印制电路板设计（精选10篇）
印制电路板设计 篇1
1 概述
随着微电子技术的发展, 速度已成为许多系统设计中需要考虑的最重要因素之一。对于高速系统的设计, 无论是数字电路还是模拟电路, 噪声是一个最值得关注的问题。高频信号会由于辐射而产生干扰, 亦会导致振铃、反射以及串扰等, 如果不加以控制, 会严重降低系统性能。
本文将就高速信号反射控制、串扰控制、电磁干扰控制以及叠层设计等方面讨论高速印制电路板设计中需要注意的几个噪声控制问题。
2 高速印制电路板设计的难点
对于高速印制电路板设计, 最重要也是最难的是如何保证信号的完整性和对电磁干扰的控制。对于信号完整性的分析, 主要包括对反射、串扰及电源完整性的分析等。串扰可以使信号中增加干扰频率成分, 导致信号质量变差, 严重时接收端将无法接收信号。电磁干扰是指系统通过传导或辐射的方式发射电磁波影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。它会影响本系统及其他系统的正常运行, 也应该进行严格的控制。
3 信号的完整性保证与电磁干扰控制
3.1 信号反射控制
反射是指由于阻抗不匹配而造成信号能量不完全吸收的现象。当信号在不同媒介传播时, 由于不同媒介的阻抗不同, 导致信号在不同媒介交界处部分能量不能通过, 情况严重时, 还会引起信号在媒介两端不停地反射, 随之产生一系列的信号完整性问题。但是, 在实际设计中, 并不能完全保证传输线阻抗的恒定不变, 只能尽量控制。在设计过程中, 采取以下措施来控制阻抗:
(1) 对于驱动端与接收端的阻抗不一致现象, 采用Thevenin等效阻抗进行匹配。采用这种阻抗匹配方式能够平衡高低电平, 提高电路的扇出能力, 减小由于占空比失调引起的能量消耗。
(2) 严格控制高速信号传输线的特性阻抗。通过调整线宽、线距、叠层厚度等PCB参数尽量将传输线特性阻抗控制在一个固定值 (如50Ω) 。设计中信号走线采用表面微带传输线, 它的特性阻抗计算公式如式 (1) 和式 (2) 。
其中, Z0表示传输线的特性阻抗, 单位为Ω;W表示信号走线的宽度;T表示信号走线的厚度;H表示信号走线与参考平面的距离;表示介质的相对介电常数。W、T和H这三者的单位要一致;1mil=0.0254mm。
一般情况下高速信号均采用差分格式, 此时表面微带差分传输线的特性阻抗的计算公式如式 (3) 。
式中, D表示两差分走线边沿的距离, 单位要与H的单位保持一致;Z差分表示差分传输线的特性阻抗, 单位为Ω;
例如, 在设计中, 如果要把差分微带传输线的特性阻抗控制在100Ω, 为此, 兼顾其他方面的要求, 可以确定各参数值如下:
将以上数值代入式2和式3, 计算得差分阻抗Z差分=100.1Ω。当然, 以上的计算并不精确, 因为公式中本身就忽略了一些参数, 如表面覆盖的绿漆厚度以及它的介电常数等, 再加上在实际制板过程中, 由于工艺上的误差可能导致各个参数值的差异, 实际PCB板上的差分特性阻抗并不完全等于100Ω。为此可以用专门的软件进一步计算这个特性阻抗, 但最终的匹配阻抗值则需要在最后的调试阶段进行阻值调整, 以达到完全匹配。用目前较为流行的计算特性阻抗的软件Polar Si8000计算上例中的差分特性阻抗, 得到Z差分=109.77Ω, 这个值是综合考虑了表面绿漆及工艺误差等因素得出的, 最后的调试结果证明了这个差分阻抗能够实现较好的信号质量。其界面如图1所示。
(3) 严格进行差分线上的阻抗连续性控制。为了达到使用差分传输线的最佳效果, 必须进行阻抗连续性控制, 否则信号就会在阻抗不连续的地方产生反射。为此, 要尽量做到两差分线“等长等距”平行走线, 信号离开器件引脚后, 要尽量靠近, 保持两差分线距离为0.2mm;尽量不使用过孔, 必须使用过孔时要保持两差分线上的过孔数目相等;尽量使用圆弧折线, 避免使用或折线, 以减少阻抗不连续发生的可能性。
3.2 信号串扰控制
串扰是指当信号在传输线上传播时, 因电磁耦合对相邻的传输线产生不期望的电压噪声干扰[5]。这种干扰是由于传输线之间的互感和互容引起的, 所以对串扰的控制也就应该从减小传输线间的互感和互容入手。在设计中, 可以从以下三个方面来减小串扰:
(1) 使用差分信号格式。在设计初期选择器件时就优先选择具有差分信号接口的器件。由于数字信号在差分线上传输时, 正负两路信号的相位相差, 即信号是以“差模”的方式传输, 而噪声是以“共模”的方式在一对差分线上耦合出现。在接收端, 正负两路信号相减就可以得到信号, 消除噪声, 所以采用差分传输线可以有效地减小串扰。
(2) 低速信号与高速信号分层布线。将电平幅度较大的低速信号 (如TTL电平信号) 远离高速差分信号, 尽可能将它们布在不同层面上, 以减小低速信号对高速信号的影响。
(3) 尽量减小地平面与传输线之间的距离, 将它控制在0.2mm, 使信号回流面积最小。
3.3 电磁干扰控制
电磁干扰 (EMI) 是电子设计过程中不可避免的一个问题。特别是在高速电路的PCB设计过程中, 如果不对EMI进行有效控制, 就很难达到设计目的。控制EMI的主要措施有三种:屏蔽、滤波和接地。它们之间的相互关联的, 接地的好坏直接影响设备对屏蔽和滤波的要求, 而屏蔽的优劣也影响着对滤波器的要求。此外, 采用差分对走线也能起到抑制EMI的效果。
(1) 滤波。一般在设计中采用去耦电容、EMI滤波器和磁性元件等器件来实现滤波。通常的做法是用电容值比较高的电容去滤除低频噪声, 用电容值比较小的电容去滤除高频噪声。在设计中, 每个电源输入处各放置一个47μF和一个100μF的钽电容, 来抑制电源低频成分。在器件的每个电源输入引脚处尽可能多地放置一些去耦电容来滤除高频部分, 容值为0.001μF和0.01μF, 电容位置尽可能靠近器件。电容之间使用多个过孔到地, 电容的过孔尽量靠近焊盘, 这样可以获得最佳的滤波效果。此外, 磁性元件用于电源滤波的效果非常好。在设计中, 在每个电源的输入端可以串连一个磁珠, 这样可以有效加强对EMI的控制。
(2) 屏蔽。通过空间传播的电磁干扰可以通过屏蔽进行有效地抑制。屏蔽不仅可以避免本系统给其他系统造成影响, 而且可以防止外界电磁辐射干扰本系统。
(3) 接地。接地方式有很多种, 其中多点接地是指电路中的接地点都直接接到离它最近的地, 以使得各个接地线的长度最小。
4 PCB叠层设计
从前面的分析可以看到, 保证信号到参考平面的低阻抗在抑制EMI中起着重要的作用, 因而在进行叠层设计时, 应该特别注重参考平面层的安排。理想的分层结构应该是接地层紧挨着信号层两边, 而且保证电源层与接地层相邻, 二者距离尽可能的小。随着信号频率的不断提高, 一般只有6层以上的PCB板才能起到良好的EMI抑制效果。
以6层板为例, 其叠层结构设计如图2所示。
在图2中, 与顶层高速信号层和底层低速信号层相邻的都是地层, 距离为0.2mm。两个电源层分别与地层近距离相邻, 距离为0.2mm。由于系统需要6个电源电压, 如果在一个电源层上分割困难, 则采用双电源层设计。
参考文献
[1]SI仿真小组.高速PCB基础理论及内存仿真技术[R].2002-10-252002-10-25.上海:ATP华腾微电子 (上海) , 2002
[2] (美) Mark I.Montrose.电磁兼容和印刷电路板理论、设计和布线[M]. (刘元安等译) .北京:人民邮电出版社, 2003:151~154
[3]江思敏.PCB和电磁兼容设计[M].北京:机械工业出版社.2006.176~183
[4] (美) V.Prasad Kodali.Engineering Electromagnetic Compatibility[M]. (陈淑凤等译) .北京:人民邮电出版社, 2006.210~218
[5] (日) 久保寺忠.高速数字电路设计与安装技巧[M]. (冯杰等译) .北京:科学出版社, 2006.161~164
印制电路板设计 篇2
这是网上别人卖成品功放TDA2030电路板的样子
电源部分电路：（变压器没画）
功放电路部分：（其实音频输出端还有个耳机插孔的，没画）
这是我用dxp根据上图画出来的电路原理图：
这是我画的部分元件的封装：
用dxp画封装的时候，要特别注意实际元器件的封装的大小，特别是引脚间距，间距不对的话到时板子刻出来可能会导致元件插不进去，孔径的大小也同样的重要的哦。
这是我的pcb排版的图，实话说,布得不好看,覆铜了。
吼吼，拿电路板雕刻机去雕刻电路就好了。
这个是我用实验室的电路板雕刻机雕刻出来的: 我觉得我覆的那些铜都是直角,看看去有点丑丑的…..实训的心得及体会: 经过本次实训，使我基本的了解了印制电路板的制作流程，记得在实训前，我们只是在计算机上学习些理论知识，例如画画电路图、做做封装，说实话，我觉得这未免有点脱离实践了，所以说，实训是很有必要的，当我们为之前的理论知识付之于实践的时候，出现了这样的那样的问题，这些实践中存在的实际的问题，我们不得不去考虑的，是不能忽视的，只有实践才会懂得其中的一些问题，理论知识和实践相结合是教学环节中相当重要的一个环节，只有这样才能提高自己的实际操作能力，并且从中培养自己的独立思考、勇于克服困难、团队协作的精神。其中出现了很多问题，例如元器件的封装问题，引脚的间距和孔径的大小等问题，我们之前没重视过认真考虑过这些问题，结果刻出来的电路板元器件就插不进去了，虽然这些都是些小问题，但就是这些小问题就会影响到制作电路板成功与否。对于我们，最具挑战的就是PCB排版的问题，需要我们的耐心和毅力，我们还需努力，这门课的知识对于我们的专业来说很重要，所以我必须进一步学好它，提升自己的专业技术水平。
印制电路板设计 篇3
【关键词】Protel DXP 2004；电路原理图；印制电路板；敷铜板
计算机技术的发展，为电子自动化设计提供了丰富的软件。Protel是Aitium公司推出的一款功能强大的电子电路CAD软件，是目前国内电子行业使用最广泛的电子电路设计软件。有多个版本，职业院校普遍使用的是Protel DXP 2004，主要用于绘制电路原理图、电路仿真、PCB板设计等。本文介绍教学实习中运用Protel DXP 2004，在实验室制作印制电路板的方法。用该方法制作出的印制电路板，可以满足于电子爱好者制作作品的需要。
1 印制电路板的设计
1.1 创建新的工程文件
运用Protel DXP 2004设计印制电路板，首先要创建一个工程文件，接着创建原理图设计文件和印制电路板设计文件，有的还要创建原理图库文件和元件封装库文件等，每一个文件都要保正确保存，以便于管理。
1.2 电路原理图的设计
根据实际电路的复杂程度设置图纸的各项参数，然后将有关的元件库加载到当前的工作库中，根据原理图的需要，从元件库找到各原理图元件并放置到图纸当中，注意元件的位置、放置方向等，并设置元件的属性，如编号、封装等；最后根据元件之间的电气连接关系，利用Protel DXP 2004的具有电气特性的导线，将原理图元件管脚连接起来。
正确的原理图是制作美观可靠印制电路板的前提和基础，所以原理图绘制完成后，应该根据原图或电路原理进行仔细的检查，确保正确无误。否则由于原理图的错误，将导致后期的印制电路板无法制作完成，或导致制作的印制电路板存在严重错误甚至报废。为了确保原理图的正确，Protel DXP 2004提供了编译功能对原理图进行编译，相当于Protel以前版本的ERC（电气规则检查）检查，利用工程编译可以对原理图中的导线连接、元件编号、总线绘制等进行电气规则检查，对违反电气规则的元件和导线等对象生产相应的报告，提示用户进行相应的修改。
1.3 印制电路板的设计
在进行印制电路板实际制作之前，必须作好各方面的准备工作。如确保原理图绘制正确，根据实际元件为各原理图元件输入合适的引脚封装。根据电器外壳尺寸或设计要求规划电路板的形状和尺寸，一般采用向导的方法自动产生电路板可以降低设计难度。根据电路板元件密度高低和布线复杂程度确定电路板的种类。测量电路中有定位要求元件的定位尺寸，如电位器、各种插孔距离电路板边框的距离，安装孔的尺寸和定位等。
在规划好电路板后，载入元件引脚封装和网络，在载入元件引脚封装和网络时可能会碰到各种错误，此时应根据各错误提示，回到原理图中进行修改，再重新载入元件引脚封装和網络，直到错误排除。然后根据布局原则进行自动布局和手工调整，使元件的位置符合产品布局要求，并方便布线。接下来是布线工作，布线一般采取自动布线和手工布线相结合的方式，在自动布线前必须设置自动布线规则，确定布线层面，导线宽度等参数，为自动布线作准备。设置好布线规则后，就可以运行自动布线命令，此时必须进行手工修改，同时根据实际需要和提高抗干扰能力与可靠性的要求，可以给电路板添加覆铜、安装孔、补泪滴等，还要修改和添加元件标注、尺寸标注、文字标注等。
在设计完成后，可以运行DRC设计规则检查，查看电路设计是否满足前面设置的布线等设计规则，如果有违反规则的对象，还必须采取措施修改。
设计好的印制电路板图，经激光打印机输出到特制的热转印纸上，供下面制版使用。
2 热转印制电路板的制作
2.1 主要器材
热转印机或者压膜机、自动腐蚀机、台钻、松香酒精饱和溶液、三氯化铁等。
2.2 制作步骤
根据印制电路板的大小裁切面积适合的敷铜板，将敷铜板先用细砂纸抛光，再用橡皮擦净，然后用洗涤灵或洗衣粉洗干净、晾干遥清洁后的敷铜板不能再与任何物质接触，甚至不能用手触摸，因为敷铜板上任何肉眼看不见的污渍和汗渍都会影响最终的转印效果。
将打印好的转印纸的图形面朝下和敷铜板的铜面对贴起来，四周用耐高温胶带粘平、粘牢，然后送入热转印机或者压膜机。由于普通激光打印机所用的墨粉是含有磁性物质的黑色塑料微粒，当打印电路图时，墨粉受激光打印机硒鼓静电的吸引，在硒鼓上形成电路图形，当静电消失后，图形就转移到了转印纸上。当转印纸和敷铜板一起通过转印机内一对高温、高压的硅胶圆柱辊缝隙时，转印纸上吸附的墨粉受热融化。由于转印纸表面异常光滑，当温度达到180益左右时，它对墨粉的吸附力急剧下降，使融化的墨粉完全吸附到敷铜板上。
敷铜板自然冷却后，小心揭掉转印纸就会看到在其表面形成了牢固的、和电脑上完全一样精美的印刷线路图。由于墨粉是由含有树脂的高分子材料组成的，因此它对三氯化铁具有良好的抗腐蚀性，所以，此线路图就是可靠的保护层。
配置好合适的三氯化铁溶液，把转印的敷铜板放入腐蚀机进行腐蚀，没有墨迹的敷铜面和环保腐蚀剂发生化学反应，被腐蚀掉了,有墨迹保护的地方敷铜板没被腐蚀，这样便得到了打印出来的带铜箔走线的印制电路板。
最后选用孔径合适的钻头对电路板打孔，打完孔后用砂纸打磨电路板,把墨迹磨干净,并用清水冲洗，再涂上松香酒精饱和溶液即可。
2.3 注意事项
2.3.1 打印时应设置成镜像打印，这样得到的印刷板和电脑设计的线路图才会完全一致。
2.3.2 由于墨粉高温时很不牢固，稍有外力就会脱落，因此转印过程中，电路板应轻拿轻放；冷却时不要用风吹促其降温，而要自然冷却至室温，不可过早揭开转印纸，以避免墨粉意外脱落。
2.3.3 转印后，印板若有缺陷，可用油性记号笔进行修补。
2.3.4 腐蚀后的板子应先用清水冲洗，除去残余的三氯化铁，然后再去黑色保护层，以免残存的三氯化铁腐蚀需要保留的印刷线条。
2.3.5 为保证打孔质量，打孔时最好使用功率较大的台钻，不要使用功率较小的手电钻。
3 结语
本文介绍的热转印方法制作印制电路板，简单实用，初学者很容易能熟练掌握，因为其印刷板精度高、速度快、成本低，特别适用于学校、研究所、业余爱好者进行小批量的印制板的制作。利用它不仅解决了制作人员的设计不能物化为产品的问题，而且为寻找差距、进一步优化设计提供了可能。
参考文献:
[1]王国玉,李中显.电子产品设计与制作[M].科学出版社,2010
[2]任富民.电子CAD- Protel DXP电路设计[M].电子工业出版社,2011
作者简介：
张尧锋（1970～），男，安阳市电子信息学校讲师，主要从事电子技术和CAD教学研究。
印制电路板的地线设计 篇4
一、模拟电路的地线设计——单点接地
1. 理论计算
例如:印制板上宽度为1.5mm, 长50mm的地线铜箔, 若铜箔厚度为0.05mm, 则可根据公式R=ρL/S, 该段导线电阻为0.013Ω, 若流过这段地线电流为2A, 则这段地线两端电位差为26mV, 在微弱信号电路中, 这26mV足以干扰信号正常工作。
可见, 对印制板设计者来说, 地线只要有一定长度, 就不是一个处处为零的等电位点。地线不仅是必不可少的电路公共通道, 又是产生干扰的一个渠道。如同修筑一条道路带来交通便利的同时也带来污染一样。
2. 应用举例
在一个由传感器、运算放大器、功率放放大器、伺服电机及直流稳压电源等组成的工控系统中, 对每一级来说都有接地问题, 这里所说的“地”并非大地, 可以理解为等电位点, 即电路或系统的基准零电位点。在由若干级运放串接组成的低频或直流放大器中, 每一级都有自己的基准地电位。其输入、输出信号的大小和极性也都是相对这个基准地电位而言的。因此, 当放大器前后级之间以及放大器与传感器相连时, 它们的基准地都应该连在一起, 即应是等电位的。而这些放大器与传感器又都由各自的直流电源供电, 所以这些电源的地也应与放大器的地连接在一起。在大多数工控系统中, 来自传感器的信号经电压放大、功率放大后去控制执行机构, 在有些情况下伺服电机控制绕组的一端也需要接地。这样, 当另一端来的是正信号时, 控制电流经电枢流入地使电机正转;负信号时则电机反转。所以电机控制绕组的一端也应与放大器有一个公用的等电位基准地。
在单电源供电时, 由于各级电路中的所有电流最终都要流回到电源负端, 通常我们也是把它作为“地”电位的基准。在图2中每级放大器都采用一点接地、各级放大器之间通过地线接到电源负端, 由于各级放大器的工作点电流和信号电流幅度是逐级增大的。因而流过最后一段地线的电流包括前三极的信号电流, 其中第三级信号电流已经包括自己在内的前三级放大, 因而电流最大, 在此段地线上的电压降U3也最大;根据同样的道理U1最小。
3. 基本原则——一点接地
如果能将电路中所有的接地点全部接在一个点上, 即“一点接地”, 也就不存在地线阻抗 (此时地线阻抗极低) , 那么地线干扰也就不存在了。但是实际应用中, 真正的一点接地是很难做到的, 所以我们只能尽量的减小地线阻抗。我们可以在实际布线时, 尽量缩短地线的长度并且使其具有足够的宽度, 或者可以进行镀银处理 (汇流条设计) , 通过这样的设计, 我们可以将地线干扰尽量降低。
通过上面的应用我们还可以发现, 同样的一点接地, 如果适当改变其接地点的位置, 还能够进一步的减小线路干扰, 提高工作精度和稳定性。
当然如果电路是一个多单元、多板电路, 需要连接的元器件, 单元电路较多时, 应将这些接地元器件尽可能就近接到公共地线的一段或一个区域, 也可以接到一个分支地线上。
二、高频电路的地线设计——就近多点接地
1. 理论计算
在高频电路中 (几十兆以上频率) 导线不公有电阻, 还有电感, 以平均自感量为0.8uH/m计算, 50mm长的地线上自感为0.04uH, 若电路工作频率为60MHz, 则感抗为16Ω, 在这段地线上流过10mA电流时即可产生0.16V的干扰电压。这足以将有用信号淹没。
2. 解决措施
通过计算我们可以发现, 在高频电路中, 频率越高, 地线阻抗越大。为了尽量降低地线阻抗, 我们可以采用就近多点接地的方法, 且地线设计成大面积接地。这种布线方式元器件一般都采用不规则排列并按信号流向依次布设, 以求最短的传输线和最大面积接地, 注意在高频电路中是不能采用分地线设计的。
在上述是模拟电路和高频电路地线设计我们都可以认为这是运用了一点接地的基本原则, 所不同的是模拟电路大多采用单点接地, 而高频电路采用的是就近多点接地。而这个地就是一点接地的“点”, 所以, 一点接地中的“点”并非是几何意义上的点, 在印制电路板地线设计当中, 也无法真正做到几何意义上的一点, 这里所说的点是忽略电阻的几何导线图形, 它可以是汇流排, 粗导线、或大面积接地等。
三、混合接地
混合接地和单点接地、就近多点接地的地线设计大不一样。混合接地是在地线系统内使用电感、电容连接, 利用电感、电容器件在不同频率下有不同阻抗的特性, 使地线系统在不同的频率具有不同的接地结构这样接地设计在普通的电路设计当中应用并不太多。
当然, 在电路设计过程中, 印制板电路不可能是单纯的线性电路, 有可能既有线性电路, 又有高速数字电路等等, 这样的地线设计需要注意:不同类型电路根据信号特性将地线进行分组, 将相互不会产生干扰的电路放在一组采用串联单点接地, 不同组的采用并联单点接地, 结合分地线的原理进行地线设计, 这样即能解决公共阻抗耦合的问题, 又能避免地线过多。如图1。
印制电路板设计 篇5
ＣＰＣＡ副秘书长
摘要
文章叙述印制电路板制造业清洁生产标准的作用及对标准中有关指标要求和考核方法的理解。
关键词
清洁生产标准；印制板制造业；理解
中图分类号：ＴＮ４１，Ｘ６５
文献标识码：Ａ
文章编号：１００９－００９６（２００９）３－００４５－０５
Come to Understand Cleaner Production Standard-------PCB Manufacturing GONG Yong-Lin Abstract The paper writing that the function of cleaner production standard for PCB,and understand to targetand check method for the standard.Key words cleaner production standard;PCB manufacturing;understanding 本行业期待的《清洁生产标准 印制电路板制造
业》（ＨＪ４５０－２００８）标准，由政府环境保护部在 ２００８年１１月正式发布，定于２００９年２月１日起实施。标准的贯彻实施首先需要学习与理解，在此谈一些
本人的理解与看法。１
认识清洁生产的重要意义 １．１
清洁生产的定义
ＨＪ４５０－２００８标准中定义：清洁生产是指不断采 取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进的 工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从 源头削减污染，提高资源利用效率，减少或者避免 生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排 放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。（引自《清洁生产促进法》）
由定义可见，清洁生产是一个系统工程，一方面它提倡通过工艺改造、设备更新、废弃物回收利用等途径，实现“节能、降耗、减污、增效”，从而降低生产成本，提高企业的综合效益，另一方面它强调提高企业的管理水平，提高所有员工在经济观念、环境意识、参与管理意识、技术水平、职业道德等方面的素质。１．２
清洁生产的意义（１）开展清洁生产是减轻末端治理的负担，控制环境污染的有效手段。末端治理的手段，为保护环境起到了重要的作用。然而末端治理模式有种种弊端：治理设施投资大、运行费用高；存在污染物转移等问题，不能彻底解决环境污染；未涉及资源的有效利用，资源浪费大。清洁生产通过全过程控制，减少甚至消除污染物的产生和排放，大大减轻了企业的负担。质量与标准Ｑｕａｌｉｔｙ ＆ Ｓｔａｎｄａｒｄ
Printed Circuit Information 印制电路信息２００９ Ｎｏ．３………
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国内同行业清洁生产先进水平；三级要求：基本达
到国内同行业清洁生产水平。同时所有企业的污染物通过治理措施后必须达到相关排放标准。
ＨＪ４５０－２００８标准中，三个等级指标要求设定考虑 了国内外的现有技术水准和管理水平，广泛征求行业 内企业意见而定。指标数值确定是相对而言的，一 级指标数值并不是国际上印制电路板企业最低值，而 是国际先进的平均估计值，国内已有少数企业达到此 水平了。二级指标数值是国内印制电路板企业先进的平均估计值，只要有一定的清洁生产措施是可以达到 的。三级指标数值是针对现状中生产技术水平偏低的 企业，经改进提高的是能达到的。
目前大批量生产印制板的企业规模和技术水平
已经与国外先进水平相当，因此许多一级与二级的 指标要求是相同的。
在标准制定过程中得到约５０家ＰＣＢ企业数据，包括了单面、双面、多层、ＨＤＩ和挠性各类印制 电路板产品，包括了年销售额数十亿元、亿元和千 万元的大、中、小规模不同企业，包括了外资与 港台、国有股份制、民营等不同所有制及不同技术 水平的企业。所采集数据是具有代表性，确定的三
级指标是三个水平的反映。３．３
清洁生产的五类指标行业清洁生产标准要求应从生产工艺与装备、资源能源利用、产品、废物回收处理、污染物和环境管理等六个方面来考虑。对印制板制造行业其产品（印制板）是由客户设计，许多指标并非能由制造方控制，因此未列入ＨＪ４５０－２００８标准中。（１）生产工艺与装备要求的确定。印制板制造工艺目前主要是以覆铜板为主要材料，采取化学蚀刻法（减去法）技术，清洁生产标准要求依此为基础。其它新的工艺方法，如半加成法和加成法工艺，应该比减去法更清洁、环保，是清洁生产的发展方向。印制板制造行业生产工艺基本相同的，但各企业的生产设备差异很大。多数大型企业装备较先进，自动化程度高，过程封闭性强和环境清洁度高，属于国际或国内先进水平。而中小型企业基本以半自动或手工作业设备为主，可能清洁生产条件差些。印制板制造过程按工艺大类分机械加工、线路与阻焊图形形成、板面清洗、蚀刻、电镀与化学镀，针对各工序特点分别提出要求。这类指标只能定性要求，希望向先进的工艺技术和装备转变。（２）资源能源利用指标的确定。印制板生产资源能源利用指标主要突出水、电和覆铜板三项。其它辅助类化学品材料不再另列。有关资源能源利用的单耗指标，是以生产每平方米（ｍ２）产品为单位计，而不以万元产值计。印制板的价格是随市场需求与经营成本变动而经常变化的，而印制板行业习惯
上以平方米统计产量，每平方米产量与消耗水、电及原材料量有着相应关系，便于统计及监测。由于印制板种类不同，生产过程有差异，因此对单面、双面、多层、ＨＤＩ和挠性各类印制电路板的要求指标作了区别。另外生产批量大小也会影响资源单耗，给予系数补偿。耗用水、电量指标数据包括印制板的直接生产用水、电与间接生产用水、电，但不包括生活（食堂、宿舍）和工厂建设（改造、扩建时）等部分。覆铜板附有金属铜，是印制板的主要原材料，因此要规定覆铜板消耗指标。本标准所确定覆铜板消耗指标是以投入产出比来统计。覆铜板消耗包括了工艺损耗（产品外围之工艺区、开料产生之边角料）和废品损耗（报废品）。
（３）污染物产生指标的确定。
污染物产生指标是直接与清洁生产、环境保护 的成效有关。印制板生产过程有废水、废气、噪 声和废固体物产生，本标准重点抓废水中铜和ＣＯＤ 指标。有关废水中铜和ＣＯＤ数据确定来源于行业调 查及《第一次全国污染源普查 电子行业产排污系数 手册》中印制板制造行业产排污系数。①废水产生量。所列废水产生量指在废水处理 后的排放量，其基础是新鲜水的用量。虽然生产 过程中有重复用水，但不损耗总水量。从水平衡 来看，废水产生量（排放量）相当于新鲜水的用 量，只有蒸发，或者清洗场地等其它使用引起水 量减少。
②废水末端处理前污染物产生量。废水末端处 理前指标，是反映污染物的源头情况。印制板废水 是生产过程清洗水，包括含金属废水、含有机物废 水。废水污染物控制指标重点是铜、ＣＯＤ含量。铜和ＣＯＤ污染物控制指标在末端处理前很难确 定。如产生含铜废水的工序有板面清洗、蚀刻、化 学镀铜、电镀铜等多处，并且各处的废水中含铜量
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（废板、废溶液、粉尘、泥渣）中铜含有量，再与实际回收的铜量作比较。铜回收可以是本企业自行进行，或交专业回收单位处理，回收的铜量都计算在内。
（２）定性指标是原则的基本要求，考核需要ＰＣＢ行业技术专门人员在现场察看，并需查看相关管理文件与记录。４．３
标准考核分析ＨＪ４５０－２０
０８标准制定过程中，对数十家印制板生产企业数据分析，一些企业的某些指标能达到一级，而有些指标只有二级水平；同样，有些企业的某些指标能达到二级，而有些指标只有三级水平。标准要求企业的各项指标都达到一级时才称得上一级清洁生产企业，或全部指标在二级水平以上时才称得上二级清洁生产企业。因此清洁生产要求企业全面、全过程地开展，不能“顾此及彼”。标准正式实施前现状估计，全行业约仅５０％的印制板制造企业是可以达到本标准的三级及以上清洁生产要求。有很大一部分企业要达到本标准的清洁生产要求，是需要采取改进、提高措施的。５
清洁生产标准实施与其它规范关系（１）清洁生产标准实施主管部门。《清洁生产促进法》规定：国务院经贸主管部门负责组织、协调清洁生产促进工作。国务院环保和质监等主管部门，负责有关的清洁生产促进工作。ＨＪ４５０－２００８标准规定：清洁生产标准由各级人民政府环境保护行政主管部门负责监督实施。清洁生产的政府主管负责是经贸部门，清洁生产标准是政府环保部门监督实施，实施的主体是印制板制造企业。行业协会（ＣＰＣＡ）应该宣传、推动清洁生产标准的实施，既可以组织专家帮助、指导企业开展清洁生产；又可以协助政府环保部门监督、审核企业清洁生产标准执行。（２）清洁生产审核是实施清洁生产标准的有效途径。《清洁生产促进法》规定：企业应当对生产过程中的资源消耗以及废物的产生情况进行监测，并根据需要对生产实施清洁生产审核。使用有毒、有害原料进行生产或者排放有毒、有害物质的企业，应当定期实施清洁生产审核，并将审核结果报告所在地政府环保部门和经济贸易部门。ＨＪ４５０－２００８标准是对印制板制造企业清洁生产审核的依据之一，本标准的实施也需要与清洁生产审核相结合。而开展清洁生产审核若仅有行业清洁生产标准是不够的，需要进行清洁生产审核的指南或规范，细化本标准中指标的考核方法，使本标准切实执行。ＣＰＣＡ已经向政府主管部门申请制定“印制电路工业清洁生产评价指标体系”和“印制电路工业清洁生产审核指南”等标准，这时印制板制造企业清洁生产审核才完全规范化。
现在有印制板制造企业已通过或正在进行清洁生产审核，它们的清洁生产依据（衡量标准）是工业生产的基本要求或套用电镀行业要求，缺乏印制板制造业特
点。而清洁生产审核所请“清洁生产审核中心”的专家不懂、不了解印制板制造过程，照样签名认可。
（３）行业清洁生产标准与污染物排放标准。最近政府主管部门正在制定ＧＢ《电子行业污染排放标准——电子元件》（含印制板）标准，这将不再执行原有的ＧＢ８９７８－１９９６《污水综合排放标准》。该标准是规定废水、废气处理后排出的允许指标，ＨＪ４５０－２００８行业清洁生产标准所规定的污染物产生量是末端处理前的指标，切莫把两者混淆。
（４）清洁生产与ＩＳＯ１４０００环境管理体系的关系。清洁生产是一种创造性的、高层次的，包含性极大的环境战略措施。采取一系列技术改进措施与管理强化措施，全方位改善企业的环境面貌，也给企业带来直接的经济效益。
ＩＳＯ１４０００环境管理体系是企业向外界表明自己的承诺和良好的环境形象，减少环境污染，选择的一个管理性措施。
从技术内涵看企业清洁生产比较广泛，从无毒原料替代，工艺与设备改进，企业管理与员工素质等方面进行全程核查，提出经济可行的方案，以不断实行节能、降耗、减污、提质、增效为目标的持续清洁生产。而ＩＳＯ１４０００环境管理体系的技术内涵一般表现在环境因素的管理方面，其核心就是建立符合国际标准的环境管理体系。
通过ＩＳＯ１４０００认证的企业也不能认为符合清洁生产标准了，实施清洁生产标准需要贯彻ＩＳＯ１４０００标准，两者可以相互依托并轨实施，但不能替代。
多层印制电路板热设计方法研究 篇6
多层PCB(PCB)在电子插件和设备中使用广泛, 其作为最常用的器件集成平台,成功地把电路基板、电路元件等有机链接在一起[1]。目前各类电子装备正积极朝向多功能、重量轻及体积小方向发展,其中所常用的集成电路元件愈发密集,加之PCB上的SMT技术近年来进展迅猛,从而使得设备单元空间热流密度显著攀升。另外值得注意的是工程设计中射频集成电路元件的批量选用,电频率点上浮,也是造成热流密度增大的重要因素[2]。假设上述存在的严峻热况处理不当,肯定会导致电路中的各种半导体元件和热灵敏件性能下降,具体表现有元件焊点脆化、工作状态漂零及信号指标失真等,最终影响到整个电路模块的有效性[3]。相关统计数据表明55%的电子产品失效与过高的热环境应力有关,在航空航天产品中热控设计不可忽视,对于这些特种环境中的各类电路如果热设计方法不恰当很可能引发整个系统工程的崩溃,所以对电子装备研制中板基印制电路的热设计必须给予重视[4]。本文研究的多层PCB热设计的目的是采取有效的方法降低电路元件温度,以及调控印制板本体热况,使整个电子设备基于合适温度正常工作。以下主要探讨多层PCB热设计及其实现方法。
1 热设计方法
电子设备处于低温环境中需要通过制热来保证其正常工作,常用设计手段有电加热器制热、热电制热及热管传热等,保温制热技术在工程设计中较易于实现,亦相对成熟,在本文中不作重点论述。但处于热环境中的电子设备散热问题就显得较为困难,其PCB的热设计技术也相对复杂,下面对此加以详细阐述。
1.1 多层印制电路板热源机制
PCB中热量的生成机制较为复杂,大致讲主要来源有:1)电路半导体元件的功率损耗,当量电路输入功率通过性能实现转化成电指标输出,其余功率敷在底层裸芯片及基体渐进损耗,从而激化生热。此热源点是多层PCB上的主要热源,其器件发热量决定于输入功率和工作占空比,所以在电路板设计过程中应首选功耗较小的器件,从系统性能上顶层设计来降低发热功耗,从而达到调控其结壳温度的目的。另外还应考虑元器件工作带的设置,一般而言需满足其额定工作温度区域,位于此区域内运行状态稳定,有利于发挥最佳性能,延长工作寿命。其次大部分功放元件由于自身热耗相对较大,为了免于长时间满负荷高频点运行,必须在设计初期严格实行降额设计原则,从底层热源机理上合理考虑设计裕度。2)PCB本身基板发热,PCB基本成型材料为绝缘介质和铜导体,一般认为绝缘介质用于托载电路图形,不存在发热,而铜导体覆蚀线路自身电阻因电流交变功率损耗而制热,不过在实际设计中电流只限于mA、μA级时不予考虑,而大电流通断时则不能忽视。
1.2 印制板结构热设计
对于PCB来说,其散热途径无外乎导热、对流、辐射,为了满足其热性能指标,目前主要采取的散热措施有:1)自然冷却,如冷板导热、自然对流、辐射换热等;2)强迫冷却,如液体冷却、风机散热等;3)相变冷却,如热管传热、喷雾冷却等。对多层PCB自身结构的热设计,可以从以下几个方面进行考虑。
(1)选材。现今大量采用的环氧玻璃布类板材虽电气性能好导热性能差,需尽可能使用导热性能好的板材,如陶瓷基材、T-Lam基材、复合基材等。
(2)提高铜箔剩余率。为达到PCB良好的散热效果,应尽量使每一层基板减薄,铜箔层增多加厚, 从而提高铜箔剩余率,增大板等效导热系数。
(3)增加导热金属化通孔。这种孔相当于一个细铜导管沿板厚度方向从其表面穿透,使印制板正面的热量向背面迅速传导至其它散热层。
(4)采用金属夹芯式印制板。即指在多层覆铜板某面附上金属板而压制成型,由于其芯材可以为铝、铜、铁等,因此印制板上的器件热量能通过金属夹芯高效率地传递到外部散热体。
1.3 印制板布局热设计
印制板上的元器件布置空间设计是印制板全局温度调控的关键步骤,单纯从散热路径来讲所起用的效应不容忽视,特别针对于电子机柜类的垂直插拔印制板插件来说作用较为显著,主要需注意如下几个方面。
(1)电路元件装配方向和位置要遵循热流动特性。具体来讲采用自然对流冷却时按照元件长宽形状选取纵向长排布置为宜,强迫风冷时应选择横向长排布置为优,特别工况时能通过添加扰流装置加强空气对流。
(2)大量元器件中承热能力各有不同,应根据其热耗和承热能力各异布局,一般来说不宜把不承热的元件放在热流出口处。
(3)多层元件尽量水平交错布局。高密度电路模块应以放置于通风道上游为宜,低密度电路模块布置在通风道下游,从而保证电路板上温差一致性。
(4)功放类器件应着重考虑周边分散布置, 垂直插拔向上应尽量贴近印制板上方,避免干扰其它元件的热况,水平插拔向上应尽量贴近印制板边缘,减短散热途径。
(5)设备各PCB间距应尽量相等,电路元件阵列需以均匀一致为优,免于某个区域存留空间较大, 不利于空气充分稳流。
(6)对热敏感的部件、元器件应远离热源或将其隔离,印制板热终端输出尽可能地利用金属机箱或底盘。
1.4 印制板安装热设计
为使PCB达到良好的散热性能,除了上述印制板结构和布局设计外,还应特别关注PCB上元器件的热安装技术。具体到工程设计中,需要注意下面几个方面。
(1)引线安装孔应采用金属化镀覆孔,以降低引线至印制板的热阻。
(2)采用汇流排技术能快速提升印制板热安装的散热性能,加强汇流排设计如同针对印制基板增加了性能优良的散热沉,并改善了其板基抗干扰效能。
(3)对于表面贴装的元器件,采用成熟的SMT技术能保证其热安装性能,但其余需要的螺接器件最好骑跨安装在导热器件上,这样能有效减小电路元件和基板间的热阻尼。
安装界面要视要求保证较小的粗糙度,按条件紧压以减小接触热阻,另外还可在界面上采用导热脂和导热垫以及适当的表面处理达到减小热阻的目的。
2 热设计实例
选用某产品波控单机CPU功能电路板插件的地面鉴定试验作为此次多层PCB的热设计实例。具体内容如下:
CPU功能电路板插件是波控单机中的主要部件, 其具有元器件集成度高、装配尺寸紧密的特点。插件主要发热器件为8位微控制器、RAM及PROM,均表贴或插装焊在PCB上,其中8位微控制器热耗约为0.43W,RAM约为0.25 W,PROM约为0.37 W。
波控单机壳体尺寸:205×103×198mm,材料为铝材2A12,导热率为117.2W/m.K,热容量为3944.8J/K,表面发射率大于0.85;电路基板尺寸为119×184×2.36mm,覆铜率为5.5%;单机安装底板尺寸为20394mm2,平面度为0.1/100×100,粗糙度3.2μm。单机基本工况为:1)环境温度为40℃;2) 大气压力为1atm;3)自然对流;4)无太阳辐射;5) 底板恒温取自环境温度。
采用电子设备热分析软件FLoTHERM对波控单机CPU功能电路板插件进行仿真建模及分析,设定环境计算区域均为单机的1.5倍,利用FLoTHERM自带的网格划分工具“System Grid”,进行模型的“Fine”自动化网格划分,对于单机内部空间进行“GridConstraints”局部网格细化,重点加密插件单元器件和电路板表层面,从而提高计算精度。设置初始温度和速度均为0,舱体内部视完全密封,各接触边界完整, 热流走向分平面向和法向传导。基本模型如图1所示。
波控单机中的CPU功能电路板插件的初始态热分布如图2所示,由图可知CPU功能电路板上的热点过于集中,最高温度可达到103℃。根据单机内部气流特性对CPU功能电路板上的元器件重新进行热设计布局,让器件布局遵循"周边、分散"的原则,其仿真结果如图3所示,图中电路板上元器件的最大温升为51.5℃,比初始态下降了12.5℃。再从电路板自身特性覆铜率考虑,增加铜箔量至9.5%,其仿真结果如图4所示,此时最高温度已下降至84.6℃。为了使电路板均温性进一步提升,在电路板上下两侧增加铝基汇流排,结果显示平均温升继续下降了4.7℃ (图5)。通过上述一系列热设计措施,波控单机CPU功能电路板插件上的元器件最大温升从63℃降至了39.9℃,从而使其严峻的热工况得到了有效控制。
3 结束语
浅谈印制电路板的设计制作技巧 篇7
1.1 印制电路板简介
印制电路板可实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘, 提供所要求的电气特性, 为自动焊接提供阻焊图形, 为元件插装、检查、维修提供识别字符和图形。
1.2 设计印制电路板的大体步骤
在设计电路板时, 首先应对电子制作中的所有元件的引脚尺寸、结构封状形式标注详细真实的具体数字, 应注意的是有时同一型号的元件会因生产厂家不同在数值及引脚排列上有所差异;其次, 根据所设计的电原理图, 模拟出元件总体方框图;最后, 根据方框图及电性要求, 画出电路板草图。在画各元件的详细引脚及其在电路板上的位置时, 应注意处理好元器件体积大小及相互之间的距离、周边元件距边缘的尺寸, 输入、输出、接地及电源线, 高频电路、易辐射、易干扰的信号线等。
2. 印制电路板设计遵循的原则
2.1 元件布局
首先, 要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时, 印制线条长, 阻抗增加, 抗噪声能力下降, 成本也增加;过小, 则散热不好, 且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后, 了解各个元件的属性信息, 包括电气性能、外形尺寸、引脚距离等, 再确定元件的位置。最后, 根据电路的功能单元, 对电路的全部元器件进行布局, 需要注意以下几个方面:
1) 元件排列一般按信号流向, 从输入级开始, 到输出级终止。每个单元电路相对集中, 并以核心器件为中心, 围绕它进行布局。尽可能缩短高频元器件之间的连线, 减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。对于可调元件布置时, 要考虑到调节方便。易受干扰的元器件不能相互挨得太近, 输入和输出元件应尽量远离。
2) 对称式的电路, 如推挽功放、差分放大器、桥式电路等, 应注意元件的对称性。尽可能使分布参数一致, 有铁芯的电感线圈, 应尽量相互垂直放置, 且远离, 以减小相互间的耦合。
3) 对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节, 应放在印制板上方便于调节的地方;若是机外调节, 其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。
4) 元件排列均匀、整齐、紧凑, 密度一致, 尽量做到横平竖直, 不能将元器件斜排或交叉重排。单元电路之间的引线应尽可能短, 引出线数目尽可能少。
5) 位于电路板边缘的元器件, 离电路板边缘一般不小于2mm。各元件外壳之间的距离, 应根据它们之间的电压来确定, 不应小于0.5 mm。
2.2 布线
元件布局确定后, 就可开始实施布线, 印制电路板布线时应注意以下几点:
1) 布线要短, 尤其是晶体管的基极、高频引线、高低电位差比较大而又相邻的引线, 要尽可能的短, 间距要尽量大, 拐弯要圆, 输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。
2) 一般公共地线布置在边缘部位, 便于将印制电路板排在机壳上。
3) 印制电路板同一层上不应连接的印制导线不能交叉。印制摄导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。导线宽度为1.5mm可满足要求。对于集成电路, 尤其是数字电路, 通常选0.02~0.3mm导线宽度。
4) 印制导线拐弯处一般取圆弧形, 而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外, 尽量避免使用大面积铜箔, 否则, 长时间受热时, 易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时, 最好用栅格状。这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。
2.3 焊盘
焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于 (d+1.2) mm, 其中d为引线孔径。对高密度的数字电路, 焊盘最小直径可取 (d+1.0) mm。
3. 印制电路板的装配
3.1 元器件引线成型
为使元件在印制电路板上排列整齐、美观, 避免虚焊, 将元器件引线成型也是非常重要的一步。一般用尖嘴钳或镊子成型。元器件引线成型有多种, 基本成型方法、打弯式成型方法, 垂直插装成型方法、集成电路成型方法等。
3.2 元器件引线及导线端头焊前处理
为保证焊接质量, 元件在焊接前, 必须去掉引线上的杂质, 并作浸锡处理。带绝缘层的导线按所需长度截断导线, 按导线的连接方式决定剥头长度并剥头, 多股导线捻头处理并上锡, 这样可保证引线介接入电路后装接可导电良好且能承受一定拉力而不致产生断头。
3.3 元器件的插装方法
电阻器、电容器、半导体器件等轴向对称元件常用卧式和立时两种方法, 采用哪种插装方法与电路板的设计有关, 看具体的要求。元件插装到电路板上后, 其引线穿过焊盘后应保留一定的长度, 一般1-2mm左右, 直插式的, 引脚穿过焊盘后不弯曲, 拆焊方便, 半打弯式将引脚弯成45度, 具有一定的机械强度, 全打弯式, 引脚弯成90度左右, 具有很高的机械强度, 要注意焊盘中引线弯曲的方向。
3.4 元器件的焊接
在焊接电路时, 将印制电路板按单元电路区分, 一般从信号输入端开始, 依次焊接, 先焊小元件, 后焊大元件。焊接电阻时, 使电阻器的高低一致, 电容要注意“+”, “-”极性不能接错, 二极管的阴阳极性不能接错, 三极管在焊接时焊接的时间尽可能短, 用镊子夹住引线脚, 以利散热。集成电路线焊接对角的两只引脚, 然后再从左到右自上而下逐个焊接, 焊接时, 烙铁头一次粘锡量以能焊2-3只引脚为宜, 烙铁头先接触印制电路板上的铜箔, 待焊锡进入集成电路引脚底部时, 烙铁头再接触引脚, 接触时不宜超过3S, 且要使焊锡均匀包住引脚, 焊后要检查是否漏焊、碰焊、虚焊, 并清理焊点处焊料。
3.5 焊接质量检验
1) 目测检查
从外观上检查焊接质量是否合格, 是否漏焊, 焊点周围是否残留焊剂, 有无连焊、桥焊, 焊盘有无裂纹, 焊点是否光滑, 有无拉尖现象等。
2) 手触检查
用手触摸元器件, 有无松动、焊接不牢的现象, 用镊子夹住元器件引线轻轻拉动, 有无松动现象, 焊点在摇动时, 上面的焊锡是否有脱落现象。
4. 结束语
电子产品与我们的生产生活息息相关, 我们在进行印制电路板的设计与制作时, 上述的设计制作技巧, 可使电路原理图的设计进一步规范化, 质量检测对产品的性能、可靠性、安全性有更一步的保障。
参考文献
[1]田夏军.PROTEL99SE仿真在电路设计中的应用[J].河北工业科技, 2004, (6) .
[2]赵伟军.Protel99se教程[M].北京:人民邮电出版社, 2004.
印制电路板设计 篇8
关键词：Protel99SE,设计电路原理图,PCB,单片机
0 引言
Protel99SE是一套完整印制电路板设计系统, 它为用户提供了一个从设计到管理的一体化集成环境, 所配置的原理图设计工具SCH99SE、PCB设计工具PCB99SE和自动布线器Route99SE极大地方便了用户进行印制电路板的设计。
1 电路板设计流程
用户使用Protel99SE软件设计一块电路板的流程是: (1) 新建数据库文件 (*.ddb) ; (2) 新建原理图文件 (*.Sch) ; (3) 放置元器件并布局; (4) 原理图布线; (5) ERC和生成网络表; (6) 新建PCB文件 (*.PCB) ; (7) 设置工作环境; (8) 装入网络表及元件封装; (9) 布局元件; (10) PCB布线。
2 设计电路原理图
2.1 创建一个设计数据库文件
选择File/New菜单, 建立一个空设计数据库并为该数据库文件命名和选择存储位置。
2.2 设计电路原理图
2.2.1 新建电路原理图文件
选择File/New…菜单, 在弹出的对话框中选择Schematic Document选项, 在刚刚创建的数据库中新建一个电路原理图文件。
2.2.2 加载元器件库、放置元器件并布局
Protel99SE把元器件放在库文件中, 要使用这些元件就要先加载元器件所在库文件, 然后找到所需元件并把它放置在原理图中, 并依据元器件之间的布线要求和电路的总体要求布局各元器件。实际使用中最常见的情况是用户所用的元器件在内置元器件库中找不到, 这时就需要用户使用Protel提供的库元器件设计工具自行设计。
2.2.3 原理图布线
将已放置好的元器件的各管脚用电气导线、网络标号、I/O端口标号等连接起来, 使各电路模块之间建立满足设计要求的电气连接关系。Protel99SE提供直接连线、网络连线和I/O端口标号连线3种方式。简单的电路模块宜采用直接连线方式, 连线一次画完。而对于复杂的电路模块多采用网络连线和I/O端口标号连线方式 (两种连线方式其实都是用英文字母标识电气上连接在一起的各导线) , 其网络标号最好放在管脚端点引出的端线上。值得指出的是网络连线和I/O端口标号连线方式是Protel99SE设计原理图时比较有特色的地方, 通过使用这两种连线方式可以实现诸如总线连接、较复杂电路中远距离电气端口的连接。
2.2.4 ERC和生成网络表
在调整电路模块的布局和连线都完成以后, 可以使用Protel提供的智能化电气规则检查 (ERC) 功能对该电路系统进行电气规则检查, 主要包括两方面的内容: (1) 检查原理图的电气规则冲突, 如一个元器件的输出引脚与另一个元器件的输出引脚连在一起; (2) 检查未连接或重复使用的网络标号。选择Tools/ERC…菜单, 进行相关设置后, Protel99SE开始对原理图进行电气规则检查, 检查结束后用户可根据输出的警告和错误信息, 对电路系统做进一步调整和修改, 直到电路系统正确。
网络表 (netlist) 是电路原理图文件 (*.Sch) 与印制电路板文件 (*.PCB) 之间交换信息的接口, 执行Design/Create Netlist…菜单产生该电路系统的网络表 (netlist) 。
3 生成印制电路板
3.1 新建PCB文件 (*.PCB)
在同一个设计数据库文件中, 新建一个PCB文件。选择File/New…菜单, 在弹出的对话框中选择PCB Document选项, 在刚刚创建的数据库中新建一个PCB文件。
3.2 设置工作环境
在绘制PCB图前, 用户对电路板应有一个初步的规划, 主要包括3个方面的设置, 分别是工作层面的设置、环境参数的设置和电路板的规划设置。其中最重要的是电路板的规划设置, 包括采用几层电路板、电路板的结构、尺寸、各元件的封装形式及其安装位置、接口形式、元件的布置参数、板层参数和布线参数等。
3.3 装入网络表及元件封装
网络表 (netlist) 是PCB进行自动布线的灵魂, 只有装入网络表之后, 才能完成电路板自动布线。选择Design/Load Nets…菜单, 在弹出的对话框中选择刚刚生成的网络表文件。
元件封装是指实际的电子元器件或者集成电路的外观尺寸。用户必须在装载网络表之前为元器件分配相应的封装形式, 否则Protel软件将会给出警告信息, 报告用户装载网络表失败。Protel提供了众多的元器件封装形式 (也放在一个库文件中) 供用户使用, 用户也可以自行设计元器件封装形式。
3.4 布局元件
布局元件由Protel自动完成, 规划电路板并装入网络表后, Protel自动装入元件, 并将元件布置在电路板边框内。Prote也允许用户手工布局, 对于设计者来说, 一般的布局原则是先自动布局, 然后再进行手工布局, 对PCB中不合理的布局进行相应的调整。一般来说, 系统对元件的自动布局是以寻找最短布线路径为目标的, 因此元件的自动布局往往不是很理想, 这时候就需要设计者采用手工布局来进行调整。
3.5 PCB布线
Protel提供两种布线方式:自动布线和手工布线。Protel采用先进的无网格和基于形状的对角线自动布线技术, 使用Auto Route/All菜单, 进行布线参数和布线规则设置后, Protel就开始为用户的电路板自动布线。手工布线是指设计者按照PCB中预拉线的引导手工在PCB上进行布线操作。对于对于设计者来说, 一般的布线原则是先自动布线, 然后再进行手工布线。一般来说, PCB自动布线后会存在一些不合理的地方, 例如布线拐弯过多、布线重复连接以及布线直接穿过元件引脚等。另外, 某些情况下设计者需要放置一些焊盘、过孔、尺寸标注和字符串等, 以满足实际设计的需要。对于以上情况, 需要设计者采用手工布线的方法来完成。
4 Protel99SE设计单片机系统印制电路板应注意的若干问题
单片机系统的印制电路板是元器件、信号线、电源线的高密度集合体, 其抗干扰设计非常重要, 在设计时要遵循以下几点: (1) 印制电路板的大小要适中, 过大会使线路过长, 阻抗增加, 成本升高;过小易产生干扰环境; (2) 在布局元件时, 相关元件应尽量靠近。如晶振、时钟发生器、CPU的时钟输入端相互靠近; (3) 大电流电路应远离主板, 或另做一块电路板; (4) 考虑电路板在机箱内的位置, 发热量大的元件应放置在易通风散热的地方; (5) 电源线和地线与数据线传输方向一致, 这有利于增强抗干扰能力。地线可环绕印制板一周安排, 各器件尽可能就近接地。地线尽量加宽, 往往以地线为参照敷设铜膜, 形成地线网。模拟地和数字地要分开; (6) 配置必要的去耦电容: (1) 电源进线端接100μF以上的电解电容以吸收电源进线引入的脉冲干扰; (2) 原则上每块集成电路都配置一个0.01μF的陶瓷电容或聚乙烯电容, 以吸收高频干扰; (3) 电容引线不能太长, 高频旁路电容不能带引线; (7) 时钟线垂直于I/O线比平行于I/O线干扰小, 时钟线尽量远离I/O线; (8) I/O驱动器件、功率放大器件尽量靠近印制板的边缘, 靠近接插件; (9) 使用45°的折线布线, 不要使用90°折线, 以减少高频信号的发射; (10) 石英晶体振荡器外壳要接地, 下面要加大地的面积且不要走其他信号线; (11) 对A/D类器件, 其数字部分和模拟部分的导线宁可绕一下也不要交叉; (12) 任何信号线都不要形成环路, 如不可避免, 环路应尽量小; (13) 单面板、双面板的电源线、地线要尽量粗, 信号线的过孔要尽量少。
5 结束语
对于硬件电路设计者来说, Protel99SE的使用方法是他们必须掌握的一项基本技能。当然, 要设计一块性能优良的电路板, 仅仅掌握Protel软件的使用方法是远远不够的, 还需要有很多PCB设计的经验和技巧。
参考文献
[1]曾峰, 巩海洪, 曾波.印刷电路板 (PCB) 设计与制作 (第2版) [M].北京:电子工业出版社, 2005.
[2]江雪松, 陈绮, 许灵军, 等.印刷电路板设计[M].北京:机械工业出版社, 2006.
[3]赵广林.轻松跟我学Protel99SE电路设计与制版[M].北京:电子工业出版社, 2006.
印制电路板设计 篇9
在PCB设计工作之前, 下面几项步骤是基础, 为后面的电路板设计起了一定的铺垫作用。
1、原理图的设计
原理图设计是电路设计的起始工作, 也是为后面的PCB板设计打下一定的基础, 经常有人为了省事就直接去画PCB板了, 这样将得不偿失, 我觉得一定要按流程来, 一方面可以养成良好的绘图习惯, 另一方面对复杂的电路也可以避免出错。在画原理图的时候, 首先, 一定要保证电气性能连接正确, 这样才能保证电路图绘制的正确性;其次, 在层次设计时, 要注意各个文件最后要连接为一个整体, 这对后面的布线工作有重要意义。
2、元件和网络的加载
在元件和网络加载之前, 我们首先要确定PCB板的边框, 对PCB板边框的确定, 务必要做到大小合适。首先, 保证以后不会出现安装问题。其次, 要保证元件放置的合适性和布线的方便性。
边框确定之后, 要把元件和元件之间的网络连接加载到边框中。在这个过程中, 一定要注意元件的封装形式, 因为元器件的封装代表了元器件的外观和焊盘的形状尺寸等, 给定正确的封装形式有利于后面的电路板的正确性。
3、元件布局
布局一般本着先大后小, 先关键后次要, 先放置有定位要求的器件原则。布局时, 除了考虑布线质量, 对测试, 加工等问题也要多进行考虑, 要权衡各方面因素, 以达到最优化。
以上几个步骤成功的完成之后, 我们就可以进行电路板设计中的最重要的环节:布线。
PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。布线的方式也有两种:自动布线及交互式布线。根据我的经验, 我总结了一些布线的技巧:
1、电源线和地线必须考虑周到。电源线和地线之间会有噪音产生, 而噪声会使产品的性能下降, 为了要尽可能的降低这种噪声, 我们可以考虑:首先, 尽可能的加宽电源线和地线;其次, 在数字电路中, 可以考虑将地线组成一个回路, 构成地网;另外, 可以将PCB板上没有用到的地方进行地线敷铜。对于模拟电路和数字电路来说, 最好能有独立的地线。
2、对于高频电路来说, 往往集成
度比较高、布线密度大, 因此一般采用多层板, 而且高频电路器件管脚间的引线越短越好。
3、两面板布线时, 两面的导线宜相互垂直、弯曲走线, 尽量避免相互平行, 以减小寄生耦合。
4、对于单面板来说, 焊盘尽量的
大一些, 焊盘相连接的线也尽可能的粗一点, 最好能放上泪滴;另外, 元器件和走线不能太靠边放, 这样对后面的焊接工艺都有一定的好处。
5、在多层印制板布线时, 由于在
信号线层没有布完的线剩下已经不多, 再多加层数就会造成浪费而且也会给生产增加一定的工作量, 成本也相应增加了, 为解决这个矛盾, 可以考虑在电 (地) 层上进行布线。首先应考虑用电源层, 其次才是地层。因为最好是保留地层的完整性。
6、走线拐角尽可能大于90度, 杜绝90度以下的拐角, 也尽量少用90度拐角。
7、现在有许多PCB都是由数字电
路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题, 特别是地线上的噪音干扰。数字电路的频率高, 模拟电路的敏感度强, 对信号线来说, 高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件, 对地线来说, 整个PCB对外界只有一个结点, 所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题, 而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连, 只是在PCB与外界连接的接口处 (如插头等) 。数字地与模拟地有一点短接。
8、同是地址线或者数据线的时候, 走线长度差异不要太大, 否则短线部分最好走弯线作补偿。
9、在大面积的接地中, 常用元器
件的脚与其连接, 对连接脚的处理需要进行综合的考虑, 元件脚的焊盘与铜面满接为好, 这时可以考虑将焊盘做成十字焊盘, 可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。
1 0、合理的网格系统也是布线过程
中一定要注意的。如果网格太疏, 会占用较大的资源, 如果网格过密, 虽然节省了资源, 但是会对电路的运行速度、散热等产生一定的影响, 因此, 布线的过程中一定要考虑网格疏密的合理性。
1 1、最后, 必须还要考虑生产、调试等的方便性。
印制电路板设计 篇10
关键词：大学化学实验,分析化学,萃取
印刷电路板作为现代电子工业的基础,是连接各种电子产品中零部件的桥梁和纽带,是任何电子产品必不可少的组成部分[1,2,3]。无论电子产品如何先进,集成电路规模多大,没有印刷电路板的连接沟通,这些零部件都无法发挥它的作用。人类在进入信息时代以后,电子产品的更新换代日新月异,新产品的各种新功能使得人们不断更新家用电器以及便携式设备,在计算机、手机、平板电脑出现后,这种更新换代速度又提到了一个新的高度[4]。人们在享受各种新数码电子产品带来的便利和欢乐的同时,废弃的电子产品也制造了大量的电子废弃物垃圾,这种“垃圾”从资源化角度看也是巨大资源仓库,人们形象地称之为“城市矿山”[5,6,7,8]。过去人类采用原始简单粗糙的方式处理废旧印刷电路板给我们的生存环境造成了巨大的破坏,废弃印刷电路板所造成的环境污染已成为严峻的环境问题,绿色无污染的清洁处理工艺是资源回收利用和环境污染防治领域中的重要课题。然而,目前中国还缺乏对电子废弃物有效监管。虽然我国一贯反对发达国家将各种电子废弃物转移到国内,但中国作为电子产品消费的最大国家,其自身产生的电子废弃物也占到了全世界的很大部分,研究行之有效的绿色电子废弃物资源回收利用工艺迫在眉睫。同时基于环境污染考虑,回收废旧金属不仅仅是经济利益考虑,更是环境保护的需要[9,10,11,12]。
本实验以废旧印刷电路板为对象,首先以滴定实验测定废旧印刷电路板中铜、锌、镍的含量,进而采用全湿法工艺路线,对废旧印刷电路板进行“机械预处理—氨体系浸出—萃取净化—反萃富集铜溶液—二次还原制备超细铜粉”的新工艺研究。相关预备课程学习主要包括分析化学、环境化学、印制电路、仪器分析。
(L-SX-EW)工艺包括三个主要环节:①硫酸介质中铜的溶解(浸出);②采用一种萃取剂将铜从浸出液中萃入到有机相,再从有机相中反萃到电解液中(萃取);③在阴极上电积铜(电积)。
(L-SX-EW)工艺优点归纳起来有: ①无环境污染问题; ②药剂和废液可循环使用; ③适应铜矿资源日趋贫化的要求,可提高资源利用率(可处理品位在0.3%以下的铜矿石); ④投资少,成本低; ⑤设备简单,操作容易,易于实现自动化; ⑥铜的回收率高(90%以上),纯度高(可达到A级)。
1 废弃印刷线路板预处理
本试验所用的废弃印刷线路板来自化学系实验室,首先经过人工拆卸,除去电池、电容、电阻和电感等元器件以及硬质铁块后,将线路板进行机械破碎,并通过风选分离出塑料等非金属得到的金属混合物。混合物颗粒为70～200目,再将颗粒放至烘箱中100 ℃高温下烘1 h,然后取出放在干燥器中冷却待用。
1.1 实验材料
废弃电路板(主要是印制电路板)。
1.2 机械预处理工具与设备
工具:钳子,钢锯,石棉手套,防尘口罩等。
设备:密封式小粉碎机,电热板,国家标准检验筛,电子天平。
1.3 机械预处理方法
(1)拆卸:
废弃电脑印刷线路板上各种元器件的拆卸采用手工拆卸。拆卸方法:先将一张干净的薄钢片覆盖于电热板上,然后接通电热板电源进行预热,并适当控制电热板温度在 120～180 ℃之间。将废弃电脑印刷线路板放在炙热的薄钢片上进行高温加热,待焊接点熔化后用钳子小心地将电阻、电容等电子元器件拆卸下来,经拆卸下的电子元器件中有价值且可继续使用的用以回收再利用。加热熔化于钢片上的焊锡经冷却凝固后予以回收。由于加热过程中会产生有毒气体,故整个作业过程均在通风橱中进行。
(2)机械破碎与筛分:
待已拆卸完电子元器件的废弃电脑印刷线路板冷却后,用钢锯将其锯成约1 cm×1 cm 的小块,并收集锯末灰。然后将一定重量的废弃电脑印刷线路板小块与锯末灰一起放置于密封式制样粉碎机中进行粉碎,并记录粉碎时间。粉碎产生的粉末用规格为 20 目的国家标准检验筛进行筛分,选取粒径小于 20 目的废弃电脑印刷线路板粉末作为实验样品。大于 20 目的粉末再回到粉碎机中继续进行粉碎处理。
2 废弃电路板中金属含量的分析测定
2.1 废弃电路板中金属含量分析测定目的
电路板中组分繁多且金属含量不等,因此必须采用一定的分析手段和方法对其中主要金属含量进行分析测定,为后续浸出实验的定量分析提供科学基础数据。
2.2 废弃电路板中金属含量实验测定过程和方法
(1)实验试剂及仪器
实验试剂:硝酸,盐酸,氢氟酸,高氯酸,去离子水。
实验仪器:电子分析天平,电热板,恒温干燥箱,原子分光光度计,聚四氟乙烯坩埚,微量移液器。
(2)实验测定过程
① 取一定量实验样品置于温度为 105 ℃的烘箱中进行烘烤,然后取出放在干燥器中冷却待用。
② 用电子分析天平准确称取 0.5000 g 冷却后的实验样品,置于聚四氟乙烯坩埚中,加入少量水润湿,然后用微量移液器准确量取 10 mL 的王水(VHCl:VHNO3=3:1)(或HNO3)缓慢注入聚四氟乙烯坩埚中,样品中的有机物与王水 (或HNO3)发生充分反应并产生大量棕黄色的烟。待反应停止后,将聚四氟乙烯坩埚放在预热温度为 150℃的电热板上分解,。待溶液绿色透明,液面稳定并不再产生棕黄色烟后(否则应补加适量王水(或HNO3)继续分解)),取下冷却,加入 5 mL HClO4溶液(AR),逐渐升温至 210 ℃,加热至冒浓白烟,当聚四氟乙烯坩埚中残液仅剩 0.5 mL 左右时,取下冷却。再加入 5 mL HF 溶液(AR),在 150 ℃加热挥发去硅,蒸至近干时,取下冷却。加入 2 mL HClO4溶液(AR),逐渐升温至 210 ℃继续加热至近干,然后取下稍冷,加入 20 mL 1% HNO3 溶液,温热溶解残渣。待冷却后用三角漏斗过滤,并转移至 100 mL 容量瓶中,用去离子水定容至刻度,摇匀备用。
③ 实验样品按以上两种方法各平行制备7份,同时采取上述步骤和方法制备空白溶液。
④ 消解样品经原子吸收分光光度计测定和计算,铜、锌、镍三种金属元素在废弃电脑印刷线路板中的含量。
3 废弃电路板湿法浸铜实验
以无毒,低腐蚀性的氨水-氯化铵缓冲溶液作为浸出剂,过氧化氢作为氧化剂选择性地从废弃电路板中将金属铜溶解转移入液相,摸索最佳浸出实验条件。
3.1 氨水-氯化铵溶液浸铜实验原理
氨水-氯化铵缓冲溶液浸出铜是利用金属铜在氧化剂存在的条件下,氨分子和铵根离子与铜表面形成的氧化膜发生络合反应形成可溶性的铜氨络合物,从而使废弃电路板中铜转移进入液相中。 同时向浸出液中添加强氧化剂-过氧化氢可增加废旧电路板粉末中铜的溶解效率,其机制是 H2O2在浸出反应过程中先分解成水和新生氧,新生氧易与铜发生反应形成铜氧化物,同时待溶解的金属铜也加速了过氧化氢的分解反应。金属铜表面的铜氧化物一旦形成,浸出液中的 NH3分子和 NH4+立即与其发生反应生成可溶性的铜氨络合物,透过液膜层向溶液中扩散,消除了金属氧化物形成的致密层对反应物和反应产物所造成的传输阻力,增加了金属的溶解速度,从而大大提升了金属铜的浸出率。
3.2 氨水-氯化铵溶液浸铜实验
(1)实验材料:
机械预处理产生的小于20目的废弃电路板粉末。
(2)实验试剂:
浸出实验所使用的化学试剂有氨水、过氧化氢及固态氯化铵,以上试剂均为分析纯,去离子水自制。
(3)实验设备:
原子吸收分光光度计,电子分析天平,恒温干燥箱,数显恒温水浴锅,强力电动搅拌机,循环水多用真空泵,微量移液管,医药用输液器。
(4)实验与分析方法:
① 分别准确称取 5.00 g 和 20.00 g 实验样品进行金属浸出实验;
② 将圆底三口烧瓶(250 mL)置于数显恒温水浴锅中,并接妥电动搅拌机、凝管及温度计。将实验样品(5.00 g 或 20.00 g)倒入烧瓶,再缓慢加入一定体积的氨水溶液 40 m(15.00 g)或 160 m(120.00 g)和氯化铵溶液 20 m(15.00 g)或 80 mL(20.00 g);
③开启电动搅拌机,并将搅拌速度固定为 800 rmp,以确保颗粒物保持悬浮状态,同时便于两相界面反应物和反应产物的传输;
④将医用输液器的软管一端连接已装有过氧化氢的碱式滴定管,另一端的金属细针则浸没于浸出液面以下,然后启动阀门向烧瓶中缓慢注入一定量的过氧化氢溶液(AR,30%),并记录过氧化氢添加量;
⑤通过常温密闭搅拌一段时间,待反应平衡后过滤,滤液经适当稀释后采用原子吸收分光光度计分析测定其中金属离子含量,按以下公式计算出铜和其他被浸金属的浸出率:
金属浸出率
4 氨浸液中铜的萃取回收实验
溶剂萃取法是利用化学萃取剂与溶液中各个组分(离子)相溶程度的不同来分离溶液中各组分的一种技术,萃取剂与溶液中各个组分的结合遵循相似相溶原理。近年来,在国内外湿法冶金研究和工业应用中常采用有机萃取剂从浸出液中分离富集铜。常用于从氨浸液中萃取铜的有机萃取剂种类很多,LZU-1110主要针对弥补或替代国外先进产品Cognis公司的LIX984N和ACORGA公司的M5640而研发生产。其主要优势在于萃取容量高,萃取时间短,反萃效果好,特异性选择性高,合成路线成熟等特点。经检测产品有效成份的纯度达99%以上。
4.1 萃取理论基础
液-液萃取操作是向欲分离的液体混合物(原料液)中加入一种与其不互溶液或部分互溶的液体溶剂,形成两相体系。利用原料液中各组分分在萃取剂中溶解度的差异,实现原料液中各组分一定程度的分离。选用的溶剂应对原料液中一个实验萃取的基本过程:将一定量的溶剂加到被分离的混合物中,在磁力搅拌下使原料液和萃取剂充分混合,溶质二价铜离子通过相界面由原料液向萃取剂中扩散。萃取操作完成后静置使两液相进行分层,从而分离得到萃取相和萃余相。
4.2 实验试剂及仪器设备
萃取剂为LZU-1110,反萃剂为分析纯硫酸,去离子水自制。
实验设备:原子吸收分光光度计,恒温振荡器,微量进样器。
4.3 萃取条件设定
(1) 萃取剂浓度:
商品萃取剂通常是将活性成份、改质剂、抗氧化剂等溶解在溶剂中形成的混合物。在测试萃取剂的性能时必须以萃取活性成份的实际用量作为比较的基准。萃取剂活性成份通常在10%～75%,在实际使用的过程中可视实际情况,添加煤油稀释。
(2) 溶剂:
萃取剂以高闪点的煤油作为溶剂,一般是200#溶剂油。
(3) 相比(O/A):
在萃取体系中,一个液相与另一个液相的体积之比,称为相比,用R表示。相比一般在1:5～5:1之间,常用的是1:1。
(4) 萃取/反萃平衡时间:
指萃取/反萃达到平衡所用的时间,通常在30 s～5 min之间。太长的萃取平衡时间,并没有太大的实际应用价值。
(5)萃取/反萃分相时间:
指萃取剂的有机相与水相充分接触后,两相完全分开,得到清晰的相界面的时间。
(6)萃取温度:
由于萃取时鳌合过程是一个吸热过程,因此温度越高,萃取平衡时间越短,对萃取越有利。
(7)萃取饱和容量:
萃取饱和容量是指单位质量或单位体积的萃取剂所能萃取的金属的最大质量。
(8)反萃液的浓度:
反萃液通常是硫酸溶液,其浓度在160～180 g/L左右。
(9)萃取/反萃率:
萃取的完全程度用萃取率E(%)来表示,即被萃取物质在萃取剂相中的量与在原料液相中的总量的百分比。其计算公式为:
分配系数D越大,萃取率就越高。D是由被萃取组分的性质及多种因素决定的。萃取剂的相对用量多,萃取率也就高,这是由操作条件决定的。萃取率高,可以缩短生产时间,减少多级萃取的次数,简化工艺。反萃率高,可以提高萃取剂循环使用的次数,提高使用寿命,降低使用成本。
(10)选择性:
选择性是指分离系数,萃取体系不只是要把某一组分从原料液中提取出来,更重要的是将各种组分分开。为了定量地表示某种萃取剂分离原料液中两种物质的难易程度,在一定条件下进行萃取分离时,被分离的两种组分的分配系数的比值,称为分离系数(separation factor)。常用β表示:
(11)萃取剂的使用寿命:
萃取剂在使用的过程,与不同酸度的原料液和反萃液反复接触,存在着不同程度的降解、氧化等过程。萃取剂的使用寿命是指萃取剂初次投入至完全失去萃取能力的时间。
(12)第三相(絮凝物):
萃取剂在使用时,由于存在原料液中微小的固体颗粒或溶解的杂质,与萃取剂中的成份发生了化学反应,或者是两者在接触的过程出现凝胶状物,就会导致有机相和水相在分相时,在两者之间出现第三相,严重时还会出现不能分相的现象。
(13)液沫夹带:
萃取时,为了萃取完全,必须充分振荡、搅拌,使有机相在水相中形成细小的液滴(乳浊液),以增大接触面积。
(14)损耗率:
除了液沫夹带及降解、氧化等损耗外,萃取剂在原料液及反萃液中有一定的溶解度。
4.4 实验环境:
(1)氨性PCB蚀刻液的配制:氯化铜(CuCl2·2H2O)341 g(2 mol),氯化铵(NH4Cl)200 g,氨水700 mL,加水配制成 1 L 溶液;
(2)萃取剂浓度:50%(萃取剂与溶剂体积比为1:1);
(3)反萃液:3 mol/L硫酸溶液;
(4)相比(O/A)为1:1。
4.5 实验方法
(1)萃取:
将一定浓度的有机萃取剂与含铜氨浸液一起倒入带塞的锥形瓶,然后将锥形瓶置于25 ℃的恒温振荡器中。启动振荡器以850次/min的速度振荡一定时间,取出锥形瓶,
并将瓶中溶液转移进入置于铁架台上的分液漏斗中,待溶液静置分相后,水相(即萃余液)经适当稀释后用原子吸收分光光度计分析测定其中铜的浓度。有机相中铜的浓度则通过差减法计算得到。
(2)反萃:
将上一萃取阶段获得的载铜有机相和一定浓度的反萃剂硫酸按相比O/A=2:1的体积比放入一个带塞的锥形瓶中,后续反萃取实验操作和分析过程均与萃取过程相同。
(3)萃取率和反萃率的计算
①铜的萃取率:
铜萃取率
②铜的反萃率:
铜反萃取率
4.6 检测项目
(1)萃取饱和时间;
(2)单级萃取及萃取剂寿命测试;
(3)多级萃取,检测萃取量的变化;
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