第10章 电子技术基本操作技能 的训练
印刷电路板的设计与制作 焊 接
1
10.1 印刷电路板的设计与制作
10.1.1 印刷电路板的基本知识 1．印刷电路板的种类
（1）单面板、双面板和多面板 ① 单面板 在绝缘基板的一面有 导体图形的印刷电路板
② 双面板 在绝缘基板的两面都 有导体图形，中间利用过孔连接
② 挠性印刷电路板（Flexible Printed Circuit Board）是指用柔性的绝缘 基材制成的印刷电路板，可以自由弯曲、卷绕、折叠，可依照空间布局 要求任意安排，并在三维空间任意移动和伸缩
2．印刷电路板的材料
常用基板有以下几种。 （1）酚醛纸质基板 这种基板价格低，但耐潮性和耐热性不好，一般用于对耐潮性和耐热性 要求不高的电气设备中。 （2）环氧酚醛玻璃布基板 这种基板的耐潮性和耐热性都较好，但其透明度稍差。 （3）环氧玻璃布基板 它除了具有环氧酚醛布基板的优点外，还有透明度好、便于安装和维修、 冲剪和钻孔性能良好等优点，多用于双面板。 （4）聚四氟乙烯玻璃布基板 它具有良好的介电性能和化学稳定性，是一种工作范围宽（−230～ 260℃）、耐调温、高绝缘的基板。 此外，还有耐火的自熄性基板、挠性基板等。
定位孔：测试、切割印刷电路板时固定印刷电路板的孔。
塞孔：用阻焊油墨阻塞通孔。
阻焊膜（Solder Mask，Solder Resist）：用于在焊接过程中及焊接后提供 介质和机械屏蔽的一种覆膜。
焊盘（Land，Pad）：用于电气连接和元器件固定或两者兼备的导电图 形。
6
丝印层：是印制在元件面上的一种不导电的图形（有时焊接面 上也有丝印层），代表一些元器件的符号和标号，用于标注元 器件的安装位置，一般通过丝印的方法，将绝缘的白色涂料印 制在元件面上。
阻焊图：是为了防止需要焊接的印制导线被焊接而绘制的一种 图形。在制板过程中，可根据阻焊图的要求将不需要焊接的地 方涂一层阻焊剂，只露出需要焊接的部位。使用CAD软件设计 PCB时，当焊接面和元件面设计完成后，软件可自动生成阻焊 图。
坐标网格：2组等距离平行线正交而成的网格（或称为格点）。 它用于元器件在印刷电路板上的定位，一般要求元器件的引脚 必须位于网格的交点上，导线不一定按网格定位。
➢对于温度敏感的元器件，不宜放在热源附近或设备的上部。 （4）地线的公共阻抗干扰及抑制
地线具有一定的阻抗，当地线中有电流流过时，必然在地线上产生 压降，这个压降使地线上各点电位都不相等，对各级电路带来影响。
16
① 地线一般布设在印刷电路板最边缘，以便于印刷电路板安装在机壳 底座或机架上。
② 对于低频信号地线，采用一点接地的原则，主要有以下2种方式。
④ 地线布局的几个要点。 （a）处理好全局与局部的关系。
从全局出发，对电路整体设计 。先全局后局部、先主要电路后次 要电路的顺序加以考虑。全局与局部之间相互制约时，则应权衡利弊后 决定地线布局。
18
（b）注意地线中电流的方向和分布。
（c）地线的分配。 ➢地线分得越多，越容易造成接地的电位差，从而不利于电路的电 气衔接，也给排版带来困难，同时布局也不美观。 ➢地线分得过少，又使地线产生共阻抗干扰的可能性增大。 ➢地线的分配应以地线中的电流为依据，即互不相干的电流不能合 用一根地线。 ➢允许在一根地线中通过的电流不能用地线分开。
➢ 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通， 并使信号尽可能保持一致的方向。
➢ 以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来布局。在条件允许的情 况下，尽量使元器件在整个板面上分布均匀、疏密一致。在保证电气性 能的前提下，元器件应相互平行或垂直排列，以求整齐、美观。尽量减 少和缩短各元器件之间的引线和连接。
差异不能过大。 ② 需要在元器件引角之间走线时，选用长短不对称的焊盘往往会
事半功倍。 ③ 各元器件焊盘孔的大小要按元器件引脚粗细分别编辑确定，原
则是焊盘中心孔要比元器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊， 焊盘外径D一般不小于（d+1.2）mm，其中d为引线孔径，对高密度的 数字电路，焊盘最小直径可取（d+1.0）mm。
14
3．印刷电路板上的干扰及抑制 （1）电源的干扰及抑制 ➢一般常用铝电解电容器滤除低频干扰，并将其放置在印刷电路板 的电源线上； ➢陶瓷电容器用于滤除干扰时，将其装在集成电路的近处； ➢对于每个大规模集成电路（LSI）并联0.01～0.1μF的电容器； ➢每几个中规模集成电路（MSI）并联0.01～0.1μF的电容器； ➢每5～10个小规模集成电路（SSI）并联0.01～0.1μF的电容器； ➢对用作线路驱动器和接收器的集成电路，每个都接入0.1μF左右的 电容器。
盲孔（Blind via）：多层印刷电路板外层与内层层间导电图形电气连接的金属 化孔。
5
埋孔（Buried Via）：多层印刷电路板内层层间导电图形电气连接的金属 化孔。
测试孔：设计用于印刷电路板及印刷电路板组件电气性能测试的电气连接 孔。
安装孔：为穿过元器件的机械固定脚，固定元器件于印刷电路板上的孔， 可以是金属化孔，也可以是非金属化孔，形状因需要而定。
串联式一点接地、并联式一点接地。
（a）串联式一点接地。
串联式一点接地能有效地避免公共阻抗和接地闭合回路造成的干扰， 而且简单经济，在电路中被广泛采用。
特点： ➢各单元电路一点接地线于公共地线； ➢离电源较远的C回路因地线阻抗大所受的干 扰大； ➢离电源最近的A回路因地线阻抗小所受的干 扰最小； ➢应设计低阻抗地线，还应将易受干扰的敏 感电路单元尽可能靠近电源。
③ 印制导线拐弯处一般取圆弧形，这是因为直角或尖角在高频电路中 会影响电气性能。
此外，尽量避免使用大面积铜箔，否则长时间受热时，易发生铜箔膨 胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时，最好用栅格状，这样有利于排除 铜箔与基板间黏合剂受热产生的挥发性气体。
13
（3）印刷电路板的焊盘 ① 形状上长短不一致时，要考虑连线宽度与焊盘特定边长的大小
➢ 某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距 离，以免放电引起意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时 手不易触及的地方。
➢ 重而大的元器件，尽量安置在印刷电路板上紧靠固定端的位置，并 降低重心。重量较大的元器件，应当用支架加以固定，然后焊接。那 些大而重、发热量多的元器件，不宜装在印刷电路板上，而应装在整 机的机箱底板上，且应考虑散热问题。
4
3．印刷电路板设计的常用术语
印刷电路板（PCB，Printed Circuit Board）：在绝缘基板上，按预定设计形成 印制元件或印制线路或两者结合的导电图形的印制板。
元件面（Component Side）：安装有主要器件（IC等主要器件）和大多数元器 件的印刷电路板一面，其特征表现为元器件复杂，对印刷电路板组装工艺流程 有较大影响。通常以顶面（Top）定义。
15
（2）印制导线间的寄生耦合 两条相近的平行导线，当信号从一条线中通过时，另一条线内也会
产生感应信号，此感应信号就是由分布参数产生的干扰源。为了抑制这 种干扰，排版前应分析原理图，区别强、弱信号线，使弱信号线尽量短， 并避免与其他信号线平行。 （3）温度的干扰及抑制 ➢对于发热元器件，应优先安排在有利于散热的位置，且尽量不要把几个发 热元器件放在一起。
焊接面（Solder Side）：与印刷电路板元件面相对应的另一面，其特征表现为 元器件较为简单。通常以底面（Bottom）定义。
金属化孔（Plated Through Hole）：孔壁沉积有金属的孔，主要用于层间导电 图形的电气连接。 非金属化孔（Unsupported Hole）：没有用电镀层或其他导电材料涂覆的孔。 引线孔（元件孔）：印刷电路板上用来将元器件引线电气连接到印刷电路板 导体上的金属化孔。 通孔：金属化孔贯穿连接（Hole Through Connection）的简称。
（4）导线间距 ➢导线之间的最小距离应满足电气安全要求。 ➢考虑到工艺方便，导线间距应大于10Mil。 ➢在允许的条件下，导线间距应尽量宽一些。 ➢在集成块2只引脚之间（100Mil）一般只设计1根导线。 ➢当导线平行时，各导线之间的距离应均匀一致。
（5）焊盘形状
常用的焊盘形状有4种：方形、圆形、长圆形和椭圆形。最常用的是 圆形焊盘。
7
10.1.2 印刷电路板的设计
1．印刷电路板设计常用标准
（1）网格尺寸 公制和英制2种标准，最基本的坐标网格间距为2.5mm ，更小的网格 采用1.25mm和0.625mm。在放置元器件时一般可采用英制坐标网格。
（2）孔径和焊盘尺寸
标称孔径和最小焊盘直径如表10-2所示，一般选0.8mm以上，焊盘尺 寸一般也要比表中所列数据稍大些。
表10-2 标称孔径与最小焊盘直径（mm）
标称孔径
0.4 0.5 0.6 0.8 0.9 1.0 1.3 1.6 2.0
最小焊盘直径 1.0 1.0 1.2 1.4 1.5 1.6 1.8 2.5 3.0
8
（3）导线宽度
导线宽度的最小值应能承受通过该导线的最大电流。一般应大于10Mil （密耳，1Mil为1/1000英寸）。考虑到美观、整齐，导线宽度应尽量宽 一些，一般可取20～50Mil。
9
2．印刷电路板设计的一般原则
（1）印刷电路板元器件的布局
先要考虑印刷电路板尺寸的大小；再确定特殊元器件的位置； 最后根据电 路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。
在确定特殊元器件的位置时要遵循以下原则。
➢尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相 互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出 元器件应尽量远离。
11
➢ 在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路 应尽可能使元器件平行排列，这样不但美观，而且装焊容易，易于 批量生产。
➢ 对电磁感应较灵敏的元器件和电磁辐射较强的元器件，在布局时 应避免它们之间相互影响。发热元器件应优先安排在有利于散热且 远离高温区。