印刷电路板设计（精选9篇）
印刷电路板设计 第1篇
1 Protel DXP的概述
1.1 Protel DXP的简单概述与现状
印刷电路板又称印制电路板,简称PCB线路板,其是电子元器件电气连接主要的提供者。PCB线路板的发展史已将近有100多年。以版图设计为主要的设计内容,积极应用PCB线路板,能够大幅度降低布线与装配之间的差错,在一定程度上提升了生产劳动率与自动化水平。随着我国科技水平显著提高,Protel DXP的使用功能逐年更新,版本也不断升级。具有其他版本所没有的先进EDA软件的特点。能够较为轻松地处理比较复杂的PCB设计过程。借助并融合设计输入、电路仿真、设计编辑、信号完整性分析、PCB拓扑自动布线以及数据输出等多个技术,能很好的为用户设计更为完整的方案。无疑是高职教学中一个重点。但许多的学生对Protel软件缺乏全面的认识,一旦将原理图、电路图仿真、 电路板元器件、原理图元件及电路板PCB图进行分离式逐一学习,但是高职学生认真学习完后,依然不法正确使用这种软件从原理图设计电路板。
1.2基于Protel DXP的印刷电路板设计原则
在高职教学中,需基本理解印刷电路板的设计原则,才能帮助学生正确设计方案。其主要包含PCB电路板的选用、 布线、尺寸设计、元件布局、焊盘、跨接线以及填充等。1选用:从性能、可靠性、经济指标、加工工艺要求等综合选用板层。在实验中常使用环氧纸质层压板;2 PCB电路板的厚度需要依据电路板的插座规格与外形尺寸、功能、所装元件的重量与所承受的负荷等多个方面来考虑,从而确保足够的强度与刚度(常见的厚度有0.5/1.0/l.5/2.0mm);3为降低电磁干扰,高频元件之间的连线需越短越好;高电位差的元件,需要符合相关安全要求、容易受到干扰的元件不能够离太近、超重的元件不应该安装在电路板上。发热的元件应尽可能远离热敏元件。
2基于Protel DXP的印刷电路板设计与具体方法
2.1基于Protel DXP软件,PCB电路板教学设计中必要的步骤方法
原理图是电子电路设计的基础,在教学过程中,需要依据印刷电路板设计的顺序,对其进行分工,接着整理成各个相应的步骤,让学生们熟知原理图。本次课程主要基于Protel DXP软件,教师需从原理图的设计作为起点,接着借助于原理图网络连接的关系来进一步设计PCB图。具体步骤包括8个方面;1把需要绘制的图纸与对应的印刷线路板图所需的元器件依次封装并详细列成表格,如此一来,学生在绘图中则不会遗漏重要的元器件;2当启动系统建立后将其重新命名并将原理图纸的大小进行设置,从而确定总体布局, 再对原理图元件库进行加载;3将全部的元件放置到位并进行连线,根据电气规则认真检查与核对原理图,以便及时修正;4进行电路仿真,再次检验图纸的可实行度以及进行修改工作,编译修改后的图纸,最后生成印刷线路板所需的网络表;5再次对元件库进行加载,利用网络表把元器件进行封装并加载至编辑器当中;6布局元器件,合理设置设计规则与编辑器参数;7自动布线与人工修改,将布局进行调整, 再次认真进行检查与修改;8对印刷线路板采取3D演示,以便直观观察其设计布局是否合理,最后完成存盘并输出。
2.2基于Protel DXP的印刷电路板设计,训练学生的实践能力
上文通过分析印刷电路板设计的步骤方法,让高职学生能够熟知各项流程,明白该做什么,才能继续后期工作。
2.2.1 PCB线路板的设计流程
基于Protel DXP软件,首先,进入该软件设计环境, 点击File/PCB Project,创建空白文件并进行命名,同时选择该文件的路径。在刚建立的项目中,点击File/New/ Schematic,创建原理图后详细设置图的大小、属性、标题栏、边框等各个参数。由于该软件元件库十分丰富,可在 “Librariea”中加载系统元件,同时,在这些元件库当中选择合适的元件置于图中。其次,在无法找到所需元件的时候, 可尝试制作所需元器件。进入文件库(File/New/Schematic Library),开始绘制,注意观察全局,确保每个图形符号比例适当、大小适中、美观。紧接着采用网络以及直线连线的方式,网络连线比较适合复杂的电路,简易的比较适合直线连线(注意一次性画完)。最后,检验:在该软件中可选用智能化电气规则进行全方面的检验,当生成信息报告后,能够在Messages栏中看到错误与警告的信息,从而进行后期调整与修改,直至无误后才能自动生成印刷电路板。
2.2.2生成印刷电路板
选择PCB命令,并将PCB编辑器启动,选择路径、输入文件名并保存。开始制做封装库。与前面所阐述的内容类似, 倘若无法或许所需元器件的封装,可以采取手动操作,自制封装库(点击“Schematic Library”,进入编辑器)。原理图完成后,利用基于Protel DXP软件下的PCB(支持双向设计同步),进行更新,能省去生成网络表的环节,直接实现原理图转化印刷电路板,同时,在设计过程中,利用PCB电路板编辑器,选择Design/update Schematics, 能够实现该图网络与原件的更新、装入。
2.3后期调整完善、核对与使用仿真功能
从后期教学来看,需要对课程进行以下处理:1合理的调整与完善,布线完成后,需要对走线、个别元件、文字进行处理及敷铜(指大面积的铜箔去填充布线之后所出的空白区,从而能够铺GND/VCC的铜箔),以便于调试、生产以及后期维修。倘若使用敷铜代替地线,则必须注意地的连通性、 电流大小有没有特别的要求,以降低失误率;2核对:必要的检查与核对,才能有效避免因疏忽而造成原理图和所画板网络之间的关系出现不同。
3结语
印刷电路板设计 第2篇
关键词 废弃印刷电路板 新工艺 电子元器件
中图分类号：TN7 文献标识码：A
0前言
电子垃圾目前在当今社会中已经成为了人们关注的焦点，根据统计数据显示，电子垃圾的增长速度是普通垃圾的3倍之多。印刷电路板是电子设备中最重要的组成部分之一，并且大多数的家用电器都含有电路板，例如电话、电脑以及电视等。废弃印刷电路板上电子元器件拆卸只是废弃印刷电路板资源化过程中的第一步，离电子元器件的自动化拆卸还具有一定距离。
1废弃印刷电路板电子元器件拆卸技术
1.1元器件识别
要进行印刷电路板电子元器件拆卸首先要进行识别，可以通过扫描他们的二维像、三维像，运用不同的方法，得到的效果也是不同的。利用三维像进行识别，可以得到的信息较为丰富，而且范围也较大费用较低，总体来说其利用价值较高。其次就是对图像信息的处理，通过拍摄所获得的图像能够通过模式的识别而进行分析，分析所拍摄图像的特征。将电子元器件的位置、封装等信息进行获取，再与所储存的信息进行对比，进而获得拆卸时必须了解的重要信息，再将此信息转化成控制指令，最终实现对废弃印刷电路板电子元器件进行的拆卸，在拆卸自动化的新领域中有所成就。目前科学家又研制出了一套到图像处理识别系统，识别系统的精准度在理想范围内是能够达到0.1毫米，与此同时还需要配备字符识别系统对元器件上的字符进行处理。
1.2拆卸方式
目前用于电路板拆卸的方式主要有：使用夹具对元器件进行的抓取、真空抽吸法对元器件、利用振动或是超声波、使元器件与基板分离等。在进行拆卸时，根据拆卸对象的范围不同，选择不同的方式进行拆卸，例如：选择性拆卸和同时性拆卸两种。选择性拆卸经常使用于对元器件进行的维修上，尤其是遇到个别零件损坏，经常使用这种方法。从废弃的印刷电路板上拆卸元器件也是运用的选择性拆卸，通常使用的是真空抽吸式。同时性拆卸的使用范围是对电路板上所有的元器件进行的拆卸，通常采用振动、冲击或是其他具有普遍使用功能的拆卸方法。
2电路板上的电子元器件拆卸工艺
2.1选择性拆卸方式
在对废弃电路板上的元器件进行选择性拆卸时，主要目的有两个：一个是对不能使用的元器件进行拆卸，另一个是对电路板上还能够使用的元器件进行拆卸，拆卸下来方便重新使用。第一种目的在进行拆卸时应该尽量避免对周围其他元器件的损坏，或是避免元器件内部产生热应力。根据拆卸的目的不同，在其拆卸对象的选择上也有所不同，所以人们设计了不同的选择性拆卸工艺。选择性拆卸方式主要有以下几种：
（1）将惰性介质进行加热，然后再去除元器件。一般采用的是常规加热法，将元器件上的焊锡消除，因为元器件上残留的焊锡会自行进行氧化，氧化后其自身的在焊性就会变差，使用氮气对其元器件进行加热，遗留在元器件上的焊锡不会受到氧化膜的影响，可以对元器件进行二次使用。
（2）对其进行热风红外加热，并且利用手工进行元器件去除。由于手工具有灵活性，所以在对元器件进行拆卸时会比较有优势。红外加热的使用，能够对普通的元器件进行拆卸。根据统计数据显示，这种拆卸方法目前已经拆卸了大约有300多个品种，而且有95%以上的元器件都能够继续使用。
2.2同时性拆卸工艺
因为在电路板中会有大量的金属以及非金属资源，所以要对废弃的印刷电路板进行资源回收，进行同时性拆卸工艺，最大程度的降低回收成本，提高金属材料的回收率，与此同时这也是各国科学家需要考量的主要问题之一。首先应该通过回收对电路板进行拆解，采用振动方法将其进行分离利用，并且设计相应的拆卸装备，最终将电子元器件进行拆卸。将电路板固定在架上，同时使它均匀受热，然后再对电路板进行高温加热，最终达到融化的状态，就能够对其进行拆卸。对元器件进行引脚切割来分离元件，在对电路板进行处理后，将元器件的安装面朝下，与此同时用小钢球支撑在其下部，然后加热进行部分焊接，最后对切割下来的焊锡进行处理，采用的切割方式不同，所对应的拆卸工艺也就不同。
拆卸后为了使其元器件能够继续使用，并且延长使用寿命，首先应该提高材料的利用率，降低拆卸成本，同时人们在开发一些新的拆卸方法，振动的方法既可以对元器件进行拆卸，又可以将拆卸的元器件安装上，与此同时也能够保持元器件的功能不被破坏。
3结束语
目前我國是在世界中属于电气产品的消费大国，每年都会有许多的电子废物产生，所以电子废物带给社会的压力是巨大的。经试验表明，目前废弃印刷电路板的电子元器件的拆卸已经达到了很高的水平，但是在拆卸的过程中其技术一直处于很低的状态。废弃的电路板虽然已经被淘汰，但是其上面还有很多元器件没有达到使用寿命，对此应该进行拆卸进行二次使用。
参考文献
[1] 湛志华.废弃电路板环氧树脂真空热裂解实验及机理研究[D].长沙：中南大学，2012.
[2] 孙静.微波诱导热解废旧印刷电路板（WPCB）的实验和机理研究[D]济南：.山东大学，2012.
[3] 闻诚.电路板元器件拆除加热工艺优化及其热分析研究[D].安徽：合肥工业大学，2013.
印刷电路板电磁兼容仿真及优化设计 第3篇
关键词：PCB,电磁兼容,Protel 2004 Ansoft Designer,电磁场仿真
1 引言
电磁兼容(Electromagnetic Compatibility,EMC)是一门涉及通信、电子、计算机等方面的交叉学科,发展迅猛。主要研究在一定的空间、时间和频谱条件下,各个电子系统能共存且不引起性能降级的学科[1]。随着现代电路信号传输速度的不断增长,电子设备数量和类型越来越多,工作方式更加多样,频率范围逐步扩大,发射功率和接收灵敏度越来越高,更复杂的电磁环境对PCB质量提出了更加严格的EMC要求。传统的EMC分析方法效率低,周期长,费用多,难以满足要求。目前通常在电子产品设计初期,利用某些仿真软件分析产品EMC,有利于早期发现并解决EMC问题,提高产品开发效率和产品质量。
2 PCB设计中的电磁兼容问题
PCB中的电源模块引起的干扰主要是传导性的,在设计电源模块时,在电源线的关键地方需使用一些抗干扰元器件和屏蔽罩等;PCB中电源输入端口应该接上相应的上拉电阻和去耦电容。实践表明,影响EMC性能的主要因素是印刷电路板中的时钟电路,因为它的信号是周期性的方波,频谱是以基频整数倍展开的,分立的,频率越高能量越小。因此,电磁辐射的幅度和频率就是解决辐射EMC问题的关键。
PCB走线和输入输出口电缆是PCB上辐射的主要来源,特别是电缆辐射。原因是输入输出口电缆相当于一个效率很高的辐射天线。即使是传输频率很低信号的电缆上,也可能被PCB上的高频信号耦合产生很强的辐射干扰信号。辐射干扰主要包括共模干扰和差模干扰。同样,导线上传输的干扰电流也包括共模方式和差模方式。
2.1 差模干扰
差模电流从一根电源线流出,由另一根电源线返回,在系统两电源线间产生差模干扰电压。这就说明:差模干扰是属于在两导线之间传输的对称干扰。虽然干扰电流在导线上传输时可以共模或差模形式出现,但只有共模电流变为差模电流后,才会干扰有用信号。当差模电流流过电路中的导线环路时,将引起差模辐射。通常用小环形天线来模拟差模辐射干扰,假设环电流为I,换面积为S,在距离为r的远场处的电场强度[2]:
式中,E是电场强度,单位是V/m;f为频率,单位是Hz;S为面积,单位是m2;I为电流,单位是A;r为距离,单位是m;θ为测量天线与辐射平面的夹角。
由此可以得到解决差模干扰的思路包括:降低PCB的工作频率f,缩小信号环路面积s,降低信号电流的强度I。
2.2 共模干扰
共模干扰在导线与地之间传输,属于非对称性干扰。
多数共模辐射都是当外接电缆与具有高共模电压的某些部件接触时,由于接地回路中存在电压降,就会在接地回路中产生共模电流,相当于一个天线,形成共模辐射干扰。产品的辐射性能主要就是由共模辐射干扰决定。通常用用对地电压激励的、长度小于1/4波长的短单极子天线模拟共模辐射干扰,接地平面上长度为l的短单极子天线在远场r出的电场强度[2]:
3 PCB电磁兼容性仿真分析
3.1 仿真分析软件介绍
本文采用软件Protel 2004和Ansoft Designer2.2相结合仿真分析PCB的EMC问题。Protel2004是Protel公司开发的能实现从电学概念设计到输出物理生产数据,以及实现所有的分析、验证和设计数据管理的仿真软件。Ansoft Designer2.2采用了最新的视窗技术,是第一个将高频电路系统,板图和电磁场仿真工具无缝地集成到同一个环境的设计工具软件[9]。
3.2 PCB电磁兼容性仿真分析流程
我们主要采用Protel 2004设计出传感器信号采集系统的原理图和PCB板图,通过输出DXF格式文件,实现和Ansoft designer等软件的数据交换。PCB电磁兼容性仿真分析流程图如(图1)所示[3]。
3.3 建立PCB仿真模型
我们选用的传感器信号采集系统PCB板图如(图2)所示,PCB仿真模型如(图3)所示。
4 PCB电磁场近场仿真分析
Ansoft Designer2.2解析完成以后即可对结果进行后处理,我们需要的是PCB的EM近场分布图。根据需要,定义一个尺寸为x轴从1313.4mm到1406.61mm,y轴从1354.94mm到1436.65mm的平面,近场平面高度设为16.524mm。通过仿真获得频点在100MHz至1.1GHz初始相位皆为0度的近场电场分布图和近场磁场分布图,部分近场图如(图4)至(图5)所示:
分析(图4)和(图5),可以发现:PCB中出现三个高场强的区域,说明此区域中存在信号线和敏感元件;近场的场强随着频率的增加呈现增大的趋势;不同的频点,近场的最大值会发生偏移;布线密集区域明显近场强度相对较强;天线效应随着线的增长,频率的增加而明显增强。
5 优化设计后PCB电磁场近场仿真结果
以辐射强度最大的1GHz电流图和场图为参考依据,在仿真模型图中适当调整以上两块强场区中的信号线和敏感元件位置,使之远离强场区;调整高频激励走线的位置,将其往板边沿适量移动,远离易受干扰的信号线,并尽量平滑和减少弯角,适当增加走线宽度。
优化后电流强度、电场强度及磁场强度随频率变化趋势对比图如(图6至图8)所示。
对比优化前后1GHz电、磁场近场图我们也可以发现,电场强度较大的区域位置向输入端偏移减小,磁场强度较大区域范围缩小明显,对信号质量的影响将会显著减少,产品性能将得到提高。优化后1GHz电、磁场近场图对比如(图9)所示。
6 结语
本文对PCB进行预仿真分析,得到近场分布图,使PCB的电磁兼容分析有一个直观的参照物。利用场图的直观性,先确定几个主要干扰源的位置,根据电磁兼容性的要求有针对性的调整PCB的布局布线,在产品的设计阶段就可大体估计所设计PCB的电磁兼容性能,了解PCB上场的分布趋势。这对合理布局布线和产品满足电磁兼容要求起到了很大的帮助。从而可以大大提高产品性能,节约成本,缩短研发时间,加快产品进入市场步伐,为占领大的市场份额争取了宝贵时间,提高经济效益。
参考文献
[1]白同云,吕宵德.电磁兼容设计[M].北京:北京邮电大学出版社,2001.
[2]Carl T.A.Johnk.Engineering Electromagnetic Fields and Waves.Second Edition.New York:John Wiley&Sons Inc.,1988.
印刷媒体设计的图像来源与应用 第4篇
关 键 词：读图时代 传媒 版面设计 图像
传播媒体简称传媒，它既包括报纸、杂志、书籍、电影、电视、互联网等传统平面印刷媒体与广电媒体形式，也包括数字杂志、数字报纸、数字广播、手机短信、移动互联、数字电视、数字电影、触摸媒体等新兴数字媒体形式。平面印刷媒体作为一种最古老的媒体技术，在历次的产业革命中，它不断融合新技术而持续发展，表现出极强的生命力[1]。广电媒体是随欧美先进电子技术发展而催生的大众传播媒体形式。数字媒体也常被称为新媒体，它是在电子信息技术与网络技术快速发展应用下的新兴产物。所谓“新媒体”，只是个相对的概念。在持续创新的数字技术的推动与融合下，现有媒体或传统媒体将不断衍生出新的媒体形态。在当今这个读图的时代，图像是传媒重要的信息载体与版面构成要素，它已成为现代传播的一种最有效的传播方式和途径， 成为一种不可或缺的社会生产力[2]。因此，在传媒版面或界面设计工作中，研究图像要素的采集来源、质量处理、知识产权归属等应用法则是必不可少的。
1.图像的采集渠道与设计应用
1-1.图像来源与选择
传媒版面的图像来源可从产生来源与输入来源来进行分类。图像的产生来源主要有绘画、摄影、印刷等；输入来源既可以通过扫描、数码摄影等手段将绘画、照片、印刷品等实物图像转化为数字化图像输入电脑工具，也可以使用电脑辅助技术、网络技术、信息技术等手段直接使用数字图像。无论是电脑数字化图像，还是传统手绘图像，大众传媒版面的图像素材来源都可从产生来源和输入来源来认识。（图1）
从图像的产生来源来看，绘画制作是最具创造性的表现形式，它包括传统手绘与电脑辅助绘画。传统手绘的种类很多，如国画、油画、连环画、版画、装饰画等，这类手绘作品在手工设计时期的传统纸媒版面中使用较广。电脑辅助绘画也称数码绘画，常用于绘制插图、漫画、动画角色、创意图形等，在传统媒体和数字媒体中都有广泛使用。随着摄影技术的普及，特别是数码照相技术的普及，摄影图像在媒体版面设计中越来越广泛使用。在当前，数码照相已经成为了图像素材产生的重要手段与采集渠道，它是这个时期的图像采集明星，数码拍摄的图片影像称为数字图像，是传统平面媒体制版印刷及数字媒体信息传播的新型原稿。输入来源，是指图像通过某种途径或手段输入电脑成为数字图像，以便用于图像资源储存、版面设计、图像处理等。图像素材输入来源主要有电分扫描、数据光盘图库、互联网图像资源等。电分扫描是实物图像、照片、印刷图片最基本的输入方式。另外，数码照相也是一种十分有效的输入方式，它在一定程度上替代了部分电子扫描工作。
从设计应用的角度看，电脑辅助设计比传统手绘设计拥有更为广泛的图像素材来源，前者的图像选择余地与创意空间也更大，图像原稿的规范程度与生产效率也更高。从上世纪九十年代前后至今的二十多年间，在电脑数字化技术、网络信息技术的推动下，数字媒体方兴未艾、应用广阔，而平面印刷媒体也很快顺应了发展的潮流，出现了与数字媒体技术融合的新局面，传媒版面设计的图像素材来源与表现力也因此呈现出丰富多样的趋向。电脑数字化技术应用是中国印刷设计界一个划时代的事件，它促进了印刷“手工设计”期向“电脑辅助设计”期的历史转变[3]。
1-2.不同图像来源的质量差异
从“产生来源”看，摄影图像的品质主要受摄影器材、拍摄环境、技术水平及加工材料等主客观因素的制约。绘制类图像无论是传统手工绘制，还是电脑辅助绘制，其质量影响一方面是工具、材料、设备、环境等物质条件因素，另一方面是人员因素，人的艺术修养、技能水平会更多地影响绘画图像的质量状况。从“输入来源”看，扫描输入对图像质量的影响表现在两个方面：第一，要保证扫描图片原稿的质量。扫描原稿一般分为反射稿和透射稿，反射图像原稿主要包括照片、印刷品和绘画作品；透射图像原稿主要是指正片、负片（菲林）。这些图像属于直观性实物类稿件，需要设计师凭经验或借助工具从专业角度去加以选择、甄别和利用。第二，扫描设备与技术的保障因素，重点是机器设备的性能与生产能力，如扫描机的精度、色彩还原度、层次效果等；再就是操作人员的技术水平与工作经验。图库、网络图像的输入质量主要受图像分辨率、存储格式、存储介质、网络传输等因素的影响，此外，网络图像的知识产权归属问题会给设计师造成一定的困扰，需要谨慎对待。
可见，不同的图像来源，存在一定的质量差异，并给媒体版面设计成品质量造成影响。因此，根据媒体主题和信息传达的需要，选择适当的图像来源，并掌握好图像的工艺应用与处理技术，是做好传媒版面设计及提高成品质量的关键。在今天，图像摄影、分色扫描、数字绘画等图像输入与产生手段都包含在日常的设计工作中，图像制作、调整修改与版面编排等是设计师工作的一部分。
1-3.图像信息处理提升质量
图像信息处理是媒体版面设计应用的重要内容，是媒体成品质量的保障。对平面印刷媒体而言，它是印前设计原稿进入印前制版、印刷阶段的工艺规范环节；对数字新媒体而言，它是媒体版面视觉美感与信息传达的保证。图像处理的目的是通过严格的工艺应用与技术处理，使原稿图像达到平面媒体制版、印刷生产加工的质量要求，或使图像符合数字媒体的显示、传输、触摸等发布规范，最终实现传媒的信息传播预期。
从图像来源看，对于尚未进入平面印刷传媒版面设计阶段的数码照片、扫描图，需要重点考虑图像品质与视觉效果的选择，拍摄者、扫描者和设计师的专业水平与实践经验很重要；已经输入电脑数字图像、光盘图库、网络图库等合法图像素材，有必要进行图像优化处理，要特别注意图像精度、规格、色彩模式等，善于运用信息技术手段去解决工艺应用与技术难点。在传媒版面设计的图像应用过程中，图像处理的结果必须经过多方、多阶段的检验确认，控制好成品图像质量，既要把握好源头，也要控制好过程与相关因素。
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2.图像应用与知识产权
在数字化、网络化等传播技术的推动下，丰富多样的数字图像资源给传媒版面设计与信息传播带来了极大的便利。媒体设计师可以省去许多图像拍摄和扫描的时间，在设计草图方案确定后就可快速地进入到正稿制作阶段，且便于网络快速传递文件，以及团队协作、方案提报、效果展示、信息反馈等。当然，我们不能因此只看到数字化技术的优点，还应看到它的诸多不足之处，比如在电脑硬件、网络设施、电源缺乏等情况下，数字化设备与信息资源就难以得到利用并发挥其作用；最为严重的问题是，数字化与网络化技术条件更容易滋生侵权违法行为。
在数字化时代，传媒版面设计往往需要利用大量素材进行创作，并在素材的基础上对多种媒体信息进行综合处理[4]。对于各种来源渠道的图像素材，首要任务就是核实好图像的知识产权归属，然后再去进行技术处理与设计应用。对待传媒版面的各类信息设计，千万不可奉行拿来主义，随意下载、复制网络图像素材。对设计师而言，“市场调查”是获得图像素材最有效、最直接的做法，通过调查访问，采取现场拍摄与资料收集等手段，并通过分析整理媒体设计的相关素材资料，从而为图像拍摄、图书文献扫描、插图绘制、图库利用、互联网资源搜集与下载等工作提出了明确的参照依据。
互联网图像搜集与下载是网络媒体环境下一种新的途径与技术手段，它速度快、成本低、操作简单，但出现的侵权问题也最突出。利用网络图像资源进行媒体版面设计要特别注意图像的合法性与质量状况，在使用、发布前需要认真核实，确认好知识产权归属，如果把握不好，就很容易导致侵权违法并蒙受损失。据大学版协2011年8月统计，全国近70%以上的大学出版社遭遇过图片侵权纠纷案件，其中由北京华盖创意和上海富昱特两家图片公司发起的诉讼案件占到总诉讼案件的90%以上[5]。在2012年的网络图像侵权事件中，最为讽刺的是中央电视台大型纪录片《舌尖上的中国》海报与片头图片——那块可口的“腊肉”，实为著名画家、中国美协副主席、广东画院院长许钦松的山水画作品局部。设计者通过网络下载未经授权的图片进行设计制作，传媒机构在没有核实设计图像权属的情况下，对作品进行了发布与传播，最终引发了一场侵权风波，并导致了传媒与大众的哗然。此类网络图片侵权的案件每天都在上演，多得不胜枚举，这个问题必须引起设计师、媒体、政府重视与反思了。当然，传统纸媒图书文献的图像资料也绝不可随意使用，除了质量因素，图像的版权、肖像权等事项都需确认，对于无法核实权属的，原则上就不能使用，即便是使用不侵权的图像，也必须遵守相关法律、约定及著录规则等。
事实表明，自行拍摄、绘制图像素材是媒体版面设计最为保险、最具原创性的途径，通过图库交易获得的图像素材一定要确认好权限使用范围，网络下载的图片，如未经授权或未确认权属，则不得用于设计或传播，传媒及媒体设计从业者必须共同遵守。为了减少侵权违法事件的发生，传媒与设计机构应加强防范措施与管理细则的建设。
3.结语
综上所述，传媒版面的图像来源可从“产生来源”与“输入来源”去加以认识，不同来源渠道的图像存在质量差异，在媒体版面设计中必须注意适当选择和利用。同时，媒体设计师还必须熟悉一般的图像信息处理方法与手段，以便更好地优化图像质量与应用价值。此外，信息化、网络化技术扩展了传媒的图像来源，给媒体设计带来了便利性与高效率，但也导致了日益严重的侵权违法行为。可见，在读图时代，数字高新技术是一把双刃剑，需要媒体人、设计师好好地驾驭它，以趋利除弊。
参考文献
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[3] 曾朝辉，印刷设计电脑数字化技术的革新与反思[J]，包装工程，2011，9（18）：87-87
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[5] 张新建，出版物中图片侵犯著作权问题及其防范对策[J]，科技与出版，2012，10（10）：64-64.
印刷电路板设计 第5篇
在国内印刷电路板 (PCB) 、柔性印刷电路板 (FPCB) 的制作过程中, 冲孔主要靠人工目测定位。这种定位操作方式的缺点是劳动强度大、效率较低、质量差、重复性差。前几年国内的工程技术人员利用已经成熟的动态摄像技术进行印刷电路板冲孔的准确定位, 其定位精度高, 可实现制作过程自动化, 提高了生产效率, 开发出了印刷电路板自动冲孔机。早期的印刷电路板自动冲孔机自动定位控制系统以单片机为控制器, 由CCD 摄像头输出目标的图象信号, 再将采集的图象信息送给单片机进行处理, 计算出目标的位置, 将位置信息通过串行口输入到下位机, 控制电动机动作, 从而实现自动定位、冲孔功能。该系统特点是成本低、性价比较高、应用较广。随着印刷电路板加工要求的提高, 要求能识别圆弧、异型孔等图象, 但以单片机为控制器核心的印刷电路板自动冲孔机, 其控制器内存小、运行速度慢, 难以满足其要求。工控机与单片机相比, 具有运行速度快、RAM容量大、可配置多种操作系统、便于多任务调度和运行等优势, 为图象数据的存储、处理提供了良好的运行环境。为此, 笔者设计了一种基于工控机的印刷电路板自动冲孔机。
1 硬件系统原理
1.1 硬件系统组成
基于工控机的印刷电路板自动冲孔机的硬件系统由CCD摄像头、二值化电路、CPLD逻辑、PC104工控机 (以下简称PC104) 、X方向驱动电路、Y方向驱动电路、机械平台等组成, 如图1所示。其中, PC104为控制核心, 具有可靠性高、抗干扰能力强、工作温度范围宽等特点, 可保证硬件系统的可靠运行。
1.2 工作原理
CCD摄像头获取电路板定位孔图象信息, 经二值化电路处理转换成串行数字信号, 送入CPLD, 将串行信号转换成8位1组的并行信号, 存入缓存中, 以DMA (直接存储器存取) 方式传送至PC104的 RAM中。视频信号的1个扫描行采集的点数为328点, 取41 B, 偶数场、奇数场的扫描行取287行, 则总的数据量为24 K (412872) , 为了减少数据量, 可以对图象的上、下、左、右进行剪裁, 行扫描采集的点数取256点, 为32B, 偶数场、奇数场的扫描行取256行, 总的数据量为16 K。PC104在读取完整的1屏图象数据、处理图象后, 获取印刷电路板定位孔的坐标信号, 通过串行口将该坐标信号送到X方向、Y方向驱动电路, 控制机械平台的X方向、Y方向运行至印刷电路板定位孔位置, 控制气动部件对定位孔冲孔。这样即完成对1个定位孔的识别与冲孔过程。
CPLD的输入信号有CCD摄像头输出的视频信号、18.973 MHz的方波信号、二值化后的数字图象信号。CPLD内部产生的部分信号波形如图2所示, 其中a为从视频信号分离出的场扫描周期信号;b为分离出的场扫描的回扫信号, 其高电平宽度为1.6 ms、周期为20 ms;c为790.5 kHz的频率信号, 是18.973 MHz的24分频所得;d为周期为64 μs的行扫描信号;e为频率信号, 同c, 该信号在场回扫描时被屏蔽。CPLD输出至PC104的信号有8位数据;DMA控制信号;a为场扫描信号 (奇/偶帧) , 用于将奇、偶扫描期间采集的数据合成1屏完整的图象信号;e作为缓存RAM的写入信号, 将转换成8 bit为1组的平行数据写入双端口RAM中。
1.3 CPLD与PC104的数据传送
CPLD的数据缓存采用双端口RAM技术, 其核心是存储器阵列, 它的读与写操作相互独立, 有各自的时钟线、地址总线、数据总线和使能端。在传输数据时, 数据进入存储器进行缓存, 供PC104访问, 即从缓存中读出数据存入PC104的内存。
1.4 电动机驱动
在获取了印刷电路板定位孔的中心坐标和机械零位坐标后, 分别求取二者在X、Y方向的差值, 该差值即为机械平台在X、Y方向需移动的距离。但由于该差值的单位为CCD像素点数, 故必须进行像素点数与伺服电动机脉冲数即脉冲当量λx、λy之间的转换。像素点之间的距离与CCD参数 (如焦距、安装位置等) 有关, 在实际应用中离散性较大, 且X、Y方向的像素点距也不同, 故必须实时测试X、Y方向, 以消除机械平台机构、丝杆等在“上、下、左、右”4个方向上移动时产生的机械间隙误差。
若定位孔中心坐标为 (xn, yn) , 机械零位坐标为 (x0, y0) , 则X、Y方向伺服电动机的脉冲数Nx、Ny分别为
在实际的伺服电动机快速响应驱动中, 必须保证电动机在频繁启停、频率发生突变的高速运转过程中不发生堵转和失步现象。而堵转和失步的发生与电动机的升速和降速特性, 即与伺服电动机升降频脉冲序列的变化规律有关。根据所选伺服电动机的力矩-频率特性, 通过分析可以得到第i个脉冲频率算法:
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式中:f0为初始频率;fmax为升速时的终止频率;R为曲线的平滑度, 取值为1～2。
经实际测试, 当R取1.3、f0取300 Hz、fmax取55 000 Hz时, 在保证机械平台高速移动时, 自动冲孔机系统运行平稳、机械抖动小、运行声音柔和;而在降频减速时, 电动机的减速规律是升速曲线的镜像。如果将X、Y方向电动机的脉冲序列建立一张数据表, 那么二者就可共用同一张数据表, 对于减速过程, 只需逆向查表即可。
具体设计过程:通过上面的算法计算得到的脉冲序列, 转换成微处理器定时器T (T0或T1) 所需的计数值存入内存中, 需要加/减速控制时, 依次从中取出计数值送入T时间常数寄存器中, 通过定时产生中断, 每隔ΔTi输出1个脉冲, 即产生设定的脉冲序列, 从而实现伺服电动机的升速和降速驱动。
2 图象处理
印刷电路板定位孔由圆形或其它图形的铜箔构成, 分布在纵横交叉的铜箔线条和各种图形文字中, 背景图象十分复杂。由于待处理的二值图象包含印刷电路板较多的对象, 而实际上只需分析处理印刷电路板定位孔的几何参数。为了避免处理大量无效数据, 需要对印刷电路板整幅图象中所有的物体数据按一定的方法进行预处理, 以提高目标识别的速度, 降低误识别率。在识别锁定目标的图象边界点之前, 由于实际采集的图象中含有大量的噪声, 必须进行滤波处理。经滤波后通过一定的算法求得标记印刷电路板定位孔的圆心坐标和半径, 同时计算出相对于钻头中心坐标的定位孔圆心坐标。
图象处理在印刷电路板自动冲孔机中具有核心作用, 其处理结果决定冲孔的精度和效率, 它产生驱动控制器所要求的数据, 送出给控制系统, 控制系统响应命令, 从而控制机械部件动作, 完成相应的动作功能。
3 机械部分
印刷电路板自动冲孔机通过三维运动达到对其冲孔的目的, X、Y向通过伺服电动机驱动二维拖板, Z向通过汽缸驱动。首先操作者将需要冲孔的电路板放在Y向拖板上面、摄像机的下方, 通过对印刷电路板的摄像得到定位孔的灰度图, 将灰度图二值化, 得到定位孔的圆心。然后压脚将印刷电路板压紧在Y向拖板上, 驱动器驱动伺服电动机, 伺服电动机驱动拖板使定位圆心走到冲头圆心坐标处, 压下脚踏开关, 控制器接收到开关信号后, 汽缸动作驱动冲头向上运动冲孔, 完成1次冲孔动作。上述动作通过设置也可以自动工作方式完成冲孔动作。
4 结语
本文介绍的基于工控机的印刷电路板自动冲孔机采用工控机处理视频图象信息, 通过选用相应的算法, 实现了对圆、圆弧、异型孔的图象识别, 达到了自动定位、冲孔的目的。
摘要：针对以单片机为控制器核心的印刷电路板自动冲孔机不能识别复杂图象的问题, 介绍了一种基于工控机的印刷电路板自动冲孔机的设计。该冲孔机由CCD摄像头获取印刷电路板定位孔图象信息, 传送至PC104工控机的RAM中, PC104工控机在读取完整的1屏图象数据、处理图象后, 获取印刷电路板定位孔的坐标信号, 通过串行口将该坐标信号送到X方向、Y方向驱动电路, 控制机械平台运行至印刷电路板定位孔位置, 控制气动部件对定位孔冲孔, 实现自动定位、冲孔的目的。实际应用表明, 该冲孔机具有运行速度快、精度高、能识别和处理较为复杂的图象等特点。
关键词：印刷电路板,冲孔机,工控机,图象处理,自动定位,PCB,CCD,PC104
参考文献
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[3]王晓明.电动机的单片机控制[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2002.
[4]蒋璇.数字系统设计与PLD应用技术[M].北京:电子工业出版社, 2001.
[5]王庆有.CCD应用技术[M].天津:天津大学出版社, 2000.
印刷电路板设计 第6篇
什么叫覆铜板?在绝缘性能很高的基材(板)上覆盖一层导电性能良好的铜质薄膜,就构成了生产印刷电路板所必需的覆铜板。再在铜膜上覆多层绝缘材料、铜膜,铜膜间相互绝缘就构成了多层覆铜板。
印刷电路板的种类很多,按导电层数的不同,可以将印刷电路板分为单面板、双面板、多面板。单面板只有一面覆有铜膜,另一面空白,故只能在覆有铜膜的一面上制作导电图形。导电图形主要包括联接元件引脚的焊盘和实现元件引脚互联的导线,此面称为“焊锡面”。在PCB编辑器中称为“Bottom”(底层),另一面用于放置元件,此面称为“元件面”,在PCB编辑器中称为“Top”(顶层)。单面板结构简单,没有过孔,生产成本低;因单面板只能在一个层面上布线所以设计难度最大,布线成功率低于双面板[1]。
1 印刷电路板快速设计的步骤与方法
1.1 进入PCB编辑器
以设计单层印刷电路板为例,在Protel99SE已有的原理图编辑状态下,单击“File”菜单下的“New.”命令,在“New Document”窗口的“Document”标签下双击“Pcb Document”图标,创建“*.PCB”新文件,双击“*.PCB”图标就进入了PCB编辑器。
1.2 规划电路板
在PCB编辑状态下,单击主菜单“Design”下的“Options”命令。
1.2.1 参数设置
1)设置工作层
在“Document Options”窗口中,在“Layers”标签下“Sigals Layers”栏,选择“Bottom”设置底层布线;在“Mechanical Layer”栏,选择“Mechanical”放置注释文字及边框等;在“Silkscreen”栏,选择“Top Overlay”层放置元件外形符号及序号;在“Other”栏,选择“Keep Out”层绘制印刷电路板的边框、选择“Multi Layer”显示所有已打开工作层上的图形等信息;在“System”栏,选择“DRC Error”显示错误、选择“Connect”显示反映联接关系的“飞线”;选择“Pad Holes”显示焊盘孔、选择“Visible Grid2”显示可视网格。
2)设置布线步长等
单击“Options”标签,可设定布线步长、元件移动的最小距离、测量单位等。
1.2.2 规划电路板尺寸
单击“*.PCB”文件下部的“KeepOutLayer”层标签;设置相对坐标圆点,执行主菜单“Edit”下的“OriginSet”命令(或单击放置工具中的相对坐标圆点工具),在*.PCB文件合适的位置单击;然后(1)执行主菜单“Place”下的“Line”命令(或在画线工具栏中选则画线工具);(2)执行Ctrl+End(使光标位于相对坐标圆点)、单击Enter键选择画线起点;(3)按光标移动键(左右上下)进行画线,注意在转折处双击Enter键,最终围出尺寸符合要求的电路板外形[2]。
1.3 环境参数设置
执行主菜单“Tools”下的“Preferences.”命令。在“Option”标签下“Editing”栏,选择“Remove Duplicates”自动移去重复元件;在“Component Drag”栏选择“Connected track”移动元件时铜膜导线同时伸缩,其它设置均可使用默认值。
1.4 装入元件封装库及网络表
1.4.1 装入元件封装库
常用元器件封装存放在“Design explorer99LibraryPcbGeneric FootprintsAdvpcb”元件封装库中,加载此元件封装库。
1.4.2 装入网络表
在上述条件下,执行主菜单“Design”下的“Load nets.”命令,在LoadForward Annotate Netlist窗口中借助“Netlist File”右侧“Browse”钮,选择“*.PCB”所对应的网络表,如果没有错误,状态栏显示“All macros validated”(所有网络宏有效),再单击“Execute”(执行)钮,即可完成网络表的装入。
1.5 元件的布局
装入网络表后,所有元件是叠放在布线区的,有时也可能不在布线区。元件的布局就是按一定的规则在布线区内大致确定元件的相对位置(元件应沿水平或垂直方向排列,引脚焊盘位于栅格点上)[3]。
1.5.1 手工布局
手工布局只适宜于使用元器件较少的简单电路。
1.5.2 自动布局
自动布局前,通常要先固定(Locked)对放置位置有特殊要求的元件。然后执行主菜单“Tools”下的“Auto placementAuto Placer.”命令,可选择“Cluster Place”(菊花链状放置方式)按联接关系将元件分簇,用几何方法布放簇,这一方式适宜于100个以下元件的布局;也可选择“Statistial Place”使用统计算法实现元件的自动布局,此方式适宜于100个以上元件的布局,在这种方式中,应选择“Group Components”(将网络表中关系密切的元件视为一个整体,布局时尽量靠在一起)、“Rotate components”(在布线过程中可对元件进行旋转),并在“Power Nets”后填入“Vcc”,在“Ground Nets”后填入“GND”。作好以上选项,单击“OK”钮后耐心等待,之后在完成自动布局对话窗中单击“OK”钮,再单击更新PCB布局数据对话框“Yes”钮关闭自动布局文件“Place*”,显示出布局好的印刷电路板文件“*.PCB”。这时可对布局好的印刷电路板图进行手工修改,使布局更加完善[4]。
在自动布局过程中,常常出现一部分元器件会布在电路边框之外的现象,解决此问题的方法有二:其一,删除当前的“*.PCB”文件,重建新的PCB文件,按先前的布局参数设置重新布局即可;其二,在自动布局时先使用一次“Cluster Place”(菊花链状)布局,然后再使用“Statistial Place”(统计算法)布局。采用上述方法,一般情况下都能顺利完成自动布局。
1.6 布线
1)自动布线规则
单击主菜单“Design”下的“Rules”命令,“Design Rules”窗口有“Routing”(布线规则)、“Manufacturing”(制造工艺规则)、“High Speed”(高速规则)、“Placement”(布局规则)、“Signal Integrity”(信号完整性规则)、“Other”(其它规则)等栏目,其中最重要的是“Routing”栏,其它栏目采用默认值即可。
对于“Routing”栏,“Clearance Constraint”(间距约束规则)规定两个实体或两组实体间的最小距离;“Routing Layers”(布线层规则)规定布线层,若同时使用Top、Bot层,则必须一层设置为Hor,另一层设置为Vert,二者不可相同;“Width Constraint”(布线宽度规则)设置布线宽度。
2)布线规则的编辑和创建
编辑上述已有的布线规则只需单击要编辑的规则条目,再单击“Properities”按钮即可设置参数和参数作用域(Filter kind)了。
创建规则即添加新的规则,选中(单击)需要添加的规则,单击“Add”按钮即可添加新的参数和参数作用域了。
3)自动布线
单击主菜单“Auto Route”下的“All.”命令,弹出“Autorouter Setup”窗口,单击“Route All”钮,将出现“Advanced Route”窗口,单击“Yes”钮,计算机将进行复杂的计算及布线,等待一段时间后出现“Design Explorer Information”布线信息窗口,单击“OK”,布线结束[5]。
4)手工修改布线
自动布线的功能非常强大,只要参数设置适当、元器件布置合理,自动布线的成功率非常高,但也有不尽人意的地方,这时就需要手工修改调整了。
2 文件存储及打印
印刷电路板设计好之后应立即保存备用,并根据需要打印出相应的印刷电路板文件。
3 结束语
电子设计软件Protel99SE以其强大的、智能化的自动布线能力使印刷电路板的设计更加合理,效率大大提高,电子设计人员的劳动强度大大降低。它操作方便,易学易用,在我国电子行业中知名度最高,普及程度极广[6]。在公司中,它是产品从设计、实验到定型过程中不可缺少的设计工具;在大学里,它是电类学生必会的电路设计工具与顺利就业的有力帮手。对于该软件的学习,只要多动手练习,并注意不断地总结经验,就能够快速入门,操作水平也会随之提高。
摘要：印刷电路板(Printed Circuit Board)简称PCB,它是电子产品中电路元器件的支撑件,提供电路元件和器件之间的电气联接。在电子制作中,正确、快速地设计印刷电路板,能使电子设备的结构更为合理、紧凑,并且使设计效率及整机电性能指标大大提高,电子设计人员的劳动强度大大降低。因此掌握印刷电路板的快速设计方法十分必要。
关键词：印刷电路板,PCB编辑器,自动布局,自动布线
参考文献
[1]潘永雄,沙河,刘向阳.电子线路CAD实用教程[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001.
[2]王延军.自动布线及故障排除[J].计算机光盘软件与应用,2010(5):56-58.
[3]黎小桃.Protel99SE在PCB板设计中的常见问题及解决技巧[J].福建电脑,2006(7):186-188.
[4]冯黎.印刷电路板设计基础[J].电子制作,2005(9):38-40.
[5]汪汉新.Protel99SE-PCB设计与使用技巧[J].中南民族大学学报:自然科学版,2002(2):31-33.
废旧印刷电路板资源化研究综述 第7篇
1 印刷电路板的组成
印刷电路板按结构分,有单面印制板、双面印制板、多面印制板;按绝缘材料分,有纸基板、玻璃布基板、合成纤维板;按基材的性质分,有刚性印制板、挠性印制板;按用途分,有通用性和特殊性。印刷电路板的种类繁多,结构复杂,但是其中所含的物料的种类却有相似之处,各类印刷电路板都是由金属、玻璃纤维和树脂材料所组成,在基板上的树脂材料中加入卤化物阻燃剂,目的是防止因电路板短路引起燃烧。由于这些材料在物理化学性质上存在着差异,因此可以借助于它们的差异性来设计合理的回收工艺流程。印刷电路板是以覆铜层压板为基板而制成的主要的电子组装基地,上面装配有各类电子元件,如电阻、二极管、晶体管、电容器以及一些集成电路,这些构件中含有多种金属、具有很高的回收利用价值。
表1中列举了瑞典Ronnskar冶炼厂[2]对个人计算机中的主要组分及含量的分析。
%
从表中可以看出,废旧PCB上含有的金属品位相当于普通矿物中金属品位的几十倍至上百倍,其中最多的是铜,其含量为23.73%,铝、锡、镍、锑、铁的含量也都很高。另外,废旧PCB中的非金属材料也可以通过处理回收作为燃料和化工原料或涂料、建筑材料等重新利用。
2 废旧PCB的回收处理方法
对废旧PCB的资源化,从20世纪60年代末,美国矿务局开始尝试从废弃军事设备中提取贵重金属开始,已经有40年的历史[3]。废旧PCB的回收处理是一个相当复杂的问题,其涵盖了机械、化学、冶金、环境等多学科内容。目前,国内外对废旧PCB的回收处理技术主要有热处理法、化学处理法和机械物理处理法。由于各种方法单独处理废旧PCB各有优缺点,所以对于废旧PCB的回收利用常常采用多种方法联合来进行综合处理。
2.1 热处理法
热处理法主要是借助于焚化、烧结、熔融等手段,除去废弃PCB中的塑料和树脂成分,以达到金属富集的目的。对于废旧PCB的热处理技术包括焚烧、热解、微波处理等。
2.1.1 焚烧法
废旧PCB的焚烧处理法[4]是一种比较传统的处理废旧PCB的方法,焚烧法是先将废旧PCB用破碎机破碎至一定的粒径,然后送入焚化炉进行焚烧,在焚烧过程中,大约有40%的树脂材料被焚烧破坏,剩余的残渣为裸露的金属和玻璃纤维,经粉碎后可以利用机械物理法或化学方法回收。值得注意的是,在PCB的制造过程中加入了阻燃剂,其中含有氯、溴等成分,若在焚烧过程中温度控制不当会产生二恶英等剧毒物质,因此,焚烧法对通风和空气污染防治要求非常高。
2.1.2 热解法
热解法的原理[5]和焚烧法相似,热解法工业上也叫干馏,是将废旧PCB放在一个完全密封的炉膛内,并将炉内加热至一定温度(通常是800℃左右),在高温及缺氧的情况下,废旧PCB中的成分被分为残渣和热气两部分,其中残渣为金属和玻璃纤维,热气中可凝结部分被转化为油脂,剩余部分可用于对炉壁继续进行加热。热解技术是一种新型有效的回收废旧PCB的方法,由于其具有环保和能源的双重利用的效果,因而具有一定的吸引力。目前,废旧PCB的热解技术在国外尚处于实验研究阶段,国内的研究刚刚起步,离真正的工业化还有一段距离。
2.1.3 微波处理法
利用微波技术来处理废旧PCB是一种新型的回收处理方法[6]。微波是指频率为300 MHz-300 GHz的电磁波,其热效应显著,能引起物质温度迅速升高。在利用微波技术处理废旧PCB时,先将废旧PCB破碎,然后放在微波炉中加热30~60 min,其中的有机物先挥发出来。然后将微波炉温度升高,余下的物料在1 400℃下高温熔化,形成一种玻璃化物质。在冷却这种物质后,金、银及其他的金属就以颗粒的形式分离开了,余下的玻璃质材料则可以用作建筑材料或燃料等。
佛罗伦达大学与Savannah River技术中心[7]开发了一套利用微波技术处理并回收废旧PCB中贵重金属的装置。目前该技术在实验室研究中取得了很好的效果,正在进行商业化的放大研究。微波技术在回收废旧PCB方面有着很大的发展潜力,但是与之相关的基础理论还是落后的,应该努力开发和完善微波技术,使其为废旧PCB的资源化做出应有的贡献。
2.2 化学处理法
化学处理法是利用废弃PCB中各种成分的化学稳定性不同而使废弃PCB资源化的方法。化学处理的方法主要有洗法、溶蚀法等。化学方法的优点是最终可以得到较纯的产品,但是存在投资较大、废气、废水、废渣难以处理等缺点。
2.2.1 洗法
用洗法来回收废旧PCB开始于上个世纪70年代,洗法主要用来回收废旧PCB中的贵重金属及有色金属。洗法回收废旧PCB,是将废旧PCB先用强酸或强氧化剂溶解,得到贵重金属的剥离沉淀物及其它贱金属的的废酸溶液,再用王水等对贵金属的剥离沉淀物进行处理,分别将其还原成金、银、铜等金属产品。
用洗法来回收废旧PCB通常会产生大量的废水、废气、废渣,并且这些废物具有腐蚀性和毒性,若处理不当,很容易导致严重的二次污染。这种方法只能用来回收贵重金属及铜,不能用来回收其它的金属和非金属材料,可能会逐渐被最近几年新兴的物理机械方法所代替。
2.2.2 溶蚀法
溶蚀法[8]主要用来回收含贵重金属的接点、合金底材。溶蚀法是利用弱氧化剂溶液先把废旧PCB中铜及贱金属溶解,而金、银、钯等贵重金属不溶解,因此可以将贵重金属过滤回收。溶蚀后,母液再用氯气氧化,氧化溶蚀液可以循环利用,最后再对母液加以处理,以回收其中的其他金属。
随着科技的进步,在废旧PCB上的贵重金属的含量逐步减少,而一些非金属材料含量逐步增多,所以采用溶蚀法来回收废旧PCB具有一定的局限性。
2.3 机械物理处理法
机械物理法[9]是将废弃PCB粉碎到一定的粒径,使非金属材料和金属材料相分离,再根据密度电磁性能的差别,将两者分开。机械物理方法主要包括破碎、物料的分选富集等工艺过程。机械物理法回收废旧PCB具有回收率高,投资成本低,分选系统简单操作易行且对环境友好等特点,但最终得到的是金属的富集体,还需后续工艺对富集体进一步提纯。
2.3.1 破碎
用机械物理法对废旧PCB中的金属与非金属高效分离的前提是金属与非金属的单体解离。合适的粒度是保证实现金属与非金属有效分离的条件,若解离不够充分,则后续分选所得到的金属品位就低;若出现“过粉碎”现象,则会产生较多难以分选的细粒子。破碎的目的也就是使废旧PCB中的金属与非金属完全解离开来,为后续的分选工作做准备。由于废旧PCB的硬度高,韧性好,因此采用具有剪切和冲击作用的破碎设备,这样可以获得良好的解离效果。因此国内外学者对废旧PCB的破碎也相当关注,并且研制了一系列针对废弃PCB的具有剪切和冲击作用的破碎机。
北京石油化工学院的周翠红[10]研制了ZKB剪切破碎机并对其性能进行了分析,ZKB剪切破碎机主要采用纯剪力对废旧PCB进行粗碎,可以将废旧PCB粗碎至20 mm20 mm的碎块。日本的NEC公司[11]开发了两段式的破碎技术以及铜粉的回收工艺,分别利用剪切破碎机和特制的具有剪断和冲击作用的磨碎机将废旧PCB粉碎至1 mm左右的粉末,这时金属与非金属已基本解离,并且铜的粒径大于玻璃纤维和树脂的粒径,再经过两级分选便可以得到品位较高的铜。
2.3.2 分选
分选是机械物理处理法中另外一个重要的工艺。根据破碎后金属与非金属混合颗粒的密度、粒度、导电导磁特性的差异,采用重力场分离、电力场分离、磁力场分离在内的物理机械分离方法[12]。重力场分选的设备主要有空气摇床、溜槽、液-固流化床、气-固流化床等。电力场分选包括涡流电选、电晕电选、静电分选等方法。磁力场分选则是利用了被选对象在磁场中磁性的差异来进行分离的一类方法。
目前对于废旧PCB分选的研究,主要侧重于建立高效的分选设备,以及建立合理的工艺流程,已经有实践证明:采用破碎筛分分级重选、电选和磁选相结合的机械物理回收分离技术,成本低、再资源效果好、不会引起二次环境污染且回收率高,又符合市场化的需要[13]。因此,建立高效的分选设备和合理的工艺流程应该成为目前及今后废弃PCB资源化的主攻方向。
3 结语
综上所述,热处理法、化学处理法和机械物理法处理废旧PCB各有其优缺点,各种方法的侧重点不同,处理的过程和结果也不同。至于各技术工艺的评价,可以从经济可行性(如设备、成本、回收收益、环保支出等)、再资源化效果(如回收效果、资源化产品承接程度等)、二次公害风险(如衍生污染防治难易程度)等角度进行综合分析,选取合适的工艺流程,争取在最大程度上做到废旧PCB的资源化和处理过程的无害化。各种处理方法工艺性能比较见表2所示。
回收废旧PCB既是环境和资源压力的要求,也是落实环境保护法律法规的要求,在当今社会有着重要的意义。目前国内外都在探讨废旧PCB资源化,但是想要达到理想的状态,还需要加大对废旧PCB资源化的研究力度,只有这样才能真正的将废旧PCB资源化和无害化处理。
摘要：在大力倡导建设资源节约型和环境友好型社会的今天,加大对废旧印刷电路板的资源化研究有着特别重大的意义。首先介绍了废旧PCB的组成,并对废旧PCB中金属的含量做了分析,指出废旧PCB具有很大的可再生利用价值。着重综述了废旧PCB资源化的常规用法,主要包括热处理法、化学处理法、和物理机械处理法,并对这些方法做了的分析归纳。通过对各种方法的综述可以看出采用物理机械方法回收废旧电路板应该是今后的发展方向。
印刷电路板行业清洁生产研究分析 第8篇
1 印刷电路板行业的现状分析
1.1 印刷电路板行业及其发展
印刷电路板 (Printed Circuit Board, 简称PCB) , 指的是根据预先设计的电路, 通过印刷发, 于绝缘基板的表面或内部, 完成元件器之间连接的技术。印刷电路板是由形成印刷线路的印刷线路板装配上元器件组合而成, 是当代电子工业最重要的电子部件之一, 在人类生活与生产中占据着不可或缺的重要地位。
我国首个印刷电路板于1956年正式诞生, 由于生产技术有限, 该印刷电路板为单面印刷电路板, 并在20世纪60年代获得了大规模的生产。改革开放以来, 随着大量外资的引进, 我国PCB产量逐年递增, 到了1994年, 我国PCB出口量已跻身进世界前四名。后来, 随着电子信息产业的飞速发展, PCB产业发展得如火如荼, 根据近年来的发展趋势, 我国俨然已成为世界PCB产业的中心。不过, 虽然我国PCB产值所向披靡, 但是生产技术仍有很大的进步空间。
1.2 印刷电路板的特点与分类
目前印刷电路板的分类可按照产品用途进行分类, 也可以按照产品基材进行分类, 也可以根据产品结构进行分类。按用途分类无法充分体现出印刷电路板的性能特点, 因为现在的电子设备应用范围十分广泛。不过按照基材分类与结构分类, 就能充分体现出印刷板的材料与功能特点。按照基材的不同, 结构分类可分为刚性印制板、挠性印制板以及刚挠结合印制板。而刚性、挠性印刷板还可根据板面层数, 再分为结构简单的单层板与能够处理多种复杂信号的双面或多面印刷板。
1.3 印刷电路板生产中的三废与危害
在PCB生产过程中, 极易产生污染环境的有害物质。污染物主要包括废水、废气以及固体废弃物等。废水的排放, 会使生产工厂周边水域受到污染, 进而影响到水域附近具名的生活质量。处于生产一线的员工, 长期受到各类废气的损害, 身体情况也是令人堪忧。而固体废弃物的焚烧处理, 会导致毒害气体的产生, 生态环境造成二次污染。
1.4 印刷电路板行业发展亟待解决的问题
目前我国PCB行业目前有很多问题等待解决, 这些问题主要包括:工业技术落后, 行业竞争力不强, 企业核心竞争力弱, 给生态环境带来不利影响, 产品结构单一, 缺乏有效管理, 能源资源日益紧张, 从业者缺乏专业技能与职业素养等。印刷电路板行业发展停滞不前, 很大程度上是受到了这些不利因素的影响。
2 印刷电路板行业的清洁生产
2.1 清洁生产的定义
清洁生产理念起源于20世纪60年代, 美国华工行业的“污染预防审计”。世界各国结合自身国情, 对清洁生产的定义进行了拓展。随着时代的发展, 清洁生产不但在定义上化被动为主动, 从治理演变为预防, 其涉及范围也得以拓展, 并随着经济发展与技术的革新, 不断更新与完善。
2.2 清洁生产的举措
在政府的大力扶持下, 我国PCB行业清洁生产技术日益精良。在企业生产过程中, 工作人员会通过绿色设计, 综合产品各方面信息, 生产出能够满足社会需求又不会对生态环境带来不利影响的高端绿色产品。利用含卤素阻燃剂处理废弃物, 清洁基板材料, 消除污染隐患。在生产活动中, 对工作人员实施相应的劳动防护措施, 尽量使用无污染材料。优化生产工艺, 对工艺实施清洁改良, 提高生产效率的同时, 减少三废排放, 增强污染预防能力。在排放废水废料前, 对排放物进行科学处理, 实现循环利用、降低排放量的目的。此外, 还有综合利用资源能源、加强环境管理力度等措施, 均有利于促进印刷电路板行业的清洁生产。
2.3 印刷电路板行业清洁生产发展现状
近年来, 我国在立法、执法、建设等方面, 均结合了清洁生产理念, 发布了许多扶持政策, 并大力倡导清洁生产。近年来, 为鼓励企业自觉进行节能减排, 我国环保部与发改委先后为多行业制定了清洁生产评价指标体系, 用于增强对行业清洁生产的监督力度。我国通过与发达国家的交流与合作, 培养了大量清洁生产专业人才, 全身心致力于清洁生产事业。同时, 我国积极借鉴他国成功经验, 结合自身国情, 联合政府、企业与社会各界, 共同推动清洁生产的发展。
3 结束语
综上所述, 作为我国的朝阳产业, 印刷电路板行业具备良好的发展前景, 而环境污染问题也会随之而来。清洁生产是解决环境污染问题的有效手段, 通过清洁生产, 改良生产技术, 提高生产效率, 优化产品质量, 增强环境保护的工作力度, 将污染排放量降到最低, 尽量避免对环境造成的不利影响, 十分有益于PCB行业走可持续发展道路, 实现健康发展。
参考文献
浅谈印刷电路板拆解技术的研究现状 第9篇
随着电子行业的快速发展, 使得电子产品的消耗快速增长, 随之产生的是电子产品的大量废弃。印刷电路板几乎存在所有的电子产品中, 同时作为电子产品的核心部件正在以惊人的速度报废。除此之外, 我国是印刷电路板行业的生产大国, 是全球产值最大的PCB生产国[1~3]。印刷线路板在生产过程中, 产生约24%的边角废料。我国也是印刷电路板的消费大国, 几种主要的家用电器的社会保有量巨大。而且随着科学技术的发展与革新, 电子产品更新速度越来越快, 电子产品的使用寿命相应会缩短, 这将使电子废弃物的数量呈直线增长之势。有关资料显示[4,5], 美欧等国产生的电子垃圾80%出口都被装进集装箱运到了印度、中国和巴基斯坦。其中中国又占了90%。而废弃印刷线路板在电子废弃物中所占的比重约为8%左右[6]。可见伴随电子废弃物产生的废弃印刷线路板的数量同样十分惊人。
由以上可以看出我国废弃印刷线路板的主要来源有废旧电器中的电路板、加工边角废料和进口的电子垃圾。因此, 我国的废弃印刷线路板回收已经到了关键时刻, 必须努力提升我国废家电处理技术水平。以解决我国废家电处理技术的技术瓶颈, 提高本国企业在国际上的竞争力。
废弃印刷电路板上含有多种贵重金属 (金、银和钯等) 、稀有金属 (铌和钽等) 和大量的基本金属 (铜、铁和铝等) , 倘若随意丢弃这些废弃电子产品或者经过不正确的处理, 都会对环境造成严重的污染, 同时也是一种资源的流失。在矿产资源日渐减少的今天, 对于电子废弃物这座“城市矿山”进行合理的开发利用是减轻当前资源危机的重要方法。目前印刷线路板的处理处置都是未经拆解直接破碎分离金属和塑料。在对PCB资源化处理过程中, 对其进行有效拆解必不可少, 通过拆解可以回收具有商业价值的元器件并拆除危害性零部件以简化后续的材料分离再生过程。但是目前对这些废弃印刷电路板的处理处置技术尚不成熟, 主要是小作坊通过手工操作来进行初步拆解处理, 没有形成完整的产业链, 深加工工艺比较欠缺。
2 国内外废弃印刷电路板元器件拆解技术现状
目前现有的废线路板资源化处理方式主要有[7~9]2种:一是以回收资源为目的的材料完全再生的回收方式, 该方法主要回收其中的金属与非金属资源;二是结合拆解元器件的回收方式, 这种方法不仅要求回收其中的金属和非金属资源, 而且回收其中的可用电子元器件。前者的主要优点是机械化程度高、效率高, 可节约劳动力成本, 但是其设备投资巨大, 后期处理困难, 资源化程度相对较低;而后者工艺复杂。目前, 我国对于拆解元器件的回收方式还处于可行性研究阶段, 其发展受技术和经济两方面因素的制约。技术上阻碍PCB自动拆解的主要障碍是印刷电路板尺寸型号繁多, 相同类型的产品数量少, 所以自动化拆解困难。同时因数电路板的收集管理也是阻碍拆解的因素之一。
2.1 国内拆解技术现状
20世纪90年代, 国内主要以野蛮粗鲁的方式拆解处理电路板[10,11], 如电路板烘烤拆解和强酸溶解, 这种处理方式缺乏技术指导, 给环境带来了巨大的污染与灾害。目前废弃电路板再资源化研究成果按方法及工艺主要分为四大类[12]:机械物理法、化学溶解法、生物浸出法和焚烧热解法”。国内对废弃印刷电路板的处理方法主要是[13]机械物理法, 处理方式大致分为两种:一种是将元器件连同废弃PCB基板一同破碎, 最后分选出有价值的金属。这种方式虽然可以从回收的有价金属中获得一定的经济效益, 但是与回收完整元器件所换回的经济效益相比是相差甚远的;另一种是采用人工拆解的处理方式将元器件从废弃PCB上去除。此方式虽然保持了元器件的完整性, 使其可再次利用, 但是其拆解效率不高, 而且容易对人体造成伤害。
我国目前废弃印刷电路板处理处置形式有3种[14]:一是家庭作坊式:采用手工或者依靠最简单的工具 (改锥、钳子等) 进行的拆解, 人工将有价成分分类回收;或者采用简单酸溶或露天焚烧等落后方式回收高附加值组分。难以回收利用的剩余组分就随意堆放或抛弃。在过去相当长的一段时间, 这种处理方式在沿海地区广泛流行, 但是生产效率低, 工作环境差。随着废板数量增多, 必须考虑拆解的效率和经济性问题。二是有一些中等规模的企业, 购买和安装了用于拆解的主要设备设施, 但是为节省资金, 必要的污染防护措施不配套, 在连续生产过程中也易造成二次污染。三是严格按照环保要求, 采用先进工艺, 进行拆解实现资源化处理, 加工处理过程中产生的废水、废气、废渣都能得以合理处置。这种处理方式和设施在我国已经存在, 比如南京金泽公司, 新加坡伟成工业有限公司在无锡投资建设的电子电器废物处理厂。
然而实际上我国大部分废旧电子电器不是直接进入再生资源回收企业, 而是流入二手市场, 或通过捐赠方式转移到相对欠发达的地区或收入较低的个人, 直接或经过适当修理重新利用;或暂时存储起来搁置不用;少部分彻底不能按原功能使用的废弃电器一般都被小商小贩收走, 进行拆解, 回收原料, 以获得经济利益[15]。
对印刷电路板的拆解处理, 除通用的采用熔锡炉原理进行PCB拆解外, 其他更为科学的脱焊拆卸的研究较少, 工业化的报道更为鲜见。合肥工业大学[13,16]开发了在硅油导热介质中脱焊分离PCB器件, 并利用超临界流体分离印刷电路板不同材料层的方法及装置;亦有将被PCB置于反应釜的CO2超临界流体环境中, 直至印刷电路板粘结层失去粘结作用, 强化基层与导电层分离, 元器件自行脱落方面的研究都取得了较好的效果。
国内的一些文献虽有PCB板元件绿色脱焊回收的报道, 但多数停留在实验室研究阶段, 技术尚不成熟, 存在许多问题, 暂时无法推广使用。而国外的一些自动化脱焊设备又做得系统结构非常复杂, 成本很高, 不适合中国国情。
2.2 国外拆解技术现状
对于电子废弃物的拆解, 尤其是废弃印刷电路板的拆解方面, 德国和日本处于世界领先水平, 并且对拆解过程具有较高的自动化和机械化。例如日本的[13,15]NEC公司通过对电子印刷电路板的制作过程的研究, 开发出了一套自动拆卸废弃印刷电路板上电子元器件的装置。他的主要原理是利用加热熔解焊料。加热方式选用的是红外加热。通过红外加热熔焊后, 采用两级去除的方式 (即垂直和水平方向的冲击力作用) 使表面焊接电子元器件从基板上脱落, 不会造成任何损伤。然后再次结合加热、外部冲击力和表面浸蚀技术, 达到完全脱焊。脱落的焊料可以作为精炼铅、锡的原料。此项技术获得了很好的经济价值和环境效益。
除此之外, 德国的[3,15,16,17]FAPS公司在废旧电路板的自动拆解方面也有一整套的生产线。它主要通过采用与电路板自动装配方式相反的原则进行拆解。拆解的第一步是通过清理工序将废旧电路板分成两类。其中一类先经过手工拆解对电路板上的特殊电子器件进行拆除, 比如电池等。然后对所有的电路板进行同时拆解。
另一类是无需手工拆解即可以直接进行同时拆解的电路板。其分类过程一般采用手工作业, 这在电子废弃物拆解业相当普遍。将废旧电路板拆解之后, 元件将被分成不同的种类。在预分类的阶段需要手工预先拆除一些特殊的元器件, 比如铺在PCB表面的贵金属以及非破坏性的可再次利用的带插孔元器件如CPU、存储芯片。
3 结语
与发达国家相比较可以看出, 目前我国废弃电路板管理中存在的问题主要有:回收体系落后, 回收再利用率低;再生利用处置水平低, 工艺相当落后, 污染严重:另外, 管理人员不懂法不知法, 操作人员不具备相关的专业技术和污染防治知识、技能, 也是造成管理不善而产生环境污染的一个主要原因。
现有的拆解技术主要是物理方法通过加热或者破碎等技术进行处置, 资源化利用程度低, 对元器件损毁严重, 而且不利于金属的回收, 加重了后续处理负担, 因此采用化学方法对电路板进行脱焊并回收元器件, 再从溶液中回收焊料或者直接将浸溶剂作为原料用于工业生产, 这种方法极大回收金属及元器件, 且后续处理简单, 将成为一种新的发展趋势。
摘要：指出了废弃印刷电路板的回收处理大体分为拆卸和破碎、物质富集分离、产品精制三个阶段, 为了能够回收印刷电路板上的元器件, 有必要对线路板上的元器件进行无损拆解。对国内外现有印刷电路板的处理处置技术进行了分析, 提出了一种新的、高效、高资源利用率的线路板处理处置方向。
