PCB板基础

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资源描述

印制电路板简称为PCB(PrintedCircuitBoard),又称印制版,是电子产品的重要部件之一。电路原理图完成以后,还必须设计印制电路板图,最后由制板厂家依据用户所设计的印制电路板图制作出印制电路板。目前的印制电路板一般以铜箔覆在绝缘板(基板)上,故亦称覆铜板。根据PCB导电板层划分⑴单面印制板(SingleSidedPrintBoard)。单面印制板指仅一面有导电图形的印制板,板的厚度约在0.2~5.0mm,它是在一面敷有铜箔的绝缘基板上,通过印制和腐蚀的方法在基板上形成印制电路。它适用于一般要求的电子设备。单面板剖面图(底层)(顶层)⑵双面印制板(DoubleSidedPrintBoard)。双面印制板指两面都有导电图形的印制板,板的厚度约为0.2~5.0mm,它是在两面敷有铜箔的绝缘基板上,通过印制和腐蚀的方法在基板上形成印制电路,两面的电气互连通过金属化孔实现。它适用于要求较高的电子设备,由于双面印制板的布线密度较高,所以能减小设备的体积。双面板剖面图⑶多层印制板(MultilayerPrintBoard)。多层印制板是由交替的导电图形层及绝缘材料层层压粘合而成的一块印制板,导电图形的层数在两层以上,层间电气互连通过金属化孔实现。多层印制板的连接线短而直,便于屏蔽,但印制板的工艺复杂,由于使用金属化孔,可靠性稍差。它常用于计算机的板卡中。对于电路板的制作而言,板的层数愈多,制作程序就愈多,失败率当然增加,成本也相对提高,所以只有在高级的电路中才会使用多层板。图示为四层板剖面图。通常在电路板上,元件放在顶层,所以一般顶层也称元件面,而底层一般是焊接用的,所以又称焊接面。对于SMD元件,顶层和底层都可以放元件。元件也分为两大类,插针式元件和表面贴片式元件(SMD)。多面印制电路板剖面元件的封装(ComponentPackage)元件的封装是指实际元件焊接到电路板时所指示的外观和焊盘位置。不同的元件可以使用同一个元件封装,同种元件也可以有不同的封装形式。在进行电路设计时要分清楚原理图和印制板中的元件,电原理图中的元件指的是单元电路功能模块,是电路图符号;PCB设计中的元件是指电路功能模块的物理尺寸,是元件的封装。换言之,在PCB板设计中,常将元件封装所确定的元件外形和焊盘简称为元件。元件封装形式可以分为两大类:插针式元件封装(THT)和表面安装式封装(SMT)元件封装的编号一般为:“元件类型+焊盘距离(焊盘数)+元件外形尺寸”。如:AXIAL0.4表示此元件封装为轴状的,两焊盘间距为0.4英寸(约等于10mm);DIP16表示双排直列引脚的器件封装,两排共16个引脚。单排直列引脚SIP插针类元件焊接时先将元件针脚插入焊盘导通孔,然后再焊锡。由于针脚式元件封装的焊盘导孔贯穿整个电路板,所以其焊盘的属性对话框中,“Layer”板层属性必须为“MultiLayer”(多层)。⑴插针式元件封装针脚式电阻封装系列名为“AXIALxx”,其中“AXIAL”表示轴状的包装方式;AXIAL后的“xx”(数字)表示该元件两个焊盘间的距离。扁平状电容封装常用“RADxx”作为无极性电容元件封装。筒状封装常用“RBx/x”作为有极性的电解电容器封装,“RB”后的两个数字,分别表示焊盘之间距离和圆筒的直径,单位是in(英寸)。二极管类元件常用封装系列名称为“DIODExx”。三极管类元件常用封装系列名称为“TO-xxx”。(2)表面粘贴式元件封装。SMD元件封装的焊盘只限于表面板层。在其焊盘的属性对话框中,“Layer”板层属性必须为单一表面,即“TopLayer”(顶层)或者“BottomLayer”(底层)。贴片式电阻的封装,贴片式电阻的命名可自由定义贴片式二极管的封装,二极管的封装与电阻类似,不同之处在于二极管有正负极的分别SOP(双列小贴片封装)SOP是一种贴片的双列封装形式,几乎每一种DIP封装的芯片均有对应的SOP封装,与DIP封装相比,SOP封装的芯片体积大大减少。PGA(引脚栅格阵列封装)PGA是一种传统的封装形式,其引脚从芯片底部垂直引出,且整齐地分布在芯片四周,早期的80X86CPU均是这种封装形式。SPGA(错列引脚栅格阵列封装)SPGA与PGA封装相似,区别在其引脚排列方式为错开排列,利于引脚出线。LCC(无引出脚芯片封装)LCC是一种贴片式封装,这种封装的芯片的引脚在芯片的底部向内弯曲,紧贴于芯片体,从芯片顶部看下去,几乎看不到引脚。这种封装方式节省了制板空间,但焊接困难,需要采用回流焊工艺,要使用专用设备。QUAD(方形贴片封装)QUAD为方形贴片封装,与LCC封装类似,但引脚没有向内弯曲,而是向外伸展,焊接方便。QUAD封装包括QFG系列BGA(球形栅格阵列封装)BGA为球形栅格阵列封装,与PGA类似,主要区别在于这种封装中的引脚只是一个焊锡球状,焊接时熔化在焊盘上,无需打孔SBGA(错列球形栅格阵列封装)SBGA与BGA封装相似,区别在于其引脚排列方式为错开排列,利于引脚出线EdgeConnectors(边沿连接)EdgeConnectors为边沿连接封装,是接插件的一种,常用于两块板之间的连接,便于一体化设计,如计算机中的PCI接口板。电阻、2脚电感线圈AXIAL0.3~AXIAL1.0二极管、稳压二极管DIODE0.4、DIODE0.7发光二极管SPADE三极管、场效应管TO-3、TO-5、TO-18、TO-39、TO-46、TO-52、TO-66、TO-72、TO-92A、TO-92B、TO-126、TO-220三端集成稳压器TO-220无极性电容RAD0.1~RAD0.4、电解电容RB.2/.4、RB.3/.6、RB.4/.8、RB.5/.103脚可调电阻VR1、VR2、VR3、VR4晶体振荡器XTAL1双列直插DIP4~DIP40信号插接座、跳线座SIP2~SIP209针接口DB9/M、DB9/M、DB9RA/F、15针接口DB15/M、DB15/M、DB15RA/F、25针接口DB25/M、DB25/M、DB25RA/F、双排信号接口IDC10~IDC50电源接线插座POWER4、POWER64脚整流桥D-38、D-44(在InternationalRectifiers.ddb库中)保险管座FUSE常用元件封装形式连线(Track、Line)连线指的是有宽度、位置、方向、形状(直线或弧线)的线条。在铜箔面上的线条一般用来完成电气连接,称为印制导线或铜膜导线;在非敷铜面上的连线一般用作元件描述或其它特殊用途。印制导线用于印制板上的线路连接,通常印制导线是两个焊盘(或过孔)间的连线,而大部分的焊盘就是元件的管脚,当无法顺利连接两个焊盘时,往往通过跳线或过孔实现连接。焊盘(Pad)焊盘的作用是放置焊锡、连接导线和元件引脚。选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。过孔(Via)过孔也称金属化孔,在双面板和多层板中,为连通各层之间的印制导线,在各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔,即过孔,在工艺上,过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法镀上一层金属,用以连通中间各层需要连通的铜箔,而过孔的上下两面做成圆形焊盘形状,过孔的参数主要有孔的外径和钻孔尺寸。过孔类型:通孔式过孔、半掩埋式过孔、掩埋式过孔过孔直径通孔直径孔壁安全间距(Clearance)在进行印制板设计时,为了避免导线、过孔、焊盘及元件的相互干扰,必须在它们之间留出一定的间距,这个间距称为安全间距。网络(Net)和网络表(Netlist)从元件的某个管脚上到其它管脚或其它元件管脚上的电气连接关系称作网络。每个网络均有唯一的网络名称,有的网络名是人为添加的,有的是计算机自动生成的,自动生成的网络名由该网络内两个连接点的管脚名称构成。网络表描述电路中元器件特征和电气连接关系,一般可以从原理图中获取,它是原理图设计和PCB设计之间的纽带。飞线(Connection)飞线是在电路进行自动布线时供观察用的类似橡皮筋的网络连线,网络飞线不是实际连线。通过网络表调入元件并进行布局后,就可以看到该布局下的网络飞线的交叉状况,飞线交叉最少,布通率越高。自动布线结束,未布通的网络上仍然保留网络飞线,此时可以可用手工连接的方式连通这些网络。印制电路板布局和布线原则有时电路从原理上是能实现的,但由于元件布局不合理或走线存在问题,致使设计出来的电路可靠性下降,甚至无法实现预定的功能,因此印制板的布局和布线必须遵循一些原则。为保证印制板的质量,在设计前的一般要考虑PCB的可靠性、工艺性和经济性问题。⑴可靠性。印制板可靠性是影响电子设备的重要因素,在满足电子设备要求的前提下,应尽量将多层板的层数设计得少一些。⑵工艺性。设计者应考虑所设计的印制板的制造工艺尽可能简单。一般来说宁可设计层数较多、导线和间距较宽的印制板,而不设计层数较少、布线密度很高的印制板。⑶经济性。印制板的经济性与其制造工艺直接相关,应考虑与通用的制造工艺方法相适应,尽可能采用标准化的尺寸结构,选用合适等级的基板材料,运用巧妙的设计技术来降低成本。印制电路板布局原则元件布局是将元件在一定面积的印制板上合理地排放,它是设计PCB的第一步。布局是印制板设计中最耗费精力的工作,往往要经过若干次布局比较,才能得到一个比较满意的布局。一个好的布局,首先要满足电路的设计性能,其次要满足安装空间的限制,在没有尺寸限制时,要使布局尽量紧凑,减小PCB设计的尺寸,减少生产成本。为了设计出质量好、造价低、加工周期短的印制板,印制板布局应遵循下列的一般原则。1.元件排列规则⑴在通常条件下,所有的元件均应布置在印制板的同一面上,只有在顶层元件过密时,才能将一些高度有限并且发热量小的器件,如贴片电阻、贴片电容、贴片IC等放在底层。⑵在保证电气性能的前提下,元件应放置在栅格上且相互平行或垂直排列,以求整齐、美观,一般情况下不允许元件重叠,元件排列要紧凑,输入和输出元件尽量远离。⑶某些元器件或导线之间可能存在较高的电位差,应加大它们之间的距离,以免因放电、击穿引起意外短路。⑷带高压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。⑸位于板边缘的元件,离板边缘至少2个板厚的距离。⑹元器件在整个板面上分布均匀、疏密一致。2.按照信号走向布局原则⑴通常按照信号的流程逐个安排各个功能电路单元的位置,以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它进行布局。⑵元件的布局应便于信号流通,使信号尽可能保持一致的方向。多数情况下,信号的流向安排为从左到右或从上到下,与输入、输出端直接相连的元件应当放在靠近输入、输出接插件或连接器的地方。3.防止电磁干扰⑴对辐射电磁场较强的元件,以及对电磁感应较灵敏的元件,应加大它们相互之间的距离或加以屏蔽,元器件放置的方向应与相邻的印制导线交叉。⑵尽量避免高低电压器件相互混杂、强弱信号的器件交错在一起。⑶对于会产生磁场的元器件,如变压器、扬声器、电感等,布局时应注意减少磁力线对印制导线的切割,相邻元件的磁场方向应相互垂直,减少彼此间的耦合。⑷对干扰源进行屏蔽,屏蔽罩应良好接地。⑸高频下工作的电路,要考虑元器件间分布参数的影响。4.抑制热干扰⑴对于发热的元器件,应优先安排在利于散热的位置,必要时可以单独设置散热器或小风扇,以降低温度,减少对邻近元器件的影响。⑵一些功耗大的集成块、大或中功率管、电阻等元件,要布置在容易散热的地方,并与其它元件隔开一定距离。⑶热敏元件应紧贴被测元件并远离高温区域,以免受到其它发热元件影响,引起误动作。⑷双面放置元件时,底层一般不放置发热元件。5.提高机械强度⑴要注意整个PCB板的重心平衡与稳定,重而大的元件尽量安置在印制板上靠近固定端的位置,并降低重心,以提高机械强度和耐振、耐冲击能力,以及减少印制板的负荷和变形。⑵重15克以上的元器件,不能只靠焊盘来固定,应当使用支架或卡子加以固定。⑶为便于缩小体积或提高机械强度,可设置“辅助底板”,将一些笨重的元件,如变压器、继电器等安装在辅助底板上,并利用附件将其固定。⑷板的最佳形状是矩形(长宽比为3:2或4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