照电路原理把元器件通过印制线简单地连接起来。为使整机能够可靠地工作,要对元器件及其连接在印制板上进行合理的排版布局。如果排版布局不合理,就有可能出现各种干扰,以至合理的原理方案不能实现,或使整机技术指标下降。有些排版设计虽然能够达到原理的技术参数,但元器件的排列蔬密不匀、杂乱无章,不仅影响美观,也会
18、给装配和维修带来不便。这样的设计也不能算是合理的。1 按信号流走向的布局原则对整机电路的布局原则是:把整个电路按照功能划分成若干个电路单元,按照电信号的流向,逐个依次安排各个功能电路单元在板上的位置,使布局便于信号流通,并使信号流尽可能保持一致的方向。信号流向安排成从左到右或从上到下。与输入、输出端直接相连的元器件应当放在靠近输入、输出接插件或连接器的地方。以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局。一般是以三极管或集成电路等器件作为核心元件,根据它们各电极的位置,排布其它元器件。2 优先确定特殊元器件的位置电子整机产品的干扰问题比较复杂,它可能由电、磁、热、机械等多种因素引起。所以在着
19、手设计印制板的版面、决定整机电路布局的时候,应该分析电角原理,首先决定特殊元器件的位置,然后在安排其他元器件,尽量避免可能产生干扰的因素。3 操作性能对元件位置的要求(1)对于电位器、可变电容器或可调电感线圈等调节元件的布局,要考虑整机结构的安排。(2)为了保证调试、维修的安全,特别要注意带高电压的元器件,尽量布置在操作时人手不易触及的地方。2 元器件的安装与布局(1)元器件的布局在印制板的排版设计中,元器件布设是至关重要的,它决定了板面的整齐美观程度和印制导线的长短与数量,对整机的可靠性也有一定的影响。布设元器件应该遵循的几条原则是:元器件在整个版面上分布均匀、蔬密一致。元器件不要占满板面,
20、注意板边四周要留有一定空间。留空的大小图 7 元件布设要根据印制板的面积和固定方式来确定,位于印制板边上的元器件,距离印制板的边缘应该大于2mm。电子仪器内的印制板四周,一般每边都留有510mm。元器件应该布设在板的一面,每个元器件的引出脚要单独占用一个焊盘。图 8 元件布设方向相邻的两个元件之间,要保持一定间距。避免元件之间相互碰接。如果相邻元器件的电位差较高,则应当保持安全距离。一般环境中的间隙安全电压是220Vmm。尤其要注意的是元器件的布设不能上下交叉。如图7所示。元器件的安装高度要尽量低,一般元件体和引线离开板面不要超过5mm,过高则承受振动和冲击的稳定性变差,容易倒伏与相邻元器件碰
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