【2017年整理】电子工艺实验指导书.doc

电子技术工艺实验指导 胡之惠 第一节 印制电路板设计过程与方法 实验中对于简单的电路我们可以直接用导线连接，对于较复杂的电路我们还可以运用面包板搭接而成。但如果我们想要把图纸上的原理图转换为实际的电子产品，往往离不开印制电路板这个载体。印制电路板亦称印制线路板，通常简称印制板或PCB（printed circuit board）。印制电路板的主要作用是为电路中电子元器件的固定与装配提供机械支撑和识别符号，为电路中电子元器件之间的连接提供电气通路。熟悉印制电路板基本知识，掌握PCB基本设计方法和制作工艺，是电气技术人员不可缺少的基本技能。 一、 印刷电路板的手工设计过程 印制电路板设计也称印制板排版设计，不论是手工设计或采用CAD设计通常都包括以下过程。 以如图1所示的稳压电源电路为例，介绍印刷电路板的手工设计过程。其中V1和V3为硅材料PNP型小功率三极管，V2为中功率管。调整1K电阻可以改变输出电压。 图1 稳压电路原理图 1．设计准备 （1）了解电路工作原理和电路参数，各功能电路的相互关系及信号流向等内容，对电路工作时可能发热、可能产生干扰及最高工作电压，最大电流及工作频率等情况要心中有数。 （2）印制板工作环境（是否密封，工作环境温度变化，是否有腐蚀性气体等）及工作机制（连续工作还是断续工作等）。 （3）主要元器件和部件的型号、外形尺寸、封装、必要时需取得样品或产品样本。 2．外形草图包括印制板对外连接草图和尺寸图两部分。 对外连接草图是根据整机结构和分板要求决定的。一般包括电源线、地线、板外元器件的引线，板与板之间连接线等，绘制草图时应大致确定其位置和排列顺序。若采用接插件引出时，要确定接插件位置和方向。 印制板外形尺寸草图。印制板外形尺寸受各种因素制约，一般在设计时已大致确定，从经济性和工艺性出发，优先考虑矩形。印制板的安装、固定也是必须考虑的内容，印制板与机壳或其他结构件连接的螺孔位置与孔径应明确标出。 我们设计的稳压电源电路较简单，所以我们将印制板对外连接草图和尺寸图两部分合二为一。我们以单面板为例，外形草图如图2所示。 图2 单面板外形草图 3．设计入门——绘制单线不交叉图 对较简单的电路（一般元件数少于30~50个）可采用绘单线不交叉图的方法设计印制板。这种方法简单易学且不易出错，特别适合初学者和非专业设计人员。具体步骤如下： （1）将原理图中应放置于板上的电路元器件根据信号流向或排版方向依次画到板面上，集成电路要画封装引脚图。 （2）按原理图将各元器件引脚连接，对导线交叉处可用两种方法避免交叉。 1）利用元器件中间跨越。 2）用跨接线跨越（同一板上跨接线长度尽可能归为一种或两三种。跨接线尽可能短、尽可能少）。 对于可用单面加少量跨接线布通的电路，尽量选用单面板布线，只有电路较复杂才用双面板。显然双面板要容易，因为可以利用板子另一面印制导线做跨越。 （3）调整元器件位置和方向，使跨接线最少，连接最简洁。 （4）重新画不交叉图，如图3所示。 简单的图，经过（1）～（4）步骤可得到较好的结果，复杂一些的（3）～（4）可能反复一次，甚至反复若干次才获得比较好的效果。 图3 单线不交叉图 4．设计布局 对于元件数多于50个以上的电路。采用上述方法，PCB板不易作到微型化。较复杂的电路我们需要经过设计布局及设计布线这两步。布局就是将电路元件放在印制板布线区内，布局是否合理不仅影响后面的布线工作，而且对整个电路板的性能也有重要的作用。在一个PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能头重脚轻。 下面介绍的布局要求、原则、布放顺序和方法，无论手工设计还是计算机辅助设计（CAD），专业还是业余，模拟电路还是数字电路都是适用的。 （1）布局原则 1）就近原则　　当板上对外连接确定后，相关电路部分应就近安放，避免走远路，绕弯子，尤其忌讳交叉穿插。 2）信号流原则　按电路信号流向布放，避免输入输出，高低电平部分交叉。 3）散热原则　　有利于发热元器件散热。 4）美观性原则 元件排列整齐，疏密得当。 （2）布局方法 1）实物法 将元件和部件样品在1：1的草图上排列，寻找最优布局。这是最简单，最可靠的方法，实际应用中一般是将关键的元器件或部件实物作为布局依据。 2）模板法 有时实物摆放不方便或没有实物，可按样本或有关资料制作主要元器件和部件的图样摸板，用以代替实物进行布局。以上两种方法适合初学者。 3）经验对比法 根据经验参照可比的已有印制电路板对新设计布局。这种方法适合有一定的设计经验的工作人员。 （3）布局的检查 1）印制板尺寸是否与加工图纸尺寸相符，能否符合PCB制造工艺要求，有无定位标记。 2）元件在二维、三维空间上有无冲突。 3）合理选择的导线密度和间距以保证电路可靠工作 4）元件布局是否疏密有序，排