二十認識印刷電路板11468課件

PCB設(shè)計基礎(chǔ)：電路設(shè)計的最終目的是生成印刷電路板的PCB文件，根據(jù)原理圖設(shè)計的結(jié)果將產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表文件，在PCB設(shè)計中引入網(wǎng)絡(luò)表文件將引入電路元器件之間的連接。在設(shè)計印刷電路板之前，首先要了解印刷電路板的相關(guān)知識。因此本節(jié)的目的是講解一些印制電路板的基本概念以便于以后章節(jié)的學(xué)習(xí)。

6.1認識印刷電路板重點內(nèi)容：印刷電路板的結(jié)構(gòu)：以多諧振蕩器為例印刷電路板板層及板框印刷電路板上的元器件元器件封裝

課堂例題練習(xí)一、印刷電路板的結(jié)構(gòu)：

印刷電路板(PrintedCircuitBoard，PCB)是架構(gòu)電路系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其作用是將計電路中各元器件間的電氣連接線做成銅膜走線，在一層或多層絕緣板子上繪制信號板層，并在適當(dāng)?shù)奈恢梅胖迷骷庑畏庋b來安裝各個電子元器件。簡單地說，印刷電路板按照結(jié)構(gòu)劃分為單面板、雙面板和多面板3種。

(1)單面板

單面板是指只有一面敷銅的電路板，即所有的銅膜走線都在一個板層上面，因此設(shè)計人員只能在其敷銅的一面進行電路設(shè)計和放置元器件。它的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，適用于相對簡單的電路設(shè)計。但是對于稍復(fù)雜的電路而言，由于其只能一面走線的局限性使得布線困難，容易造成無法布線的局面。

圖1雙面板結(jié)構(gòu)(3)多層板

多層板是指由三層或三層以上的電路板，它是在雙面板的頂層和底層的基礎(chǔ)上，還包含若干中間層、電源層和地線層（如圖2所示）。雙面板的制作工藝非常的復(fù)雜，因此成本較高。但采用多層板可以設(shè)計復(fù)雜的電路，另外板層越多，則布線的區(qū)域也就越多，布線就變得更加容易簡單，并且具有一定的保密能力。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，電子產(chǎn)品越來越小巧精密，電路板的制作也越來越復(fù)雜，因此多層板的應(yīng)用也日趨廣泛。圖2多層板結(jié)構(gòu)二、印刷電路板板層及板框：

板層板層就是在印刷電路板設(shè)計過程中可分層顯示的電路板結(jié)構(gòu)圖。PCB最多可以使用七十多個板層，其中可以有32個信號板層、16個內(nèi)層板層、16個機構(gòu)板層、2個防焊板層、2個錫膏板層、2個絲印板層、2個鉆孔板層、1個禁制板層、1個多任務(wù)板層和多個顯示用途板層。每一類有其具體的使用意義，例如信號板層（如頂層和底層）對應(yīng)電路板實體銅膜走線的分布圖；絲印板層沒有電氣性質(zhì)，純粹是為了在電路板上標注說明文字或用于屏幕窗口顯示。下面就各類板層的作用做一個簡單的介紹。

防焊板層可以有頂層與底層兩層，是印刷電路板對應(yīng)電路板文件中的焊點和導(dǎo)孔數(shù)據(jù)自動生成出來的板層，主要用于涂刷阻焊漆。阻焊漆顧名思義就是一種無法在上面進行焊接操作的油漆材料，一般是綠色的。本板層上顯示的焊點和導(dǎo)孔部分就是代表電路板上不鋪阻焊漆的區(qū)域，也就是可以進行焊接的部分。

錫膏板層最多可以有頂層和底層兩層。它和防焊板層很相似，不過它們是用來對應(yīng)表面粘著式元器件焊點的（何謂表面粘著式元器件在本章后面小節(jié)介紹）。

絲印板層共有頂層和底層兩層，不過底層并不常用。它們主要在于記錄電路板上供人觀看的信息。印刷線路板設(shè)計軟件會自動地將PCB文件內(nèi)的元器件外形符號、序號和批注字段的設(shè)置值送入這些板層內(nèi)。

鉆孔板層有兩層，分別是鉆孔指引板層和鉆孔圖板層。它們都是由印刷電路設(shè)計軟件自動生成的板層，記錄了制作流程中所需要的鉆孔數(shù)據(jù)。

禁制板層只有一層，通常用來定義板框，也就是規(guī)范元器件布置與布線的合法區(qū)域。我們可以使用板框向?qū)韰f(xié)助生成板框，也可以直接在該板層用銅膜走線繪制出封閉的板框區(qū)域；必要時，也可以生成或繪制出中心有封閉缺口的板框。因用來提供電線、馬達之類的機械對象從電路板中穿過的信道。在后面章節(jié)具體介紹在禁制板層上設(shè)計板框。多任務(wù)板層只有一層，放置在該板層中的對象在設(shè)計輸出時將自動地附加到所有信號板層中。該板層最主要的用途在于快速地將跨信號板層的對象(尤其是焊點和導(dǎo)孔)一次就放置妥當(dāng)。

顯示用途板層只供顯示消息，不允許擺置PCB對象。以下簡單介紹這些顯示用途板層的使用目的。連接板層(Connect)主要顯示對象間的預(yù)拉線情況。DRC錯誤板層(DRCErrors)主要顯示電路板上違反DRC的檢查標記?？梢暩顸c板層(VisibleGridl&2)主要顯示可視格點或網(wǎng)格線，共有2層，可同時顯示，也可以個別顯示。焊點板層(PadHoles)與導(dǎo)孔板層(ViaHoles)分別顯示焊點與導(dǎo)孔的鉆孔外觀。

2.板框

板框就是為了規(guī)范元器件自動布置、自動布線和設(shè)計規(guī)則檢查操作功能所定義出來的合法區(qū)域。對印刷電路板而言，板框就是在禁制板層上用銅膜走線繪制出來的封閉區(qū)域。當(dāng)然我們可以使用手工繪制的方式來定義板框，這樣比較有靈活性。不過在大部分場合中，我們都是使用印刷電路板設(shè)計軟件提供的板框向?qū)矶x板框。至于如何利用向?qū)Щ蛑苯尤斯ざㄖ瓢蹇驎诤竺嬲鹿?jié)介紹。

表面粘著式元器件焊點只限于表面板層，可以是頂層也可以是底層，兩層之間使用過孔連接實現(xiàn)電路的完整性。使用表面粘著式元器件的電路板就不需要經(jīng)過鉆孔的手續(xù)，工業(yè)上焊接方法是將錫膏倒在電路板上，然后配合錫膏板層清理出焊點，接著倒上液體狀的焊錫，再將元器件擺上去就可以完成焊接的步驟了。由于制作流程較簡易，成本低廉，加上SMD元器件體積較小，電路板的密度可以提高，所以現(xiàn)在商品化產(chǎn)品幾乎都是這種形式的電路板。由于表面粘著式元器件的接線引腳間距十分緊密（焊點間距和銅膜走線間距很小），而且使用的銅箔面至少是雙面板的原因，如果是個人做開發(fā)實驗不建議采用這種表面粘著式元器件，因為個人焊接過程中容易造成虛焊、漏焊等一系列問題，從而浪費了大量的人力物力，延長了開發(fā)周期。如果非要采用表面粘著式元器件，那么建議要配合表面粘著式元器件轉(zhuǎn)針腳式的引腳插座一起使用。如圖4所示是一些常見表面粘著式元器件的例子。比較圖3和4可以容易的得出表面粘著式元器件的優(yōu)點。四、元器件封裝：

元器件封裝是指元器件放置到印刷電路板中所表示的外框和焊點位置的一種標準符，即元器件的外形。元器件封裝是印刷電路板設(shè)計的重要概念，因為元器件封裝的統(tǒng)一，使所取用的元器件的引腳和印刷電路板的焊點位置對應(yīng)，從而保證整個印刷電路板按照電路設(shè)計的方式連接和工作，元器件封裝是連接原理圖和PCB元器件的工具。元器件封裝既可以在原理圖設(shè)計時指定，也可在引進網(wǎng)絡(luò)表時指定，建議設(shè)計人員采用前面一種方式設(shè)定元器件的封裝。

元器件封裝的定義規(guī)則為元器件類型+焊點距離(或焊點數(shù))+元器件外形。例如DIPl4表示該元器件為雙列直插式元器件，共有14個焊點；VRl表示可變電阻元器件；AXIAL0.4表示該元器件為軸狀元器件焊點間的距離為400mil(毫英寸)。注意：ProtelDXP系統(tǒng)采用兩種單位，公制和英制。英制用mil表示，單位是毫英寸。公制用mm表示，單位是毫米。1mil=0.0254mm,1mm=39.37mil。

在實際設(shè)計的時候我們有時候會遇到元器件與元器件封裝的搭配發(fā)生了問題，這些問題多數(shù)是由以下這幾種情況所造成的：(1)并未設(shè)置元器件外形屬性或是設(shè)置為不存在的元器件封裝，ProtelDXP如果沒有查找到相符合的元器件封裝就會生成錯誤信息。(2)未加載對應(yīng)的元器件封裝庫在進行線路板設(shè)計之前，必須先將可能用到的元器件封裝數(shù)據(jù)庫與對應(yīng)的元器件封裝庫文件加載到內(nèi)存中，否則會找不到該元器件封裝。要找某個元器件外形所對應(yīng)元器件封裝庫的名稱，可以利用ProtelDXP系統(tǒng)所提供的瀏覽功能。(3)新舊元器件外形的引腳名稱或腳位號碼不一致通常發(fā)生在放置好PCB元器件外形之后，又去修改元器件的設(shè)置屬性對話框中的Footprint屬性的情況下。(4)元器件與元器件外形的引腳名稱不一致這是因為系統(tǒng)提供的封裝的引腳名稱未必與元器件外形相應(yīng)的引腳名稱定義完全吻合所致。

設(shè)計人員必須特別注意元器件和元器件外形與系統(tǒng)提供的實體是否一致。

(1)雙擊原理圖上的元器件，打開參數(shù)設(shè)置對話框，雙擊右下角ModelsforQ1-PNP欄中的Footprint，將會彈出如圖5所示的電路圖元器件參數(shù)修改對話框。圖5元器件參數(shù)修改對話框(2)點擊圖5中右上角的PinMap..按鈕，就會彈出如圖6所示的元器件引腳設(shè)置對話框。在沒有修改元器件引腳參數(shù)之前對應(yīng)的印刷線路板連線如圖7所示。圖6元器件引腳設(shè)置對話框(3)修改圖6中原理圖對應(yīng)引腳和實際引腳之間的關(guān)系，如將1和3對調(diào)，就會獲得如圖7所示的印刷線路板連線。第二種做法是結(jié)合元器件已有的引腳的名稱，然后修改印刷電路板元器件引腳封裝的焊點序號名稱，或者新建一個元器件外形。如果現(xiàn)在要將圖7中的三極管中的2，3引腳對調(diào)，那么直接雙擊圖7中印刷線路板上的引腳3，在彈出屬性設(shè)置對話框中，將Properties中的Designator中的3改為2，同樣的操作用于2號引腳，然后重新調(diào)用網(wǎng)絡(luò)表，就會獲得如圖9的印刷線路板連線。以上所提的兩種做法可以保持自動化設(shè)計流程的順暢，但是必須要學(xué)會如何修改元器件或元器件外形的操作方法，操作技術(shù)要求比較高。下面介紹一種比較簡單的做法，但是不是經(jīng)常使用，只是在某些場合使用。

第三種做法既不需要修改元器件也不需要更改元器件引腳封裝，而只需手工在網(wǎng)絡(luò)列表中作修改。這種做法(稱之為半自動設(shè)計方式，參考后面章節(jié)的介紹)，只要會操作文字處理程序就可以了，不過整個設(shè)計流程