1、毕业设计报告（论文）报告（论文）题目：PCB 电路设计与制作工艺 作者所在系部： 电子工程系 作者所在专业： 应用电子技术 作者所在班级： 10211 作 者 姓 名 ： 张晨曦 作 者 学 号 ： 20103021121 指导教师姓名： 许振忠 完 成 时 间 ： 2013 年 6 月 10 日 北华航天工业学院教务处制北华航天工业学院电子工程系毕业设计（论文）任务书姓 名： 张晨曦 专 业： 应用电子技术 班 级： 10211 学号： 20103021121指导教师： 许振忠 职 称： 讲师 完成时间： 2013 年 6 月 10 日毕业设计（论文）题目：PCB 电路设计与制作工艺设计目标
2、：1.能够完成常见电路设计2.能够掌握 PCB 设计知识在实践当中的具体应用3.了解 PCB 制作的工艺流程技术要求：1.熟练掌握 Allegro 软件的基本知识及操作方法2.掌握 PCBlayout 的基本原则3.掌握 PCB 制作工艺的基本流程所需仪器设备：计算机一台、Allegro 软件成果验收形式：毕业论文参考文献：Cadence 系统级封装设计-Allegro Sip/APD 设计指南电子系统设计Cadence 印刷电路板设计Allegro PCB Editor 设计指南1 5 周-6 周 立题论证 3 9 周-13 周 实际操作时间安排 2 7 周-8 周 方案设计 4 14 周-
3、16 周 成果验收指导教师： 教研室主任： 系主任：北华航天工业学院毕业论文I摘 要本论文以 PCB 基本知识为基础，以 allegro 软件平台作为载体，讨论研究了 PCB 实际设计过程中常见电路的设计，并以 DDR3 为实例，讨论了 PCB 设计知识在实践当中的应用。PCB（Printed Circuit Board） ，中文名称为印制线路板，简称印制板，是电子工业的重要部件之一。印制电路板的创造者是奥地利人保罗爱斯勒（Paul Eisler） ，1936年，他首先在收音机里采用了印刷电路板。1943 年，美国人多将该技术运用于军用收音机，1948 年，美国正式认可此发明可用于商业用途。自
4、 20 世纪 50 年代中期起，印刷线路板才开始被广泛运用。综述国内外对未来印制板生产制造技术发展动向的论述基本是一致的，即向高密度，高精度，细孔径，细导线，细间距，高可靠，多层化，高速传输，轻量，薄型方向发展，在生产上同时向提高生产率，降低成本，减少污染，适应多品种、小批量生产方向发展。印制电路的技术发展水平，一般以印制板上的线宽，孔径，板厚/孔径比值为代表.关键词 Allegro，PCB 设计，PCB 制作工艺，北华航天工业学院毕业论文2目 录第一章：PC B 概述： .61.1.PCB 简介及历史： .61.2.PCB 设计 .81.3.PCB 的分类 .81.4.PCB 产业链 .81
5、.4.1 玻纤布： .91.4.2 铜箔： .91.4.3 覆铜板： .91.5.国际 PCB 行业发展状况 .101.6.国内 PCB 行业发展状况 .101.7.行业总评 .10第二章：ALLEGRO SPB 及相关 PCB 设计平台简介 .112.1.ALLEGRO简介 .112.2.其他 PCB 设计软件简介： .12第三章：PCB 封装及基本概念 .123.1.PCB 常见封装 .123.1.1.(DIP)直插 .133.1.2.(BGA)球栅阵列封装 .133.1.3.(SOP)小外形封装 .143.1.4.(QFP)四侧引脚扁平封装 .143.1.5.(QFN) 方形扁平无引脚封
6、装 .153.1.6.(SOT)小外形晶体管封装 .153.1.7.(SIP)系统级封装 .163.2.设计基本概念 .163.2.1(Differengtial Signal)差分信号 .163.2.2(microstrip）微带线 .173.2.3 (stripline/double stripline）带状线 .173.2.43W 规则 .173.2.520H 规则 .173.2.6(impedance)阻抗 .183.2.7(Si)信号完整性 .183.2.8 （EMI）电磁干扰 .183.2.9(Analog Data）模拟数据 .183.2.10 (Digital Data)数字数
7、据 .193.2.11(DRC)设计规则检测 .193.2.12(DFA)装配设计 .203.2.13(TP)测试点 .203.2.14Gerber 文件 .20第四章：层叠设计与阻抗控制 .21北华航天工业学院毕业论文34.1.PCB 层的构成 .214.2.合理的 PCB 层数选择 .214.3.层叠设计的基本原则 .21第五章：PCB 布线基本原则 .225.1.布线概述 .225.2.布线中电器特性要求 .225.2.1.阻抗控制和阻抗连续性 .225.2.2.串扰或者 EMC 等其他干扰的控制要求： .225.3.拓扑结构和时序要求 .235.4.电源以及功率信号的布线要求 .235
8、.5.布线中散热考虑 .235.6.布线其他总结 .24第六章：常见 PCB 电路设计 .246.1.无源晶体 .246.2.有源晶振 .246.3.时钟驱动： .256.4.网口电路 .266.5 光口电路 .266.6.DC/DC 电路（LDO） .276.7.音频接口电路 .276.8.VGA 接口电路 .276.9.JTAG 电路 .286.10.USB 接口电路 .28第七章：DDR3 的 PCB 设计实例 .297.1.DDR3 概述 .297.1.1FLY-BY 设计 .297.2.2.DDR3 电源设计 .297.2.3.突发长度（Burst Length，BL）： .297.
9、2.4 DDR3 新增的重置（Reset）功能： .307.2.5.DDR3 新增 ZQ 校准功能： .307.2.DDR3 走线注意事项 .307.2.1.走线分组 .307.2.2.等长规则 .317.3.电源 .327. 4其他总结 .32第八章：PCB 制作工艺 .338.1 PCB 的分类 .338.2 PCB 制作的准备 .368.2.1. 基板 .368.2.2. 铜箔 .378.2.3. PP.37北华航天工业学院毕业论文48.2.4. 干膜 .378.2.5. 防焊漆 .388.2.6. 底片 .388.3PCB 流程制作 .388.3.1.PCB 的层别 .388.3.2.
10、内层板生产步骤 .39第九章：多层板成型段 .429.1.内层线路板压合 .429.1.1.棕化（黑化） .429.1.2.铆合 (预迭) .439.1.3.迭板 .439.1.4.压合 .439.1.5.后处理 .449.2 内层线路板钻孔 .449.3.内层线路板镀铜 .459.3.1.化学沉铜(PTH) .459.3.2.电镀 .469.4外层线路板成型 .469.4.1.前处理 .469.4.2.压膜 .469.4.3.曝光(Exposure) .479.4.4.显影 (Developing) .47第十章 多层板后续流程 .4810.1.防焊 .4810.2.印文字 .4810.3.
11、加工 .4910.4.成型 .50致 谢 .51参考文献 .53北华航天工业学院毕业论文5PCB 电路设计与制作工艺第一章 PCB 概述1.1PCB 简介及历史PCB 就是印刷电路板（Printed circuit board，PCB 板）,简单的说就是置有集成电路和其他电子组件的薄板。它几乎会出现在每一种电子设备当中。印制电路板的发明者是奥地利人保罗爱斯勒（PaulEisler） ，他于 1936 年在一个收音机装置内采用了印刷电路板。1943 年，美国人将该技术大量使用于军用收音机内。1948 年，美国正式认可这个发明用于商业用途。自 20 世纪 50 年代中期起，印刷电路版技术才开始被广
12、泛采用。在印制电路板出现之前，电子元器件之间的互连都是依靠电线直接连接实现的。而现在，电路面板只是作为有效的实验工具而存在；印刷电路板在电子工业中已经占据了绝对统治的地位。据 Time magazine 最近报道，中国和印度属于全球污染最严重的国家。为保护环境，中国政府已经在严格制定和执行有关污染整治条理，并波及到 PCB 产业。许多城镇正不再允许扩张及建造 PCB 新厂，例如：深圳。而东莞已经专门指定四个城镇作为“污染产业”生产基地，禁止在划定的区域之外再建造新厂。如果在某样设备中有电子零件，它们都是镶在大小各异的 PCB 上的。除了固定各种小零件外，PCB 的主要功能是提供上头各项零件的相
13、互电气连接。 随着电子设备越来越复杂，需要的零件自然越来越多，PCB 上头的线路与零件也越来越密集了。裸板（上头没有零件）也常被称为“印刷线路板 Printed Wiring Board（PWB）“。板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻处理掉，留下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线（conductor pattern）或称布线，并用来提供 PCB 上零件的电路连接。 通常 PCB 的颜色都是绿色或是棕色，这是阻焊漆（solder mask）的颜色。是绝缘的防护层，可以保护
14、铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方。在阻焊层上还会印刷上一层丝网印刷面（silk screen） 。通常在这上面会印上文字与符号（大多是白色的） ，以标示出各零件在板子上的位置。为了将零件固定在 PCB 上面，我们将它们的接脚直接焊在布线上，在最基本的PCB（单面板）上，零件都集中在其中一面，导线则都集中在另一面这么一来我们就需要在板子上打洞，这样接脚才能穿过板子到另一面，所以零件的接脚是焊在另一面上的，北华航天工业学院毕业论文6因为如此，PCB 的正反面分别被称为零件面（Component Side）与焊接面（Solder Side） 。 如果 PCB 上头有某些零件，需要在制作完成后也
15、可以拿掉或装回去，那么该零件安装时会用到插座（Socket） 由于插座是直接焊在板子上的，零件可以任意的拆装。 如果要将两块 PCB 相互连结，一般我们都会用到俗称金手指的边接头（edge connector） 金手指上包含了许多裸露的铜垫，这些铜垫事实上也是 PCB 布线的一部份通常连接时，我们将其中一片 PCB 上的金手指插进另一片 PCB 上合适的插槽上（一般叫做扩充槽 Slot） 在计算机中，像是显示卡，声卡或是其它类似的界面卡，都是借着金手指来与主机板连接的。 印刷电路板将零件与零件之间复杂的电路铜线，经过细致整齐的规划后，蚀刻在一块板子上，提供电子零组件在安装与互连时的主要支撑体，
16、是所有电子产品不可或缺的基础零件。 印刷电路板以不导电材料所制成的平板，在此平板上通常都有设计预钻孔以安装芯片和其它电子组件。组件的孔有助于让预先定义在板面上印制之金属路径以电子方式连接起来，将电子组件的接脚穿过 PCB 后，再以导电性的金属焊条黏附在 PCB 上而形成电路。 依其应用领域 PCB 可分为单面板、双面板、四层板以上多层板及软板。一般而言，电子产品功能越复杂、回路距离越长、接点脚数越多，PCB 所需层数亦越多，如高阶消费性电子、信息及通讯产品等；而软板主要应用于需要弯绕的产品中：如笔记型计算机、照相机、汽车仪表等。1.2PCB 设计印制电路板的设计是以电路原理图为根据，实现电路设
17、计者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计，需要考虑外部连接的布局、内部电子元件的优化布局、金属连线和通孔的优化布局、电磁保护、热耗散等各种因素。优秀的版图设计可以节约生产成本，达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计可以用手工实现，复杂的版图设计需要借助计算机辅助设计（CAD）实现。1.3PCB 的分类1.根据电路层数分类：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，复杂的多层板可达十几层。2.根据软硬进行分类：分为普通电路板和柔性电路板。北华航天工业学院毕业论文73.根据 PCB 的原材料：覆铜箔层压板是制作印制电路板的基板材料。它用作支撑各种元器件，并
18、能实现它们之间的电气连接或电绝缘。1.4PCB 产业链 按产业链上下游来分类，可以分为原材料-覆铜板-印刷电路板-电子产品应用。 1.4.1 玻纤布：玻纤布是覆铜板的原材料之一，由玻纤纱纺织而成，约占覆铜板成本的 40%(厚板)和 25%(薄板)。玻纤纱由硅砂等原料在窑中煅烧成液态，通过极细小的合金喷嘴拉成极细玻纤，再将几百根玻纤缠绞成玻纤纱。窑的建设投资巨大，一般需上亿资金，且一旦点火必须 24 小时不间断生产，进入退出成本巨大。玻纤布制造则和织布企业类似，可以通过控制转速来控制产能及品质，且规格比较单一和稳定，自二战以来几乎没有规格上的太大变化。和 CCL 不同，玻纤布的价格受供需关系影响
19、最大，最近几年的价格在0.50-1.00 美元/米之间波动。目前台湾和中国内地的产能占到全球的 70%左右。 1.4.2 铜箔：铜箔是占覆铜板成本比重最大的原材料，约占覆铜板成本的 30%(厚板)和 50%(薄板)，因此铜箔的涨价是覆铜板涨价的主要驱动力。铜箔的价格密切反映于铜的价格变化，但议价能力较弱，近期随着铜价的节节高涨，铜箔厂商处境艰难，不少企业被迫倒闭或被兼并，即使覆铜板厂商接受铜箔价格上涨各铜箔厂商仍然处于普遍亏损状态。由于价格缺口的出现，2006 年一季度极有可能出现又一波涨价行情，从而可能带动 CCL 价格上涨。1.4.3 覆铜板：覆铜板是以环氧树脂等为融合剂将玻纤布和铜箔压合
20、在一起的产物，是 PCB 的直接原材料，在经过蚀刻、电镀、多层板压合之后制成印刷电路板。覆铜板行业资金需求量不高，大约为 3000-4000 万元左右，且可随时停产或转产。在上下游产业链结构中，CCL的议价能力最强，不但能在玻纤布、铜箔等原材料采购中拥有较强的话语权，而且只要下游需求尚可，就可将成本上涨的压力转嫁下游 PCB 厂商。今年三季度，覆铜板开始提价，提价幅度在 5-8%左右，主要驱动力是反映铜箔涨价，且下游需求旺盛可以消化 CCL厂商转嫁的涨价压力。全球第二大的覆铜板厂商南亚亦于 12 月 15 日提高了产品价格，北华航天工业学院毕业论文8显示出至少 2006 年一季度 PCB 需求
21、形式良好。 1.5 国际 PCB 行业发展状况 目前，全球 PCB 产业产值占电子元件产业总产值的四分之一以上，是各个电子元件细分产业中比重最大的产业，产业规模达 400 亿美元。同时，由于其在电子基础产业中的独特地位，已经成为当代电子元件业中最活跃的产业，2003 和 2004 年，全球 PCB 产值分别是 344 亿美元和 401 亿美元，同比增长率分别为 5.27%和 16.47%。 1.6 国内 PCB 行业发展状况 我国的 PCB 研制工作始于 1956 年，1963-1978 年，逐步扩大形成 PCB 产业。改革开放后 20 多年，由于引进国外先进技术和设备，单面板、双面板和多层板
22、均获得快速发展，国内 PCB 产业由小到大逐步发展起来。2002 年，中国 PCB 产值超过台湾，成为第三大PCB 产出国。2003 年，PCB 产值和进出口额均超过 60 亿美元，成为世界第二大 PCB 产出国。我国 PCB 产业近年来保持着 20%左右的高速增长，并预计在 2010 年左右超过日本，成为全球 PCB 产值最大和技术发展最活跃的国家。 从产量构成来看，中国 PCB 产业的主要产品已经由单面板、双面板转向多层板，而且正在从 46 层向 68 层以上提升。随着多层板、HDI 板、柔性板的快速增长，我国的 PCB 产业结构正在逐步得到优化和改善。 然而，虽然我国 PCB 产业取得长
23、足进步，但目前与先进国家相比还有较大差距，未来仍有很大的改进和提升空间。首先，我国进入 PCB 行业较晚，没有专门的 PCB 研发机构，在一些新型技术研发能力上与国外厂商有较大差距。其次，从产品结构上来看，仍然以中、低层板生产为主，虽然 FPC、HDI 等增长很快，但由于基数小，所占比例仍然不高。再次，我国 PCB 生产设备大部分依赖进口，部分核心原材料也只能依靠进口，产业链的不完整也阻碍了国内 PCB 系列企业的发展脚步。 1.7 行业总评 作为用途最广泛的电子元件产品，PCB 拥有强大的生命力。无论从供需关系上看还是从历史周期上判断，2006 年初是行业进入景气爬坡的阶段，下游需求的持续强劲已经逐层次拉动了 PCB 产业链上各厂商的出货情况，形成至少在 2006 年一季度“淡季不淡”的局面。将行业评级由“回避”上调到“良好” 。
