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摘要：随着电子行业竞争的日趋激烈，越来越多的产品设计都面临着从不计成本的功能实现向低成本高可靠性转变。PCB板是电子产品各种元器件的连接体，良好的PCB板工艺设计，才能使产品满足可生产性、可测试性、安规、EMC、EMI等技术规范的要求，并从生产工时、材料与辅料等方面降低成本，提高产品品质与可靠性，进而提高市场竞争能力。职校电子类学生是今后行业的主力军，需要较深入地了解PCB板工艺设计。本文将以可实验性较强的声光控开关电路为例，讨论在PROTEL软件环境中，PCB工艺设计相关理论与实现技术的教学实施。
关键词：PCB 工艺 声光控 教学
引 言
PCB板的设计是决定电子产品设计成败的重要因素之一。良好的电路原理设计，当然是先决条件，但它并不能保证产品的可生产性，甚至无法考虑到安规、EMC、EMI等技术规范的要求，因为参数定义再细的原理电路，也还不是最终工作的器件和连线。针对各种技术规范和生产需要的PCB板工艺设计，才能把原理电路付诸应用，并生成出有市场竞争力的产品。因此，对职校电子专业类学生PCB板工艺设计的教学，是关系到学生就业与国家电子行业工程技术人才培养的至关重要方面。
光敏电阻受到光照时，阻值小，与非门电路U1B输出端输出高电平经U1C反相，再经U1D和U1A缓冲放大，输出低电平，可控硅SCR1与TR1都截止，火线L与控制输出端A之间回路不通，等效为开关断开；
光敏电阻没有光照时，阻值大，与非电路U1B5脚端输入1，输出电平由6脚决定。当话筒MIC检测到较强的声音信号被Q1放大后，6脚将出现高电平，于是U1B输出低电平，经U1C反相，再经U1D和U1A缓冲放大，输出高电平，可控硅SCR1与TR1依次导通，火线L与控制输出端A之间导通，等效为开关闭合。
考虑到单向可控硅的热稳定性较欠缺的器件工艺特点，本电路利用了单向可控硅控制热稳定性好的双向可控硅，从而可以控制更大的负载功率。
在选择PCB板材时，还需要确定PCB 铜箔的表面处理镀层，并在文件中注明。例如喷松香、OSP（抗氧化）、喷锡、镀镍、镀金等这些表面，依次升高，焊接性能也依次提高。同时有些生产工艺如BONDING、按键等只能采用镀镍以上表面处理。
本例实验电路教学中，可以列举各种板材特点与等因素，引导学生选择，并对每种选择作出评定。根据声光控实验电路与实验室焊接、测试等方面因素，选用单面全玻纤板比较合适。大批量生产时，还需要增加考虑成本、生产工艺流程、产品市场定位等因素。
尚无PCB封装的元器件，应根据器件资料建立元件封装，保证丝印库与实物相符合，特别是新建立的电磁元件、自制结构件等的元件库应与元件的资料（承认书、图纸）相符合。新器件封装的建立应满足不同工艺（回流焊、波峰焊、通孔回流焊）要求。轴向器件和跳线的引脚间距的种类应尽量少，以减少器件的成型和安装工具。不同 PIN 间距的兼容器件要有单独的焊盘孔。
教学中，可让学生先建立元件封装，然后进行点评。如二极管1N4007与1N4148虽然引脚粗细不同，但可以采用相同的跨距，以减少成型设备造价与成型工作量。
参考结果如图2所示：
波峰焊加工的PCB板进板方向要求有丝印标明，如图2中箭头所示。
需波峰焊加工的单面板背面器件不形成阴影效应，经常插拔器件或板边连接器周围 3mm范围内尽量不布置 D元件，以防止连接器插拔时产生的应力损坏器件。
设计和布局PCB时，应尽量允许器件过波峰焊接，少用或不能过波峰焊接的器件，放在焊接面的器件应尽量少，以减少手工焊接。裸跳线不能贴板跨越板上的导线或铜皮，以避免和板上的铜皮短路，绿油不能作为有效的绝缘。
布局时应考虑所有器件在焊接后易于检查和维护。电缆的焊接端尽量靠近PCB的边缘布置以便插装和焊接，否则PCB上别的器件会阻碍电缆的插装焊接或被电缆碰歪。
较轻的器件如二级管和1/4W电阻等，布局时应使其轴线和波峰焊方向垂直，这样能防止过波峰焊时因一端先焊接凝固而使器件产生浮高现象。
兼容器件如整流桥堆可以用3A的KBP310与1A的DB107两种材料，在PCB设计时，采用两种封装都可兼容方式。
5、走线
为了保证PCB加工时不出现露铜的缺陷，要求所有的走线及铜箔距离板边：V-CUT边大于0.75mm，铣槽边大于 0.3mm（铜箔离板边的距离还应满足安装要求）。
散热器下方周围应无走线（考虑到散热器安装的偏位及安规距离），若需要在散热器下布线，则应采取绝缘措施使散热器与走线绝缘，或确认走线与散热器是同等电位。
对于单面板的焊盘与走线之间，应设计过渡区（如泪滴），或者用走线包围焊盘，以避免产品生产、运输、使用过程中焊盘脱落，如图3。走线粗细应结合PCB生产商生产能力与产品走线密度的实际要求考虑。通常，走线与线间间距越细，对PCB生产工艺要求越高，生产废品率越高，成本也相应提高。本例设计采用最小线宽和线距0.3mm，如图3.
基准点应该满足以下要求：
a.形状：基准点的优选形状为实心圆。
b.大小：基准点的优选尺寸为直径 40mil±1mil。
c.材料：基准点的材料为裸铜或覆铜。为了增加基准点和基板之间的对比度，可在基准点的外侧阻焊开窗：阻焊形状为和基准点同心的圆形，大小为基准点直径的两倍。
为了保证印刷和贴片的识别效果，基准点范围内应无其它走线及丝印。需要拼板的单板，每块单元板上尽量保证有基准点，若由于空间原因单元板上无法布下基准点时，则单元板上可以不布基准点，但应保证拼板工艺上有基准点。
7、丝印
为了方便制成板的安装，所有元器件、安装孔、定位孔都有对应的丝印标号，PCB 上的安装孔丝印用 H
为了保证器件的焊接可靠性，要求器件焊盘上无丝印；为了保证搪锡的锡道连续性，要求需搪锡的锡道上无丝印；为了便于器件插装和维修，器件位号不应被安装后器件所遮挡；丝印不能压在导通孔、焊盘上，以免开阻焊窗时造成部分丢失，影响识别。
丝印间距大于5mil。有极性元器件其极性在丝印图上表示清楚如图4中电解电容和整流桥堆BR1等元件。有方向的接插件其方向在丝印上表示清楚。
PCB 上器件的标识符必须和 BOM 清单中的标识符号一致。
8、PCB 尺寸、外形
PCB尺寸、板厚应在PCB文件中标明，尺寸标注应考虑厂家的加工公差。通常板厚（±10%公差）规格有下列几种：0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.6mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm。为方便单板加工，不拼板的单板板角应为R型倒角。对于有工艺边和拼板的单板，工艺边应为R型倒角，倒角直径为Φ5mm。
尺寸小于 50mm X 50mm的 PCB 应进行拼板（铝基板和陶瓷基板除外）。
平行传送边方向的 V-CUT 线数量≤3（对于细长的单板可以例外）；PCB 的孔径的公差该为+.0.1mm。若 PCB上有大面积开孔的地方，在设计时要先将孔补全，以避免焊接时造成浸锡和板变形，补全部分和原有的 PCB 部分要以单边几点（俗称邮票孔）连接，在波峰焊后将之去掉。
9、可测试性设计
PCB单板上应有两个以上直径为（3～5cm）的不对称定位孔，以便测试时放板定位。
T元件的焊盘作为测试点，以避免测试中损伤元件。
测试点应选择方形焊盘（选圆形亦可接受），焊盘尺寸不能小于 1mm*mm。 并以 TP1、TP2…..进行标注。低压测试点和高压测试点的间距离应符合安规要求。测试点的密度不能大于每平方厘米4-5个并均匀分布。每根测试针最大可承受2A电流，因此每增加2A，对电源和地都要求多提供一个测试点，并以此类推。对于ICT测试，每个节点都需要设定测试点。对于功能测试，调整点、接地点、交流输入、放电电容、需要测试的表贴器件等要有测试点。
10、结束语
本文结合实验电路，从电子产品生产多个环节议论PCB工艺设计，对学生今后工作中提高产品品质与生产效率具有一定的实用性。
参考文献
TS—S0902010001 <<信息技术设备PCB 安规设计规范>>
<<电子设备的强迫风冷热设计规范>>
[3] TS—SOE0199002 <<电子设备的自然冷却热设计规范>>
[4]IEC60194 <<印制板设计、制造与组装术语与定义>>
[5] IPC—A—600F<<印制板的验收条件>>
关键词：PCB 工艺 声光控 教学
引 言
PCB板的设计是决定电子产品设计成败的重要因素之一。良好的电路原理设计，当然是先决条件，但它并不能保证产品的可生产性，甚至无法考虑到安规、EMC、EMI等技术规范的要求，因为参数定义再细的原理电路，也还不是最终工作的器件和连线。针对各种技术规范和生产需要的PCB板工艺设计，才能把原理电路付诸应用，并生成出有市场竞争力的产品。因此，对职校电子专业类学生PCB板工艺设计的教学，是关系到学生就业与国家电子行业工程技术人才培养的至关重要方面。
1、实验电路原理分析
此电路原理和参数可行性，已经通过大批量生产验证，其工作原理如下：光敏电阻受到光照时，阻值小，与非门电路U1B输出端输出高电平经U1C反相，再经U1D和U1A缓冲放大，输出低电平，可控硅SCR1与TR1都截止，火线L与控制输出端A之间回路不通，等效为开关断开；
光敏电阻没有光照时，阻值大，与非电路U1B5脚端输入1，输出电平由6脚决定。当话筒MIC检测到较强的声音信号被Q1放大后，6脚将出现高电平，于是U1B输出低电平，经U1C反相，再经U1D和U1A缓冲放大，输出高电平，可控硅SCR1与TR1依次导通，火线L与控制输出端A之间导通，等效为开关闭合。
考虑到单向可控硅的热稳定性较欠缺的器件工艺特点，本电路利用了单向可控硅控制热稳定性好的双向可控硅，从而可以控制更大的负载功率。
2、PCB板材选择
PCB工艺设计中板材主要有：纸板、半玻纤、全玻纤、铝基板、陶瓷基板等种类，教学中应初步介绍常用板材特点与性价比，供设计时参考。选好板材后，还应在文件中注明厚度公差。在选择PCB板材时，还需要确定PCB 铜箔的表面处理镀层，并在文件中注明。例如喷松香、OSP（抗氧化）、喷锡、镀镍、镀金等这些表面，依次升高，焊接性能也依次提高。同时有些生产工艺如BONDING、按键等只能采用镀镍以上表面处理。
本例实验电路教学中，可以列举各种板材特点与等因素，引导学生选择，并对每种选择作出评定。根据声光控实验电路与实验室焊接、测试等方面因素，选用单面全玻纤板比较合适。大批量生产时，还需要增加考虑成本、生产工艺流程、产品市场定位等因素。
3、器件封装选型
已建立PCB元件封装库的元器件选用应确认无误，保证封装与元器件实物外形轮廓、引脚间距、通孔直径等相符合。插装器件管脚应与通孔公差配合良好（通孔直径大于管脚直径 8—20mil） ，考虑公差可适当增加，确保透锡良好。尚无PCB封装的元器件，应根据器件资料建立元件封装，保证丝印库与实物相符合，特别是新建立的电磁元件、自制结构件等的元件库应与元件的资料（承认书、图纸）相符合。新器件封装的建立应满足不同工艺（回流焊、波峰焊、通孔回流焊）要求。轴向器件和跳线的引脚间距的种类应尽量少，以减少器件的成型和安装工具。不同 PIN 间距的兼容器件要有单独的焊盘孔。
教学中，可让学生先建立元件封装，然后进行点评。如二极管1N4007与1N4148虽然引脚粗细不同，但可以采用相同的跨距，以减少成型设备造价与成型工作量。
参考结果如图2所示：
4、器件布局
PCB板的元件布局首先应确保产品功能实现，因此一些器件的位置是由产品外观或功能确定的，在PCB设计时，应优先考虑。然后，布局再考虑加工流程工时效率最高。波峰焊加工的PCB板进板方向要求有丝印标明，如图2中箭头所示。
需波峰焊加工的单面板背面器件不形成阴影效应，经常插拔器件或板边连接器周围 3mm范围内尽量不布置 D元件，以防止连接器插拔时产生的应力损坏器件。
源于：大学毕业论文格式www.udooo.com
设计和布局PCB时，应尽量允许器件过波峰焊接，少用或不能过波峰焊接的器件，放在焊接面的器件应尽量少，以减少手工焊接。裸跳线不能贴板跨越板上的导线或铜皮，以避免和板上的铜皮短路，绿油不能作为有效的绝缘。
布局时应考虑所有器件在焊接后易于检查和维护。电缆的焊接端尽量靠近PCB的边缘布置以便插装和焊接，否则PCB上别的器件会阻碍电缆的插装焊接或被电缆碰歪。
较轻的器件如二级管和1/4W电阻等，布局时应使其轴线和波峰焊方向垂直，这样能防止过波峰焊时因一端先焊接凝固而使器件产生浮高现象。
兼容器件如整流桥堆可以用3A的KBP310与1A的DB107两种材料，在PCB设计时，采用两种封装都可兼容方式。
5、走线
为了保证PCB加工时不出现露铜的缺陷，要求所有的走线及铜箔距离板边：V-CUT边大于0.75mm，铣槽边大于 0.3mm（铜箔离板边的距离还应满足安装要求）。
散热器下方周围应无走线（考虑到散热器安装的偏位及安规距离），若需要在散热器下布线，则应采取绝缘措施使散热器与走线绝缘，或确认走线与散热器是同等电位。
对于单面板的焊盘与走线之间，应设计过渡区（如泪滴），或者用走线包围焊盘，以避免产品生产、运输、使用过程中焊盘脱落，如图3。走线粗细应结合PCB生产商生产能力与产品走线密度的实际要求考虑。通常，走线与线间间距越细，对PCB生产工艺要求越高，生产废品率越高，成本也相应提高。本例设计采用最小线宽和线距0.3mm，如图3.
6、基准点
基准点用于锡膏印刷和元件贴片时的光学定位。根据基准点在 PCB 上的分别可分为拼板基准点、单元基准点、局部基源于：大学生论文www.udooo.com
准点。PCB 上应至少有两个不对称的基准点。基准点应该满足以下要求：
a.形状：基准点的优选形状为实心圆。
b.大小：基准点的优选尺寸为直径 40mil±1mil。
c.材料：基准点的材料为裸铜或覆铜。为了增加基准点和基板之间的对比度，可在基准点的外侧阻焊开窗：阻焊形状为和基准点同心的圆形，大小为基准点直径的两倍。
为了保证印刷和贴片的识别效果，基准点范围内应无其它走线及丝印。需要拼板的单板，每块单元板上尽量保证有基准点，若由于空间原因单元板上无法布下基准点时，则单元板上可以不布基准点，但应保证拼板工艺上有基准点。
7、丝印
为了方便制成板的安装，所有元器件、安装孔、定位孔都有对应的丝印标号，PCB 上的安装孔丝印用 H
1、H2……Hn 进行标识。
丝印字符尽量遵循从左至右、从下往上的原则，对于电解电容、二极管等极性的器件在每个功能单元内尽量保持方向一致。通常丝印方向设计以PCB板在生产中流动时，看到的字迹是正方向为准。为了保证器件的焊接可靠性，要求器件焊盘上无丝印；为了保证搪锡的锡道连续性，要求需搪锡的锡道上无丝印；为了便于器件插装和维修，器件位号不应被安装后器件所遮挡；丝印不能压在导通孔、焊盘上，以免开阻焊窗时造成部分丢失，影响识别。
丝印间距大于5mil。有极性元器件其极性在丝印图上表示清楚如图4中电解电容和整流桥堆BR1等元件。有方向的接插件其方向在丝印上表示清楚。
PCB 上器件的标识符必须和 BOM 清单中的标识符号一致。
8、PCB 尺寸、外形
PCB尺寸、板厚应在PCB文件中标明，尺寸标注应考虑厂家的加工公差。通常板厚（±10%公差）规格有下列几种：0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.6mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm。为方便单板加工，不拼板的单板板角应为R型倒角。对于有工艺边和拼板的单板，工艺边应为R型倒角，倒角直径为Φ5mm。
尺寸小于 50mm X 50mm的 PCB 应进行拼板（铝基板和陶瓷基板除外）。
平行传送边方向的 V-CUT 线数量≤3（对于细长的单板可以例外）；PCB 的孔径的公差该为+.0.1mm。若 PCB上有大面积开孔的地方，在设计时要先将孔补全，以避免焊接时造成浸锡和板变形，补全部分和原有的 PCB 部分要以单边几点（俗称邮票孔）连接，在波峰焊后将之去掉。
9、可测试性设计
PCB单板上应有两个以上直径为（3～5cm）的不对称定位孔，以便测试时放板定位。
T元件的焊盘作为测试点，以避免测试中损伤元件。
测试点应选择方形焊盘（选圆形亦可接受），焊盘尺寸不能小于 1mm*mm。 并以 TP1、TP2…..进行标注。低压测试点和高压测试点的间距离应符合安规要求。测试点的密度不能大于每平方厘米4-5个并均匀分布。每根测试针最大可承受2A电流，因此每增加2A，对电源和地都要求多提供一个测试点，并以此类推。对于ICT测试，每个节点都需要设定测试点。对于功能测试，调整点、接地点、交流输入、放电电容、需要测试的表贴器件等要有测试点。
10、结束语
本文结合实验电路，从电子产品生产多个环节议论PCB工艺设计，对学生今后工作中提高产品品质与生产效率具有一定的实用性。
参考文献
TS—S0902010001 <<信息技术设备PCB 安规设计规范>>
<<电子设备的强迫风冷热设计规范>>
[3] TS—SOE0199002 <<电子设备的自然冷却热设计规范>>
[4]IEC60194 <<印制板设计、制造与组装术语与定义>>
[5] IPC—A—600F<<印制板的验收条件>>