電子器件設(shè)計的基本流程包括:項目啟動、市場調(diào)研、項目規(guī)劃、項目詳細(xì)設(shè)計、原理圖、PCB布局、布線、PCB制造、焊接、功能、性能測試等。在教學(xué)過程中,我們一般設(shè)計 電子設(shè)備按以下步驟:
第一步:獲取產(chǎn)品需要的功能;
第二步:確定設(shè)計方案,列出所需元器件;
第三步:根據(jù)元素表繪制元素符號庫;
第四步:根據(jù)需要的功能設(shè)計,調(diào)用元器件符號庫,繪制原理圖,用仿真軟件進(jìn)行仿真;
第五步:根據(jù)實際元器件形狀繪制元器件封裝庫;
第六步:調(diào)用元器件封裝庫,根據(jù)原理圖繪制PCB;
第七步:PCB打樣;
第八步:電焊、調(diào)試、檢測等。如果不符合設(shè)計要求,請重復(fù)以上步驟。
PCB設(shè)計是上述電子產(chǎn)品設(shè)計過程中最重要的環(huán)節(jié),也是電子產(chǎn)品設(shè)計的核心技術(shù)。 在實際電路設(shè)計中,原理圖繪制和電路仿真完成后,還需要將電路中的實際元器件最終安裝到印刷電路板(printed circuit board,簡稱PCB)上。 原理圖的繪制解決了電路的邏輯連接問題,而電路板的物理連接是用銅箔完成的。
一、什么是印刷電路板?
印制電路板是指以絕緣基板為基本材料,加工成一定尺寸的板材。 板上至少有一個導(dǎo)電圖案和所有設(shè)計的孔(如元件孔、機(jī)械安裝孔、金屬化孔等),以方便元件之間的電氣連接:
印制電路板具有可重復(fù)性和可預(yù)測性。 所有信號均可沿導(dǎo)線任意一點(diǎn)直接測試,不會因?qū)Ь€接觸造成短路。 印刷電路板的大部分焊點(diǎn)可以一次焊接。
由于印制板具有上述特點(diǎn),自問世以來得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。 現(xiàn)代印制PCB板已向多層次、細(xì)線方向發(fā)展。 特別是從20世紀(jì)80年代開始普及的SMD(表面封裝)技術(shù),將高精度PCB技術(shù)與VLSI(超大規(guī)模集成電路)技術(shù)緊密結(jié)合,大大提高了系統(tǒng)安裝密度和系統(tǒng)可靠性。
二、印制板的發(fā)展
雖然印制電路技術(shù)在二戰(zhàn)后發(fā)展迅速,但“印制電路”概念的起源可以追溯到19世紀(jì)。
19世紀(jì),印刷電路板的大量生產(chǎn)并不涉及復(fù)雜的電子電氣設(shè)備,而只是大量的無源元件,如電阻、線圈等。
1899年美國人提出在基板上沖壓金屬箔制作電阻器的方法,1927年又提出電鍍法制作電感器和電容器。
經(jīng)過幾十年的實踐,英國的保羅艾斯勒博士提出了印制電路板的概念,為光刻技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
隨著電子器件,特別是晶體管的出現(xiàn),電子儀器和器件的數(shù)量急劇增加,變得更加復(fù)雜。 印制電路板的發(fā)展進(jìn)入了一個新的階段。
20世紀(jì)50年代中期,隨著高附著力覆銅板大規(guī)模發(fā)展的出現(xiàn),奠定了印制電路板大規(guī)模生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。 1954年,通用電氣公司采用了圖案電鍍:蝕刻法。
20世紀(jì)60年代,印制板得到廣泛應(yīng)用,日益成為電子設(shè)備的重要組成部分。 除了大量采用絲網(wǎng)印刷和圖案電鍍:蝕刻(即還原)等工藝外,還采用加法工藝來提高印刷線的密度。 目前,高層數(shù)的多層印刷電路、柔性印刷電路、金屬芯印刷電路、功能性印刷電路等得到了長足的發(fā)展。
國內(nèi)印制電路技術(shù)發(fā)展相對緩慢。 20世紀(jì)50年代中期開始試制單板和雙板。 20世紀(jì)60年代中期試制金屬化雙面印制板和多層印制板。 1977年左右,采用電鍍腐蝕花紋電鍍工藝生產(chǎn)印制板。 1978年試制了一種加成材料——鋁箔箔,用半加成法制造了印制板。 80年代初期,開發(fā)了柔性印制電路和金屬芯印制板。
三、PCB原理
印刷電路板在電子設(shè)備中有四種一般用途。 為電路中的各種元件提供必要的機(jī)械支撐; 提供電路的電連接,實現(xiàn)集成電路等各種元器件之間的線路連接或電絕緣。 (3)按要求提供電路的電氣特性,如特性阻抗。 用標(biāo)記標(biāo)記安裝在板上的每個組件,以便于插入、檢查和調(diào)試。
四、印制板的種類
目前印制電路板一般都涂有銅箔,所以也叫覆銅板。 按線路板導(dǎo)電層劃分:
1.單面印刷板
單面印制電路板是指單面有導(dǎo)電圖形的印制電路板,其厚度約為0.2~5.0mm。 在一面涂有銅箔的絕緣基板上,通過印刷和蝕刻的方法在基板上形成印刷電路。 適用于有共同要求的電子設(shè)備。
還有更嚴(yán)格的規(guī)定:布線之間不能交叉,單獨(dú)的線必須繞開。
2.雙面印刷板
雙面印刷電路板是指雙面都有導(dǎo)電圖案的印刷電路板。 其厚度約為0.2~5.0mm。 在兩面涂有銅箔的絕緣基板上,通過印刷和蝕刻在基板上形成印刷電路,兩面通過金屬化孔實現(xiàn)電互連。 本發(fā)明適用于要求高的電子設(shè)備。 由于雙面印制板的PCB布線密度高,可以減小器件體積。
3.多層印制板
多層印制電路板是由導(dǎo)電層和絕緣材料交錯排列而成,具有兩層以上導(dǎo)電層的印制電路板。 層與層之間的電互連是通過金屬化孔實現(xiàn)的。 印制板的多層連接線短而直,易于屏蔽。 但印制板工藝復(fù)雜,由于采用金屬化孔,可靠性稍差。 通常用在電腦卡上。
對于PCB的生產(chǎn),層數(shù)越多,生產(chǎn)工藝越復(fù)雜,故障率越高,成本也越高。 因此,多層PCB只能用于高級電路。
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