印制电路板的设计资料

6.1　印制电路板的设计资料

6.1.1　印制电路板的类型和特点

印制电路板按其结构可分为以下5种。

1.单面印制电路板

单面印制板是在厚度为0.2mm～5.0mm的绝缘基板上一面覆有铜箔，另一面没有覆铜，通过印制和腐蚀的方法，在铜箔上形成印制电路，无覆铜一面放置元器件，因其只能在单面布线，所以设计难度较双面印制电路板和多层印制电路板的设计难度大。它适用于一般要求的电子设备，如收音机、电视机等。

2.双面印制电路板

在绝缘基板（0.2mm～5.0mm）的两面均覆有铜箔，可在两面制成印制电路，它两面都可以布线，需要用金属化孔连通。它适用于一般要求的电子设备，如电子计算机、电子仪器、仪表等。由于双面印制电路的布线密度较高，所以能减小设备的体积。

3.多层印制电路板

在绝缘基板上制成三层以上印制电路的印制板称为多层印制电路板。它是由几层较薄的单面板或双层面板黏合而成，其厚度一般为1.2mm～2.5mm。目前应用较多的多层印制电路板为4～6层板。为了把夹在绝缘基板中间的电路引出，多层印制板上安装元件的孔需要金属化，即在小孔内表面涂敷金属层，使之与夹在绝缘基板中间的印制电路接通。它的特点是：

（1）与集成电路块配合使用，可以减小产品的体积与重量。

（2）可以增设屏蔽层，以提高电路的电气性能。

（3）电路连线方便，布线密度高，提高了板面的利用率。

4.软印制板

软印制板也称挠性印制板，基材是软的层状塑料或其他质软膜性材料，如聚酯或聚亚胺的绝缘材料，其厚度为0.25mm～1mm。此类印制板除了质量轻、体积小、可靠性高以外，最突出的特点是具有挠性，能折叠、弯曲、卷绕。它也有单层、双层及多层之分，被广泛用于计算机、笔记本电脑、照相机、摄像机、通信、仪表等电子设备上。

5.平面印制电路板

印制电路板的印制导线嵌入绝缘基板，与基板表面平齐。一般情况下在印制导线上都电镀一层耐磨金属层，通常用于转换开关、电子计算机的键盘等。

6.1.2　印制电路板板材

1.覆铜箔板的构成

印制板是在覆铜箔板上腐蚀制作出来的。覆铜箔板就是把一定厚度的铜箔通过黏结剂经过热压，贴附在一定厚度的绝缘基板上。基板不同，厚度不同，黏结剂不同，生产出的覆铜箔板性能不同。覆铜箔板的基板是由高分子合成树脂和增强材料的绝缘层压板。合成树脂的种类较多，常用的有酚醛树脂、环氧树脂、聚四氟乙烯等。这些树脂材料的性能，决定了基板的物理性质、介电损耗、表面电阻率等。增强材料一般有纸质和布质两种，它决定了基板的机械性能，如浸焊性、抗弯强度等。

铜箔是覆铜板的关键材料，必须有较高的导电率和良好的可焊性。铜箔质量直接影响到铜板的质量，要求铜箔不得有划痕、沙眼和皱折。其铜纯度不低于99.8％，厚度均匀误差不大于±5m。铜箔厚度选用标准系列为18m、25m、35m、50m、70m、105m。目前较普遍采用的是35m和50m厚的铜箔。

2.常用覆铜箔板的种类

根据覆铜箔板材料的不同可分为4种。

（1）酚醛纸质层压板（又称纸铜箔板）

它是由纸浸以酚醛树脂，在一面或两面敷以电解铜箔，经热压而成。这种板的缺点是机械强度低、易吸水及耐高温较差，但价格便宜。一般用于低频和一般民用产品中，如收音机等。

（2）环氧玻璃布层压板

它是以环氧树脂浸渍无碱玻璃丝布为材料，经热压制成板并在其单面或双面敷上铜箔做成的。这种板工作频率可达100MHz，耐热性、耐湿性、耐药性、机械强度都比较好。常用的有两种，一种是胺类作固化剂，环氧树脂浸渍，板质透明度较好，机械加工性能、耐浸焊性都比较好。另一种是用环氧酚醛树脂浸渍，拉弯强度和工作频率较高。

（3）聚四氟乙烯板

它是用聚四氟乙烯树脂烧结压制成的板材。工作频率可高于100MHz，有良好的高频特性、耐热性、耐湿性，但价格比较贵。

（4）三氯氰胺树脂板

该板有良好的抗热性和电性能，基板介质损耗小，耐浸焊性和抗剥强度高，是一种高性能的板材。适合于特殊电子仪器和军工产品的印制电路板。

3.覆铜箔板的选用

覆铜箔板的选用，主要是根据产品的技术要求、工作环境和工作频率，同时兼顾经济性来决定的。其基本原则大体如下。

（1）根据产品的技术要求

就是产品的工作电压的高低，决定了印制板的绝缘强度。机械强度的要求是由板材的材质和厚度决定的。不同的材质其性能差异较大。设计者选用覆铜板时在对产品技术分析的基础上，合理选用。一味选用档次较高的材质，不但不经济，也是一种资源的浪费。如产品工作电压高，选用绝缘性能较好的环氧玻璃布层压板就可满足要求。一般军工产品、矿用产品就属这一类。一般民用产品如收音机、录音机、VCD等工作电压低，绝缘要求一般，可选用酚醛纸质层压板。

（2）根据产品的工作环境要求选用

在特种环境条件下工作的电子产品，如高温、高湿、高寒条件下的产品，整机要求防潮处理等，这类产品的印制板就要选用环氧玻璃布层压板，或更高档次的板材，如宇航、遥控遥测、舰用设备、武器设备等。

（3）根据产品的工作频率选用

电子线路的工作频率不同，印制板的介质损耗也不同。工作在30MHz～100MHz的设备，可选用环氧玻璃布层压板。工作在100MHz以上的电路，各种电气性能要求相对较高，可选用聚四氟乙烯铜箔板。

（4）根据整机给定的结构尺寸选用

产品进入印制板设计阶段，整机的结构尺寸已基本确定，安装及固定形式也应给定。设计人员明确了印制板的结构形状是矩形、还是圆形或不规则几何图形。板面尺寸的大小等一系列问题要综合全面考虑。印制板的标称厚度有0.2mm、0.3mm、0.5mm、0.8mm、1.5mm、1.6mm、2.4mm、3.2mm、6.4mm等多种。如印制板尺寸较大，有大体积的电解电容、较重的变压器、高压包等器件装入，板材要选用厚一些的，以加强机械强度，以免翘曲。如果电路板是立式插入，且尺寸不大，又无太重的器件，板子可选薄些。如印制板对外通过插座连接时，必须注意插座槽的间隙一般为1.5mm，若板材过厚则插不进去，过薄则容易造成接触不良。电路板厚度的确定还和面积及形状有直接关系，选择不当，产品进行例行实验时，在冲击、振动和运输试验时，印制板容易损坏，整机性能的质量难以保证。

（5）根据性能价格比选用

设计档次较高产品的印制板时，一般对覆铜板的价格考虑较少，或可不予考虑。因为产品的技术指标要求很高，产品价格十分昂贵，经济效益是不言而喻的。对一般民用产品在设计时，在确保产品质量的前提下，尽量采用价格较低的材料。如袖珍收音机的线路板尺寸小，整机工作环境好，市场价格低廉，选用酚醛纸质板就可以了，没有必要选用环氧玻璃布层压板一类的板材。一般这类产品的经济效益极低，利润是靠批量、靠改进工艺材料挤出来的。再如微型电子计算机等产品，产品印制板器件密度大，印制线条窄，印制板成本占整机成本的比例小，印制板的选用应以保证技术指标为主，由于产品效益可观，设计时没有必要一定选用低价位的覆铜板。

总之，印制板的选材是一个很重要的工作，选材恰当，既能保证整机质量，又不浪费成本，选材不当，要么白白增加成本，要么牺牲整机性能，因小失大，造成更大的浪费。特别在设计批量很大的印制板时，性能价格比是一个很实际而又很重要的问题。

6.1.3 印制板对外连接方式的选择

印制电路板只是整机的一个组成部分，必然在印制电路板之间、印制电路板与板外元器件、印制电路板与设备面板之间，都需要电气连接。当然，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。

1.导线连接

这是一种操作简单，价格低廉且可靠性较高的连接方式，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他部件直接焊牢即可。例如收音机中的喇叭、电池盒等。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，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，如收录机、电视机、小型仪器等。采用导线焊接方式应该注意如下几点。

（1）线路板的对外焊点尽可能引到整板的边缘，并按照统一尺寸排列，以利于焊接与维修，如图6.1所示。

（2）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，应该在印制板上焊点的附近钻孔，让导线从线路板的焊接面穿过通孔，在从元件面插入焊盘孔进行焊接，如图6.2所示。

（3）将导线排列或捆扎整齐，通过线卡或其他紧固件将线与板固定，避免导线因移动而折断，如图6.3所示。

图6.1　焊接式对外引线

图6.2　线路板对外引线焊接方式

图6.3　引线与线路板固定

2.插接件连接

在比较复杂的电子仪器设备中，为了安装调试方便，经常采用接插件连接方式。如计算机扩展槽与功能板的连接等。在一台大型设备中，常常有十几块甚至几十块印制电路板。当整机发生故障时，维修人员不必检查到元器件级（即检查导致故障的原因，追根溯源直至具体的元器件。这项工作需要一定的检验并花费相当多的时间），只要判断是哪一块板不正常即可立即对其进行更换，以便在最短的时间内排除故障，缩短停机时间，这对于提高设备的利用率十分有效。典型的有印制板插座和常用插接件，有很多种插接件可以用于印制电路板的对外连接。如插针式接插件、带状电缆接插件已经得到广泛应用，如图6.4所示。这种连接方式的优点是可保证批量产品的质量，调试、维修方便。缺点是因为接触点多，所以可靠性比较差。

图6.4　常见的插接件