Altium Designer23原理圖及PCB設(shè)計教程 課件 第五章 PCB設(shè)計預(yù)備知識

PCB設(shè)計預(yù)備知識第五章目錄印制電路板的構(gòu)成及其基本功能PCB制造工藝流程PCB中的名稱定義PCB板層AltiumDesigner中的分層設(shè)置目錄元器件封裝技術(shù)電路板的形狀及尺寸定義印制電路板設(shè)計的一般原則電路板測試PCB是Printed

Circuit

Board的英文縮寫，稱之為印制電路板。通常把在絕緣材料上，按預(yù)定設(shè)計，制成印制線路、印制元器件或兩者組合而成的導(dǎo)電圖形稱為印制電路。而在絕緣基材上提供元器件之間電氣連接的導(dǎo)電圖形，稱為印制線路。這樣就把印制電路或印制線路的成品板稱為印制線路板，亦稱為印制板或印制電路板。印制電路的基板是由絕緣隔熱且不易彎曲的材質(zhì)制作而成。在表面可以看到的細小線路是銅箔，原本銅箔是覆蓋在整個板子上的，而在制造過程中部分被蝕刻處理掉，留下來的部分就變成網(wǎng)狀的細小線路了，這些線路被稱作導(dǎo)線或稱布線，用來提供PCB上零件的電路連接。印制電路板幾乎應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，如電子玩具、手機、計算機等，只要有集成電路等電子元器件，為了它們之間的電氣互連，都會使用印制電路板。概述印制電路板的構(gòu)成及其基本功能印制電路板的構(gòu)成一塊完整的印制電路板主要由以下幾部分構(gòu)成。絕緣基材：一般由酚醛紙基、環(huán)氧紙基或環(huán)氧玻璃布制成。阻焊銅箔面：銅箔面為電路板的主體，它由裸露的焊盤和被綠油覆蓋的銅箔電路組成，焊盤用于焊接電子元器件。層：用于保護銅箔電路，由耐高溫的阻焊劑制成。字符層：用于標注元器件的編號和符號，便于印制電路板加工時的電路識別?？祝河糜诨寮庸?、元器件安裝、產(chǎn)品裝配以及不同層面的銅箔電路之間的連接。印制電路板的構(gòu)成及其基本功能一塊完整的印制電路板如圖5-1所示。圖5-1一塊完整的印制電路板PCB上有綠色或棕色是阻焊漆的顏色。這層是絕緣的防護層，可以保護銅線，也可以防止零件被焊到不正確的地方。在阻焊層上另外會印制上一層絲網(wǎng)印制面。通常在這上面會印上文字與符號（大多是白色的），以標示出各零件在板子上的位置。絲網(wǎng)印制面也被稱作圖標面。印制電路板的構(gòu)成及其基本功能印制電路板的功能提供機械支撐實現(xiàn)電氣連接或電絕緣其他功能

PCB制造工藝流程PCB制作工藝流程菲林底版：菲林底版是印制電路板生產(chǎn)的前導(dǎo)工序。菲林底版在印制板生產(chǎn)中的用途包括：圖形轉(zhuǎn)移中的感光掩膜圖形，包括線路圖形和光致阻焊圖形；網(wǎng)印工藝中的絲網(wǎng)模板的制作，包括阻焊圖形和字符；機加工（鉆孔和外形銑）數(shù)控機床編程依據(jù)及鉆孔參考?；宀牧希焊层~箔層壓板（CopperCladLaminates，CCL）簡稱覆銅箔板或覆銅板，是制造印制電路板（PCB）的基板材料。拼版及光繪數(shù)據(jù)生成：PCB設(shè)計完成后，若PCB板形太小，需將若干小板拼成一個大板，此道工序為拼板。拼版完成后，生成光繪圖數(shù)據(jù)。PCB中的名稱定義PCB中的名稱定義導(dǎo)線

：原本銅箔是覆蓋在整個板子上的，而在制造過程中部分被蝕刻處理掉，留下來的部分就變成網(wǎng)狀的細小線路了，這些線路被稱作導(dǎo)線或布線，如圖5-5所示。圖5-5導(dǎo)線圖PCB中的名稱定義PCB中的名稱定義ZIF插座：在PCB上有些零件需要在制作完成后可以拿掉或者裝回去，那么該零件安裝時會用到插座。插座是直接焊在板子上的，零件可以任意的拆裝。零拔插力式（ZeroInsertionForce，ZIF）插座，它可以讓零件輕松插進插座，也可以拆下來。ZIF插座如圖5-6所示。圖5-6ZIF插座PCB中的名稱定義PCB中的名稱定義邊接頭：如果要將兩塊PCB相互連接，一般都會用到俗稱“金手指”的邊接頭（EdgeConnector）。金手指上包含了許多裸露的銅墊，這些銅墊事實上也是PCB布線的一部分。通常連接時，將其中一片PCB上的金手指插進另一片PCB上合適的插槽上（Slot，一般叫作擴充槽）。邊接頭如圖5-7所示。圖5-7邊接頭圖PCB板層PCB分類單面板：在最基本的PCB上，元器件集中在其中一面，導(dǎo)線則集中在另一面上。因為單面板在設(shè)計線路上有許多嚴格的限制（因為只有一面，布線間不能交叉，而必須繞獨自的路徑），所以只有早期的電路才使用這類的板子。雙面板：雙面板（Double-Sided

Boards）的兩面都有布線。不過要用上兩面的導(dǎo)線，必須要在兩面間有適當?shù)碾娐愤B接才行。這種電路間的“橋梁”叫作導(dǎo)孔（Via）。多層板：為了增加可以布線的面積，多層板（Multi-Layer

Boards）用上了更多單面或雙面的布線板。

PCB板層Altium

Designer中的板層管理PCB板層結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)置及調(diào)整是通過如圖5-9所示的【Layer

Stack

Manager】（層疊管理器）對話框來完成的。圖5-9【Layer

Stack

Manager】對話框有兩種打開對話框的方式，分別為：1.執(zhí)行菜單命令【設(shè)計】→【層疊管理器】。2.在編輯環(huán)境中內(nèi)按O鍵，在彈出的菜單中執(zhí)行【層疊管理器】命令。PCB板層Altium

Designer中的板層管理為了適應(yīng)軟硬板，AD23可以進行多個疊層的設(shè)定。AD23的【層疊管理器】對于各個層的設(shè)定做了優(yōu)化，使得可設(shè)置的內(nèi)容變得更加詳細而操作更加簡單。在圖5-9【Material】欄中可以對層的材質(zhì)進行預(yù)定，完成預(yù)定以后便可在疊層管理器中直接使用。單擊圖5-9下方【Impedance】切換分頁，彈出阻抗設(shè)置界面如圖5-12所示。此處例式的線寬等參數(shù)均為默認添加的值，讀者可根據(jù)需要自行修改寬度等內(nèi)容。圖5-12阻抗設(shè)置界面PCB板層Altium

Designer中的板層管理單擊圖5-9下方【Via

Types】切換分頁，彈出過孔設(shè)置界面如圖5-13所示。此處例式為默認添加的模式，讀者可根據(jù)需要自行修改過孔的寬度占比等內(nèi)容。圖5-13過孔設(shè)置界面AltiumDesigner中的分層設(shè)置Altium

Designer中的分層設(shè)置Altium

Designer為用戶提供了多個工作層，板層標簽用于切換PCB工作的層面，所選中的板層的顏色將顯示在最前端。在PCB編輯環(huán)境中右擊，在彈出的快捷菜單中執(zhí)行【優(yōu)先選項】命令，可打開【優(yōu)選項】對話框，選擇【PCB

Editor】→【Layer

Colors】，進入視圖配置界面，如圖5-14所示。圖5-14視覺配置界面AltiumDesigner中的分層設(shè)置Altium

Designer中的分層設(shè)置在【激活色彩方案】列表框中有PCB的各層顏色。Altium

Designer提供的工作層主要有以下幾種。信號層內(nèi)平層機械層掩模層絲印層其余層元器件封裝技術(shù)元器件封裝的具體形式元器件封裝分為插入式封裝和表面黏貼式封裝。其中，將零件安置在板子的一面，并將接腳焊在另一面上，這種技術(shù)稱為插入式（Through

Hole

Technology，THT）封裝；另一種，接腳是焊在與零件同一面，不用為每個接腳的焊接而在PCB上鉆孔，這種技術(shù)稱為表面黏貼式（Surface

Mounted

Technology，SMT）封裝。使用THT封裝的元器件需要占用大量的空間，但THT元器件和SMT元器件比起來，PCB連接的構(gòu)造比較好SMT元器件比THT元器件要小，SMT封裝元器件比THT封裝元器件要便宜。元器件封裝技術(shù)元器件封裝的具體形式如下：SOP系列：SOP是英文Small

Outline

Package的縮寫，即小外形封裝。DIP

：

DIP是英文Double

In-line

Package的縮寫，即雙列直插式封裝。PLCC：

PLCC是英文Plastic

Leaded

Chip

Carrier的縮寫，即塑封有引線封裝。TQFP：

TQFP是英文Thin

Quad

Flat

Package的縮寫，即薄塑封四角扁平封裝。PQFP：

PQFP是英文Plastic

Quad

Flat

Package的縮寫，即塑封四角扁平封裝。TSOP

：

TSIP是英文Thin

Small

Outline

Package的縮寫，即薄型小尺寸封裝。BGA封裝：

BGA是英文Ball

Grid

Array的縮寫，即球柵陣列（封裝）。元器件封裝技術(shù)Altium

Designer中的元器件及封裝Altium

Designer中提供了許多元器件模型極其封裝形式，如電阻、電容、二極管、晶體管等。下面簡單介紹兩個元件的封裝。1.電阻在Altium

Designer中電阻的標識為Res1、Res2、Res

Semi等，其封裝屬性為AXIAL系列。而AXIAL的中文意義就是軸狀的。AltiumDesigner中提供的電阻封裝AXIAL系列如圖5-23所示。圖5-23

AltiumDesigner中電阻封裝AXIAL系列元器件封裝技術(shù)Altium

Designer中的元器件及封裝2.電位器AltiumDesigner中電位器的標識為RPot等，其封裝屬性為VR系列。Altium

Designer中提供的電位器封裝VR系列如圖5-26所示。圖5-26

AltiumDesigner中電位器封裝VR系列元器件封裝技術(shù)Altium

Designer中的元器件及封裝3.電容（無極性電容）Altium

Designer中無極性電容的標識為Cap等，其封裝屬性為RAD系列。Altium

Designer中提供的無極性電容封裝RAD系列如圖5-29所示。自左向右依次為：RAD

0.1、RAD

0.2、RAD

0.3、RAD

0.4。其中，0.1是指該電容在印制電路板上焊盤間的間距為100mil，0.2是指該電容在印制電路板上焊盤間的間距為200mil，依此類推。圖5-29

AltiumDesigner中無極性電容封裝RAD系列元器件封裝技術(shù)Altium

Designer中的元器件及封裝3.極性電容Altium

Designer中電解電容的標識為Cap

Pol，其封裝屬性為RB系列。Altium

Designer中提供的電解電容封裝RB系列如圖5-32所示。從左到右分別為：RB5-10.5、RB7.6-15。其中，RB5-10.5中的5表示焊盤間的距離是5mm，10.5表示電容圓筒的外徑為10.5mm，RB7.6-15的含義同此。圖5-32

AltiumDesigner中

電解電容封裝RB系列元器件封裝技術(shù)元器件引腳間距元器件不同，其引腳間距也不相同，但大多數(shù)引腳都是100mil（2.54mm）的整數(shù)倍。在PCB設(shè)計中必須準確測量元器件的引腳間距，因為它決定著焊盤放置間距。通常對于非標準元器件的引腳間距，用戶可使用游標卡尺進行測量。焊盤孔距是根據(jù)元器件引腳間距來確定的。而元器件間距有軟尺寸和硬尺寸之分。軟尺寸是指基于引腳能夠彎折的元器件，如電阻、電容、電感等，因引腳間距為軟尺寸的元器件的引腳可彎折，故設(shè)計該類元器件的焊盤孔距比較靈活。硬尺寸是基于引腳不能彎折的元器件，如排阻、晶體管、集成電路等，由于其引腳不可彎折，因此其對焊盤孔距要求相當準確。電路板的形狀及尺寸定義電路板尺寸的設(shè)置直接影響電路板成品的質(zhì)量。當PCB尺寸過大時，必然造成印制線路長，從而導(dǎo)致阻抗增加，致使電路的抗噪聲能力下降，成本也增加；而當PCB尺寸過小時，則導(dǎo)致PCB的散熱不好，且印制線路密集，必然使臨近線路易受干擾。因此，電路板的尺寸定義應(yīng)引起設(shè)計者的重視。通常PCB外形及尺寸應(yīng)根據(jù)設(shè)計的PCB在產(chǎn)品中的位置、空間的大小、形狀以及與其他部件的配合來確定PCB的外形與尺寸。1.根據(jù)安裝環(huán)境設(shè)置電路板的形狀及尺寸2.布局布線后定義電路板的尺寸印制電路板設(shè)計的一般原則PCB導(dǎo)線在PCB設(shè)計中，應(yīng)注意PCB導(dǎo)線的長度、寬度、導(dǎo)線間距。導(dǎo)線長度：PCB制板設(shè)計中導(dǎo)線應(yīng)盡量短。導(dǎo)線寬度：PCB導(dǎo)線寬度與電路電流承載值有關(guān)，一般導(dǎo)線越寬，承載電流的能力越強。因此在布線時，應(yīng)盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬。導(dǎo)線間距：相鄰導(dǎo)線間必須滿足電氣安全要求，其最小間距至少要能適合承載的電壓。此外，導(dǎo)線不能有急劇的拐彎和尖角，拐角不得小于90°。印制電路板設(shè)計的一般原則PCB焊盤元器件通過PCB上的引線孔，用焊錫焊接固定在PCB上，印制導(dǎo)線把焊盤連接起來，實現(xiàn)元器件在電路中的電氣連接，引線孔及其周圍的銅箔稱為焊盤。焊盤的直徑和內(nèi)孔尺寸需從元器件引腳直徑、公差尺寸，以及焊錫層厚度、孔金屬化電鍍層厚度等方面考慮。焊盤直徑與焊盤內(nèi)孔直徑之間的關(guān)系見表5-4。PCB設(shè)計時，焊盤的內(nèi)孔邊緣應(yīng)放置到距離PCB邊緣大于1mm（39mil）的位置，以避免加工時焊盤的缺損；當與焊盤連接的導(dǎo)線較細時，應(yīng)將焊盤與導(dǎo)線之間的連接設(shè)計成水滴狀，以避免導(dǎo)線與焊盤斷開；相鄰的焊盤要避免成銳角等。印制電路板設(shè)計的一般原則焊盤內(nèi)孔直徑焊盤直徑0.4mm16mil1.5mm59mil0.5mm20mil0.6mm24mil0.8mm31mil2mm79mil1.0mm39mil2.5mm98mil1.2mm47mil3.0mm118mil1.6mm63mil3.5mm138mil2.0mm79mil4mm157mil表5-4

焊盤直徑與焊盤內(nèi)孔直徑之間的關(guān)系印制電路板設(shè)計的一般原則PCB焊盤通常焊盤的外徑應(yīng)當比內(nèi)孔直徑大1.3mm（51mil）以上。當焊盤直徑為1.5mm（59mil）時，為了增加焊盤抗剝強度，可采用長不小于1.5mm（59mil）、寬為1.5mm（59mil）的長圓形焊盤，如圖5-60所示。PCB設(shè)計時，焊盤的內(nèi)孔邊緣應(yīng)放置到距離PCB邊緣大于1mm（39mil）的位置，以避免加工時焊盤的缺損；當與焊盤連接的導(dǎo)線較細時，應(yīng)將焊盤與導(dǎo)線之間的連接設(shè)計成水滴狀，以避免導(dǎo)線與焊盤斷開；相鄰的焊盤要避免成銳角等。此外，在PCB設(shè)計中，用戶可根據(jù)電路特點選擇不同形狀的焊盤。焊盤形狀選取依據(jù)見表5-5。圖5-60長圓形焊盤印制電路板設(shè)計的一般原則表5-5焊盤形狀選取依據(jù)焊盤形狀形狀描述用途

圓形焊盤廣泛用于元器件規(guī)則排列的單、雙面PCB中

方形焊盤用于PCB上元器件大而少且印制導(dǎo)線簡單的電路

多邊形焊盤用于區(qū)別外徑接近而孔徑不同的焊盤，以便加工和裝配印制電路板設(shè)計的一般原則PCB抗干擾設(shè)計PCB抗干擾設(shè)計與具體電路有著密切的關(guān)系，這里僅就P