Protel DXP 2004 原理圖與PCB設(shè)計(jì)實(shí)用教程 第2版 課件 第5章 印制電路板基本概念

第5章印制電路板基本概念5.1PCB的種類 5.2PCB設(shè)計(jì)的基本概念 5.3常用元器件封裝 5.4印制電路板的基本組成 5.5印制電路板的制作過(guò)程 5.6印制電路板設(shè)計(jì)的基本流程5.1PCB的種類 印制電路板的種類可以根據(jù)元件導(dǎo)電層面的多少分為單面板、雙面板、多層板三種。1．單面板

單面板是一種一面覆銅而另外一面沒(méi)有覆銅的電路板。在覆銅的一面上包含有用于焊接的焊盤和用于連接元器件的銅箔導(dǎo)線，在沒(méi)有覆銅的一面上包含元件的型號(hào)、參數(shù)以及電路的說(shuō)明等，以便滿足元器件的安裝、電路的調(diào)試和維修等需求。由于單面板只有一面覆銅，因此所有導(dǎo)線都集中在這一面中，很難滿足復(fù)雜連接的布線要求，因此只適用于比較簡(jiǎn)單的電路。

圖5-1單面板2．雙面板

雙面板是上、下兩面均有覆銅的電路板。因此雙面板的頂層和底層都有用于連接元器件的銅箔導(dǎo)線，兩層之間是通過(guò)金屬化過(guò)孔來(lái)連接。一般來(lái)說(shuō)，雙面板的全部元件或多數(shù)元件仍安裝在頂層，因此元件的型號(hào)和參數(shù)也多是在頂層上印制，而底層還是用于元器件的焊接。雙面板降低了布線難度，同時(shí)又提高了電路板的布線密度，可以適應(yīng)較為復(fù)雜的電氣連接的要求，是目前應(yīng)用較為廣泛的電路板。

圖5-2雙面板 3．多層板 多層板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它由電氣導(dǎo)電層和絕緣材料層交替粘合而成，成本較高，導(dǎo)電層數(shù)目一般為偶數(shù)，層間的電氣連接同樣利用層間的金屬化過(guò)孔實(shí)現(xiàn)。5.2PCB設(shè)計(jì)的基本概念5.2.1電路板的工作層面 ProtelDXP提供了不同類型的工作層面，主要包括：32個(gè)信號(hào)層(SignalLayers)、16個(gè)內(nèi)部電源/接地層(InternalPlanes)、16個(gè)機(jī)械層(MechanicalLayers)、4個(gè)防護(hù)層(MasksLayers)（包括2個(gè)阻焊層(SolderMaskLayers)和2個(gè)焊錫膏層（PasteMaskLayers))、2個(gè)絲印層(SilkscreenLayers)、4個(gè)其他層(otherLayers)(包括1個(gè)禁止布線層（KeepOutLayer）、2個(gè)鉆孔層(DrillLayers）和1個(gè)多層(MultiLayer))。

1.信號(hào)層(SignalLayers)

信號(hào)層包括頂層（TopLayer）、底層（BottomLayer）和中間信號(hào)層（MidLayer1～MidLayer30），它們主要用來(lái)布置信號(hào)線。常見(jiàn)的PCB雙面板設(shè)計(jì)是在頂層信號(hào)層和底層信號(hào)層上放置元件以及布置銅箔導(dǎo)線。 2.內(nèi)部電源/接地層（InternalPlanes）

內(nèi)部電源/接地層，簡(jiǎn)稱內(nèi)電層，在PCB設(shè)計(jì)過(guò)程中主要為多層板提供放置電源線和地線的專用布線層。

3.機(jī)械層（MechanicalLayer）

ProtelDXP2004SP2提供了16個(gè)機(jī)械層，用于設(shè)置電路板的外形尺寸、對(duì)齊標(biāo)記、數(shù)據(jù)標(biāo)記等機(jī)械信息。在PCB設(shè)計(jì)過(guò)程中最常使用Mechanical1層繪制電路板的外形。

4.防護(hù)層(MasksLayers)

防護(hù)層包括阻焊層（SolderMaskLayer）和焊錫膏層（PasteMaskLayer），主要用于保護(hù)銅線以及防止元件被焊接到不正確的地方。

阻焊層分為頂部阻焊層（TopSolderMask）、底部阻焊層（BottomSolderMask）兩層，為焊盤以外不需要焊錫的銅箔上涂覆一層阻焊漆，主要用于阻止焊盤以外的導(dǎo)線、覆銅區(qū)等上錫，從而避免相鄰導(dǎo)線焊接時(shí)短路，還可防止電路板長(zhǎng)期使用時(shí)出現(xiàn)的氧化腐蝕。

焊錫膏層，有時(shí)也稱做助焊層，用來(lái)提高焊盤的可焊性能，在PCB上比焊盤略大的各淺色圓斑即為所說(shuō)的焊錫膏層。在進(jìn)行波峰焊等焊接時(shí)，在焊盤上涂上助焊劑，可以提高PCB的焊接性能。 5.絲印層（SilkscreenLayer）

絲印層分為頂層絲印層（TopOverlayer）和底層絲印層（BottomOverlayer）。絲印層是通過(guò)絲印的方式在電路板上印制上元件或電路的基本信息，例如元件封裝、元件標(biāo)號(hào)和參數(shù)、電路的說(shuō)明等，以便于元件的安裝以及電路的調(diào)試。 6.其它層（OtherLayers）其他層(otherLayers)包括1個(gè)禁止布線層（KeepOutLayer）、2個(gè)鉆孔層(DrillLayers）和1個(gè)多層(MultiLayer)。

在禁止布線層上繪制一個(gè)封閉區(qū)域作為自動(dòng)布線時(shí)的區(qū)域，可以將電路中的元件和布線有效地控制在該區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域外不能進(jìn)行布線。

鉆孔位置層(DrillGuide)用于標(biāo)識(shí)印制電路板上鉆孔的位置，鉆孔繪圖層（DrillDrawing）用于設(shè)定鉆孔形狀，多層(MultiLayer)針對(duì)通孔焊盤和過(guò)孔而設(shè)，通孔焊盤和過(guò)孔都設(shè)置在多層上，關(guān)閉此層，則焊盤和過(guò)孔將無(wú)法顯示。5.2.2銅膜導(dǎo)線 銅膜導(dǎo)線是覆銅板經(jīng)過(guò)蝕刻后形成的銅膜布線，又簡(jiǎn)稱為導(dǎo)線。銅膜導(dǎo)線是電路板的實(shí)際走線，用于連接元件的各個(gè)焊盤，是印制電路板的重要組成部分。導(dǎo)線的主要屬性是導(dǎo)線寬度，它取決于承載電流的大小和銅箔的厚度。5.2.3過(guò)孔 在印制電路板中，過(guò)孔的主要作用是用來(lái)連接不同板層間的導(dǎo)線。在工藝上，過(guò)孔的孔壁圓柱面上用化學(xué)沉積的方法鍍上一層金屬，用以連通中間各層需要連通的銅箔，而過(guò)孔的上下兩面做成圓形焊盤形狀。通常，過(guò)孔有三種類型，它們分別是從頂層到底層的穿透式過(guò)孔（通孔）、從頂層通到內(nèi)層或從內(nèi)層通到底層的盲過(guò)孔（盲孔）、內(nèi)層間的深埋過(guò)孔（埋孔）。過(guò)孔的形狀只有圓形，主要參數(shù)包括過(guò)孔尺寸和孔徑尺寸。5.2.4焊盤焊盤是在電路板上為了固定元件引腳，并使元件引腳和導(dǎo)線導(dǎo)通而加工的具有固定形狀的銅膜。焊盤形狀一般有圓形“Round”、方形“Rectangle”和八角形“Octagonal”三種，一般通孔直插式元件的焊盤有孔徑尺寸和焊盤尺寸兩個(gè)參數(shù)，表面粘貼式元件常采用方形焊盤。5.2.5元件封裝 元器件封裝是實(shí)際元器件焊接到電路板上時(shí)，在PCB電路板上所顯示的外形和焊盤位置關(guān)系，因此元器件封裝是實(shí)際元器件在PCB電路板上的外形和引腳分布關(guān)系圖。純粹的元件封裝只是一個(gè)空間概念，沒(méi)有具體的電氣意義。元器件封裝的兩個(gè)要素是外形和焊盤。制作元器件封裝時(shí)必須嚴(yán)格按照實(shí)際元器件的尺寸和焊盤間距來(lái)制作，否則裝配電路板時(shí)有可能因焊盤間距不正確而導(dǎo)致元器件不能裝到電路板上，或者因?yàn)橥庑纬叽绮徽_，而使元器件之間發(fā)生干涉。5.2.6飛線 飛線有以下兩重含義：在PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)中導(dǎo)入元器件之后，在自動(dòng)布線之前，元器件的相應(yīng)管腳之間出現(xiàn)供觀察用的類似橡皮筋的灰色網(wǎng)絡(luò)連接線，這些灰色連線是系統(tǒng)根據(jù)規(guī)則自動(dòng)生成的、用來(lái)指引布線的一種連線，一般俗稱為飛線。有些廠商在設(shè)計(jì)電路板的布線時(shí)，由于技術(shù)實(shí)力原因往往會(huì)導(dǎo)致最后的PCB存在不足的地方。這時(shí)需要采用人工修補(bǔ)的方法來(lái)解決問(wèn)題，就是用導(dǎo)線連通一些電氣網(wǎng)絡(luò)，有時(shí)候也稱這種導(dǎo)線為“飛線”，這就是飛線的第二重含義。5.2.7安全間距 在設(shè)計(jì)印制電路板的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員為了避免或者減小導(dǎo)線、過(guò)孔、焊盤以及元件之間的相互干擾現(xiàn)象，需要在這些對(duì)象之間留出適當(dāng)?shù)木嚯x，這個(gè)距離一般稱為安全間距。5.3常用元器件封裝5.3.1元件封裝的分類按照元件安裝方式，元件封裝可以分為通孔直插式封裝和表面粘貼式封裝兩大類。通孔直插式元件及元件封裝如圖5-3所示。

圖5-3通孔直插式元件及元件封裝表面粘貼式元件及元件封裝如圖5-4所示。

圖5-4表面粘貼式元件及元件封裝5.3.2常用元件封裝的介紹 根據(jù)元件的不同封裝，本節(jié)將封裝分成兩大類：一類為分立元件的封裝，一類為集成電路元件的封裝。

1.分立元件的封裝

(1)電容：電容分普通電容和貼片電容。普通電容又分為極性電容和無(wú)極性電容。極性電容（如電解電容）根據(jù)容量和耐壓的不同，體積差別很大，如圖5-5所示。極性電容封裝編號(hào)為RB*-*。

圖5-5電解電容元件、原理圖符號(hào)和元件封裝

無(wú)極性電容根據(jù)容量不同，體積外形也差別較大，如圖5-6所示。無(wú)極性電容封裝編號(hào)為RAD-*。

圖5-6無(wú)極性電容元件、原理圖符號(hào)和元件封裝貼片電容的外形如圖5-7所示，它們的體積與傳統(tǒng)的直插式電容比較而言非常細(xì)小，有的只有芝麻般大小，已經(jīng)沒(méi)有元件管腳，二端白色的金屬端直接通過(guò)錫膏與電路板的表面焊盤相接。貼片電容封裝編號(hào)為CC**-**，如CC2012-0805。

圖5-7貼片電容元件及元件封裝(2)電阻：電阻分普通電阻和貼片電阻。普通電阻是電路中使用最多的元件之一，如圖5-8所示，根據(jù)功率不同，電阻體積差別很大。

圖5-8普通電阻元件、原理圖符號(hào)和封裝

貼片電阻和貼片電容在外形上非常相似，所以它們可以采用相同的封裝，貼片電阻的外形如圖5-9所示。貼片電阻封裝編號(hào)為R*-*，如R2012-0805。

圖5-9貼片電阻元件及元件封裝

圖5-10普通二極管元件、普通二極管的原理圖符號(hào)和封裝

(3)二極管：二極管分普通二極管和貼片二極管。 普通二極管根據(jù)功率不同，體積和外形也差別很大，常用的封裝如圖5-10所示。貼片二極管可用貼片電容的封裝套用。

(4)晶體管：晶體管分普通晶體管和貼片晶體管。普通晶體管根據(jù)功率不同，體積和外形差別較大，常用的封裝如圖5-11所示，以封裝編號(hào)為“BCY-W*/E*”為例，如“BCY-W3/E4”。貼片晶體管封裝如圖5-12所示，以封裝編號(hào)為“SO-G*/C*”為例，如“SO-G3/C2.5”。

圖5-11普通三極管元件、原理圖符號(hào)和封裝圖5-12貼片三極管元件及封裝

圖5-13電位器元件、原理圖符號(hào)和元件封裝

(5)電位器電位器即可調(diào)電阻，在電阻參數(shù)需要調(diào)節(jié)的電器中廣泛采用，根據(jù)材料和精度不同，在體積外形上也差別很大，如圖5-13所示。常用的封裝為VR系列，從VR2～VR5。

圖5-14單排直插元件及元件封裝

(6)單排直插元件 單排直插元件如用于不同電路板之間電信號(hào)連接的單排插座，單排集成塊等。一般在原理圖庫(kù)元件中單排插座的常用名稱為“Header”系列，它們常用的封裝一般采用“HDR”系列，如圖5-14所示為封裝HDR1×9。

圖5-15DIP元件及元件封裝2.集成電路元件的封裝

(1)DIP封裝DIP（DualIn-linePackage）封裝，即雙列直插式封裝。元件外形和封裝如圖5-15所示，這種封裝的外形呈長(zhǎng)方形，引腳從封裝兩側(cè)引出，引腳數(shù)量少，一般不超過(guò)100個(gè)，絕大多數(shù)中小規(guī)模集成電路芯片(IC)均采用這種封裝形式。DIP封裝編號(hào)為“DIP**”，如“DIP14”，后綴數(shù)字表示引腳數(shù)目。

(2)PLCC封裝PLCC（PlasticLeadedChipCarrier）封裝，即塑料有引線芯片載體封裝。如圖5-16所示，其引腳從封裝的四個(gè)側(cè)面引出，管腳向芯片底部彎曲，呈J字形。圖5-16PLCC元件及元件封裝

(3)SOP封裝SOP（SmallOutlinePackage）封裝，即小外形封裝。如圖5-17所示，其引腳從封裝兩側(cè)引出呈海鷗翼狀(L字形)，它是最普及的表面貼片封裝。圖5-17SOP元件及元件封裝

(4)PQFP封裝塑料方形扁平式封裝PQFP（PlasticQuadFlatPackage）的元件外形和封裝圖如圖5-18所示，該封裝的元件四邊都有管腳，管腳向外張開(kāi)，該封裝在大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路封裝中經(jīng)常被采用，因?yàn)樗闹芏加泄苣_，所以管腳數(shù)目較多，而且管腳距離也很短。

圖5-18PQFP元件及元件封裝

(5)BGA封裝BGA(BallGridArray)封裝，即球狀柵格陣列封裝。元件外