1、1,2,第 1 章,印刷电路板与 Protel DXP 2004 概述,本章要点, 印刷电路板的发展历程, 印刷电路板的组成, 印刷电路板的分类, 印刷电路板的制作流程, 元器件封装的基本知识, Protel DXP 2004 简介,3,4,1.1 印刷电路板的发展历程,印刷电路板的基板材料在很大程度上决定了印刷电路板的性能、质量、制造的加工性、制造水平及制造成本等。 低密度的印刷电路板的基板材料主要是敷铜箔层压板（CCL，Copper Clad Laminates）材料。随着超大规模集成电路（VLSI）的迅速发展与应用，要求提高印刷电路板的布线密度、印制导线精度、印刷电路板的层数及可靠性。人
2、们相应地研究并开发出了一些高性能的基板。这种基板材料具有优良的电气性能、良好的几何尺寸稳定性、长期的耐热性、耐燃性及耐湿性等，可分为2类。 （1）高耐热性敷铜箔层压板（2）超薄铜的敷铜箔层压板, 基板材料的发展,5, 印刷电路制造技术的发展,4,5,金属基印刷电路板,陶瓷印刷电路板,通过有选择性地除去不需要的铜箔部分来获得所需导电图形的方法,在未敷铜箔的绝缘层压板的基材表面上，有选择性地淀积导电金属而形成导电图形的方法。,将金属导线直接分层布设在绝缘基板上而制成印刷电路板,金属基印刷电路板包括金属基底印刷电路板和金属心印刷电路板,用陶瓷材料作绝缘基材的印刷电路板,减成法,1,加成法,2,多层布
3、线法,3,6,单面多层印刷电路板,在单面印刷电路板上制造多层线路板,7,平面电阻印刷电路板,在特别的阻抗敷铜箔层压板上，用减成法将电阻和线路同时印制在绝缘基材上,6,焊盘,基板材料,结构尺寸,导线,过孔,涂层,印刷电路板组成,1.2 印刷电路板的组成,7, 基板材料,基板材料的选择与元器件的电气性能、元器件的供应及成本，以及印刷电路板的寿命和可制造性有关，但主要需考虑其机械强度及其电气性能。基板材料是由树脂、辅材和金属箔三者组成。最普通的基材就是各种类型的敷铜箔层压板。铜箔集板根据材料可分为纸质、复合基板和FR-4。综合成本和性能质量等方面因素，最适合一般电子产品的批量生产应用的基板材料是FR
4、-4。 目前，我国一般采用以环氧玻璃布板的敷铜箔板制作的印刷电路板，这种基板材料的好坏直接取决于该材料的介电系数和损耗常数。介电系数和损耗常数参数越小，基板材料越好，但实际上选择印刷电路板材必须考虑设计需求、可生产性及成本。,8,在进行印刷电路设计之前，首先要根据印刷电路板的应用场合确定印刷电路板的尺寸，主要包括其外形尺寸以及印刷电路板的厚度等。应尽量设计成长、宽比例不太悬殊的长方形。一般根据元器件的布局情况，确定印刷电路板最佳尺寸，从而节省空间和基材。 印刷电路板的厚度主要取决于所选用基材的厚度。根据印刷电路板的功能及所连接元器件的重量、插座的规格、印刷电路板外形尺寸和所承受的载荷，应选择不
5、同厚度的集材。, 结构尺寸,9, 导线,10,过孔是为了实现双面板或多层板中相邻两层之间的电气连接，是多层PCB的重要组成部分之一。从工艺制作流程而言，过孔一般可分为3类：盲孔、埋孔和通孔。, 过孔,过孔的分类,11, 焊盘,焊盘用于放置元器件管脚、焊锡和连接导线。, 根据焊接工艺不同，一般可分为两种类型的焊盘：一种是非过孔焊盘（单面板、SMT工艺）；另一种是过孔焊盘（双面板及多层板、接插件）。为了保证可靠地焊接，通常非过孔比过孔所要求的焊盘大。,过孔焊盘分为： 圆形焊盘：一般在印刷电路板的设计中带过孔安装元件的焊盘。 方形焊盘：用于标志出印刷电路板上安装元器件的第一个引脚。 腰圆形焊盘：同时
6、满足印刷电路板的布线和焊盘的焊接性能要求。,12, 非金属涂层导电区的可焊性非金属涂覆层：用来保护导电图形的可焊性。 阻焊剂：防止非焊接区导体的焊料润湿。 敷形涂层：为防止印刷电路板受环境中有害物质的影响，在印刷电路板上或印刷电路板组装件上涂覆一种涂覆在印刷电路板上或印刷电路板组装件上的电绝缘材料。 用作敷形图层的材料有油漆、丙烯酸漆、环氧树脂涂层、聚氨酯漆、硅树脂漆、硅橡胶涂层、聚苯乙烯形等。, 涂层,13,1.3 印刷电路板的分类, 根据PCB的基材分类,1) 根据印刷电路板基材的性质分类 根据印刷电路板基材的性质可把印刷电路板分为有机印刷电路板与无机印刷电路板两大类。 2) 根据印刷电路
7、板基材的强度分类根据印刷电路板基材的强度对印刷电路板进行分类，主要可分为刚性印刷电路板、柔性印刷电路板及刚柔结合印刷电路板。, 根据PCB的导电结构分类,1) 刚性印制板 2) 柔性印制板 3) 刚柔结合印制板,14,1.4 印刷电路板设计基础, 印刷电路板的制作工艺流程,1) 单面印刷电路板的工艺流程 由于单面印刷电路板只有一层布线，电路图形比较简单。 2) 多层印刷电路板的工艺流程 首先采用掩蔽法制出双面板和全板电镀铜加厚，再将蚀刻后的双面板重叠，两板之间用粘合剂将它们粘合在一起，再进行钻孔和孔金属化、图形转移，之后与双面板图形电镀蚀刻工艺基本相同 3) 双面印刷电路板的工艺流程 生产双面
8、印刷电路板的方法可分为工艺导线法、堵孔法、掩蔽法和图形电镀蚀刻法等。 图形电镀蚀刻法吸取了掩蔽法和堵孔法的优点，克服了它们的缺点。是我国目前生产双面板、多层板的基本工艺。,15,1) 封装的分类 电子元件主要分为通孔插装技术（简称THT）和表面贴装技术（简称SMT）两大类。 2) 标准元器件 标准零件是在SMT发展过程中逐步形成的，主要是针对用量比较大的零件。 3) IC类元器件 IC即集成电路。一般以IC的封装形式来划分其类型，传统的IC有SOP、SOJ、QFP、PLCC等，现在比较新型的IC有BGA、CSP、FLIP CHIP等。, 元器件封装的基本知识,封装是指元件的外形和管脚分布，起着
9、安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用。,16, 双列直插封装,双列直插封装又被称为DIP封装。这种封装形式的管脚从封装两侧引出，封装材料有塑料和陶瓷两种。DIP封装的特点就是适合PCB的穿孔安装，易于PCB布线。它的应用范围很广，包括标准逻辑IC电路、微机电路等。DIP器件的管脚数一般不超过100，但芯片面积与封装面积比值较大。,DIP封装,17,小尺寸封装又被称为SOP封装。零件两面有管脚，管脚向外张开 。SOP封装的应用范围很广，而且以后逐渐派生出J型管脚小尺寸封装（SOJ）、薄小尺寸封装（TSOP）、甚小尺寸封装（VSOP）、缩小型SOP封装（SSOP）、薄的缩小型SOP
10、封装（TSSOP）及小尺寸晶体管SOT、小尺寸集成电路（SOIC）等，在集成电路中部起到了举足轻重的作用。, 小尺寸封装,SOP封装,18,塑料方形扁平式封装又被称为PQFP 封装。零件四边有管脚，零件管脚向外张开。常应用在一些大规模或者是超大规模的集成电路中。这种封装形式管脚间距很小、管脚很细，所以它的个头非常小，管脚数一般都在100以上。 POFP封装适合高频电路使用，它具有操作方便、可靠性高、芯片面积与封装面积比值较小等优点。, 塑料方形扁平式封装,PQFP封装,19,塑料有引线芯片载体封装又被称为PLCC封装。器件四边有管脚，管脚向零件底部弯曲，外形呈正方形，32脚封装，四周都有管脚，
11、外形尺寸比DIP封装小得多。PLCC封装适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线，具有外形尺寸小、可靠性高的优点。, 塑料有引线芯片载体封装,PLCC封装,20,球格阵列封装又被称为BGA封装 。零件表面无管脚，其管脚成球状矩阵排列于零件底部，且底面引出的细针必须使用可控塌陷芯片法焊接 。BGA封装的封装面积只有芯片表面积的1.5倍左右，芯片的管脚是由芯片中心方向引出的。这有效缩短了信号的传导距离，信号衰减随之减少芯片的抗干扰、抗噪性能也得到大幅提升。, 球格阵列封装,BGA封装,21,零件尺寸封装又被称为CSP封装。其封装外形尺寸比裸芯略大。CSP封装的优点在于满足了管脚不断增加的需要，同
12、时它的延迟时间更短，可靠性能更高。目前已经出现了CSP封装的内存。, 零件尺寸封装,CSP封装,22,管脚网格阵列又被称为PGA封装 。在芯片下方围着多层方阵形的插针，每个方阵形插针是沿芯片的四周，间隔一定距离进行排列的。它的管脚看上去呈针状，是用插件的方式和电路板相结合的。安装时，将芯片插入专用PGA插座。PGA封装具有插拔操作更方便、可靠性高的优点，缺点是耗电量较大。, 管脚网格阵列,PGA封装,23, Protel公司设计推出，历经Protel for Dos、Protel 98、Protel99 和Protel99SE等版本。 2002年该公司更名为Altium公司，并最终推出Prot
13、el的最新版本Protel DXP。 2004年，推出Protel DXP 2004。 Protel DXP以其界面的友好，直观和用户操作的便利，成为世界范围应用于电子线路设计与印刷电路板设计方面最流行的软件。 Protel DXP主要应用于：电子电路设计与仿真、印刷电路板（PCB）设计、大规模可编程逻辑器件的设计,1.5 Protel DXP 2004 简介,24,1) Protel DXP的仿真功能大大增强。 2) 新一代的Situs拓扑式逻辑自动布线器，减少BGA元件布线工作量。 3) 支持FPGA设计，提供一整套完整的Xilinx和Altera元件库和宏单元定义。 4) 具有可多项选择
14、的双向同步功能和强大的纠错功能 。 5) 新添项目文件夹把所有的设计文档集中存放在一起。 6) 具有完善的集成零件库。 7) 提供丰富的查询驱动筛选系统，自动放大或切换选择项目。 8) 支持使用SCC接口的第三方版本控制系统。 9) 支持双显示器设置。 10) 支持32个信号层、16个内层、16个机械层，支持盲孔和埋孔设计。 11) 可输入或输出ODB+、Gerber文档。 12) 具有丰富的输入、输出选项。 13) 可自定的设计环境，各个编辑器之间的统一。 14) 通过对象查看，可以同时对选中的多个对象进行编辑，使全局变量 修改更直观。, Protel DXP的新增功能,25, Protel
15、 DXP 2004界面介绍,Protel DXP 2004主界面,26,1) DXP菜单 2) File 菜单 。该菜单用于打开和保存项目文档。 3) View 菜单 。该菜单用于工具栏、状态栏和命令行等的管理，并控制各种工作窗口面板的打开和关闭。 4) Favorites 菜单 。用于创建和整理收藏网络或本地硬盘上的路径链接地址。 5) Project 菜单 。该菜单用于整个设计工程的编译、显示、添加、删除、项目输出、分析和版本控制。 6) Windows 菜单 。该菜单主要用于多窗口显示时合理设置窗口显示的布局风格。 7) Help 菜单 。该菜单用于获得Protel DXP的各种帮助信息
16、。, Protel DXP 2004菜单栏,27,用户可以通过工作窗口面板方便地打开文件、访问库文件、浏览和编辑。工作窗口面板分为两类。一类是在任何编辑环境中都有的面板，另一类是在特定的编辑环境中才会出现的面板。面板的显示方式有3种。 1) 自动隐藏方式 2) 锁定显示方式 3) 浮动显示方式 状态栏, 工作窗口面板,Design Explorer有状态栏和命令状态栏。命令状态栏显示的是当前正在执行的命令名称及其状态，而状态栏显示的是当前光标的坐标位置。,28,Protel DXP引入了设计工程的概念， 设计管理器按层次结构及类型对各 种文档进行有效的管理。, Protel DXP的文件组织管
17、理,29,1) 熟悉电子电路设计的基本概念。 2) 注重知识和技能的有机结合，能熟练使用Protel DXP进行电子电路系统的设计、仿真、管理与制作，满足职业岗位的需求。 3) 熟悉电子电路系统的电磁兼容性基本理论与设计要点，强化该理论在实际操作能力的训练与应用。 4) 以技能实训为本位，增加实训内容，融合职业认证培训内容和学生工作后的上岗培训内容，提高就业上岗的适应能力。,1.6 课程学习要求,30,本章简要介绍了有关印刷电路板 与Protel DXP的基本知识，使读 者大致了解印刷电路板的发展历 程、主要类型及组成要素。从通 孔插装技术（Through hole Technology，简称
18、THT）和表面 贴装技术（Surface Mounted Technology，简称SMT）两大类， 介绍了元器件封装的基本形式，,小结,第1章 印刷电路板与 Protel DXP 2004概述,并重点介绍了目前用量较多的 SMT的封装类型。最后，阐述了 印刷电路板的设计流程、Protel DXP的工作界面、操作环境及新增功能，以便在以后的原理图系统设计与PCB系统设计的具体实例中，能够对该软件进行顺利的使用。,31,习题,简答题 1-1 简述印刷电路板制造的主要工艺方法。 1-2 简述印刷电路板的基本组成及分类。 1-3 简述双面印刷电路板的主要制作工艺。 1-4 简述元器件封装的分类。 1-5 简述国家现有集成电路封装的名称及代表字母。,32,印刷电路板的主要组成,涂覆层,33,刚性电路板,柔性电路板,刚柔结合电路板,34,单 面 印 刷 电 路 板 的 制 造 工 艺 流 程,35,多 层 印 刷 电 路 板 的 制 造 工 艺 流 程,36,图 形 电 镀 蚀 刻 工 艺 流 程 图,
