第5講印制電路板設計基礎

1、第第 5 章章 印制電路板設計基礎印制電路板設計基礎印制電路板基礎n印制電路板概念nPrinted Circuit Board，簡稱，簡稱PCBn指在絕緣基材上，用指在絕緣基材上，用印制的方法印制的方法制成導電制成導電線路和元件封裝，以實現(xiàn)元器件之間的電線路和元件封裝，以實現(xiàn)元器件之間的電氣互連。氣互連。n印制電路板的層數(shù)由銅覆層來決定。通常是單層板、雙層板和多層板。原理圖表示元件的電氣連接；PCB表示元件的實際物理連接。印刷電路板簡介nPCB的主要功能：n固定電子零件固定電子零件n提供印刷電路板上各項零件的相互電氣連接提供印刷電路板上各項零件的相互電氣連接印刷電路板印刷電路板裸板裸板也稱“印

2、刷線路板Printed Wiring Board（PWB）”。 印制電路板基礎n擴展：板材概念nPCB基板基板n材料要求耐熱性和絕緣性好。材料要求耐熱性和絕緣性好。n覆銅板覆銅板n通過一定的工藝，在絕緣性能很高的基材上覆蓋一層導電性能良通過一定的工藝，在絕緣性能很高的基材上覆蓋一層導電性能良好的銅薄膜，就構成了生產(chǎn)印制電路板所必需的材料覆銅板。好的銅薄膜，就構成了生產(chǎn)印制電路板所必需的材料覆銅板。nPCB板板n按電路要求，在覆銅板上蝕刻出導電圖形（如元件引腳焊盤、印按電路要求，在覆銅板上蝕刻出導電圖形（如元件引腳焊盤、印制連線、過孔等），并鉆出元件引腳安裝孔、實現(xiàn)電氣互連的過制連線、過孔等），

3、并鉆出元件引腳安裝孔、實現(xiàn)電氣互連的過孔以及固定整個電路板所需的螺絲孔，就獲得了電子產(chǎn)品所需的孔以及固定整個電路板所需的螺絲孔，就獲得了電子產(chǎn)品所需的印制電路板。印制電路板。 印制電路板樣板 印制電路板結構印制電路板結構n單面板單面板n單邊布線。單邊布線。n雙面板雙面板n兩面敷銅，中間為絕緣層，兩面均可布線。兩面敷銅，中間為絕緣層，兩面均可布線。n通常在頂層放置元件，在頂層和底層兩面進行走線。通常在頂層放置元件，在頂層和底層兩面進行走線。n一般需要由過孔或焊盤連通。一般需要由過孔或焊盤連通。n多層板多層板n包括多個工作層面，一般指包括多個工作層面，一般指3層以上的電路板。層以上的電路板。n 它

4、在雙面板的基礎上加了內部電源層、接地層及多個它在雙面板的基礎上加了內部電源層、接地層及多個中間信號層。通常層數(shù)為偶數(shù)。中間信號層。通常層數(shù)為偶數(shù)。單面板單面板（Single-Sided Boards）單面PCB表面 單面PCB底面 一面敷銅，另一面沒有敷銅的電路板。單層板只能在敷銅的一面布線，適用于簡單的電路板。單面板單面板n焊錫面：焊錫面：n單面板上的導電圖形主要包括固定、連接元件引腳的單面板上的導電圖形主要包括固定、連接元件引腳的焊盤焊盤和和實現(xiàn)元件引腳互連的實現(xiàn)元件引腳互連的印制導線印制導線，該面稱為焊錫面。，該面稱為焊錫面。n元件面：元件面：n沒有銅膜的一面用于安放元件，該面稱為元件面

5、。沒有銅膜的一面用于安放元件，該面稱為元件面。圖 單面、雙面及多面印制電路板剖面雙面板（雙面板（Double-Sided Boards） u包括頂層(Top Layer)和底層(Bottom Layer)兩層，兩面敷銅，中間為絕緣層。雙面板兩面都可以布線，一般需要由過孔或焊盤連通。雙面板可用于比較復雜的電路，但設計工作不比單面板困難，因此被廣泛采用。雙面板n基板的上下兩面均覆蓋銅箔。上、下兩面都含有導電圖形?；宓纳舷聝擅婢采w銅箔。上、下兩面都含有導電圖形。n導電圖形中除了焊盤、印制導線外導電圖形中除了焊盤、印制導線外n還有用于使上、下兩面印制導線相連的金屬化過孔。還有用于使上、下兩面印制導

6、線相連的金屬化過孔。n元件也只安裝在其中的一個面上元件也只安裝在其中的一個面上“元件面元件面” ，另一面稱為，另一面稱為“焊錫面焊錫面”。n為了增加可以布線的面積，多層板用上了更多單或雙面的布線板。n包含了多個工作層面。它是在雙面板的基礎上增加了內部電源層、接地層及多個中間信號層。其缺點是制作成本很高。多層板（多層板（Multi-Layer Boards）多層板（4層）n上、下層是信號層（元件面和焊錫面）上、下層是信號層（元件面和焊錫面）n在上、下兩層之間還有電源層和地線層。在上、下兩層之間還有電源層和地線層。n多層電路板，層與層間的電氣連接通過元件引腳焊盤和金屬化過孔實現(xiàn)。多層電路板，層與層

7、間的電氣連接通過元件引腳焊盤和金屬化過孔實現(xiàn)。n引腳焊盤貫穿整個電路板。引腳焊盤貫穿整個電路板。n用于實現(xiàn)不同層電氣互連的金屬化過孔最好也貫穿整個電路板，以方便用于實現(xiàn)不同層電氣互連的金屬化過孔最好也貫穿整個電路板，以方便鉆孔加工，在經(jīng)過特定工藝處理后，不會造成短路。鉆孔加工，在經(jīng)過特定工藝處理后，不會造成短路。穿透式過孔穿透式過孔盲過孔盲過孔隱蔽式過孔隱蔽式過孔印制電路板中的組成元素nPCB 板包含一系列板包含一系列元器件封裝元器件封裝、由印刷電路板材料支、由印刷電路板材料支持并持并通過銅箔層進行電氣連接的電路板通過銅箔層進行電氣連接的電路板，還有在印刷，還有在印刷電路板表面對電路板表面對P

8、CB板起注釋作用的板起注釋作用的絲印層絲印層等。等。n元件封裝元件封裝n銅膜導線與飛線銅膜導線與飛線n焊盤焊盤n過孔過孔n層層絲印層絲印層焊盤焊盤覆銅覆銅過孔過孔注：綠色的一層是阻焊漆注：綠色的一層是阻焊漆過孔銅膜導線，其上覆蓋阻焊劑元器件符號輪廓焊盤字符印制電路板的基本元素-元件封裝n元件封裝的概念n元件封裝的編號n元件封裝的分類n常見元件封裝4、元器件封裝的基本知識概念：概念：原理圖符號：原理圖符號：代表元器件引腳電氣分布關系的符號，沒有實代表元器件引腳電氣分布關系的符號，沒有實際意義。際意義。封裝：封裝：實際元器件焊接到電路板上時，在電路板上所實際元器件焊接到電路板上時，在電路板上所顯示

9、的外形和焊點位置關系，僅是空間概念。顯示的外形和焊點位置關系，僅是空間概念。印制電路板的基本元素印制電路板的基本元素元件封裝印制電路板的基本元素印制電路板的基本元素元件封裝n元器件與元器件封裝的關系元器件與元器件封裝的關系n同種元件也可以有不同的封裝同種元件也可以有不同的封裝n不同的元件可以共用同一個元件封裝不同的元件可以共用同一個元件封裝n8031、8255封裝形式都是封裝形式都是DIP40或電阻和電容；或電阻和電容；n原理圖符號與元器件封裝的對應關系原理圖符號與元器件封裝的對應關系n原理圖符號的引腳序號和元器件封裝的焊盤序號一一對應原理圖符號的引腳序號和元器件封裝的焊盤序號一一對應n附元器

10、件與原理圖符號關系：附元器件與原理圖符號關系：n一個元器件可以同時與不同的原理圖符號相對應，如電阻。一個元器件可以同時與不同的原理圖符號相對應，如電阻。元件封裝與元件實物、原理圖元件的對應關系 n封裝對焊盤大小、焊盤間距、焊盤孔大小、焊盤序號等參數(shù)有非常嚴格的要求。n元器件的封裝、元器件實物、原理圖元件引腳序號三者之間必須保持嚴格的對應關系，否則直接關系到制作電路板的成敗和質量。 n元件封裝種類元件封裝種類n插入式封裝插入式封裝（Through Hole Technology, THT）n焊接時焊接時將元件放置在板子的一面，并將元件的管腳將元件放置在板子的一面，并將元件的管腳插入焊插入焊點導通

11、孔，然后點導通孔，然后焊在另一面上。焊在另一面上。n表面粘貼式封裝表面粘貼式封裝（Surface Mounted Technology, SMT）n零件的管腳與元件焊接在板子同一側，不需鉆孔零件的管腳與元件焊接在板子同一側，不需鉆孔!由于插入式元件封裝的焊點導孔貫穿整個電路板，所以其焊點的由于插入式元件封裝的焊點導孔貫穿整個電路板，所以其焊點的屬性對話框中，屬性對話框中，Layer板層屬性必須為板層屬性必須為 Multi Layer。印制電路板的基本元素印制電路板的基本元素元件封裝n元器件封裝的編號元器件封裝的編號n元件類型元件類型+焊點距離（焊點數(shù)）焊點距離（焊點數(shù)）+元件外型尺寸元件外型尺

12、寸nDIP-4表示表示雙列直插式元件封裝雙列直插式元件封裝，4個焊盤引腳，兩焊盤間的距個焊盤引腳，兩焊盤間的距離為離為100mil；nAXIAL-0.4表示軸狀類元件封裝（如電阻），引腳間距為表示軸狀類元件封裝（如電阻），引腳間距為400mil；nRB7.6/15 表示極性電容性元件封裝，引腳間距為表示極性電容性元件封裝，引腳間距為7.62mm，零件，零件直徑為直徑為15mm。n在制作電路板時必須知道元件的名稱，同時也要知道該元件的在制作電路板時必須知道元件的名稱，同時也要知道該元件的封裝形式。封裝形式。 1mil =0.001inch= 0.0254mm 電阻的電氣符號與其不同封裝電阻的電氣

13、符號與其不同封裝電阻封裝：AXIAL-0.4極性電容類元件封裝：RB7.6-15雙列直插式元件封裝：DIP-4常用元件封裝常用元件封裝nProtel DXP 將常用的封裝集成在將常用的封裝集成在 Miscellaneous Devices PCB PcbLib 集成庫中。集成庫中。 n常用的分立元件常用的分立元件n電阻電阻n電容電容n二極管類二極管類n晶體管類晶體管類n可變電阻類等?？勺冸娮桀惖取常用的集成電路的封裝有常用的集成電路的封裝有 DIP XX 等。等。 n 電阻類電阻類 n軸對稱式電阻類元件軸對稱式電阻類元件n常用封裝為常用封裝為AXIAL XX ，（AXIAL代表軸狀，代表軸狀

14、，xx表示表示兩腳距離兩腳距離)n AXIAL-0.3- AXIAL-1.0 nAXIAL0.4 管腳之間距離為管腳之間距離為400milAXIAL-0.4AXIAL-0.31mil =0.001inch= 0.0254mm電阻的電氣符號電阻的電氣符號n電阻類電阻類 n表面粘貼式表面粘貼式n0402、0403、0805、1005、1206、1210等系列。等系列。n封裝名分兩部分：封裝名分兩部分：前兩個數(shù)字表示元件長度，后前兩個數(shù)字表示元件長度，后兩個數(shù)字表示元件的寬度，單位為英寸。兩個數(shù)字表示元件的寬度，單位為英寸。n0603元件長度為元件長度為0.06英寸、寬度為英寸、寬度為0.03英寸英

15、寸封裝封裝06030603示意圖示意圖n電容類電容類n扁平封裝扁平封裝n根據(jù)體積不同，從RAD-0.1RAD-0.4可以作為無極性電容封裝n RAD后面的數(shù)值表示兩個焊點間的距離。nRAD-0.1管腳之間距離為100mil。 n筒狀封裝筒狀封裝n常用RBxx-xx作為有極性（電解）電容元件封裝。nRB后的兩個數(shù)字分別表示焊盤之間的距離和圓筒的直徑，單位是英寸。 nRB7.6/15表示元件封裝焊盤間距為7.6英寸，圓筒的直徑為15英寸。RB7.6-15RAD-0.3n二極管類元件二極管類元件n常用封裝系列名稱為常用封裝系列名稱為DIODExx，其中，其中xx表示兩焊盤間距離。表示兩焊盤間距離。n

16、DIODE-0.4 管腳之間距離為管腳之間距離為400mil 常用于小功率二極管常用于小功率二極管nDIODE-0.7 管腳之間距離為管腳之間距離為700mil 常用于大功率二極管常用于大功率二極管DIODE-0.7!n二極管為有極性元件，封裝外形上畫有短線的一端代表負端，二極管為有極性元件，封裝外形上畫有短線的一端代表負端，和實物二極管外殼上表示負端的白色或銀色色環(huán)相對應。和實物二極管外殼上表示負端的白色或銀色色環(huán)相對應。n晶體管類晶體管類 nMiscellaneous Devices PCB.PcbLib 集成庫中提供的有集成庫中提供的有BCY W3/H.7 等。等。n常見的晶體管的封裝如

17、圖所示常見的晶體管的封裝如圖所示n可調電阻類可調電阻類 n常用的封裝為常用的封裝為VR系列，從系列，從VR2VR5，如圖所示。，如圖所示。n這里后綴的數(shù)字也只是表示外形的不同，而沒有實際尺寸的這里后綴的數(shù)字也只是表示外形的不同，而沒有實際尺寸的含義，其中含義，其中VR5一般為精密電位器封裝。一般為精密電位器封裝。n集成電路類集成電路類 n集成電路常見的封裝是雙列直插式封裝，如圖所示集成電路常見的封裝是雙列直插式封裝，如圖所示為為DIP-16的封裝外形。的封裝外形。 SOPQFPPGAZIPSIPDIPSOJQFJDual In-Line Package雙列直插式封裝雙列直插式封裝 Quad F

18、lat Package 方型扁平式封裝方型扁平式封裝Small Outline Package小外形封裝小外形封裝 Small outline J-lead Package J型引腳小外形封裝型引腳小外形封裝 Pin Grid Array PACkage插針網(wǎng)格陣列封裝插針網(wǎng)格陣列封裝印制電路板的基本元素印制電路板的基本元素銅膜導線與飛線n銅膜導線n板子上的敷銅經(jīng)過蝕刻處理形成的一定寬度和形狀的導線，分布在層上連接各個焊點的金屬線，用以實現(xiàn)電氣連接。n飛線飛線nPCB布線過程中的預拉線，表示元件間的連接關系。電路板設計在引入網(wǎng)絡表后，采用飛線指示元件之間連接關系。用導線連接后飛線消失。飛線印制

19、電路板的基本元素印制電路板的基本元素銅膜導線與飛線n區(qū)別：n飛線只是一種形式上、邏輯上的連接，沒有電氣意義；飛線只是一種形式上、邏輯上的連接，沒有電氣意義；n導線有電氣意義，物理連接。導線有電氣意義，物理連接。n兩者關系：兩者關系：飛線指示導線的實際布置，導線實現(xiàn)飛線的意圖。印制電路板的基本元素印制電路板的基本元素-焊盤焊盤nPad (焊盤）焊盤）n放置焊錫用來焊接元件的。n焊盤根據(jù)元件封裝不同結構也不同：n可以是穿透多個不同的層n或在一個層內；n焊盤的形狀有圓形、方形、八角形等，如圖所示。n焊盤由兩部分組成：焊盤直徑和孔徑直徑。圖焊盤的形狀圖焊盤的形狀焊盤（Pad）和過孔（Via）印制電路板

20、的基本元素-過孔n作用n在各層需要連通的導線的交際處鉆上一個孔，用于連接不同板層之間的導線n種類nThnchole Vias:從頂層直接通到底層。nBlind Vias：只從頂層通到某一層里層，并沒有穿透所有層，或者從里層穿透出來的到底層的過孔。nBuried Vias:只在內部兩個里層之間相互連接，沒有穿透底層或頂層的過孔。n過孔只有圓形圓形，包括，包括兩個尺寸兩個尺寸：n過孔的直徑（Diameter）n通孔的直徑（hole size） n通孔的孔壁由導電材料構成，用于連接不同層的導線。 電路板的結構圖印制電路板結構印制電路板結構敷銅n對于電路抗干擾性能要求較高的場合，可考慮在電路板上敷銅。

21、敷銅可以有效地起到信號屏蔽作用，提高信號的抗電磁干擾能力。n敷銅可分為實心填充和網(wǎng)格填充。n層n印制板材料本身實實在在存在的n例如印制板的上下兩面可供走線，這樣的面即為層n甚至在板的中間還設有能被特殊加工的夾層銅箔（也稱為層）。n敷銅層和非敷銅層n注意：布線時一旦選定了所用印制板的層數(shù)，務必關閉那些未被使用的層，以免布線出現(xiàn)差錯。nDXP中的Layer:nPCB編輯器中都有一個獨立的層面（Layers）與之相對應，電路板設計者通過層面給電路板廠家提供制作該板所需的印制參數(shù)。印制電路板的基本元素-層n類型：nSignal Layer（信號層）（信號層）nInternal plane（內部電源層）

22、（內部電源層）nMechanical Layer（機械層）（機械層）nSolder Mark & Paste Mark（阻焊層及助焊層）（阻焊層及助焊層）nSilkScreen（絲印層）、（絲印層）、Others（其它層）。（其它層）。nPCB編輯器，執(zhí)行【Design】/【Board Layers】命令，可根據(jù)設計需要在相應板層后面的復選框中打上“”，選中該項，以便顯示該層面。 印制電路板的基本元素-層Signal Layer：信號層主要用于放置：信號層主要用于放置元件和導線元件和導線Top Layer（頂層）（頂層） 可用于放置可用于放置電子元件電子元件和和信號走線信號走線。Bot

23、tom Layer（底層）（底層）用于放置信號走線和焊點，用于放置信號走線和焊點，是單面板唯一的布線層是單面板唯一的布線層.Midlayer1-n（中間工作層）。（中間工作層）。Midlayer （Mid1Mid14）僅放置信號走線僅放置信號走線。一般只有在一般只有在5層以上較為復雜的電路板中才采用。層以上較為復雜的電路板中才采用。設計多層印制電路板，可以從設計多層印制電路板，可以從DXP的層管理環(huán)境中添加的層管理環(huán)境中添加MidProtel DXP PCB編輯器常用層面 Internal plane：內部電源層主要用于布置電源線及接地線。內部電源層主要用于布置電源線及接地線。分別為Plane

24、1-n。Protel DXP PCB編輯器支持16個內部電源/接地層。內部電源/接地層通常是一塊完整的銅箔，單獨設置內部電源/接地層可最大限度地減少電源與地之間的連線長度，而且對電路中高頻信號的干擾起到屏蔽作用。如果PCB上的元器件需要不同的電源供應，可充分利用內部電源/接地層將大量的接電源（或接地）的元件管腳通過元件焊盤或過孔直接與電源（或地線）相連，減少頂層和底層電源/地線的連線長度。用戶使用多層印刷電路板才會有內部電源層。Protel DXP PCB編輯器常用層面 nKeep Out Layer（禁止布線層）用于定義放置元件的區(qū)域。n如果用戶要對電路進行自動布局和自動布線，必須在Keep

25、 Out Layer上設置一個布線區(qū)，具體步驟將在后面講解。n在Keep Out Layer層上由Track形成的一個閉合的區(qū)域來構成布線區(qū)。nMechanical Layer（機械層）分別為Mechanical 1-16n定義整個PCB板的外觀，即整個PCB板的外形結構，如電路板的標注尺寸、機械尺寸、定位孔及裝配說明等。 n機械層沒有電氣特性，在實際電路板中也沒有實際的對象與其對應，是PCB編輯器便于電路板廠家規(guī)劃尺寸制板而設置，屬于邏輯層。Protel DXP PCB編輯器常用層面 Solder Mark & Paste Mark（阻焊層及防錫膏層）阻焊層n涂于焊盤以外n阻止焊錫。n助焊膜（Top or Bottom Solder Mask）是涂于焊盤上，提高可焊性能的一層膜，也就是綠色板子上比焊盤略大一點的淺色圓斑SilkScreen（絲印層）主要用于設置印制信息，如元件輪廓和標注。Protel DXP PCB編輯器常用層面 PCB圖操作界面PCB菜單及工具欄PCB編輯器的畫面管理PageUp PageDown工作面板工作層管理PCB放置工具欄介紹：層面管理器層面管理器執(zhí)行菜單DesignLayer Stack Managern1、添加一個信號層n2、添加一個內部電源/接地層n3、刪除一個層面n4、改變層面的層疊次序n5、編輯層面的屬