印制電路板的設(shè)計(jì)與制作

1、印制電路板的設(shè)計(jì)與制作本章主要介紹印制電路板的元件布局及布線原則；應(yīng)用 PROTEL設(shè)計(jì)印制電路板的基本步驟及設(shè)計(jì)示例；印制電路板 的手工制作與專業(yè)制作的方法，并以實(shí)驗(yàn)室常用的VP?108K電路板制作系統(tǒng)為例，介紹了 PCB的制作步驟與方法。章末附有 印制電路板的設(shè)計(jì)與制作訓(xùn)練?，F(xiàn)代印制電路板 （簡(jiǎn)稱P C B ,以下P C B即指印制電路板） 的設(shè)計(jì)大多使用電腦專業(yè)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行，PCB的制作也是通過(guò)專 業(yè)制作廠家完成的。因此，大批量的PCB生產(chǎn)常常是用戶自己設(shè)計(jì)好印制板，將文檔資料交給印制板生產(chǎn)廠家，由其完成PCB板的制作。PRO TEL就是一種被廣泛使用的印制板設(shè)計(jì)軟件， 它設(shè)計(jì)出的印制板

2、文檔可以廣泛地被各專業(yè)印制板生產(chǎn)廠家所接受。 因此本章首先介紹使用 PROTEL進(jìn)行印制板設(shè)計(jì)的一般步驟， 給出一個(gè)設(shè)計(jì)示例，然后簡(jiǎn)單介紹手工制作印制板的一般方法，最 后介紹適合于實(shí)驗(yàn)室的印制電路板制作設(shè)備 V P ? 1 0 8 K。121印制電路板的設(shè)計(jì)原則印制電路板的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)很重要的工藝環(huán)節(jié)，若設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì) 直接影響整機(jī)的電路性能，也直接影響整機(jī)的質(zhì)量水平。它是電子 裝配人員學(xué)習(xí)電子技術(shù)和制作電子裝置的基本功之一，是實(shí)踐性十 分強(qiáng)的技術(shù)工作。印制電路板的設(shè)計(jì)是根據(jù)電路原理圖進(jìn)行的，所以必須研究電 路中各元件的排列，確定它們?cè)谟≈齐娐钒迳系淖罴盐恢?。在確定元件的位置時(shí)，還應(yīng)考慮各元件的尺

3、寸、質(zhì)量、物理結(jié)構(gòu)、放置方 式、電氣連接關(guān)系、散熱及抗電磁干擾的能力等因素?？上炔輸M幾 種方案，經(jīng)比較后確定最佳方案，并按正確比例畫出設(shè)計(jì)圖樣。畫 圖在早期主要靠手工完成，十分繁瑣，目前大多用計(jì)算機(jī)完成，但 前述的設(shè)計(jì)原則既可適用于手工畫圖設(shè)計(jì)，也可適用于計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)。對(duì)于印制電路板來(lái)說(shuō)，一般情況下，總是將元件放在一面，我 們把放置元件的一面稱為元件面。印制板的另一面用于布置印制導(dǎo) 線(對(duì)于雙面板，元件面也要放置導(dǎo)線)和進(jìn)行焊接，我們把布置 導(dǎo)線的這一面叫做印制面或焊接面。如果電路較復(fù)雜，元件面和焊 接面容不下所有的導(dǎo)線，就要做成多面板。在元件面和焊接面的中 間設(shè)置層面，用于放置導(dǎo)線，這樣的層面

4、我們稱之為內(nèi)部層或中間 層。中間層如果是專門用于放置電源導(dǎo)線的，又稱做電源層或地線 層。如果是用于放置傳遞電路信號(hào)的導(dǎo)線的，叫做中間信號(hào)層。多 面板的元件面、焊接面要和中間層連通，靠印制電路板上的金屬化 孔完成，這種金屬化孔叫通孔 (Vi a)。1 .元件的安裝數(shù)據(jù)及其獲得的途徑要將一定數(shù)量的元件按原理圖中的電氣連接關(guān)系安裝在印制電 路板上，必須事先知道各元件的安裝數(shù)據(jù)，以便元件布局。一般采 用下述方法確定元件的安裝數(shù)據(jù)。(1 )設(shè)計(jì)者提供元件正確的安裝資料。(2)若沒有提供元件安裝數(shù)據(jù)，應(yīng)通過(guò)元件型號(hào)查手冊(cè)找出元件的安裝數(shù)據(jù)。(3)想辦法找到元件樣品，實(shí)測(cè)元件，確定元件安裝數(shù)據(jù)。如果是利用計(jì)

5、算機(jī)設(shè)計(jì)印制板圖，這些數(shù)據(jù)將用于制作印制板元件 庫(kù)。2 元件排列的原則印制板上元件的排列也稱做布局，元件布局對(duì)電子設(shè)備的性能 影響很大，不同電路在元件排列時(shí)有不同的要求。(1 )按信號(hào)流向排列，一般從輸入級(jí)開始，到輸出級(jí)終止。(2)發(fā)熱量較大的元件，應(yīng)加裝散熱器，或盡可能放置在有 利于散熱的位置以及靠近機(jī)殼處。如電源電路中發(fā)熱量較大的 器件，可以考慮放在機(jī)殼上。(3)對(duì)于比較大、重的元件，要另加支架或緊固件，不能直 接焊在印制電路板上。(4)熱敏元件要遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。(5)某些元件或?qū)Ь€間有較大電位差，應(yīng)加大它們之間的距離。(6)盡可能縮短高頻元件的連接線，設(shè)法減小它們的分布參 數(shù)和相互間的干擾

6、。易受干擾的元件應(yīng)加屏蔽。(7)可調(diào)元件布置時(shí)，要考慮到調(diào)節(jié)方便。(8 )對(duì)稱式的電路，如推挽功放、差動(dòng)放大器、橋式電路等, 應(yīng)注意元件的對(duì)稱性。盡可能使其分布參數(shù)一致。(9)每個(gè)單元電路，應(yīng)以其核心器件為中心，圍繞它進(jìn)行布局。(10)元件排列應(yīng)均勻、整齊、緊湊。單元電路之間的引線 應(yīng)盡可能短，引出線數(shù)目盡可能少。(11)位于邊緣的元件，離印制電路板邊緣的距離至少應(yīng)大于 2mm。(12)元件外殼之間的距離，應(yīng)根據(jù)它們之間的電壓來(lái)確定, 不應(yīng)小于0 5mm,個(gè)別密集的地方應(yīng)加套管。(13)線路板需要固定的，應(yīng)留有緊固的位置或打上螺絲孔。放置緊固件的位置應(yīng)考慮到安裝、拆卸方便。(14)若有引出線，

7、最好使用接線插頭。(15)有鐵心的電感線圈，應(yīng)盡量相互垂直放置且遠(yuǎn)離，以 減小相互間的耦合。(16)如果元件與機(jī)殼、面板有聯(lián)系，如各種顯示器件、調(diào) 節(jié)器件，它們均要與機(jī)殼相連，因此它們應(yīng)當(dāng)在印制板上有固 定的安裝位置，這個(gè)位置不能被其他元件占了。3 .布線的原則根據(jù)以上原則排定元件之后，就可按所排元件的位置，開始 實(shí)施布線。(1)布線要短。尤其是晶體管的基極、高頻引線、電位差比 較大而又相鄰近的引線，要盡可能的短，間距要盡量大。(2) 一般將公共地線布置在邊緣部位，以便于將印制電路板 安排在機(jī)殼上。電源、濾波、控制等低頻電路，直流導(dǎo)線亦應(yīng)靠邊緣部位。邊緣應(yīng)留有一定距離，一般不應(yīng)小于2 mm。(

8、3)高頻元件和高頻導(dǎo)線一般布置在中間，以減小它們對(duì)地和機(jī)殼的分布電容。(4)導(dǎo)線拐彎要圓。因直角、尖角對(duì)高頻和高壓影響較大，故拐彎處圓弧半徑 R應(yīng)大于2mm。(5)在條件允許的情況下，線條可適當(dāng)加粗，間距可適當(dāng)加 大。(6)大面積銅箔要開 “天窗”。大面積銅箔下，受熱后產(chǎn)生 的氣體不便排出，易使銅箔膨脹、脫落。(7)單面印制電路板上的印制導(dǎo)線不能交叉。遇此情況，可 繞著走線或平行走線。高頻電路中的高頻引線、管子引線、輸 入、輸出線要短而直，避免相互平行。交叉導(dǎo)線回避不了時(shí)， 可采取在元件面使用外跨導(dǎo)線連接的方法解決(這種外跨導(dǎo)線也叫跳線)。交叉導(dǎo)線較多時(shí)，可采用雙面板或多面板。(8) 一般情況

9、下，雙面板兩面的導(dǎo)線應(yīng)相互垂直布線。如果 元件面水平布線，則焊接面布線應(yīng)與元件面布線垂直。如果線 路較復(fù)雜，走線走不通時(shí)，需調(diào)整元件的布局，再進(jìn)行布線， 直到布通為止。(9)走線正確、布線均勻。印制電路板的布置與布線是一項(xiàng)實(shí)踐性很強(qiáng)的工作，以上原則 在不同情況下有其不同的側(cè)重點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)具體電路的特點(diǎn)和機(jī) 械結(jié)構(gòu)要求靈活運(yùn)用。12.2用P ROT E L設(shè)計(jì)印制電路板12.2.1用PROTEL設(shè)計(jì)印制電路板的基本步驟一般而言，印制電路板設(shè)計(jì)的過(guò)程大體上可分為三個(gè)步驟。. 原理圖的設(shè)計(jì)原理圖的設(shè)計(jì)主要是利用PROTEL 9 9的原理圖設(shè)計(jì) 系統(tǒng) （AdvancedSchemat i c）繪制一張 （多張）電路原理圖。2 .產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表網(wǎng)絡(luò)表是電路所有元件的信息及元件與元件之間的引腳連接關(guān)系的描述，通常由PROTEL通過(guò)掃描所繪制的電路原理圖或者印制板圖來(lái)產(chǎn)生。對(duì)于熟悉網(wǎng)絡(luò)表文件結(jié)構(gòu)的用戶，也可以直接以文本形式編輯出來(lái)。它是電路原理圖設(shè)計(jì) （S c h ）與印制電路板設(shè)計(jì)（P C B）之間的橋梁和紐帶，也是印制板設(shè)計(jì)中自動(dòng)布局和布線的基礎(chǔ)和靈魂。因此，進(jìn)行印制板設(shè)計(jì)一定要對(duì)網(wǎng)絡(luò)表文件的作用與結(jié)構(gòu)了解清楚。. 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì)主要是利用PROTE