印制电路板 设计、制造、装配与测试PDF电子书下载

第1章 印制电路板基础 1

1.1 电子设备的连接 1

1.1.1 印制电路板的优势 1

1.2 印制电路板的发展 2

1.3 印制电路板的组成 4

1.4 印制电路板的分类 4

1.4.1　单面印制电路板 5

1.4.2　双面印制电路板 5

1.4.3　多层印制电路板 6

1.4.4　刚性印制电路板和柔性印制电路板 8

1.5 印制电路板的基本制造技术 8

1.5.1 单面板 9

1.5.2　双面镀通孔板 12

1.5.3　多基板 13

1.5.4　柔性板 13

1.6 现代印制电路板设计和制造的挑战 14

1.7 印制电路板工业的市场驱动力 16

1.8 带嵌入组件的印制电路板 18

1.9 印制电路板标准 19

1.10 几个常用标准 21

第2章 电子元器件 22

2.1 电子元器件基础 22

2.1.1　有源元器件和无源元器件 22

2.1.2　分立电路与集成电路 22

2.1.3　元器件的引脚 23

2.1.4　有极性的元器件 24

2.1.5　元器件图形符号 24

2.2 电阻器 25

2.2.1　电阻器的分类 25

2.2.2　电阻器的封装 27

2.2.3　电阻器的性能参数 27

2.3 可变电阻和电位器 30

2.4 光敏电阻 31

2.5 热敏电阻 32

2.6 电容器 32

2.6.1　电容器的分类 34

2.6.2　电容器的封装 36

2.6.3　电容器的性能 36

2.7 可变电容 38

2.8 电感器 39

2.9 二极管 42

2.10 几种特殊类型的二极管 43

2.10.1　齐纳二极管 43

2.10.2　变容二极管 44

2.10.3　压敏电阻器 44

2.10.4　发光二极管 45

2.10.5　光敏二极管 45

2.10.6　隧道二极管 46

2.11 晶体管 46

2.11.1　双极型晶体管 46

2.11.2　功率晶体管 50

2.11.3　达林顿晶体管 51

2.11.4　场效应晶体管 51

2.11.5　绝缘栅双极型晶体管 54

2.11.6　晶体管类型标注 55

2.12 晶闸管 56

2.13 集成电路 59

2.14 线性集成电路 59

2.14.1　运算放大器 59

2.14.2　三端稳压器 62

2.15 数字集成电路 62

2.15.1　逻辑电路 63

2.16 微处理器 71

2.17 半导体存储器 73

2.17.1 RAM 73

2.17.2　ROM 75

2.18 微控制器 77

2.19　表面贴装器件 77

2.19.1　表面贴装器件 78

2.19.2　半导体SMD的封装 80

2.19.3　无源元器件的SMD封装 85

2.20 散热器 85

2.21 变压器 87

2.22 继电器 87

2.23 连接器 89

2.24 几个常用标准 89

第3章　版面规划与设计 92

3.1 识图与绘图 92

3.1.1 框图 92

3.1.2　原理图 92

3.2 印制电路板的设计总则 95

3.2.1　几个重要的设计因素 96

3.2.2　几个重要的性能参数 97

3.3 机械设计中的注意事项 97

3.3.1 印制电路板的类型 97

3.3.2　印制电路板的装配技术 102

3.3.3　印制电路板的安装与固定 102

3.3.4　输入／输出接口 104

3.3.5　印制电路板的插拔 104

3.3.6　测试与维修 104

3.3.7　机械应力 105

3.3.8　印制电路板的厚度 105

3.3.9　几个重要的规范和标准 105

3.4 电气设计中的注意事项 106

3.4.1 导线尺寸 106

3.4.2　阻抗 106

3.4.3 印制电路板导线间的电容 111

3.4.4　印制电路板导线的电感 112

3.4.5　高的电应力 112

3.5 导线的模式 113

3.6 元器件的布局规则 113

3.6.1　导线的宽度和厚度 114

3.6.2　导线间距 115

3.6.3　导线形状 116

3.6.4　导线的布线和位置 117

3.6.5　电源线和地线 117

3.7 安装和装配 120

3.8 环境因素 121

3.8.1　散热问题 121

3.8.2　防尘与防污染 122

3.8.3　防冲击与防震动 122

3.9 散热需求与封装密度 124

3.9.1　散热器 124

3.9.2　封装密度 124

3.9.3　封装形式与物理属性 125

3.10　版面设计 127

3.10.1　网格显示系统 128

3.10.2　版面比例 128

3.10.3　版面草图设计 129

3.10.4　版面设计注意事项 130

3.10.5　设计所需的材料和辅助工具 130

3.10.6　焊盘要求 131

3.10.7　手工布局程序 132

3.10.8　版面设计方法 134

3.11 版面设计清单 134

3.11.1　总体规划 135

3.11.2　电气规划 135

3.11.3　机械规划 136

3.12 文档资料 136

3.12.1　文档文件 138

3.13 几个常用标准 138

第4章　特殊电路的设计 140

4.1 模拟电路设计准则 140

4.1.1　元器件布局 140

4.1.2　信号线 140

4.1.3　电源线和地线 145

4.1.4　模拟电路印制电路板的通用设计准则 146

4.2 数字电路设计准则 146

4.2.1　传输线 146

4.2.2　数字电路印制电路板设计中的几个问题 148

4.3 高频电路设计准则 152

4.4 快速脉冲电路设计准则 154

4.4.1 受控阻抗 155

4.5 微波电路印制电路板的设计准则 157

4.5.1 基本定义 157

4.5.2　带状传输线和微带传输线 158

4.5.3　传输线与无源元件的等效 161

4.5.4　微波电路的通用设计 163

4.6 功率电路设计准则 164

4.6.1 高功率电路与低功率电路的分离 164

4.6.2　基板材料厚度 165

4.6.3　铜箔厚度 165

4.6.4　导线宽度 165

4.6.5　大电流导致的电压降 165

4.6.6　散热问题 165

4.7 高密度互连结构 166

4.7.1 高密度互连结构的驱动 168

4.7.2　高密度互连结构的优势 168

4.7.3　高密度互连结构的设计 169

4.8 电磁干扰与电磁兼容 171

4.9 几个常用标准 172

第5章　布线图的生成 174

5.1 什么是布线图 174

5.2 手工布线的基本方法 174

5.2.1 白纸板绘图 174

5.2.2　粘在透明基箔上的黑色胶带 175

5.2.3　粘在透明聚酯基箔上的红色胶带和蓝色胶带 178

5.3 布线图设计准备的一般原则 178

5.3.1　导线的定位 178

5.3.2　导线的路径选择 179

5.3.3　导线的间距 183

5.3.4　孔径与焊盘直径 183

5.3.5　方形连接盘／焊盘 188

5.4 布线图生成总则 188

5.4.1　导线与板边的预留区域 188

5.4.2　焊盘中心孔 189

5.4.3　导线与焊盘的连接 189

5.5 胶片生成的准备 189

5.5.1　照相胶片 189

5.5.2　相机曝光 192

5.5.3　暗室 193

5.5.4　胶片显影 194

5.6 布线图的自动生成 195

5.7 计算机辅助设计 196

5.7.1　系统需求 197

5.8 CAD系统的基本操作 199

5.8.1　版面设计的步骤 202

5.8.2　库的管理 203

5.8.3　元器件的放置 204

5.8.4　导线的布设 207

5.8.5　校验 210

5.9 自动设计 213

5.9.1　CAD系统的选择 214

5.10 印制电路板设计中手工设计和自动设计的比较 215

5.11 光学绘图仪 216

5.11.1　矢量绘图仪 217

5.11.2　激光绘图仪 217

5.11.3　光学绘图仪 218

5.12 计算机辅助制造 219

5.13 数据传输机制 224

5.14 印制电路板设计检测清单 225

5.15 几个常用标准 227

第6章　覆铜板 228

6.1　基板的构造 228

6.1.1　填充物（增强材料） 228

6.1.2　树脂 228

6.1.3　铜箔 229

6.2　基板的制造 231

6.2.1　材料 231

6.2.2　制造流程 232

6.3　基板的性质 234

6.3.1 电性能 235

6.3.2　介电强度 236

6.3.3　相对介电常数 236

6.3.4　耗散因数 236

6.3.5　绝缘电阻 237

6.3.6　表面电阻率 237

6.3.7　体积电阻率 238

6.3.8　介质击穿 239

6.4　基板的类型 239

6.4.1　酚醛基板 239

6.4.2　环氧基板 240

6.4.3　玻璃布基板 241

6.4.4　半固化树脂材料（B阶段树脂材料） 243

6.4.5　PTFE（聚四氟乙烯）基板 243

6.4.6　聚酯基板（迈拉基板） 244

6.4.7　硅酮基板 244

6.4.8　蜜胺基板 244

6.4.9　聚酰胺基板 244

6.4.10　特氟隆基板 245

6.4.11　混合介质基板 245

6.5　基板的评估 245

6.5.1　基板测试 245

6.5.2　表面和外观 245

6.5.3　吸水率 246

6.5.4　冲孔性和机械加工性 247

6.5.5　剥离强度 247

6.5.6　粘接强度 248

6.5.7　耐焊锡性 249

6.5.8　板弯和板翘 249

6.5.9　抗弯强度 250

6.5.10　可燃性 250

6.5.11　玻璃化温度 251

6.5.12　空间稳定性 251

6.5.13　铜粘接强度 251

6.6 几个常用标准 251

第7章 图像转移技术 253

7.1 什么是图像转移 253

7.2 基板表面的准备工作 253

7.2.1　人工清洁方法 254

7.2.2　机器清洁 255

7.2.3　清洁度的测试 256

7.3 丝网印制 257

7.3.1 网框 258

7.3.2 网布 258

7.3.3　丝网的准备 259

7.3.4　刮刀 260

7.4 图样转移技术 261

7.4.1　丝网模板法 261

7.4.2　间接法（转移型丝网印制法） 261

7.4.3　切割膜或手刻膜的处理 262

7.4.4　照相工艺 262

7.5 印制油墨 263

7.5.1　紫外线固化油墨处理 264

7.6 印制过程 264

7.6.1　手工丝网印制 264

7.6.2 自动或半自动丝网印制 265

7.7 照相印制 265

7.7.1　液态光致抗蚀剂（湿膜抗蚀剂） 266

7.7.2　干膜光致抗蚀剂 267

7.8 激光直接成像（LDI） 271

7.8.1　激光直接成像的优点 274

7.9 字符印制 275

7.10 几个常用标准 276

第8章　电镀工艺 277

8.1 电镀的需求 277

8.2 电镀 279

8.2.1 电镀的基本工艺 279

8.2.2　法拉第电解定律 280

8.2.3　水质 281

8.2.4　溶液的pH值 282

8.2.5　缓冲剂 282

8.2.6　阳极 283

8.2.7 阳极罩 283

8.2.8　电镀的预处理 283

8.3 电镀技术 283

8.3.1 浸镀 283

8.3.2　化学镀 284

8.3.3　电镀 290

8.4 电镀中的常见问题 299

8.5 常见的电镀缺陷 299

8.5.1　破洞 299

8.5.2　吹孔 300

8.5.3　吹气 300

8.6　特殊电镀技术 300

8.6.1　通孔电镀 300

8.6.2　卷轮连动式选择镀 301

8.6.3　刷镀 301

8.6.4　指排式电镀 302

8.6.5　金属导体糊剂覆膜 302

8.6.6　还原银喷洒 303

8.7 金属分布与镀层厚度 303

8.7.1　溶液分析（湿式化学分析） 303

8.7.2　溶液的物理测试 304

8.7.3　电镀测试 306

8.8 车间规划注意事项 308

8.8.1 电镀车间规划 309

8.8.2　设备 310

8.9 加成制程 311

8.9.1　全加成制作过程 311

8.9.2　半加成制作过程 313

8.9.3　部分加成制作过程 313

8.10 防焊膜 316

8.10.1　阻焊剂的分类 317

8.10.2　液态防焊膜 318

8.10.3　干膜防焊膜 319

8.10.4　分辨率 322

8.10.5　封装 322

8.10.6　不同阻焊剂厚度的表面地形 323

8.10.7　对元器件放置的帮助 323

8.10.8　防焊膜的可靠性 323

8.10.9　焊接与清洗 324

8.10.10　通孔掩蔽法 324

8.10.11　裸铜板上的防焊膜 324

8.11 护形涂层 325

8.11.1　护形涂层的材料 326

8.11.2　护形涂层的使用方法 327

8.11.3　护形涂层的标准 327

8.12 几个常用标准 328

第9章　蚀刻技术 329

9.1 蚀刻的化学溶液 329

9.1.1 氯化铁 329

9.1.2　过氧化氢-硫酸 331

9.1.3　铬-硫酸 332

9.1.4　氯化铜 333

9.1.5　过硫酸铵 334

9.1.6　碱性氨／氯化铵 335

9.2 蚀刻过程 336

9.2.1　简单分批蚀刻 336

9.2.2　连续补液蚀刻 336

9.2.3　开路循环再生系统 337

9.2.4　闭路循环再生系统 337

9.3 蚀刻参数 338

9.4　蚀刻设备和技术 338

9.4.1　浸入蚀刻 338

9.4.2　滋泡蚀刻 338

9.4.3　泼溅蚀刻 339

9.4.4　喷洒蚀刻 339

9.5 蚀刻设备的选择 341

9.6 蚀刻剂的最优利用的经济效益 341

9.7 蚀刻过程中的问题 341

9.7.1　侧蚀 342

9.7.2　镀层突沿 342

9.8 蚀刻区的设施 343

9.9 电化蚀刻 343

9.10 机械蚀刻 343

第10章　机械操作 345

10.1 机械操作的需求 345

10.2 切割方法 345

10.2.1 剪切 345

10.2.2　锯切 346

10.2.3 冲切 347

10.2.4　铣削 348

10.2.5　研磨 348

10.3 冲孔 350

10.4 钻孔 351

10.4.1　钻头的几何形状及其重要性 352

10.4.2　钻头的类型 353

10.4.3　钻头的检查 355

10.4.4　钻头的尺寸 356

10.4.5　刀具寿命及翻磨 357

10.4.6　钻孔的要求 357

10.4.7　钻速、进刀率和回退率 357

10.4.8　清洁孔的作用 358

10.4.9　盖板和垫板 359

10.4.10　钻套的使用 360

10.4.11　钻孔和基板的类型 360

10.4.12　钻孔问题 361

10.4.13　钻孔机 362

10.5 微通孔 364

10.5.1　光致成孔 364

10.5.2　等离子蚀孔 364

10.5.3　激光成孔 365

10.6 紫外线激光器在印制电路板钻孔中的应用 366

10.7 混合激光钻孔过程 368

10.8 几个常用标准 370

第11章　多基板 371

11.1 什么是多层 371

11.2　互连技术 372

11.2.1　传统的镀通孔 372

11.2.2　埋孔 372

11.2.3　盲孔 373

11.3　多基板材料 373

11.3.1 树脂 373

11.3.2　增强材料 374

11.3.3　预浸材料 374

11.3.4　铜箔 374

11.4 多基板的设计性能 375

11.4.1　机械设计因素 375

11.4.2　电气设计因素 376

11.5 多基板的制造过程 377

11.5.1　一般过程 377

11.5.2　成层 378

11.5.3　成层后期处理 379

11.5.4　多层打孔 380

11.5.5　多基板层叠规则 380

11.6 几个常用标准 381

第12章　柔性印制电路板 382

12.1 什么是柔性印制电路板 382

12.2 柔性印制电路板的构造 383

12.2.1 薄膜的类型及性能 383

12.2.2　铜箔 388

12.2.3　粘结剂 390

12.3 柔性印制电路板设计的考虑因素 394

12.3.1 刚性印制电路板和柔性印制电路板设计考虑因素的区别 394

12.3.2　柔性印制电路的分步设计 397

12.3.3　柔性和可靠性设计 398

12.4 柔性印制电路的制造 399

12.5 硬软合板 401

12.6　终端装置 402

12.7 柔性印制电路的优点 403

12.8 柔性印制电路的特殊应用 404

12.9 几个常用标准 404

第13章　焊接、装配与再加工技术 406

13.1 什么是焊接 406

13.2 焊接理论 407

13.2.1　沾锡作用 407

13.2.2　表面张力 407

13.2.3　金属合金共化物的产生 408

13.2.4　沾锡角 408

13.3 焊接变量 409

13.3.1　焊接所用的温度和时间 409

13.3.2　表面除锈 410

13.3.3　合适的助焊剂和焊锡的使用 410

13.4 焊接材料 410

13.4.1 焊锡 410

13.4.2　助焊剂 413

13.5　软焊接与硬焊接 417

13.5.1　硬焊接／硬钎焊的焊料 417

13.6 焊接工具 418

13.6.1　焊接烙铁 418

13.7 其他手工焊接工具 424

13.7.1　钳类工具 425

13.7.2　镊钳 426

13.7.3　剥线钳 427

13.7.4　弯曲工具 428

13.7.5　散热 428

13.7.6　通用清洁工具 428

13.8 手工焊接 429

13.8.1　手工焊接的必需条件 429

13.8.2　手工焊接的步骤 430

13.8.3　无引脚电容的焊接 432

13.9 印制电路板的装配过程 433

13.9.1　通孔引脚的装配 434

13.9.2　SMD的装配 440

13.9.3　混合技术组合 443

13.10 用于SMD的焊锡膏 445

13.10.1　对焊锡膏的要求 447

13.10.2　焊锡膏的组成 447

13.10.3　焊锡膏的应用 448

13.10.4　焊锡膏的处理 448

13.10.5　焊锡膏的模板印制 448

13.10.6　焊锡膏的丝网印制 450

13.10.7　焊锡的预成型 452

13.10.8　免清洗焊锡膏 453

13.11 混合组装技术中粘结剂的使用 453

13.11.1　对粘结剂的需求 453

13.11.2　粘结剂的应用 454

13.12 批量焊接 456

13.12.1 浸焊 456

13.12.2　拖焊 457

13.12.3　波峰焊 457

13.12.4　回流焊接 464

13.12.5　气相系统 468

13.13 焊接后的清洗 470

13.13.1　污染物的类型 471

13.13.2　溶剂和清洗方法 471

13.14 焊接点的质量控制 473

13.14.1　优质焊接点 474

13.14.2　常见的焊接缺陷 474

13.14.3　焊接点缺陷及其常见成因 479

13.15　健康和安全方面的问题 482

13.16 静电放电控制 483

13.16.1　静电放电的基本原理 483

13.16.2　各种操作产生的静电压 484

13.16.3　各种元器件对静电放电电压的灵敏度 485

13.16.4　静电防护 486

13.16.5　抗静电工作台 486

13.16.6　适当的装配环境 487

13.16.7　元器件的处理 488

13.16.8　处理MOS器件时需要考虑的一些特殊事项 489

13.16.9　静电放电控制的教育培训／证书 491

13.17 印制电路板的再加工和修理 491

13.17.1　元器件的测试方法 492

13.17.2　脱焊技术 493

13.17.3　元器件的替换 496

13.18 表面贴装印制电路板的维修 498

13.18.1　剪断所有的引脚 498

13.18.2　加热方法 499

13.18.3　SMD的移除和替换 500

13.18.4　再加工工作台 503

13.19 几个常用标准 506

第14章　质量、可靠性与可接受性 510

14.1 什么是质量保证 510

14.1.1　缺陷的分类 510

14.1.2　缺陷产品 511

14.1.3　可接受质量标准 511

14.1.4　质量控制过程 511

14.1.5　统计过程控制和抽样检验方法 512

14.2 质量控制检测 512

14.2.1　质量保证检测的特征 513

14.2.2　质量保证程序的设计 514

14.2.3　进料的质量保证 515

14.2.4　质量跟踪 515

14.3 质量控制的方法 515

14.3.1　显微剖切评估 516

14.4 印制电路板的检测 518

14.4.1 电路板的自动检测 519

14.4.2　裸板检测（BBT） 521

14.4.3　组装板检测 527

14.5 可靠性测试 529

14.5.1 印制电路板的可靠性 529

14.6 印制电路板的可接受性 532

14.6.1　验收标准 532

14.6.2　组装印制电路板的检测 533

14.6.3　检验技术 534

14.6.4　验收标准 542

14.7 几个常用标准 553

第15章　印制电路板工业的环境问题 556

15.1 印制电路板工业的污染控制 556

15.2 污染剂 556

15.3 水的循环使用 557

15.4 回收技术 558

15.4.1　过滤 558

15.4.2　节水技术 558

15.4.3　离子交换系统 559

15.4.4　反向渗透 561

15.4.5　蒸馏回收 562

15.4.6　重金属的沉淀 562

15.4.7　电解回收 563

15.5 空气污染 564

15.5.1 粉尘 564

15.5.2　烟雾 564

15.5.3　组装车间的洁净环境 565

15.6 印制电路板的回收 566

15.6.1 目前的印制电路板废料的处理方法 567

15.6.2　印制电路板废料的性能 568

15.6.3　印制电路板的拆解 568

15.6.4　印制电路板的再生技术 569

15.7 环境标准 570

15.8 人员的安全保护措施 571

15.9 印制电路板制造中的有毒化学物质 572

15.10 无铅焊接 573

15.10.1　锡-铅焊料的替代 574

15.11 几个常用标准 576

附录 577

附录A 术语中英文对照表 577

附录B 术语英中文对照表 600

附录C 部分英制单位与国际单位间的换算 648

参考文献 649