设计制作印刷电路板.docx

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设计制作印刷电路板

成绩评定表

学生姓名

班级学号

专业

通信工程

题目

设计制作PCB

评

语

组长签字：

成绩

日期

20年月日

生产实习任务书

学院

信息科学与工程

专业

通信工程

学生姓名

班级学号

题目

设计制作印刷电路板

实践教学要求与任务

1学习了解工业界印刷电路板设计制作流程。

2根据Arduino电子设计的内容，使用Protel软件设计印刷电路板。

3采用热转印法制作印刷电路板

工作计划与进度安排

第16-17周：

设计制作印刷电路板

指导教师：

张武

2015年11月9日

专业负责人：

王洪源

2015年11月9日

学院教学副院长：

张文波

2015年11月9日

1工业界印刷电路板设计制作流程

1.1概述

印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，简称印制板，英文简称PCB（printedcircuitboard）或PWB（printedwiringboard），以绝缘板为基材，切成一定尺寸，其上至少附有一个导电图形，并布有孔（如元件孔、紧固孔、金属化孔等），用来代替以往装置电子元器件的底盘，并实现电子元器件之间的相互连接。

由于这种板是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。

习惯称“印制线路板”为“印制电路”是不确切的，因为在印制板上并没有“印制元件”而仅有布线。

印刷电路板并非一般终端产品，在名称的定义上略为混乱，例如：

个人电脑用的母板，称为主板，而不能直接称为电路板，虽然主机板中有电路板的存在，但是并不相同，因此评估产业时两者有关却不能说相同。

再譬如：

因为有集成电路零件装载在电路板上，因而新闻媒体称他为IC板，但实质上他也不等同于印刷电路板。

我们通常说的印刷电路板是指裸板-即没有上元器件的电路板。

根据PCB印刷线路板电路层数分类：

PCB印刷线路板分为单面板、双面板和多层板。

常见的多层板一般为4层板或6层板，复杂的多层板可达几十层。

PCB板有以下三种主要的划分类型：

单面板：

在最基本的PCB上，零件集中在其中一面，导线则集中在另一面上。

因为导线只出现在其中一面，所以这种PCB叫作单面板（Single-sided）。

因为单面板在设计线路上有许多严格的限制（因为只有一面，布线间不能交叉而必须绕独自的路径），所以只有早期的电路才使用这类的板子。

双面板：

这种电路板的两面都有布线，不过要用上两面的导线，必须要在两面间有适当的电路连接才行。

这种电路间的“桥梁”叫做导孔（via）。

导孔是在PCB上，充满或涂上金属的小洞，它可以与两面的导线相连接。

因为双面板的面积比单面板大了一倍，双面板解决了单面板中因为布线交错的难点（可以通过孔导通到另一面），它更适合用在比单面板更复杂的电路上。

多层板：

为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板。

用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印刷线路板，通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印刷线路板就成为四层、六层印刷电路板了，也称为多层印刷线路板。

板子的层数并不代表有几层独立的布线层，在特殊情况下会加入空层来控制板厚，通常层数都是偶数，并且包含最外侧的两层。

大部分的主机板都是4到8层的结构，不过技术上理论可以做到近100层的PCB板。

大型的超级计算机大多使用相当多层的主机板，不过因为这类计算机已经可以用许多普通计算机的集群代替，超多层板已经渐渐不被使用了。

因为PCB中的各层都紧密的结合，一般不太容易看出实际数目，不过如果仔细观察主机板，还是可以看出来。

PCB（PrintedCircuitBoard），中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。

由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。

1.2工业界印刷电路板制作的方法

一、蜡纸腐蚀法

　　按照印版图的尺寸裁切敷铜板，使其与实际电路图的大小一致，并使敷铜板保持清洁。

将蜡纸平铺在钢板上，用笔将印版图按照1：

1的比例刻在蜡纸上，将蜡纸上的印版图根据电路板尺寸剪裁，并将其平放在敷铜板上。

用少量油漆与滑石粉调成稀稠合适的材料，用毛刷蘸取印调好的材料，均匀地涂蜡纸上，反复几遍，即可将电路印在印制板上（敷铜板）。

将敷铜板放入三氯化铁液体中腐蚀。

将腐蚀好的印制板反复用水清洗。

用香蕉水擦掉油漆，再清洗几次，使印制板清洁，不留腐蚀液。

抹上一层松香溶液待干后钻孔。

二、胶带腐蚀法

　　此法是用预先制好的类似不干胶材料制成的各种符号（点、圆盘等）贴在电路板上。

用点表示焊盘，线路用单线表示，保证位置、尺寸准确。

按照印版图的尺寸裁切敷铜板，并使敷铜板铜箔面保持清洁。

首先，可用复写纸将印版图复制在敷铜板上，根据所用元器件的实际大小粘贴不同内外径的焊盘（即印刷电路板上用来焊接电子元器件的圆孔）；其次，根据电路中电流的大小决定采用不同宽度的胶带（大电流采用宽胶带，小电流窄胶带即可），按照印版图将胶带粘贴在敷铜板上（代表电路中元器件之间的连线）；用软一点的小锤，如光滑的橡胶、塑料等敲打图贴，使之与铜箔充分粘连。

重点敲击线条转弯处、搭接处。

天冷时，最好用取暖器使表面加温以加强粘连效果。

将粘有胶带的敷铜板放入三氯化铁液体中腐蚀。

腐蚀完后应及时取出用水冲洗干净。

在焊盘处用钻头打孔，用细砂纸打亮铜箔，再涂上松香酒精溶液，凉干则制作完毕了。

三、激光打印法

　　用激光打印机将画好的印版图打印在热转印纸上，注意在打印前后，不要用手或其他东西碰热转印纸上的印版图位置。

将热转印纸的印有印版图部分剪下，四边留些空白，面朝下覆盖在平坦、干净的敷铜板上（可用砂纸打磨敷铜板），用家用电熨斗（非蒸汽式）熨烫贴有热转印纸的敷铜板，可多烫几次，使融化的墨粉完全吸附在敷铜板上。

将揭去热转印纸的敷铜板放入三氯化铁液体中腐蚀，腐蚀完后取出用“LaquerThinner”（一种稀释剂）冲洗，并用纸巾迅速擦去墨粉，印刷电路板便制作成功了。

四、即时贴腐蚀法

　　将即时贴（或包装用的宽透明胶带）粘在敷铜板的铜箔上，然后在贴面上绘制好印版图，再用刻刀刻透贴面层，形成所需电路，揭去非电路部分，最后用三氯化铁腐蚀敷铜板即可。

腐蚀温度可在55度左右进行，腐蚀速度较快。

腐蚀好的电路板用清水冲洗干净，揭去电路上的即时贴，打好孔，擦干净涂上松香酒精溶液以备使用。

五、手工及绘图仪直接描绘法

　　这种方法利用绘图仪的绘图笔在敷铜板上直接画印版图，有手画和绘图仪自动画两种做法，下面分别介绍。

　　1、手画法

　　调制绘图液：

在三份无水酒精中，放入一份漆片（即虫胶，化工原料店有售），并适当搅拌，待其全部溶解后，滴上几滴医用紫药水（龙胆紫），使其呈现一定的颜色，搅拌均匀后，绘图液便制成了。

　　绘制印版图：

用细砂纸把敷铜板打亮，然后采用绘图仪器中的鸭嘴笔（或圆规上用来画图形的墨水鸭嘴笔），在敷铜板上描绘印版图，由于鸭嘴笔上有调整笔划粗细的螺母，可通过调节笔划粗细去改变电路图中连线的粗细，也可借用直尺、三角尺描绘出很细的直线。

此法描绘出的线条光滑、均匀，无边缘锯齿。

腐蚀电路板：

将画好的电路板（敷铜板）放入三氯化铁溶液中腐蚀，腐蚀完成后，用棉球蘸上无水酒精，就可以将板子上的绘图液擦掉，晾干后，涂上松香水即可。

　　2、绘图仪自动画法

　　可采用惠普公司的HP7440A型号绘图仪，关键是改装绘图仪的绘图笔，下面是一个参考实例。

改装绘图笔：

将原始的绘图仪上的绘图笔的两端切掉一部分，这样便得到一根中间有定位环的短一点的绘图笔，定位环是笔架用来固定笔的部分。

将笔架上用来固定笔的圆孔用锉刀锉大些，使得切短后的绘图笔可以通过。

将签字笔（felttippedpen）切短，盖上笔帽，把它挤入切短后的绘图笔中，定位环的位置距笔尖约35mm。

　　绘制电路图：

将改装后的绘图笔装好，将打磨干净的敷铜板放在一张A4大小的胶片上，置于绘图笔的下方，便可使用绘图仪自动打印印版图了。

将打印好的电路板进行腐蚀后，冲洗干净，涂上松香即可。

六、刀刻法

　　按照印版图的尺寸裁切敷铜板，并使敷铜板铜箔面保持清洁。

在敷铜板上面盖一张复写纸，将画好的印版图盖在复写纸上，再用圆珠笔在纸上重描一次，让线路的边缘显示在敷铜板上。

用刻刀按照敷铜板上的线路一点一点的划开，并保证线路与线路之间确实断开。

在相应的位置打孔，并且用砂纸将铜箔抛光，再在铜箔上涂一层松香酒精水以助于焊接和防氧化，对于不必要的铜箔，可用刀子将边缘跷起后，用尖嘴钳夹住撕掉。

这种方法步骤简单，制作速度快，适合简单电路板。

如果电路板中的连线很细，用此法将不合适。

所用刻刀可以是断钢锯片，也可以是锋利的裁纸刀。

此外，还有一种刀刻小岛法，可以说是刀刻法的子类。

这种方法需要两面具有铜箔的双面板，焊接面上的铜箔几乎全部保留，而在元器件面上，只保留一个一个的小岛，留作元器件之间的电路连线，接地的元器件管脚通过小孔连到焊接面，所有的接地处都焊在焊接面，而所有的通过小岛相连的元器件管脚都焊在小岛上。

小岛也可通过将小片板子直接粘在大板子上的办法制作，大板子可用单面板或双面板，如果铜箔面朝下，需要钻孔，以使元件的接地管脚在板子上焊接，如果铜箔面朝下，接地管脚可直接焊接在铜箔面上，无需钻孔。

七、空中架线法

　　此法是将所有的接地线焊接在敷铜板的铜箔上，而所有元器件的非接地引脚则根据印版图在空中焊接，而不接触铜箔。

此法适用于简单电路，使用单面铜箔的敷铜板即可（铜箔面朝上）。

八、热转印法：

   使用激光打印机，将设计的PCB铜铂图形打印到热转印纸上，再将热转印纸紧贴在覆铜板的铜铂面上，以适当的温度加热，转印纸上原先打印上去的图形（其实是碳粉）就会受热融化，并转移到铜铂面上，形成腐蚀保护层。

这种方法比常规制版印刷的方法更简单，而且现在大多数的电路都是使用计算机CAD设计，激光打印机也相当普及，这个工艺还比较容易实现。

1.3工业制造印刷电路板一般流程

双面锡板/沉金板制作流程:

开料、钻孔、沉铜、线路、图电、蚀刻、阻焊、字符、喷锡（或者是沉金）、锣边、v割（有些板不需要）、飞测、真空包装。

双面镀金板制作流程:

开料、钻孔、沉铜、线路、图电、镀金、蚀刻、阻焊、字符、锣边、v割、飞测、真空包装。

多层锡板/沉金板制作流程:

开料、内层、层压、钻孔、沉铜、线路、图电、蚀刻、阻焊、字符、喷锡（或者是沉金）、锣边、v割（有些板不需要）、飞测、真空包装。

多层板镀金板制作流程:

开料、内层、层压、钻孔、沉铜、线路、图电、镀金、蚀刻、阻焊、字符、锣边、v割、飞测、真空包装。

2PROTEL设计制作印刷电路板

2.1protelDXP简介

ProtelDXP在前版本的基础上增加了许多新的功能。

新的可定制设计环境功能包括双显示器支持，可固定、浮动以及弹出面板，强大的过滤和对象定位功能及增强的用户界面等。

ProtelDXP是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。

ProtelDXP运行在优化的设计浏览器平台上，并且具备当今所有先进的设计特点，能够处理各种复杂的PCB设计过程。

通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合，ProtelDXP提供了全面的设计解决方案。

基于最新的Spice3f5模拟模型和XSPICESimcode数字模型仿真内核,ProtelDXP内嵌一个功能强大的A/D混合信号仿真器,设计人员在进行原理图设计输入后,即可正确地仿真模拟和数字器件而无需通过A/D转换或D/A转换将其转换到其他模块中进行。

它可以对当前所画的原理图进行仿真,在整个设计周期都可以查看和分析电路的性能指标,及时发现设计中所存在的问题并加以改正。

设计者能够准确地分析电路的工作状况,从而提高电路的设计工作效率、缩短开发周期、降低生成成本。

ProtelDXP主要特点：

1、通过设计档包的方式，将原理图编辑、电路仿真、PCB设计及打印这些功能有机地结合在一起，提供了一个集成开发环境。

2、提供了混合电路仿真功能，为设计实验原理图电路中某些功能模块的正确与否提供了方便。

3、提供了丰富的原理图组件库和PCB封装库，并且为设计新的器件提供了封装向导程序，简化了封装设计过程。

4、提供了层次原理图设计方法，支持"自上向下"的设计思想，使大型电路设计的工作组开发方式成为可能。

5、提供了强大的查错功能。

原理图中的ERC（电气法则检查）工具和PCB的DRC（设计规则检查）工具能帮助设计者更快地查出和改正错误。

6、全面兼容Protel系列以前版本的设计文件，并提供了OrCAD格式文件的转换功能。

7、提供了全新的FPGA设计的功能，这好似以前的版本所没有提供的功能。

2.2protel原理图制作

打开protelDXP软件，新建一个PCB项目，再项目中新建一个原理图，如图2.1所示连接电路原理图，其中需要的元器件有

74HC595直插芯片*1（图中由一个开关代替）

红色M5

插LED*4绿色M5

直插LED*4

220Ω直插电阻*8

面包板*1

面包板跳线*1扎

图2.1protel原理图2.3protelPCB电路板设计

2.3protelPCB电路板设计

在PCB项目中新建一个PCB文件，保存这个项目后，用设计功能自动生成PCB图，如图2.2所示：

图2.2整理前的PCB图

合理摆放原件后，使用交互式布线将各个原件连接起来，保证每条布线之间没有交叉。

调整布线宽度以及焊盘孔径为需要值，得到如图2.3所示的PCB图。

图2.3整理后的PCB图

3热转印法制作印刷电路板

采用热转印法制作印刷电路板，需准备几种主要的工具及材料，如图3-1所示。

图3-1需要的工具及材料

3.1打印PCB图

将使用protel制作的PCB图利用打印机打印在热转印纸上。

3.2转印PCB图

将热转印纸紧贴覆铜板，利用热转印机反复。

图3.2热转印机

转印5次后结果如下图。

3.3腐蚀覆铜板

利用蓝色蚀刻液将多余覆铜腐蚀掉，清洗干净后用砂纸打磨将剩下的覆铜暴露出来。

图3.3腐蚀过程

3.4钻孔

使用钻孔机在电路板上焊盘位置钻取适当大小的孔洞。

图3.4钻孔

3.5焊接

将元件放置在电路板相应的位置从低到高依次焊接。

图3.5焊接

4电路板制作结果

将排线上各个管脚连接到Arduino芯片的各个管脚上。

将程序上传至Arduino芯片。

图4.1上传Arduino

上传后，观察到PCB板的八位LED显示八位二进制数，循环自加1。

图4.2实验结果图

图4.2实验结果图一（正面）

总结

在本次PCB板制作过程中，是第一次实际动手制作作品。

其中，收获挺多的。

具体有如下几点：

（1）手动布线时，在最后总有几根线是交叉的，总是不可连接完成，这个时候是有技巧的，可以在原理图中加上零阻值电阻以至在PCB连线中可以跨越。

（2）在电路板腐蚀时时间不可以过长或过短，因为这些情况会导至丝网开路或丝网短路。

（3）在焊接元器件时，焊接时间不可以过长，因为时间过长会元器件温度过高而损坏。

（4）钻孔时，钻头的选择要适当，要不然的话孔径过小元器件管脚穿不过去。

参考文献：

（1）谈世哲，《PROTELDXP电路设计基础与典型范例》，电子工业出版社，2007.9。

（2）张群慧，《PROTELDXP印制电路板的设计与制作》，北京理工大学出版社，2012.8。

（3）刘玉田、徐永进，《用Arduino进行创造》，清华大学出版社，2014.6。

（4）陈吕洲，《Arduino程序设计基础》，北京航空航天大学出版社，2015.3。