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電子設計人員的電路設計思想最終要落實到實體，即做成印制線路板。印制線路板的基材及選用，組成電路各要素的物理特性，如過孔、槽、導線尺寸、焊盤、表面涂層等，是設計人員設計時要考慮的要素，這是設計出高質量的印制線路板的基礎，也是印制線路板加工最關鍵的一環。 1 印制板用基材 1.1 剛性印制板用敷銅箔基材 ⑴ 酚醛紙質層壓板 酚醛紙質層壓板可以分為不同等級。大多數等級能夠在高達70℃~105℃溫度下使用，長期再高于這種范圍溫度下工作可能回導致一些性能的降低（但這仍取決與基材的等級和厚度），而且過熱會引起炭化，在受影響的區域內，絕緣電阻可能會降至很低值。這樣的熱源是發熱元件，在正常溫度范圍內，基材可能會發生嚴重的變黑現象（陽光也能使基材變黑，但不會引起材料性能的改變）。在高濕度環境下放置會使基材的絕緣電阻大幅度減小，然而當濕度降低時，絕緣電阻又會增加。 ⑵ 環氧紙質層壓板 與酚醛紙質層壓板相比，環氧紙質層壓板在電氣性能和非電氣性能方面都有較大的提高，有較好的機械加工性能和機械性能。根據材料的厚度，它的使用溫度可達90℃~110℃。 ⑶ 聚酯玻璃氈層壓板 聚酯玻璃氈層壓板的機械性能低于玻璃布基材料，但高于紙基材料。然而它具有很好的抗沖擊性，并有好的電氣性能，能夠在很寬的頻率范圍內應用，即使在高濕度環境下，也能保持好的絕緣性能。它的使用溫度可達到100℃~105℃。 ⑷ 環氧玻璃布層壓板 環氧玻璃布層壓板的機械性能高于紙基材料，特別是彎曲強度，耐沖擊性，翹曲度和耐焊接熱沖擊都比紙基材料好。這種材料的電氣性能也很好，使用溫度可達130℃，而且受惡環境（濕度）影響小。 1.2 撓性印制板用敷銅箔基材 ⑴ 聚酯薄膜 最常用的特性是可撓性，它的特點是加熱時能夠形成可收縮式線圈。假如使用合適的粘合劑，這種材料可以在80℃~130℃范圍內使用。焊接時應特別注意，這種材料在焊接溫度下容易產生軟化和變形。它具有優良的電氣性能，當被暴露在高濕度環境下時，依然能保持其良好的電氣性能。 ⑵ 聚酰亞胺薄膜 聚酰亞胺薄膜具有良好的可撓性，而且能夠通過預熱處理去除吸收的潮氣，保證安全焊接。一般黏結型聚酰亞胺薄膜能夠在高達150℃溫度下連續工作，用氟化乙丙烯作為中間膠膜的特殊容接型聚酰亞胺薄膜并在250℃下使用，作為特殊用途的沒有黏合劑的聚酰亞胺薄膜能夠在更高的溫度下使用。聚酰亞胺薄膜具有優良的電氣性能，但可能會吸潮氣而影響性能。 ⑶ 氟化乙丙烯薄膜 氟化乙丙烯薄膜通常和聚酰亞胺或玻璃布結合在一起制成層壓板，再不超過250℃的焊接溫度下，具有良好的可撓性和穩定性。它也可以作為非支撐材料使用。氟化乙丙烯薄膜是熱塑性材料，其融化溫度為290℃左右。它具有良好的耐潮性、耐酸性、耐堿性和耐有機溶劑性。它主要的缺點是層壓時在層壓溫度下導電圖形易發生移動。 1.3 剛饒結合印制板 如果同一塊印制板中即包括撓性部分又包括剛性部分，即剛性印制板使用的材料，撓性印制板使用的材料和多層印制板使用的材料可以結合在同一個結構中，但某些性能可能會因為所使用的黏合劑的不同發生顯著改變。 2 過孔 板厚和孔經比最好應大于3:1，大的比值會使生產困難，成本增加。當過孔只用做貫穿連接或內層連接時，孔徑公差，特別是最小孔徑公差一般是不重要的，所以不用規定。由于導通孔內不插元件，所以它的孔徑可以比元件空的孔徑小。 當過孔作為元件孔時，過孔的最小孔徑要適應元件或組裝件的引腳尺寸。設計者要采用給出的標稱孔徑作為過孔的推薦值。過孔的最大孔徑取決于鍍層厚度和孔徑的公差。規定孔的最小鍍層厚度一般允許偏差（孔到孔）10%。推薦孔壁鍍銅層的平均厚度不小于25μm（0.001in），其最小厚度為15μm（0.0006in）。 3 導線尺寸 3.1 導線寬度 對于專門的設計或導電圖形的布局，通常導線寬度應盡可能選擇寬一些，至少要寬到足以承受所期望的電流負荷。 印制板上可得到的導線寬度的精度取決于生產因數，例如生產底板的精度、生產工藝（印制法、加成或減成工藝的使用、鍍覆法、蝕刻質量）和導線厚度的均勻性等。規定的導線寬度，即包括設計寬度和允許的偏差，也包括所規定的最小線寬。缺口、針孔或邊緣缺陷所造成的偏差，雖然不包括在這些偏差里，但也會出現。當這些缺陷引起的導線寬度減少不超過有關規范的一定值時，通常可以接受，這個值的范圍為20%至35%。如果所要求的載流量很高，這些缺陷就必須考慮進去。 3.2 導線間距 相鄰導線之間的間距必須足夠寬，以滿足電氣安全的要求，而且為了便于操作和生產，間距應盡量寬些。選擇的最小間距應適合所施加的電壓。這個電壓包括正常操作或發生故障時重復或偶爾產生的過電壓或峰值電壓。所以導線間距應符合所要采用的或規定的安全要求。 如果有關規范允許導線之間存在金屬顆粒，則可能會減少有效的導線間距。在考慮電壓問題時，任何由于導線之間存在金屬顆粒而導致間距的減少都應予以考慮。 如果導線間距超過一定值時，將有利操作和生產。在些情況下，只規定最低限制就很容易滿足實際要求。如果規定了導線寬度的最低限制，還要規定導線間距的最低限制。如導線間的金屬顆粒缺陷存在，應增大規定的最小導線間距。所設計的內層導線或焊盤應距離板子邊緣2mm以上。 4 焊盤尺寸 所有元件孔通過焊盤實現電氣連接。為了便于維修，應確保與基板之間的牢固粘結，孔周圍的焊盤應該盡可能大，并符合焊接要求。通常非過孔比過孔所要求的焊盤大。在有過孔的雙面印制板上，每個導線端子的過孔應具有雙面焊盤。當導通孔位于導線上時，在整體焊接過程中導通孔被焊料填充，因此不需要焊盤。設計工程師有責任即要確保孔周圍的導線符合設計電流的要求，又要保證符合與生產有關的位置公差的工藝要求。當過孔位于導線上而無焊盤時，應向印制板生產方提供識別孔中心的方法。 為了便于進行整體焊接操作，應避免大面積的銅箔存在。并且要遵循設計原則，元件面和焊接面的焊盤最好對稱式放置（相對于孔）。 5 金屬鍍（涂）覆層 金屬鍍（涂）覆層用以保護金屬（銅）表面，保證其可焊性，還可以在一些加工過程中作為蝕刻液的抗蝕層（如在孔的加工過程）。金屬鍍（涂）覆層還可以作為連接器與印制板的接觸面，或表面安裝器件與印制板的接合層。 應根據印制板的用途選擇一種適合導電圖形使用的鍍覆層。表面鍍覆層的類型直接影響生產工藝、生產成本和印制板的性能。 6 印制接觸片 在使用印制接觸片時，應注意選用一種鍍層，使其與匹配的對應觸點上的鍍層想適應。由于合適的鍍層的選擇與下面一些因數有關，但沒有一般規律可循。印制金屬片的接觸表面應平滑，而且沒有能夠引起電氣性能和機械性能等下降的缺陷。 7 非金屬涂覆層 7.1. 非金屬涂覆層 非金屬涂覆材料用來保護印制板，另外，阻焊接區用來防止非焊接區導體的焊料潤濕。 當涂覆過的組裝件暴露在高濕度條件下時，不正確的清洗可能導致附著力降低。由于附著力的降低，涂覆層與基本的界面下開始出現分離點或碎屑，并且剝落（“侵蝕”）。 在使用任何涂覆層之前，最重要的是正確清洗印制板。如果印制板帶有有機或無機污染，其絕緣電阻不能通過涂覆層得到提高。 如果不正確地選擇和使用涂覆層，可能導致在高頻下使用的印制板的阻燃性、絕緣電阻、電氣性能等參數降低。 7.2 暫時性保護涂覆層 暫時性涂覆層可以用來保護導電圖形的可焊性。通常，在那些不具有良好可焊性的金屬表面涂覆層覆蓋的導電圖形上使用暫時性保護涂覆層，使其在必要的時間內保持良好的可焊性。 根據所使用的材料，暫時性保護涂覆層可以在焊接前去除，也可以作為焊劑。作為焊劑的暫時性保護涂覆層是樹脂型，它可溶于焊劑溶劑。 過分地干燥和（或）長期存放，或過分加熱（例如，在印制板進行氣相焊時），可能會導致某些樹脂型涂覆層在某點發生固化，這時在涂覆焊劑和進行焊接之間的短暫時間里涂層不再充分溶解，從而降低焊接效果。 通常孔壁和焊盤交接處的樹脂型涂覆層最薄。隨著時間的延長，過孔在此處的可焊性可能比其他區域下降得快。 基于上述原因，涂覆層應與所實施的工藝相適應。例如對于干燥、涂焊劑、焊接和熱熔方法，必須認真考慮。 7.3 暫時性阻焊劑 使用暫時性阻焊劑的涂覆層通常在焊接之前用網印涂覆。覆蓋印制板的規定區域，以防止該區域導電圖形的焊料潤濕。例如：暫時性阻焊劑涂覆在有貴重金屬的電路區，作為表面涂覆層。另外，這種涂覆層還可以保護涂覆區域在生產過程和存放過程中不受破壞。 在完成保護任務后，應去除暫時性阻焊劑，可以根據所使用的阻焊劑的類型，用剝離或用合適的溶劑浸泡。應該注意的是必須徹底去除暫時性涂覆層。 8 永久性保護涂覆層 永久性保護涂覆層可以提高或保持印制板的電氣性能，例如印制板表面導線間的絕緣電阻和擊穿電壓。它們通常包含堅固的耐刻劃材料，從而保護版面不受損壞。在正常的使用中，永久地保留在印制板上。 永久性保護涂覆層可以通過以下方式提高或保持印制板的電氣性能： ⑴ 阻止潮氣進入基材； ⑵ 防止導線間沉積污物（例如吸潮的污物）； ⑶ 作為導線間的絕緣材料； ⑷ 作為不需要焊接的過孔（導通孔）的孔內或表面的保護層。 這種涂層在焊接操作之前涂覆，用于覆蓋印制板的規定區域，防止該區域的導電圖形的焊料潤濕。它與剝離型或沖洗型暫時性涂覆層不同，焊接操作后，永久性阻焊劑不能被去除，而是作為一種永久性保護涂層。當作為一種阻焊劑使用時，它應該具有除上述電氣性能以外的充分的保護性能。 9 敷形涂層 敷形涂層是涂覆在印制板上或印制板組裝件上的一種電絕緣材料，作為保護阻擋層阻擋環境中有害物質的影響。如果選擇正確，使用恰當，敷形涂層將幫助保護組裝件免受以下危害：潮氣、灰塵和污物、空氣中的雜質（如煙、化學氣體）、導電顆粒（如金屬片、金屬屑）、跌落的工具、緊固件造成的偶然短路、磨損破壞、指紋、震動和沖擊（達到某種程度）、霉菌增長。 所選擇的敷形涂層樹脂應滿足以上要求和一些其他的次要要求，如透明度（涂覆后應可以辨認元件的值）和撓性（防止元件在高低溫循環中被損壞）。 在一些情況下，某些漆用做永久性保護涂層。這種漆在焊接后涂覆，且通常只涂覆在焊接面上。 敷形涂層除具有保護性能外，還具有其他特殊的性能。例如，它們具有熒光性，有利于對覆蓋范圍進行目檢。 使用敷形涂層樹脂的一些局限性是： ① 敷形涂層膜對水蒸氣具有可滲透性，不含防蝕填料（如鉻酸鹽）的配方將不能防止腐蝕，這種腐蝕是由于在涂覆過程中零件上涂覆了起電解作用的鹽或零件表面俘獲了鹽而引起的。 ② 敷形涂層膜對水具有可滲透性，隨著膜的厚度的增加，絕緣電阻將減少。特別是元器件（例如集成電路）周圍的樹脂邊緣。 ③ 有機敷形涂層樹脂用以填充導線間的間隙，會導致線間電容的顯著改變。 ④ 透明而具有可撓性的敷形涂層樹脂，具有高的熱膨脹系數，所以對某些元件可能產生提升力，導致焊點失效。 ⑤ 用來提高電氣性能的敷形涂層樹脂，不含提高黏結力的黏結配方（如磷酸鹽），所以它們不能提供額外的與金屬的黏結力，特別是與焊料的黏結力。 10 印制線路板的尺寸 注意避免不必要的過嚴的尺寸公差，否則會使生產困難，使成本增加。為了生產或檢驗，建議使用參考基準確定尺寸和定位圖形的尺寸。如果印制板包括1個以上的圖形，所有圖形應使用相同的參考基準。參考基準最好由設計者規定。常用的方法是采用兩條正交的線。 在某些情況下，各加工要素的位置可以要求使用1個以上的參考基準。這種情況可能會發生在非常大的板子上或具有兩個或多個剛性區域的剛撓印制板上。參考基準之間的尺寸和公差取決于所使用的材料和成品板的尺寸要求。 10.1 制板的外形尺寸 原則上，印制板的外形可以為任意形狀，但簡單的形狀更利于生產。 除非加工的數量證明一些專用生產方法是合算的，通常印制板的尺寸受生產設備和穩定性要求的限制。 印制板可達到的外形尺寸的公差通常與層壓材料可達到的尺寸公差相同，因為所用基材公差相似。 10.2 制板的厚度 基材厚度、印制板厚度或印制板總厚度的要求應限于印制板規定的厚度控制區域。介質厚度定義為相鄰導電層之間的測量最小距離。 當附加鍍層、涂覆層、覆蓋層或使用黏合劑時，總板厚會偏離覆金屬箔基材的厚度要求，所有尺寸公差應盡可能寬松。 10.3 孔的尺寸 從經濟角度考慮，在任何設計中，不同尺寸孔的數量應保持最少。 10.4 撓性印制板的彎曲 應使彎曲的區域盡量少。過孔和安裝元件的區域不應設置在彎曲區。導線材料是軋制的且不能改變彎折線的方向，彎曲區的導線應垂直或斜向穿過彎折線。 彎曲半徑應盡量大。允許的彎曲半徑取決于導線厚度、基材厚度和撓性印制板成品的厚度。 導線應盡可能一撓性印制板結構的中心軸為對稱線。 印制板的翹曲度與所用的材料、生產工藝、孔圖、導電圖形分布的均勻程度、印制板的尺寸和類型等有關。 11 印制線路板基板的選擇 基板的作用，除了提供組裝所需的架構外，也提供電源和電信號所需的引線和散熱的功能。所以對于一個好的基板，要有以下功能： ① 足夠的機械強度（附扭曲、振動和撞擊等）； ② 能夠承受組裝工藝中的熱處理和沖擊； ③ 足夠的平整度以適合自動化的組裝工藝； ④ 能承受多次的返修（焊接）工作； ⑤ 適合PCB的制造工藝； ⑥ 良好的電氣性能（如阻抗、介質常數等）。 |
