印刷電路板基礎(chǔ)知識(shí)

1、熊根良電子線路CAD設(shè)計(jì)PADS2007原理圖與PCB設(shè)計(jì)PADS (Personal Automated Design Systems )印刷電路板基礎(chǔ)知識(shí)印刷電路板基礎(chǔ)知識(shí) 原理圖的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要是進(jìn)行后續(xù)的原理圖的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要是進(jìn)行后續(xù)的PCB設(shè)計(jì)，在學(xué)設(shè)計(jì)，在學(xué)習(xí)習(xí) 原理圖設(shè)計(jì)和原理圖設(shè)計(jì)和PCB制作之前，我們現(xiàn)了解制作之前，我們現(xiàn)了解PCB的一些的一些基礎(chǔ)知識(shí)?；A(chǔ)知識(shí)。1.印刷電路板概述印刷電路板概述1.1 印刷電路板的結(jié)構(gòu)印刷電路板的結(jié)構(gòu)一般來(lái)說(shuō)，印刷電路板的分類如下：（1）單面板：?jiǎn)蚊姘迨且环N一面有覆銅，另一面沒有覆銅的電路板，用戶只可以在覆銅的一面布線并放置元件。（2）雙面板：

2、雙面板包括頂層(Top Layer)和底層(Bottom Layer)兩層。頂層一般為元件面，底層一般為焊錫層面雙面板的雙面都可以覆銅，也可以布線。（3）多層板：多層板就是包含了多個(gè)工作層或電源層的電路板，一般指三層以上的電路板。除上面講到的頂層、底層以外，還包括中間層、內(nèi)部電源或接地層等。柔板柔硬板1.2 元件封裝元件封裝 如何保證元件的引腳與印刷電路板上的焊盤一致？這就要靠元件封裝！ 元件封裝是指元件焊接到電路板時(shí)所指的外觀和焊盤位置。 元件封裝僅僅是空間的概念，因此，不同元件可以共用同一個(gè)元件封裝；另外，同一元件也可以有不同的封裝。例如電阻1.2 .1元件封裝的分類元件封裝的分類 元件的

3、封裝形式可以分成兩大類：即針腳式元件封裝(直插式)和SMT(表面貼片技術(shù))元件封裝。1.2 .2元件封裝的編號(hào)元件封裝的編號(hào) 元件的封裝的編號(hào)一般為元件類型+焊盤距離(焊盤數(shù))+元件外形尺寸。 例如，RES1206表示此元件為SMT元件，兩焊盤的幾何尺寸為1206；DIP16表示雙排引腳的元件封裝，兩排共16個(gè)引腳。1.3 銅膜導(dǎo)線銅膜導(dǎo)線 銅膜導(dǎo)線也稱銅膜走線，簡(jiǎn)稱導(dǎo)線，用于連接各個(gè)焊盤，是PCB最重要的部分。PCB設(shè)計(jì)都是圍繞如何布置導(dǎo)線來(lái)進(jìn)行的。 與導(dǎo)線有關(guān)的另一種線，常稱之為飛線。即預(yù)拉線，飛線是在引入網(wǎng)表后，系統(tǒng)根據(jù)規(guī)則生成的，用來(lái)指引布線的一種連線。1.4 助焊膜和阻焊膜助焊膜和阻

4、焊膜 各類膜(Mask)不僅是PCB制作工藝過(guò)程中必不可少，而且更是元件焊裝的必要條件。 按膜所處的位置及其作用，膜可以分為元件面(或焊接面)助焊膜(Top或Bottom Solder)和元件面(或焊接面)阻焊膜(Top或Bottom Mask)兩類。 助焊膜是涂于焊盤上提高可焊性能的一層膜，也就是在綠色板子上比焊盤略大的淺色圓。阻焊膜的情況正好相反，為了使制成的板子適應(yīng)波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盤處的銅箔不能粘錫。因此在焊盤以外的各個(gè)部位都要涂覆一層涂料，用于阻止這些部位上錫。1.5 層層 PCB的層不是虛擬的，而是PCB材料本身實(shí)實(shí)在在的銅箔層。 例如，現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)主板所用的PCB材

5、料大多數(shù)在4層以上，這些層因加工相對(duì)困難而大多用于設(shè)計(jì)走線較為簡(jiǎn)單的電源層和地層(Power 和Ground)，并常用大面積填充(如Fill)的辦法來(lái)布線。上下位置的表面層與中間各層需要連通的 地方用過(guò)孔（Via）來(lái)溝通。1.6 焊盤和過(guò)孔焊盤和過(guò)孔（1）焊盤(Pad)焊盤的作用是放置焊錫、連接導(dǎo)線和元件引腳。焊盤是PCB設(shè)計(jì)中最常接觸也是最重要的概念。焊盤有圓、方、橢圓、矩形等形狀。 焊盤自行編輯的原則：1）形狀上長(zhǎng)短不一致時(shí)，要考慮連線寬度與焊盤特定邊長(zhǎng)的大小差異不能過(guò)大。2）需要在元件引腳之間走線時(shí)，選用長(zhǎng)短不對(duì)稱的焊盤往往事半功倍。3）各元件焊盤孔的大小要按元件引腳的粗細(xì)分別編輯確定，

6、原則上是孔的尺寸比引腳直徑大0.20.4mm.（2）過(guò)孔(Via)為連通各層之間的線路，在各層需要連通的導(dǎo)線的交匯處鉆一個(gè)公共孔，這就是過(guò)孔。過(guò)孔有三種，即從頂層貫穿到地層的穿透式過(guò)孔、從頂層通到內(nèi)層或從內(nèi)層通到底層的盲過(guò)孔，以及內(nèi)層間的隱藏過(guò)孔。 過(guò)孔有兩個(gè)尺寸，即通孔直徑和過(guò)孔直徑，如下圖，通孔和過(guò)孔之間的孔壁，用于連接不同層的導(dǎo)線。 過(guò)孔處理原則：1）盡量少用過(guò)孔，一旦選用過(guò)孔，務(wù)必處理好它與周邊各實(shí)體的間隙，特別是容易被忽視的中間各層與過(guò)孔不相連的線與過(guò)孔的間隙。2）需要的載流量越大，所需的過(guò)孔尺寸越大。1.7 絲印層絲印層 為了方便電路的安裝和維修，在PCB的上下兩表面印上所需要的標(biāo)

7、志圖案和文字代號(hào)等，例如元件標(biāo)號(hào)稱值、元件外廓形狀和廠家標(biāo)志、生產(chǎn)日期等，稱為絲印層(Silkscreen Top/Bottom)。1.8 覆銅覆銅 對(duì)于抗干擾要求比較高的PCB，常常需要在PCB上覆銅，覆銅可以有效的實(shí)現(xiàn)PCB的信號(hào)屏蔽作用，提高PCB信號(hào)的抗電磁干擾的能力。常用的覆銅有兩種方式：一種是實(shí)心填充方式；一種是網(wǎng)格狀的填充。2.PCB設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)流程 PCB板不但包含所需的電路，還應(yīng)具有合適的元件選擇、元件的信號(hào)速度、材料、溫度范圍餓、電源的電壓范圍等。因此PCB的設(shè)計(jì)要遵循一定的設(shè)計(jì)過(guò)程和規(guī)范。 （1）產(chǎn)生設(shè)計(jì)要求和規(guī)范即設(shè)計(jì)要從系統(tǒng)的規(guī)范和功能開始，例如，一個(gè)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的

8、開發(fā)項(xiàng)目，它設(shè)計(jì)的要求和規(guī)范可能包括控制點(diǎn)擊的類型、電機(jī)的功率、電壓、電流要求、控制的精度要求、通訊接口要求、應(yīng)用環(huán)境等3.PCB設(shè)計(jì)的基本原則設(shè)計(jì)的基本原則 PCB設(shè)計(jì)的好壞對(duì)電路板抗干擾能力影響很大，因此為了設(shè)計(jì)出質(zhì)量好、造價(jià)低的PCB，因遵循一些原則。3.1 布局布局 首先，要考慮PCB的尺寸大小，PCB尺寸過(guò)大，印刷電路長(zhǎng)，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；尺寸過(guò)小時(shí)，則散熱不好，且鄰近線易受干擾。（1）在確定特殊元件的位置時(shí)要遵循的原則）在確定特殊元件的位置時(shí)要遵循的原則1）盡可能縮短高頻元件之間的連線，設(shè)法減小他們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。2）某些元件或?qū)Ь€之間可能有較高的

9、電位差，應(yīng)加大他們之間的距離，以免放電引發(fā)意外短路。3）重量超過(guò)15g的元件，應(yīng)當(dāng)用支架固定，然后焊接。4）對(duì)于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動(dòng)開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求5）應(yīng)留出PCB的定位孔和固定支架所占的位置（2）根據(jù)電路的功能單元對(duì)電路的全部元件進(jìn)行）根據(jù)電路的功能單元對(duì)電路的全部元件進(jìn)行布局，要遵循的原則：布局，要遵循的原則：1）按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號(hào)流通。2）以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞他進(jìn)行布局。3）在高頻下工作的電路，要考慮元件之間的分布參數(shù)。4）位于PCB邊緣的元件，離電路板邊緣一般不小于2mm。3.2 布線布線

10、一般布線要遵循以下幾個(gè)原則。(1)輸入和輸出的導(dǎo)線應(yīng)避免相鄰平行，最好添加線間地線，以免發(fā)生耦合。(2)PCB的導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基板間的黏附強(qiáng)度和流過(guò)他們的電流值決定。(3)對(duì)于PCB導(dǎo)線拐彎，一般取圓弧型或45拐角，而直角或夾角在高頻電路中會(huì)影響電氣性能。4）PCB導(dǎo)線間距，相鄰導(dǎo)線必須滿足電氣安全要求。3.3 焊盤大小焊盤大小 焊盤的直徑和內(nèi)孔尺寸：通常以金屬引腳直徑加0.2mm作為焊盤內(nèi)孔直徑。(1)當(dāng)焊盤直徑為1.5mm時(shí)，為了增加焊盤的抗剝強(qiáng)度，可以采用長(zhǎng)小于1.5mm，寬為1.5mm和長(zhǎng)圓形焊盤。1）直徑小于0.4mm的孔：D/d=0.532）直徑大于2mm的孔：D/

11、d=1.52D-焊盤直徑d-內(nèi)孔直徑(2)有關(guān)焊盤的其他注意事項(xiàng)。1) 焊盤內(nèi)孔邊緣到PCB邊的距離要大于1mm。2) 焊盤開口。3) 焊盤補(bǔ)淚滴。當(dāng)與焊盤鏈接的走線較細(xì)時(shí)，要將焊盤與走線之間的鏈接設(shè)計(jì)成淚滴狀。4) 相鄰的焊盤要避免成銳角或大面積的銅箔，成銳角會(huì)造成波峰焊困難，而且有橋連的危險(xiǎn)，大面積的銅箔因散熱過(guò)快導(dǎo)致不易焊接。3.4 PCB電路的抗干擾措施電路的抗干擾措施 電源線設(shè)計(jì) 根據(jù)PCB電流大小，盡量加粗電源線寬度，減小環(huán)路電阻。 (2) 地線設(shè)計(jì) 地線設(shè)計(jì)原則是 1) 數(shù)字地與模擬地分開。 2) 接地線應(yīng)盡量加粗。 3) 接地線構(gòu)成閉環(huán)路。(1)(3) 大面積覆銅3.5 去耦電

12、容配置去耦電容配置PCB設(shè)計(jì)的常規(guī)做法之一是在印刷電路板的各個(gè)關(guān)鍵部位配置適當(dāng)?shù)娜ヱ铍娙?，原則： 電源輸入端跨接一個(gè)10100uf的點(diǎn)解電容。 (2) 原則上每一個(gè)集成電路芯片都應(yīng)布置一個(gè)0.01pf的瓷片電容。如遇PCB空間不夠，可以每48個(gè)芯片布置一個(gè)110pf的鉭電容。 (3) 對(duì)于抗噪能力弱、關(guān)斷時(shí)電源變化大的元件，如RAM,ROM存儲(chǔ)元件，應(yīng)在芯片的電源和地之間直接接入去耦電容。(1)(4) 電容引線不能太長(zhǎng)，尤其是高頻旁路電容不能有引線3.6 各元件之間的連線各元件之間的連線(1)印刷電路板中不允許有交叉電路，對(duì)于肯能交叉的線路?？梢糟@、繞來(lái)解決。(2)電阻、二極管、管裝電容等元件

13、一般有立式和臥式兩種安裝方式。(3)同一級(jí)電路的接地點(diǎn)應(yīng)盡量靠近，并且本級(jí)電路的電源濾波電容也應(yīng)接在該級(jí)接地點(diǎn)上。(4)總線必須嚴(yán)格按高頻中頻低頻逐級(jí)按弱電到強(qiáng)電的順序排列原則(5) 強(qiáng)電流引線應(yīng)盡可能寬一些(6) 阻抗高的走線盡量短，阻抗低的走線可以長(zhǎng)一些(7)電位器安裝位置應(yīng)當(dāng)滿足整機(jī)結(jié)構(gòu)安裝及面板布局的要求，盡可能放在PCB的邊緣。(8)IC座，設(shè)計(jì)PCB圖樣時(shí)，在使用IC座的場(chǎng)合下，一定特別注意IC座上定位槽的放置的方位是否正確。(9)在對(duì)進(jìn)出接線端布置時(shí)，相關(guān)聯(lián)的兩條引線端的距離不要太大。(10)在保證電路性能要求的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求合理走線。(11) 設(shè)計(jì)應(yīng)按一定順序方向進(jìn)行。4

14、.PCB制造材料制造材料 PCB的信號(hào)傳導(dǎo)層通常都是使用銅箔，通過(guò)加熱和壓力作用下粘接在襯底層上。 最常用的絕緣層材料為環(huán)氧樹脂玻璃和酚醛紙。一些特殊的PCB，比如柔性PCB，基材可以采用聚酯或聚酯酰亞胺。FR4材料是指美國(guó)NEMA規(guī)范的環(huán)氧樹脂玻璃材料。5.PCB的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 一塊普通的PCB由鍍銅的樹脂玻璃材料或一層銅箔與樹脂材料粘接在一起構(gòu)成。如下圖對(duì)于一塊多層板(含有兩銅層以上的板)，在銅核心層之間有一層介電絕緣填充材料，如下圖所示5.1 銅箔銅箔銅箔就是一薄層的銅，放置在介電填充材料之間并且和介電填充材料粘接在一起。其厚度如下：5.2 銅鍍層銅鍍層銅鍍層主要用于PCB的外層，并且當(dāng)對(duì)

15、PCB上的鉆孔的孔壁進(jìn)行鍍銅時(shí)，也為PCB上的銅提供額外的銅層。5.3 焊錫流焊錫流焊錫流是將焊錫鋪在PCB上的裸露銅表面的工藝。5.4 阻焊層阻焊層阻焊層可以防止焊錫附著在上面，如下圖所示，但可以保護(hù)銅層，以防止被氧化。5.5 走線走線PCB上的走線實(shí)際上就是信號(hào)線，他提供了相同的傳輸信號(hào)的功能，他的兩端一般與PCB上的元件的引腳相連。5.6 焊盤焊盤最常見的兩種焊盤類型為表貼元件安裝的鍍錫焊盤和通孔鍍錫焊盤。5.7 焊錫的通孔焊錫的通孔通孔結(jié)構(gòu)包含有一個(gè)焊盤，通孔通過(guò)焊盤而成為一個(gè)通孔。鍍錫通孔的只要作用如下： 增強(qiáng)外層焊盤的強(qiáng)度，從而可以使用較小尺寸的焊盤。 焊接時(shí)可以散熱，從而焊盤可以較小 連接頂層和底層的信號(hào)1)從頂層到底層鋪上焊錫流，從而不用在兩側(cè)進(jìn)行焊接5.8 不鍍層的通孔不鍍層的通孔不鍍層的通孔也就是指在孔中沒有鍍錫。5.9 板邊板邊PCB板的板邊也有一些特殊的要求。板邊是PCB的裸露的界面，他必須可以和外界有絕緣安全距離6.PCB的疊層設(shè)計(jì)的疊層設(shè)計(jì) PCB板的疊層設(shè)計(jì)常常是由PCB的目標(biāo)成本、制造技術(shù)和所要求的布線通道數(shù)所決定。6.1 多層板多層板以下