第5讲印制电路板设计基础

第5章印制电路板设计基础本章要点●印制电路板基础知识●印制电路板的概念●印制电路板结构●印制电路板的组成元素●PCB编辑器●印制电路板设计流程印制电路板基础印制电路板概念PrintedCircuitBoard，简称PCB指在绝缘基材上，用印制的方法制成导电线路和元件封装，以实现元器件之间的电气互连。印制电路板的层数由铜覆层来决定。通常是单层板、双层板和多层板。原理图表示元件的电气连接；PCB表示元件的实际物理连接。印刷电路板简介PCB的主要功能：固定电子零件提供印刷电路板上各项零件的相互电气连接如今每一种电子设备中几乎都会出现印刷电路板印刷电路板裸板也称“印刷线路板PrintedWiringBoard（PWB）”。印制电路板样板印制电路板结构单面板单边布线。双面板两面敷铜，中间为绝缘层，两面均可布线。通常在顶层放置元件，在顶层和底层两面进行走线。一般需要由过孔或焊盘连通。多层板包括多个工作层面，一般指3层以上的电路板。它在双面板的基础上加了内部电源层、接地层及多个中间信号层。通常层数为偶数。单面板（Single-SidedBoards）单面PCB表面单面PCB底面一面敷铜，另一面没有敷铜的电路板。单层板只能在敷铜的一面布线，适用于简单的电路板。单面板焊锡面：单面板上的导电图形主要包括固定、连接元件引脚的焊盘和实现元件引脚互连的印制导线，该面称为焊锡面。元件面：没有铜膜的一面用于安放元件，该面称为元件面。图单面、双面及多面印制电路板剖面双面板（Double-SidedBoards）包括顶层(TopLayer)和底层(BottomLayer)两层，两面敷铜，中间为绝缘层。双面板两面都可以布线，一般需要由过孔或焊盘连通。双面板可用于比较复杂的电路，但设计工作不比单面板困难，因此被广泛采用。双面板基板的上下两面均覆盖铜箔。上、下两面都含有导电图形。导电图形中除了焊盘、印制导线外还有用于使上、下两面印制导线相连的金属化过孔。元件也只安装在其中的一个面上——“元件面”，另一面称为“焊锡面”。为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板。包含了多个工作层面。它是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。其缺点是制作成本很高。多层板（Multi-LayerBoards）多层板（4层）上、下层是信号层（元件面和焊锡面）在上、下两层之间还有电源层和地线层。多层电路板，层与层间的电气连接通过元件引脚焊盘和金属化过孔实现。引脚焊盘贯穿整个电路板。用于实现不同层电气互连的金属化过孔最好也贯穿整个电路板，以方便钻孔加工，在经过特定工艺处理后，不会造成短路。穿透式过孔盲过孔隐蔽式过孔印制电路板中的组成元素PCB板包含一系列元器件封装、由印刷电路板材料支持并通过铜箔层进行电气连接的电路板，还有在印刷电路板表面对PCB板起注释作用的丝印层等。元件封装铜膜导线与飞线焊盘过孔层www.themegallery.comPCB设计的几个重要概念丝印层焊盘覆铜过孔注：绿色的一层是阻焊漆过孔铜膜导线，其上覆盖阻焊剂元器件符号轮廓焊盘字符印制电路板的基本元素-元件封装元件封装的概念元件封装的编号元件封装的分类常见元件封装4、元器件封装的基本知识概念：原理图符号：代表元器件引脚电气分布关系的符号，没有实际意义。封装：实际元器件焊接到电路板上时，在电路板上所显示的外形和焊点位置关系，仅是空间概念。印制电路板的基本元素—元件封装印制电路板的基本元素—元件封装元器件与元器件封装的关系同种元件也可以有不同的封装不同的元件可以共用同一个元件封装8031、8255封装形式都是DIP40或电阻和电容；原理图符号与元器件封装的对应关系原理图符号的引脚序号和元器件封装的焊盘序号一一对应附元器件与原理图符号关系：一个元器件可以同时与不同的原理图符号相对应，如电阻。元件封装与元件实物、原理图元件的对应关系封装对焊盘大小、焊盘间距、焊盘孔大小、焊盘序号等参数有非常严格的要求。元器件的封装、元器件实物、原理图元件引脚序号三者之间必须保持严格的对应关系，否则直接关系到制作电路板的成败和质量。元件封装种类插入式封装（ThroughHoleTechnology,THT）焊接时将元件放置在板子的一面，并将元件的管脚插入焊点导通孔，然后焊在另一面上。表面粘贴式封装（SurfaceMountedTechnology,SMT）零件的管脚与元件焊接在板子同一侧，不需钻孔!由于插入式元件封装的焊点导孔贯穿整个电路板，所以其焊点的属性对话框中，Layer板层属性必须为MultiLayer。印制电路板的基本元素—元件封装元器件封装的编号元件类型+焊点距离（焊点数）+元件外型尺寸DIP-4表示双列直插式元件封装，4个焊盘引脚，两焊盘间的距离为100mil；AXIAL-0.4表示轴状类元件封装（如电阻），引脚间距为400mil；RB7.6/15表示极性电容性元件封装，引脚间距为7.62mm，零件直径为15mm。在制作电路板时必须知道元件的名称，同时也要知道该元件的封装形式。1mil=0.001inch=0.0254mm电阻的电气符号与其不同封装电阻封装：AXIAL-0.4极性电容类元件封装：RB7.6-15双列直插式元件封装：DIP-4常用元件封装ProtelDXP将常用的封装集成在MiscellaneousDevicesPCB．PcbLib集成库中。常用的分立元件电阻电容二极管类晶体管类可变电阻类等。常用的集成电路的封装有DIP—XX等。电阻类轴对称式电阻类元件常用封装为AXIAL—XX，（AXIAL代表轴状，xx表示两脚距离)AXIAL-0.3-----AXIAL-1.0AXIAL0.4管脚之间距离为400milAXIAL-0.4AXIAL-0.31mil=0.001inch=0.0254mm电阻的电气符号电阻类表面粘贴式0402、0403、0805、1005、1206、1210等系列。封装名分两部分：前两个数字表示元件长度，后两个数字表示元件的宽度，单位为英寸。0603——元件长度为0.06英寸、宽度为0.03英寸封装0603示意图电容类扁平封装根据体积不同，从RAD-0.1～RAD-0.4可以作为无极性电容封装RAD后面的数值表示两个焊点间的距离。RAD-0.1管脚之间距离为100mil。筒状封装常用RBxx-xx作为有极性（电解）电容元件封装。RB后的两个数字分别表示焊盘之间的距离和圆筒的直径，单位是英寸。RB7.6/15表示元件封装焊盘间距为7.6英寸，圆筒的直径为15英寸。RB7.6-15RAD-0.3二极管类元件常用封装系列名称为DIODExx，其中xx表示两焊盘间距离。DIODE-0.4管脚之间距离为400mil常用于小功率二极管DIODE-0.7管脚之间距离为700mil常用于大功率二极管DIODE-0.7!二极管为有极性元件，封装外形上画有短线的一端代表负端，和实物二极管外壳上表示负端的白色或银色色环相对应。晶体管类MiscellaneousDevicesPCB.PcbLib集成库中提供的有BCY—W3/H.7等。常见的晶体管的封装如图所示可调电阻类常用的封装为VR系列，从VR2～VR5，如图所示。这里后缀的数字也只是表示外形的不同，而没有实际尺寸的含义，其中VR5一般为精密电位器封装。集成电路类集成电路常见的封装是双列直插式封装，如图所示为DIP-16的封装外形。管壳的外观，引脚形状，封装SOPQFPPGAZIPSIPDIPSOJQFJDualIn-LinePackage双列直插式封装QuadFlatPackage方型扁平式封装SmallOutlinePackage小外形封装SmalloutlineJ-leadPackageJ型引脚小外形封装PinGridArrayPACkage插针网格阵列封装印制电路板的基本元素—铜膜导线与飞线铜膜导线板子上的敷铜经过蚀刻处理形成的一定宽度和形状的导线，分布在层上连接各个焊点的金属线，用以实现电气连接。飞线PCB布线过程中的预拉线，表示元件间的连接关系。电路板设计在引入网络表后，采用飞线指示元件之间连接关系。用导线连接后飞线消失。飞线印制电路板的基本元素—铜膜导线与飞线区别：飞线只是一种形式上、逻辑上的连接，没有电气意义；导线有电气意义，物理连接。两者关系：飞线指示导线的实际布置，导线实现飞线的意图。印制电路板的基本元素-焊盘Pad(焊盘）放置焊锡用来焊接元件的。焊盘根据元件封装不同结构也不同：可以是穿透多个不同的层或在一个层内；焊盘的形状有圆形、方形、八角形等，如图所示。焊盘由两部分组成：焊盘直径和孔径直径。图焊盘的形状焊盘（Pad）和过孔（Via）印制电路板的基本元素-过孔作用在各层需要连通的导线的交际处钻上一个孔，用于连接不同板层之间的导线种类ThncholeVias:从顶层直接通到底层。BlindVias：只从顶层通到某一层里层，并没有穿透所有层，或者从里层穿透出来的到底层的过孔。BuriedVias:只在内部两个里层之间相互连接，没有穿透底层或顶层的过孔。过孔只有圆形，包括两个尺寸：过孔的直径（Diameter）通孔的直径（holesize）通孔的孔壁由导电材料构成，用于连接不同层的导线。电路板的结构图印制电路板结构敷铜对于电路抗干扰性能要求较高的场合，可考虑在电路板上敷铜。敷铜可以有效地起到信号屏蔽作用，提高信号的抗电磁干扰能力。敷铜可分为实心填充和网格填充。层印制板材料本身实实在在存在的例如印制板的上下两面可供走线，这样的面即为层甚至在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔（也称为层）。敷铜层和非敷铜层注意：布线时一旦选定了所用印制板的层数，务必关闭那些未被使用的层，以免布线出现差错。DXP中的Layer:PCB编辑器中都有一个独立的层面（Layers）与之相对应，电路板设计者通过层面给电路板厂家提供制作该板所需的印制参数。印制电路板的基本元素-层类型：SignalLayer（信号层）Internalplane（内部电源层）MechanicalLayer（机械层）SolderMark&PasteMark（阻焊层及助焊层）SilkScreen（丝印层）、Others（其它层）。PCB编辑器，执行【Design】/【BoardLayers…】命令，可根据设计需要在相应板层后面的复选框中打上“√”，选中该项，以便显示该层面。印制电路板的基本元素-层SignalLayer：信号层主要用于放置元件和导线TopLayer（顶层）可用于放置电子元件和信号走线。BottomLayer（底层）用于放置信号走线和焊点，是单面板唯一的布线层.Midlayer1-n（中间工作层）。Midlayer（Mid1～Mid14）仅放置信号走线。一般只有在5层以上较为复杂的电路板中才采用。设计多层印制电路板，可以从DXP的层管理环境中添加MidProtelDXPPCB编辑器常用层面Internalplane：内部电源层主要用于布置电源线及接地线。分别为Plane1-n。ProtelDXPPCB编辑器支持16个内部电源/接地层。内部电源/接地层通常是一块完整的铜箔，单独设置内部电源/接地层可最大限度地减少电源与地之间的连线长度，而且对电路中高频信号的干扰起到屏蔽作用。如果PCB上的元器件需要不同的电源供应，可充分利用内部电源/接地层将大量的接电源（或接地）的元件管脚通过元件焊盘或过孔直接与电源（或地线）相连，减少顶层和底层电源/地线的连线长度。用户使用多层印刷电路板才会有内部电源层。ProtelDXPPCB编辑器常用层面KeepOutLayer（禁止布线层）——用于定义放置元件的区域。如果用户要对电路进行自动布局和自