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第7章印制电路板设计基础7.1印制电路板概述7.2PCB图设计流程7.3PCB的文件管理和工具7.4PCB的参数设置7.1.1印制电路板结构印制电路板的制作材料主要是绝缘材料、金属铜及焊等。绝缘材料一般用SiO2。图7.1印制电路板的结构示意图金属铜则主要是印制电路板上的电气导线，一般还会在导线表面再附上一层薄的绝缘层；焊锡则是附着在过孔和焊盘的表面。每块印制电路板实际上都有两个面，习惯上根据使用的板层多少，分为单层板、双面板和多层板。7.1印制电路板概述1．单层板一面敷铜，另一面没有敷铜的电路板。只能在敷铜的一面放置元器件和布线，适用简单电路。2．双面板包括TopLayer(顶层)和BottomLayer(底层)两层，两面有敷铜，中间为绝缘层。两面都可以布线，一般需要由过孔或焊盘连通。3．多层板包含多个工作层面。在双面板的基础上增加了内部电源层、接地层及多个中间信号层。多层板的设计往往不是面向元件和布线的设计，而是采用硬件描述语言(VHDL)来进行模块化设计的。其缺点是制作成本很高。7.1印制电路板概述4．Tracks(铜膜导线)铜膜导线也称铜膜走线，简称导线，用于连接各个焊盘。飞线也称为预拉线，它是在系统装入网络表后，根据规则生成的，用来指引布线的一种连线。注：导线和飞线有着本质的区别，飞线只是一种在形式上表示出各个焊盘间的连接关系，没有电气的连接意义。导线则是根据飞线指示的焊盘间的连接关系而布置的，是具有电气连接意义的连接线路。7.1印制电路板概述5．Mask(助焊膜和阻焊膜)“膜”可分为元器件面(或焊接面)助焊膜(ToporBottomSolder)和元器件面(或焊接面)阻焊膜(ToporBottomPasteMask)两类。助焊膜是涂于焊盘上，提高可焊性能的一层膜，也就是在绿色板子上比焊盘略大的浅色圆。阻焊膜的情况正好相反，为了使制成的板子适应波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘锡。7.1印制电路板概述6．Layer(层)由于电子线路的元器件密集安装、抗干扰和布线等特殊要求，一些较新的电子产品中所用的印制电路板不仅上下两面可供走线，在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔。现在的计算机主板所用的印制电路板材料大多在4层以上。这些层因加工相对较难而大多用于设置走线较为简单的GroundDever和PowerDever(电源布线层)，并常用大面积填充的办法来布线(如Fill)。上下位置的表面层与中间各层需要连通的地方用Via(过孔)来沟通。7.1印制电路板概述7．Pad(焊盘)焊盘是将元器件引脚与铜膜导线连接的焊点。焊盘是PCB设计中最重要的概念之一，选择元器件的焊盘类型要综合考虑该元器件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。7.1印制电路板概述自行编辑焊盘的原则：(1)形状上长短不一致时，要考虑连线宽度与焊盘特定边长的大小差异不能过大。(2)需要在元器件引脚之间走线时，选用长短不对称的焊盘往往事半功倍。(3)各元器件焊盘孔的大小要按元器件引脚粗细分别编辑确定，原则是孔的尺寸比引脚直径大0.2~0.4 mm。7.1印制电路板概述8．Via(导孔)导孔，也称为过孔。用于连接各层导线之间的通路，当铜膜导线在某层受到阻挡无法布线时，可钻上一个孔，并在孔壁镀金属，通过该孔翻到另一层继续布线，这就是导孔。导孔有3种，即从顶层贯通到底层的通导孔、从顶层通到内层或从内层通到底层的盲导孔以及内层间的隐藏导孔。7.1印制电路板概述设计线路对导孔的处理原则：(1)尽量少用导孔，一旦选用了导孔，务必处理好它与周边各实体的间隙，特别是容易被忽视的中间各层与导孔不相连的线与导孔的间隙。(2)依据载流量的大小确定导孔尺寸的大小，如电源层和地层与其他层连接所用的导孔就要大一些。图7.2导孔的外圆直径和过孔直径9．SilkcreenTop/BottomOverlay(丝印层)为方便电路的安装和维修，在印制电路板的上下两表面印上所需要的标志图案和文字代号等，例如元器件标号和标称值、元器件外廓形状和厂家标志、生产日期等，这就称为SilkcreenTop/BottomOverlay(丝印层)。10．Polygon(敷铜)对于抗干扰要求比较高的电路板，常常需要在PCB上敷铜。敷铜可以有效地实现电路板的信号屏蔽作用，提高印制电路板信号的抗电磁干扰的能力。7.1印制电路板概述在设计印制电路板时，一定会考虑到安装到该印制电路板的元器件有多少个，这些元器件的形状和尺寸是怎样的？元器件封装就是表示元器件的外观和焊盘形状尺寸的图。既然元器件封装只是元器件的外观和焊盘位置，那么纯粹的元器件封装仅仅是空间的概念，因此，不同的元器件可以共用同一个元器件封装；另一方面，同种元器件也可以有不同的封装，如RES代表电阻，它的封装形式有AXIAL-0.3、AXIAL-0.4、AXIAL-0.6等，所以在取用焊接元器件时，不仅要知道元器件名称，还要知道元器件的封装。元器件的封装可以在设计原理图时指定，也可以在引进网络表时指定。7.1印制电路板概述7.1.2元器件封装元器件的封装形式可以分成两大类，即针脚式元器件封装和STM(表面粘贴式)元器件封装。(1)针脚式元器件封装针脚式封装元器件焊接时先要将元器件针脚插入焊盘导通孔，然后再焊锡。由于针脚式元器件封装的焊盘导通孔贯穿整个电路板，所以其焊盘的属性对话框中，PCB的层属性必须为MultiLayer(多层)。图7.3AXIAL-0.4电阻封装图7.4DIP-8双列直插式集成电路封装1．元器件封装的分类7.1印制电路板概述7.1印制电路板概述(2)STM(表面粘贴式)元器件封装STM(表面粘贴式)元器件封装的焊盘只限于表面层，在其焊盘的属性对话框中，Layer(层)属性必须为单一表面，如TopLayer(顶层)或BottomLayer(底层)。STM封装(表面粘贴式)元器件封装有陶瓷无引线芯片载体LCCC封装(如图7.5所示)、塑料有引线芯片载体PLCC封装(如图7.6所示)、小尺寸封装SOP封装(如图7.7所示)和塑料四边引出扁平封装PQFP封装(如图7.8所示)。图7.5LCCC封装图7.6PLCC封装图7.7SOP封装图7.8PQFP封装元器件封装的编号一般为元器件类型+焊盘距离(焊盘数)+元器件外形尺寸。可以根据元器件封装编号来判别元器件封装的规格。如AXIAL-0.4表示此元件封装为轴状的，两焊盘间的距离为400mil(约等于10 mm)；DIP-16表示双排引脚的元器件封装，两排共16个引脚。2．元器件封装的编号应用广泛的MiscellaneousDevices.IntLib元器件库中常用的元件封装如表7.1所示。常用元件常用元件封装形式电阻类或无极性双端类元件AXIAL-0.3～AXIAL-1.0无极性电容类元件RAD-0.1～RAD-0.4可变电阻类或可变电感类VR2～VR57.1印制电路板概述7.1印制电路板概述说明：Protel2004允许使用两种单位，即英制和公制。英制单位为inch(英寸)，在Protel2004中一般使用mil，即毫英寸，1 mil=0.001 inch。公制单位一般为mm(毫米)，1 inch=25.4 mm。7.2.1PCB图设计的流程布线元器件的布局装入元器件封装库及网络表规划电路板创建PCB文件用SCH绘制电路原理图文件的保存及输出7.2PCB图设计流程及遵循原则去耦电容配置印制电路板电路的抗干扰措施焊盘大小布线应遵循的原则布局应遵循的原则各元器件之间的接线7.2PCB图设计流程及遵循原则7.2.2PCB设计应遵循的原则PCB的文件管理包括有以下几种操作：新建PCB文件、打开已有PCB文件以及保存和关闭PCB文件。7.3.1PCB的文件管理7.3PCB的文件管理和工具栏1．新建PCB文件Protel2004的PCB文件是根据相应的电路原理图进行设计，所以一般位于包含的原理图的项目文件之下，现在以前面设计好的ZDQ.PRJPCB项目文件，说明建立PCB文件的方法。(1)打开ZDQ.PRJPCB项目文件。(2)创建PCB文件。执行选单命令File\New\PCB，系统即进入新PCB文件编辑画面。图7.10新PCB文件编辑画面7.3PCB的文件管理和工具栏7.3PCB的文件管理和工具栏①执行选单命令File\New\PCB，系统即进入新PCB文件编辑画面，如图7.10所示。图7.10新PCB文件编辑画面②执行选单命令File\SaveAs···，弹出“保存PCB文件”对话框，在对话框上面的“保存在(I)”栏中选择项目文件存放的位置，一般应保存在和项目文件同一个文件夹，然后在对话框下面的“文件名(N)”栏中键入ZDQ后，单击按钮即可。图7.11“保存PCB文件”对话框7.3PCB的文件管理和工具栏图7.12打开PCB文件7.3PCB的文件管理和工具栏2．打开PCB文件如果PCB文件已经建立，可以打开该PCB文件，操作方法有两种：(1)首先按照目录打开PCB文件所在的项目文件。(2)在Projects面板中双击要打开的PCB文件图标，如图7.12所示。图7.13PCB文件的可保存格式7.3PCB的文件管理和工具栏3．保存PCB文件保存PCB文件的方法有多种：执行选单命令File\SaveAs，或单击工具栏中的保存按钮，保存当前正编辑的PCB文件，Protel2004可以还将PCB文件存为其他格式的文件，以方便其他PCB软件使用。(1)执行选单命令File\Close。出现图7.14“确认保存”对话框。(2)将鼠标指针指向编辑窗口要关闭的PCB文件标签，单击鼠标右键，弹出快捷选单，执行Close命令。关闭PCB文件的操作方法有两种：4．关闭PCB文件7.3PCB的文件管理和工具栏图7.14“确认保存”对话框PCB编辑器中的工具栏主要是为了方便设计者的操作而设置的，一些选单命令的运行也可以通过工具栏按钮来实现。当光标指向某按钮时，系统就会弹出一个画面说明该按钮的功用。(1)标准工具栏如图7.15所示。该工具栏提供文件的打开、保存、打印、画面缩放、对象选取等命令按钮。图7.15标准工具栏通过选择执行View\Toolbars\PCBStandard选单命令，可对PCB标准工具栏打开与关闭操作。7.3PCB的文件管理和工具栏7.3.2PCB的工具栏(2)布线工具栏如图7.16所示。该工具栏为设计者提供布线和图形绘制命令。布线工具栏中各按钮的功能如表7.2所示。图7.16布线工具栏PCPlace\Component放置元器件PSPlace\String放置字符串PGPlace\PolygonPlane放置多边形填充PFPlace\Fill放置矩形填充PEPlace\Arc（Edge）边缘法绘制圆弧PVPlace\Via放置导孔PPPlace\Pad放置焊盘PTPlace\InteractiveRouting放置交互式导线相应热键命令相应选单命令功能说明序号PCPlace\Component放置元器件PSPlace\String放置字符串PGPlace\PolygonPlane放置多边形填充PFPlace\Fill放置矩形填充PEPlace\Arc（Edge）边缘法绘制圆弧PVPlace\Via放置导孔PPPlace\Pad放置焊盘PTPlace\InteractiveRouting放置交互式导线相应热键命令相应选单命令功能说明序号7.3PCB的文件管理和工具栏图7.17放置工具命令EAAEdit\PasteSpecial特殊粘贴剪切板中内容PUPlace\FullCircle绘制整圆PNPlace\Arc（AnyAngle）任意角度绘制圆弧PAPlace\Arc（Center）中心法绘制圆弧EOSEdit\Origin\Set设置光标原点PDPlace\Dimension放置尺寸标注POPlace\Coordinate放置位置坐标PLPlace\Line当前文件放置导线相应热键命令相应选单命令功能说明序号EAAEdit\PasteSpecial特殊粘贴剪切板中内容PU