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印制電路板

印制電路板,又稱印刷電路板,是電子元器件電氣連接的提供者。它的發展已有100多年的歷史了;它的設計主要是版圖設計;采用電路板的主要優點是大大減少布線和裝配的差錯,提高了自動化水平和生產勞動率。
印制電路板

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    布局

      一、印制線路板上的元器件放置的通常順序:
      1、放置與結構有緊密配合的固定位置的元器件,如電源插座、指示燈、開關、連接件之類,這些器件放置好后用軟件的LOCK功能將其鎖定,使之以后不會被誤移動;
      2、放置線路上的特殊元件和大的元器件,如發熱元件、變壓器、IC等;
      3、放置小器件。
      二、元器件離板邊緣的距離:可能的話所有的元器件均放置在離板的邊緣3mm以內或至少大于板厚,這是由于在大批量生產的流水線插件和進行波峰焊時,要提供給導軌槽使用,同時也為了防止由于外形加工引起邊緣部分的缺損,如果印制線路板上元器件過多,不得已要超出3mm范圍時,可以在板的邊緣加上3mm的輔邊,輔邊開V形槽,在生產時用手掰斷即可。
      三、高低壓之間的隔離:在許多印制線路板上同時有高壓電路和低壓電路,高壓電路部分的元器件與低壓部分要分隔開放置,隔離距離與要承受的耐壓有關,通常情況下在2000kV時板上要距離2mm,在此之上以比例算還要加大,例如若要承受3000V的耐壓測試,則高低壓線路之間的距離應在3.5mm以上,許多情況下為避免爬電,還在印制線路板上的高低壓之間開槽。

    走線

      1、印制導線的布設應盡可能的短,在高頻回路中更應如此;印制導線的拐彎應成圓角,而直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會影響電氣性能;當兩面板布線時,兩面的導線宜相互垂直、斜交、或彎曲走線,避免相互平行,以減小寄生耦合;作為電路的輸入及輸出用的印制導線應盡量避免相鄰平行,以免發生回授,在這些導線之間最好加接地線。
      2、印制導線的寬度:導線寬度應以能滿足電氣性能要求而又便于生產為宜,它的最小值以承受的電流大小而定,但最小不宜小于0.2mm,在高密度、高精度的印制線路中,導線寬度和間距一般可取0.3mm;導線寬度在大電流情況下還要考慮其溫升,單面板實驗表明,當銅箔厚度為50μm、導線寬度1~1.5mm、通過電流2A時,溫升很小,因此,一般選用1~1.5mm寬度導線就可能滿足設計要求而不致引起溫升;印制導線的公共地線應盡可能地粗,可能的話,使用大于2~3mm的線條,這點在帶有微處理器的電路中尤為重要,因為當地線過細時,由于流過的電流的變化,地電位變動,微處理器定時信號的電平不穩,會使噪聲容限劣化;在DIP封裝的IC腳間走線,可應用10-10與12-12原則,即當兩腳間通過2根線時,焊盤直徑可設為50mil、線寬與線距都為10mil,當兩腳間只通過1根線時,焊盤直徑可設為64mil、線寬與線距都為12mil。
      3、印制導線的間距:相鄰導線間距必須能滿足電氣安全要求,而且為了便于操作和生產,間距也應盡量寬些。最小間距至少要能適合承受的電壓。這個電壓一般包括工作電壓、附加波動電壓以及其它原因引起的峰值電壓。如果有關技術條件允許導線之間存在某種程度的金屬殘粒,則其間距就會減小。因此設計者在考慮電壓時應把這種因素考慮進去。在布線密度較低時,信號線的間距可適當地加大,對高、低電平懸殊的信號線應盡可能地短且加大間距。
      4、印制導線的屏蔽與接地:印制導線的公共地線,應盡量布置在印制線路板的邊緣部分。在印制線路板上應盡可能多地保留銅箔做地線,這樣得到的屏蔽效果,比一長條地線要好,傳輸線特性和屏蔽作用將得到改善,另外起到了減小分布電容的作用。印制導線的公共地線最好形成環路或網狀,這是因為當在同一塊板上有許多集成電路,特別是有耗電多的元件時,由于圖形上的限制產生了接地電位差,從而引起噪聲容限的降低,當做成回路時,接地電位差減小。另外,接地和電源的圖形盡可能要與數據的流動方向平行,這是抑制噪聲能力增強的秘訣;多層印制線路板可采取其中若干層作屏蔽層,電源層、地線層均可視為屏蔽層,一般地線層和電源層設計在多層印制線路板的內層,信號線設計在內層和外層。

    主要優點

      采用印制板的主要優點是:
      1、由于圖形具有重復性(再現性)和一致性,減少了布線和裝配的差錯,節省了設備的維修、調試和檢查時間;
      2、設計上可以標準化,利于互換;
      3、布線密度高,體積小,重量輕,利于電子設備的小型化;
      4、利于機械化、自動化生產,提高了勞動生產率并降低了電子設備的造價。
      印制板的制造方法可分為減去法(減成法)和添加法(加成法)兩個大類。目前,大規模工業生產還是以減去法中的腐蝕銅箔法為主。

    設計

      印制電路板的設計是以電路原理圖為根據,實現電路設計者所需要的功能。印刷電路板的設計主要指版圖設計,需要考慮外部連接的布局、內部電子元件的優化布局、金屬連線和通孔的優化布局、電磁保護、熱耗散等各種因素。優秀的版圖設計可以節約生產成本,達到良好的電路性能和散熱性能。簡單的版圖設計可以用手工實現,復雜的版圖設計需要借助計算機輔助設計(CAD)實現。
      地線設計
      在電子設備中的線路板,電路板, PCB板上,接地是控制干擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結合起來使用,可解決大部分干擾問題。電子設備中地線結構大致有系統地、機殼地(屏蔽地)、數字地(邏輯地)和仿真地等。在地線設計中應注意以下幾點:
      1、正確選擇單點接地與多點接地
      低頻電路中,信號的工作頻率小于1MHz,它的布線和器件間的電感影響較小,而接地電路形成的環流對干擾影響較大,因而應采用一點接地。當信號工作頻率大于10MHz時,地線阻抗變得很大,此時應盡量降低地線阻抗,應采用就近多點接地。當工作頻率在1~10MHz時,如果采用一點接地,其地線長度不應超過波長的1/20,否則應采用多點接地法。
      2、將數字電路與仿真電路分開
      電路板上既有高速邏輯電路,又有線性電路,應使它們盡量分開,而兩者的地線不要相混,分別與電源端地線相連。要盡量加大線性電路的接地面積。
      3、盡量加粗接地線
      若接地線很細,接地電位則隨電流的變化而變化,致使電子設備的定時信號電平不穩,抗噪聲性能變壞。因此應將接地線盡量加粗,使它能通過三位于印制電路板的允許電流。如有可能,接地線的寬度應大于3mm。
      4、將接地線構成死循環路
      設計只由數字電路組成的印制電路板的地線系統時,將接地線做成死循環路可以明顯的提高抗噪聲能力。其原因在于:印制電路板上有很多集成電路組件,尤其遇有耗電多的組件時,因受接地線粗細的限制,會在地結上產生較大的電位差,引起抗噪聲能力下降,若將接地結構成環路,則會縮小電位差值,提高電子設備的抗噪聲能力。
      以絕緣板為基材,切成一定尺寸,其上至少附有一個導電圖形,并布有孔(如元件孔、緊固孔、金屬化孔等),用來代替以往裝置電子元器件的底盤,并實現元器件之間的相互連接,這種布線板稱印制線路板,簡稱印制板。
      習慣稱“印制線路板”為“印制電路”是不確切的,因為在印制板上并沒有“印制元件”而僅有布線。

    發展簡史

      印制電路板的發明者是奧地利人保羅愛斯勒(Paul Eisler),他于1936年在一個收音機裝置內采用了印刷電路板。1943年,美國人將該技術大量使用于軍用收音機內。1948年,美國正式認可這個發明用于商業用途。自20世紀50年代中期起,印刷電路版技術才開始被廣泛采用。
      在印制電路板出現之前,電子元器件之間的互連都是依靠電線直接連接實現的。而現在,電路面包板只是作為有效的實驗工具而存在;印刷電路板在電子工業中已經占據了絕對統治的地位。

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