DOC《印制电路原理和工艺》

印制电路原理和工艺实验指导书编写:王守绪 何为 张敏 审查:唐先忠、胡文成 电子科技大学微电子与固体电子学院 2010年1月(修订) 目录印制电路基本知识即实验技术简介・2 实验一:减层法单面板印制电路板制造工艺研究・13 实验二:高频电路的双面印制电路板的设计研究・23 实验三:4层印制电路板制作工艺研究・27 实验四:镍金合金电镀最佳配方和工艺条件的优化・33 实验五:挠性PI基材上镂空板用开窗口工艺研究・44 实验六:次亚磷酸钠化学镀铜工艺研究・47 实验七:PCB布线贴图的设计与制作・50 实验八:PCB照相底版的设计与制作・54 实验九:硝酸蚀刻液开发及机理研究・57 实验十:综合设计实验・62 印制电路基本知识及实验技术简介 印制电路板是信息产业的基础,从计算机、电视机到电子玩具等,几乎所有的电子电器产品中都有电路板存在.

中国电子电路产业和中国电子信息产业一样,在近年来一直保持着高速增长.这一增长趋势还将持续到2010年或更长一段时间.尤其是近年来我国消费类电子和汽车电子的飞速发展更是为电子电路业提供了广阔空间. 现在我国内地有印制板生产企业1000家左右,2006年已经成为PCB第一大生产国.2009年的产值为180亿美元,出口金额76.5亿美元,几年来PCB业逆差均保持在12.5亿美元左右.从中国印制电路产量来看,2005年中国PCB产量突破1.1亿平方米,其中多层板占了将近一半,2006年产量为12964万平方米.与10年前相比,2009年我国印制电路板产量增长了近十倍,出口量增长了3500多倍. 随着世界各国在中国投资的IT产业、电子整机制造的迅猛发展,世界各国PCB企业也相继在中国进行大规模的投资,世界知名PCB生产企业,绝大部分在中国已经建立了生产基地并在积极扩张.可以预计在近几年中,中国仍然是世界PCB生产企业投资与转移的重要目的地.中国印制电路行业协会(CPCA)秘书长王龙基告诉《中国电子报》记者,被誉为电子电路行业的 奥林匹克 的 世界电子电路大会 从2008年开始就在上海举行,前十届电子电路大会都是在日本、美国等世界PCB产业发达国家举办,从第11届大会移师中国,充分表明了我国高速发展的PCB产业的吸引力. 1.印制板的定义、特点和分类 1.1 印制板的定义 在绝缘基材上,按预定设计有选择性地加工孔和布置金属的导电图形,用于元器件之间的连接,但不包括印刷元件,称作印制线路(Printed Wing Board,简称PWB);

将装载有元器件的印制线路板称作印制电路板(Printed Circuit Board,,

简称PCB).在欧美国家通常把印制线路板统称为PCB.按照我国国家标准GB2036-94(印制电路术语)的解释:印制电路或印制线路成品板统称为印制板,它包括刚性、挠性和刚挠性结合的单面、双面和多层印制板等. 1. 2印制板的特点 它是电子设备的一种极其重要的基础组装部件.印制电路板是由绝缘基材、金属导线和连接不同导线、焊接元器件的 焊盘 组成.它的主要作用是支撑电子元件和实现电子元器件之间的信号连通.具有以下的特点: (1)提供集成电路等各种电子元器件固定、组装和机械支撑的载体. (2)实现集成电路等各种电子元器件之间的电器连接或电绝缘,提供所要求的电器特性,如特性阻抗等. (3)为自动锡焊提供阻焊图形,为元器件安装(包括插装和表面贴装)、检查、维修提供识别字符和图形. (4)很大地缩小了互连导线的体积和重量. (5)可以采用标准化设计. (6)有利于机械化、自动化生产. 1. 3印制线路的分类 印制线路的分类没有一个统一的标准,按照不同标准印制线路分成不同的类别. 按基材材料不同分为纸基印制板、玻璃布基印制板、合成纤维印制板等. 按用途的不同分为民用印制板、工业用印制板和军用印制板. 按照印制电路板的层数可分为单面板,双面板,多层板等. 按特殊性可分为高Tg印制板、CTI印制板、阻抗特殊性印制板、高频微波印制板、HDI印制板、埋盲孔印制板、无卤印制板和集成元件印制板(埋入元件印制板). 按印制电路板所使用的绝缘基材强度可分为:刚性印制电路板、挠性印制电路板和刚挠结合印制电路板.刚性印制板有酚醛纸质层压板、环氧纸质层压板、聚酯玻璃毡层压板、环氧玻璃布层压板.挠性印制板又称软性印制电路板即FPC,软性电路板是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高可靠性和较高曲绕性的印制电路板.这种电路板散热性好,即可弯曲、折叠、卷挠,又可在三维空间随意移动和伸缩.可利用FPC缩小体积,实现轻量化、小型化、薄型化,从而实现元件装置和导线连接一体化.FPC广泛应用于电子计算机、通信、航天及家电等行业. 2.印制电路板的应用领域 印制电路板备大规模应用与电子产品之中是20世纪四十年代,印制电路板在电子设备中具有如下功能:提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑,实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘,提供所要求的电气特性;

为自动焊接提供阻焊图形,为元件插装、检查、维修提供识别字符和图形;

电子设备采用印制板后,由于同类印制板的一致性,避免了人工接线的差错,并可实现电子元器件自动插装或贴装、自动焊锡、自动检测,保证了电子产品的质量,提高了劳动生产率、降低了成本,并便于维修.经过半个多世纪的发展,印制电路板已经从原来的单面板发展到今天的双面板、多层板和特种板多种类项.始于20世纪70年代刚挠结合印制板更是成为当今印制电路技术发展的一个重要发展方向.刚挠结合印制板是一种特殊的互联技术,最大的优点是省去电线电缆的连接安装,减少或不用接插件与端点焊接,缩小空间与重量,减少或避免电气干扰而提高电性能,完全满足了电子设备(产品)向着轻、薄短、小且多功能化方向发展的需要.刚挠结合电路板作为一种具有薄、轻、可挠曲等特点的可满足三维组装需求的互连技术,在电子及通讯行业得到日趋广泛的应用和重视.随着电子技术的发展,其应用会越来越广.印制电路板应用领域主要如下: 计算机:主板、网卡、游戏卡、磁盘驱动器、传输线带、打印机等计算机辅助设备等;

通讯:多功能电话、手机、可视电话、传真机等;

汽车:控制仪表板、排气罩控制器、防护板电路、断路开关系统等;

消费类电子产品:照相机、摄像机、录像机、VCD、DVD、微型录音机、拾音器、计算器、健身监视器等;

工业控制:激光测控仪、传感器、加热线圈、复印机、电子衡器等;

仪器仪表:核磁分析仪、X光射线装置、红外线分析仪等;

医疗机械:理疗仪、心脏起搏器、内窥镜、超声波探测仪等;

航空航天:人造卫星、雷达系统、陀螺仪、无线电通讯、黑匣子、导弹等;

3印制电路板的制造工艺 3.1印制电路设计 印制电路板设计的基本步骤: 第一步 利用原理图设计工具绘制原理图,并且生成对应的网络表.当然,有些特殊情况下,如电路板比较简单,已经有了网络表等情况下也可以不进行原理图的设计,直接进入PCB设计系统,在PCB设计系统中,可以直接取用零件封装,人工生成网络表. 手工更改网络表 将一些元件的固定用脚等原理图上没有的焊盘定义到与它相通的网络上,没任何物理连接的可定义到地或保护地等.将一些原理图和PCB封装库中引脚名称不一致的器件引脚名称改成和PCB封装库中的一致,特别是

二、三极管等. 第二步 画出自己定义的非标准器件的封装库.建议将自己所画的器件都放入一个自己建立的PCB 库专用设计文件. 第三步 设置PCB设计环境和绘制印刷电路的板框含中间镂空等. (1)进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境,包括设置格点大小和类型,光标类型,板层参数,布线参数等等.大多数参数都可以用系统默认值,而且这些参数经过设置之后,符合个人的习惯,以后无须再去修改. (2)规划电路版,主要是确定电路版的边框,包括电路版的尺寸大小等等.在需要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘.对于3mm 的螺丝可用6.5~8mm 的外径和3.2~3.5mm 内径的焊盘对于标准板可从其它板或PCB izard 中调入. 注意:在绘制电路版地边框前,一定要将当前层设置成Keep Out层,即禁止布线层. 第四步 打开所有要用到的PCB 库文件后,调入网络表文件和修改零件封装.这一步是非常重要的一个环节,网络表是PCB自动布线的灵魂,也是原理图设计与印象电路版设计的接口,只有将网络表装入后,才能进行电路版的布线.在原理图设计的过程中,ERC检查不会涉及到零件的封装问题.因此,原理图设计时,零件的封装可能被遗忘,在引进网络表时可以根据设计情况来修改或补充零件的封装.当然,可以直接在PCB内人工生成网络表,并且指定零件封装. 第五步 布置零件封装的位置,也称零件布局.Protel99可以进行自动布局,也可以进行手动布局.如果进行自动布局,运行 Tools 下面的 Auto Place ,用这个命令,你需要有足够的耐心.布线的关键是布局,多数设计者采用手动布局的形式.用鼠标选中一个元件,按住鼠标左键不放,拖住........