第5章印制电路板设计初步课件.ppt

第5章 印制电路板设计初步 5.1 印制板设计基础 5.1.1 印制板种类及结构 印制板种类很多，根据导电层数的不同，可将印制板分为单面电路板(简称单面板)、双面电路板(简称双面板)和多层电路板；根据覆铜板基底材料的不同，又可将印制板分为纸质覆铜箔层压板和玻璃布覆铜箔层压板两大类。此外，采用挠性塑料作基底的印制板称为挠性印制板，常用做印制电缆，主要用于连接可移动部件，例如DVD机内激光头与电路板之间就通过挠性印制电缆连接。 单面板的结构如图5-1(a)所示，所用的覆铜板只有一面敷铜箔，另一面空白，因而也只能在敷铜箔面上制作导电图形。单面板上的导电图形主要包括固定、连接元件引脚的焊盘和实现元件引脚互连的印制导线，该面称为“焊锡面”——在Protel99/99 SE PCB编辑器中被称为“Bottom”(底)层。没有铜膜的一面用于安放元件，因此该面称为“元件面”——在Protel99 PCB编辑器中被称为“Top”(顶)层。由于单面板结构简单，没有过孔，生产成本低，因此，线路相对简单、工作频率较低的电子产品，如收录机、电视机、计算机显示器等电路板一般采用单面板。 尽管单面板生产成本低，但单面板布线设计难度最大，原因是只能在一个面上布线，布通率比双面板、多面板低；可利用的电磁屏蔽手段也有限，电磁兼容性指标不易达到要求。理论上，对于平面网孔电路，在单面板上布线时，布通率为100%；对于非平面网孔电路，在单面板上，无法通过印制导线连接的少量节点可使用“飞线”连接，但飞线数目必须严格限制在一定范围内，否则电路性能会下降。 双面板结构如图5-1(b)所示，基板的上、下两面均覆盖铜箔。因此，上、下两面都可以印制导电图形。导电图形中除了焊盘、印制导线外，还有用于使上、下两面导电图形互连的“金属化过孔”。在双面板中，元件也只能安装在其中的一个面上，该面同样称为“元件面”，另一面称为“焊锡面”。在双面板中，需要制作连接上、下面印制导线的金属化过孔，生产工艺流程比单面板多，成本高。但由于可以两面走线，因而布线相对容易，布通率高。借助与地线相连的敷铜区即可较好地解决电磁干扰问题，因此应用范围很广，多数电子产品，如VCD机、单片机控制板等均采用双面板结构。 随着集成电路技术的不断发展，元器件集成度越来越高，引脚数目迅速增加，电路图中元器件连接关系越来越复杂。此外，器件工作频率也越来越高，双面板已不能满足布线和电磁屏蔽要求，于是就出现了多层印制板。在多层印制板中，导电层的数目一般为4、6、8、10等，例如在四层板中，上、下面(层)是信号层(信号线布线层)，在上、下两层之间还有内电源层、内地线层，如图5-1(c)所示。在多层印制板中，可充分利用电路板的多层结构解决电磁干扰问题，提高了电路系统的可靠性。多层印制板可布线层数多，走线方便，布通率高，连线短，印制板面积也较小(印制导线占用面积小)。目前，计算机设备，如主机板、内存条、显示卡等均采用4或6层印制电路板。 在多层电路板中，层与层之间的电气连接通过元件引脚焊盘和金属化过孔实现，除了元件引脚焊盘孔外，用于实现不同层电气互连的金属化过孔最好贯穿整个电路板(经特定工艺处理后，不会造成短路)，以方便钻孔加工。图5-1(c)所示的四层板中，给出了五种不同类型的金属化过孔。例如，用于元件面上印制导线与电源层相连的金属化过孔中，为了避免与地线层相连，在该过孔经过的地线层上少了一个比过孔大的铜环(很容易通过刻蚀工艺实现)，这样该金属化过孔就不会与地线层相连。 5.1.2 印制板材料 根据覆铜板基底材料的不同，可以将印制板分为纸质覆铜箔层压板和玻璃布覆铜箔层压板两大类。使用粘结树脂将纸或玻璃布粘在一起，然后经过加热、加压工艺处理就形成了纸质覆铜箔层压板和玻璃布覆铜箔层压板。 目前，常用的粘结树脂主要有酚醛树脂、环氧树脂和聚四氟乙烯树脂三种。 使用酚醛树脂粘结的纸质覆铜箔层压板称为覆铜箔酚醛纸质层压板，其特点是成本低，主要用作收音机、电视机以及其他电子设备的印制电路板。 使用环氧树脂粘结的纸质覆铜箔层压板称为覆铜箔环氧纸质层压板。覆铜箔环氧纸质层压板的电气性能和机械性能均比覆铜箔酚醛纸质层压板好，也主要用作收音机、电视机以及其他低频电子设备的印制电路板。 使用环氧树脂粘结的玻璃布覆铜箔层压板称为覆铜箔环氧玻璃布层压板。这是目前使用最广泛的印制电路板材料之一，它具有良好的电气和机械性能，耐热，膨胀系数小，尺寸稳定，可在较高温度下使用，可广泛用作各种电子设备、仪器的印制电路板。 使用聚四氟乙烯树脂粘结的玻璃布覆铜箔层压板称为覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板。覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板介电性能好(介质损耗小、介电常数低)，耐高温(工作温度范围宽)，耐潮湿(可以在潮湿